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输入地震动参数是抗震设计的重要步骤。地震动参数输入错误则结构计算完全失真,因此有必要了解地震动参数在地震中的位置。如图1.5-1所示,地震动在震源的振动特征为O(ω);震源至基岩面这一过程的波动特征为P(ω);在基岩面的地振动特征为B(ω);建筑物附近表层场地土的波动特征为G(ω);作用于建筑物后,建筑物的振动特征为S(ω)。
图1.5-1 地震波作用的建筑物的历程
实践中结构工程师利用专业软件输入的地震动是场地土波动(注:不是振动)特征G(ω)的有关参数,主要指地面最大加速度、场地特征周期、时程;专业软件分析后输出的结构振动为S(ω)。
单点一致输入是指,在结构所有支座输入结构的地震动参数均相同。
早期结构物相对比较简单,以图1.5-2(a)为代表来阐述。图1.5-2(a)为两层钢筋混凝土框架结构,无地下室。地上两层层高分别为H1、H2,基础顶埋深H0。合理的设计是在首层建筑地面下设置拉梁(详见本书第2.6节),建筑外围考虑冻土因素,可在梁下冻土层深度砌筑砖砌体,结构建模则出现两种:模型1和模型2。
模型1(图1.5-2(b))是将基础顶部作为嵌固部位,将拉梁作为楼层梁,结构分析模型成为3层结构,即为3质点体系。对于跨度不大的结构,作用在嵌固部位的加速度
模型2(图1.5-2(d))是将拉梁顶部作为嵌固部位,结构分析模型成为2层结构,即为2质点体系。加速度直接作用与地面,这与“规范”规定一致。同样,对于跨度不大的结构,作用在在嵌固部位的加速度
结构嵌固端与地面接触有许多点(每个柱根、每个墙根都是一个接触点),但地震动输入时简化为一点,并且假定这些点的地震动(相位、持时、最大值、方向)相同,这种“仅对基础底部输入一致的加速度反应谱或加速度时程进行结构计算”就称为“单点一致输入”。其前提条件是:结构物平面尺度不能过大,单跨跨度不能过大,基础埋深不能过深。
图1.5-2 单点一致输入模型的简化过程
多数工程师习惯用中国建筑科学研究院开发的SATWE软件分析,如:某工程抗震设防烈度为8度,地面加速度0.2g,场地类别为II类,反应谱特征周期为0.35s,如图1.5-3所示输入相关参数,则认为输入了地震动参数,这是最简单的输入模式,即“单点一致输入”。
图1.5-3 软件SATWE“单点一致输入”
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