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底部剪力法中的重力荷載代表值
創(chuàng)建者:張志國,編輯者:張志國,最近更新:2015/10/23 09:33:36

問題描述:

        《建筑抗震設計規(guī)范 GB50011-2010》第5.1.3條規(guī)定:“計算地震作用時,建筑的重力荷載代表值應取結構和構配件自重標準值和各可變荷載組合值之和。”基于此,用戶通常定義質量源為“1.0 x Dead + 0.5 x LIVE”。那么,對于自動的靜力地震荷載(即底部剪力法),SAP2000是否使用如上所述的重力荷載代表值計算地震力呢?是否需要在地震工況中施加結構的自重荷載及活荷載(如下圖所示)呢?

 

解答:

        首先,上圖中所示的方法是完全錯誤的!即使在地震工況中施加結構自重和活荷載,程序內部也不會基于此計算側向的地震力,上述工況僅僅是對恒載、活載以及地震荷載的線性疊加。事實上,地震力計算所采用的重力荷載代表值是由質量源的定義所決定的。

        眾所周知,對于各種動力分析(包括:模態(tài)分析、反應譜分析、時程分析以及穩(wěn)態(tài)分析等),程序皆基于質量源的定義來考慮結構質量。而對于自動的靜力地震荷載(即底部剪力法),不少用戶則認為:既然是“靜力”形式的地震荷載,那么該荷載的大小方向應該與結構質量無關(即與恒載、活載類似)。嚴格來講,底部剪力法是用靜力計算的方式求解動力問題,所以同樣需要考慮結構的質量!底部剪力法通過兩條途徑間接考慮結構質量,具體如下:

  1. 結構的基本周期:當以“程序計算”方法確定結構的基本周期時,程序會在模態(tài)分析中考慮結構質量。
  2. 結構的重力荷載代表值:程序以結構質量與重力加速度的乘積作為重力荷載,基于此計算總的地震力及不同隔板的地震力。

        因此,當采用下圖所示的質量源定義時,即使在自動的靜力地震荷載中,SAP2000也完全可以正確考慮結構的重力荷載代表值。不過,實際操作中需要注意以下兩個問題:

  1. 注意避免結構自重的重復統(tǒng)計,即:不要同時勾選“單元質量及附加質量”與“荷載模式”兩個選項。除非結構的材料密度或恒載模式(DEAD)的自重乘數為零,但二者又不能同時設置為零(這樣又會造成結構自重的丟失)。
  2. 對于多質量源定義(SAP2000 v16及后續(xù)版本新增功能),應保證地震荷載工況使用正確的質量源且與模態(tài)工況保持一致!

 



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