2.吴凤珍 河南化工职业学院
2.付增 中铁隧道勘测设计院有限公司 450008
摘要：在地震分析设计中，地震输入角度不同，结构的内力反应也不同，地震的作用方向对于结构的分析设计尤为重要。本文通过实际模型，对模型输入不同方向的地震力，得到相同位置的构件内力，并进行比较，得出内力最大的地震输入角度。
关键词：地震力输入角度；地震波；地震作用；振型分解反应谱
1．引言
近几年地震不断的出现，对人们的生活和工作带了不可扭转的破坏，地震的发生具有不确定性，是不可预见的。在地震中，地震波的扭转效应得不到有效的记录，这对地震设计及预防带来一定的难度。
到目前为止，地震的设计还没有完全做到科学、准确，那么在地震分析时要采用不同的设计分析方法，尽可能的做到合理、科学，地震力的设计不能盲目的依赖于计算，概念设计也非常重要，确定地震力最大方向也是非常重要的。
地震力沿着不同的作用方向，结构的地震反应也各不同，大小不一，那么也必然存在着某个角度使结构的地震反应最大，即结构的最不利的地震作用方向。结构的地震反应是一个关于地震的作用方向角的函数，存在着某个角度使结构的地震反应最大。对于进行地震作用分析的结构，只要求出了各振型纯X方向地震效应值Six，以及纯Y方向地震效应值Siy，便可由此得到矩阵S，得到任意方向的地震效应组合值S()[1], 从而找出构件地震作用的最大方向。
地震分析中，常用的地震方法主要有静力分析法、反应谱分析法、弹性时程分析法、弹塑性时程分析法和地震试验台模拟分析法。反应谱分析法包括阵型分解反应谱法和底部剪力反应谱法。阵型反应谱法是在弹性情况下，将多个自由度分解成多个单自由度的体系进行组合，再求出单自由度体系最大地震力反应，再进行组合，从而得到多自由度体系的最大地震力反应，阵型分解反应谱法还考虑了结构构件的偏心扭转偶联，是实际工程项目中常采用的方法；底部剪力反应谱法采用等效质点体系，将结构的底部地震剪力与单质点的水平地震力等效，结构的水平地震力沿高度分布，结构在主轴方向按单自由度考虑，适用于高度不超过40m，质量和刚度分布均匀，且以剪切变形为主的结构。
2．不同地震力方向下构件的内力分析
2.1分析模型
结构在不同地震力作用下，由于地震的不同输入方向，结构的地震反应也不同，也就造成了结构地震作用效应的不同，本文采用ETABS软件，对实际模型进行模拟，地震分析采用阵型分解反应谱法，对模型按不同角度输入地震力，分别在地震力输入方向上调整底部剪力，将地震波模拟输入到模型中，找出个振型的最大力，再进行组合，得出地震标准值。地震力输入角度分别取分别为0度、15度、30度、45度和60度，得出不同模型中相同位置的梁、柱和墙的内力，并进行内力比较，找出最大内力，从而确定最大地震力效应的的输入方向。
本建筑结构为框架剪力墙结构，水平四榀框架剪力墙，柱距跨度为8m，底层框架柱尺寸为800x1400，框架梁的尺寸为600x600（宽x高），剪力墙的尺寸为400mm厚。
2.2分析结果
梁的弯矩图和剪力图比较分别如图2和图3所示：梁在不同角度的地震力作用下，内力变化比较明显，当地震力输入角度为0度时，梁端弯矩和剪力最大；当地震力输入角度为60度时，梁端剪力和弯矩最小，即随着地震力输入角度的增大，梁的弯矩和剪力依次减小。地震力输入角度为0度时，即地震沿着结构的主轴方向输入，梁的剪力和弯矩最大，此时梁的设计最为不利。
柱和墙的内力比较：
由图4柱的轴力图和图7墙的轴力图可知：当地震力输入角度为0度时，柱和墙的轴力最大，地震输入角度为60度时，柱和墙的轴力最大，即随着地震力输入角度的增大，柱和墙的轴力依次减小。柱和墙属于压弯构件，在一定范围内，轴力越大对压弯构件越有利，越有利于柱和墙的压弯设计，地震输入角度为0度是，柱和墙的轴力对接哦股设计有利。
柱和墙的剪力图和弯矩图分别见图5、图6和图7、图8，由图可知，随着地震力输入角度的增大，剪力和弯矩依次减小，当地震力输入角度为0时，墙和梁的剪力和弯矩呈现最大趋势。对于柱和墙的设计，当地震力输入角度为0度时，内力对结构的设计最为不利，设计结果最为保守。
通过梁、柱和墙的内力比较可以看出：结构的各种构件在地震输入角为0时，即沿着结构主轴方向输入地震力，结构内力最大，地震作用也越明显，对结构也越不利，在地震输入角为60度时内力最小。地震输入角度越小，结构内力越大，地震作用越明显，设计结果最为保守。
本模型采用不同地震角，得到的地震作用力也不同，结构构件的地震响应也不同。当地震力输入角度为0度，即沿着结构的刚度最大的方向正交输入地震力角，作为结构最为不利的地震作用的方向，模型结果符合《建筑抗震设计规范》5.1.1对结构构件抗震的要求。
3.规范对地震的规定
《建筑抗震设计规范》5.1.1[2]第一、二款规定：“一般情况下，应至少在结构两个主轴方向分别计算水平地震作用，各方向的水平地震作用应由该方向抗侧力构件承担；有斜交抗侧力构件的结构，当相交角度大于15°时， 应分别计算各抗侧力构件方向的水平地震作用。”本条条文说明解释“某一方向水平地震作用主要由该方向抗侧力构件承担，如该构件带有翼缘、翼墙等，尚应包括翼缘、翼墙的抗侧力作用。考虑到地震可能来自任意方向，为此要求有斜交抗侧力构件的结构，应考虑对各构件的最不利方向的水平地震作用,明确交角大于15°时，应考虑斜向地震作用。
4.结构的抗震措施
地震的发生具有随机性、不确定性，对于地震的模拟也不能做到绝对的安全准确，这样就对地震的预防带来一定的难度，那么对于地震设计的概念设计更为重要。建筑在结构选型上要做到有利于抗震设计，建筑尽量做到质量轻、均匀对称、结构简单；结构要设置多道抗震防线，加大结构的抗扭强度，协调好抗侧力体系中结构的刚度和延性，同时，构件之间要有良好的平衡性和连结，确保结构的整体性，形成合理的抗震体系。
结构的抗震措施除了做好结构的概念设计外，还要满足抗震规范关于抗震措施和抗震构造措施的规定。
5.结语
本文对实际建筑结构模型，输入不同方向的地震力，找出不同模型相同位置结构构件的内力，通过比较分析，得出内力最大的地震力的输入方向，即在结构分析时要在结构的主轴方向输入地震力，计算地震力作用，结构构件的内力分析沿着地震作用的最大方向最为不利。
在同一个建筑结构，可能存在不同方向的构件，那么就需要对同一模型多次输入不同地震力方向，尽量做到保证结构构件的安全。但也并不是需要输入所有方向，当构件斜向相交角度不大时，可以利用同一地震力输入方向进行设计。
对于不同建筑体系的地震反应，受到不同地震力作用方向的影响，可能不会同时让所有的构件获得最大地震力，不能简单的将最大地震力作用应用到所有的构件，对于复杂的建筑结构，要采用多个地震角度对构件进行抗震设计，以达到构件的最大抗震设计的目的。
参考文献：
[1]地震作用最大方向的确定，李剑，陈岱淋，建筑科学 2005.12
[2]GBJGJ3-2010《高层建筑混凝土技术规程》[S].北京：中国建筑工业出版社，2010
论文作者:范玲,吴凤珍,付增
论文发表刊物:《基层建设》2015年16期
论文发表时间:2015/11/6
标签：结构论文; 构件论文; 方向论文; 内力论文; 角度论文; 剪力论文; 作用论文; 《基层建设》2015年16期论文;