TR.31.2.11 IS:1893 (Part 1) 2002 & Part 4 (2005)规范 - 横向地震荷载

此功能允许用户根据 IS:1893 规范使用静力等效方法生成地震荷载。适用于建筑结构的 Part 1 (2002) 和工业及烟囱类结构的 Part 4 (2005)。

地震荷载生成器可用于仅在 X 和 Z 方向生成横向荷载。Y 是重力荷载方向。此功能未针对 Z 轴设置为竖直方向的情况开发 （参见 SET Z UP 命令在 TR.5 Set [设置] 命令）。

一般格式

DEFINE 1893 ( ACCIDENTAL ) LOAD ( PART4 )
ZONE f1 { 1893-spec-part1  | 1893-spec-part4  }
weight-data

有关如何为地震荷载指定结构重量的信息，请参阅 通用重量数据。

(CHECK SOFT STORY)

其中

1893-spec-part1 =    RF f2 I f3 { SS f4 | SA f11 } (ST f5) ( { DM f6 | DF f12 } ) (PX f7) (PZ f8) ( { DT f9 | GL f10 } )
1893-spec-part4 =    RF f2 I f3 { SS f4 | SA f11 } ST f5 ( { DM f6 | DF f12 } ) (PX f7) (PZ f8) ( { DT f9 | GL f10 } ) ( CS f13 ) ( AX f14 ) ( ES f15 ) CV f16 DV f17

其中

ParameterDefinition
ZONE f1 地震区域系数。参考 IS:1893 (Part 1)-2002 的表 2。
RF f2 响应折减系数。参考 IS:1893 (Part 1)-2002 的表 7 或 IS:1893 (Part 4)-2005 的表 3。
I f3 重要性系数，取决于结构的功能用途，由其失效的危险后果、震后功能需求、历史价值或经济重要性决定。参考 IS:1893 (Part 1)-2002 的表 6 或 IS:1893 (Part 4)-2005 的表 2。
SS f4 岩石或土体场地系数。根据土体类型，计算对应于 5% 阻尼的平均响应加速度系数 Sa/g。参考 IS:1893 (Part 1)-2002 的条款 6.4.5 或 IS:1893 (Part 4)-2005 的条款 8.3.2。
  • 1 = 硬土
  • 2 = 中土
  • 3 = 软土
ST f5
对于 IS 1893 Part 1，程序将根据 IS:1893 (Part 1)-2002 的条款 7.6 计算自振周期。
  • 1 = 钢筋混凝土框架建筑
  • 2 = 钢结构框架建筑
  • 3 = 所有其他建筑
对于 IS 1893 Part 4，程序将根据 IS:1893 (Part 4)-2005 的条款 14.1 计算烟囱类结构的周期。对于第 1 类工业结构，根据 IS:1893 (Part 4)-2005 的条款 8.3，基底剪力计算为其他结构基底剪力的两倍。
  • 1 = 第 1 类工业结构 (Part 4)
  • 3 = 所有其他工业结构
  • 5 = 烟囱类结构
DM f6 阻尼比，用于获取计算不同阻尼下 Sa/g 的乘数因子。如果未指定阻尼，则考虑 5% 阻尼（默认值 0.05），对应的乘数因子为 1.0。参考 IS:1893 (Part 1)-2002 的表 3。

此值应在 0（零）到 1.0 之间（含）。例如，7% 阻尼应指定为 0.07。
PX f7 结构在 X 方向的可选周期（单位：秒）。如果定义此值，将使用该值计算 Sa/g 以生成 X 方向的地震荷载。
PZ f8 结构在 Z 方向的可选周期（单位：秒）。如果定义此值，将使用该值计算 Sa/g 以生成 Z 方向的地震荷载。
DT f9 基础在地面以下的深度。应以当前单位定义。如果基础深度为 30 米或以上，则 Ah 值取计算值的一半。如果基础位于地面和 30 米深度之间，则此值在 Ah 和 0.5Ah 之间线性插值。
GL f10 地面水平的 Y 坐标。根据条款 6.4.4，在此高度以下的楼层施加减小的横向力。

如果使用了 SET Z UP 命令，则用于 Y 轴。
SA f11 对应于场地特定谱的平均反应谱加速度系数。
DF f12 用于计算 Sa/g 的乘数因子。
CS f13 IS:1893 (Part 4)-2005 表 6 中给出的系数。仅适用于烟囱类结构，用于根据条款 14.1 计算基本周期。
AX f14 烟囱类结构底部的横截面积，用于根据 IS:1893 (Part 4)-2005 条款 14.1 计算基本周期。
ES f15 烟囱类结构材料的弹性模量，用于根据 IS:1893 (Part 4)-2005 条款 14.1 计算基本周期。
CV f16 IS:1893 (Part 4)-2005 表 6 中给出的剪力系数。烟囱类结构（ST 5）必需。
DV f17 IS:1893 (Part 4)-2005 表 11 中给出的剪力分布系数。烟囱类结构（ST 5）必需。

注意

  1. 如果指定了 ACCIDENTAL 选项，则将根据 IS 1893 规范计算偶然扭转。偶然扭转的值基于每层的质心。质心根据您指定的 SELFWEIGHT、JOINT WEIGHT 和 MEMBER WEIGHT 命令计算。

    ACC 选项连同偶然偏心系数（根据 IS 1893 规范通常为 0.05）需要在 1893 地震基本荷载工况中提供（即 1893 LOAD X / Z f1 ACC f3 ）。f2 可以为负值。参考 TR.32.12.2 生成静力地震荷载

    对于模型中存在楼板隔板的情况，若考虑水平扭转，则不应指定 ACCIDENTAL 选项。相反，应在 1893 地震基本荷载工况中提供动态偏心连同偶然偏心（即 1893 LOAD X / Z f1 DEC f2 ACC f3 ）。对于等效地震分析，根据 IS 1893 规范，f2 为 1.5，f3 为 0.05。f1 始终为正或零，但 f2 可以为负值。如果 f2 为 0.0，则仅考虑此特定荷载工况的偶然扭转。

  2. 默认情况下，STAAD 分别计算结构在 X 和 Z 方向的自振周期，用于基底剪力计算。如果包含 PX 和 PZ，程序将使用这些值计算平均响应加速度系数。如果使用 ST 而不是 PX 和 PZ 值，则程序将根据 IS:1893 (Part 1)-2002 或 IS:1893 (Part 4)-2005 中给出的经验表达式计算自振周期。

  3. 在不存在刚性楼板隔板的情况下，STAAD 将柱和剪力墙（无开口）识别为竖向构件，用于计算楼层的横向刚度。

    柱的横向刚度计算为：

    12EI / L3

    where

    E
    =
    弹性模量
    I
    =
    惯性矩
    L
    =
    柱的长度

    剪力墙（无开口）的横向刚度计算为：

    这是弯曲刚度倒数和剪切刚度倒数的总和，通过悬臂墙在顶部单个横向荷载 P 作用下的挠度获得。

    h
    =
    高度
    A
    =
    横截面积
    G
    =
    墙的剪切模量

    所有柱和剪力墙在特定楼层水平的横向刚度之和构成该特定楼层或楼层水平的总横向刚度。程序分别沿全局 X 和 Z 方向检查建筑物的软弱层。此计算仅适用于那些楼层被视为刚性隔板的结构。

示例

DEFINE 1893 LOAD
ZONE 0.36 RF 5 I 1 SS 1 ST 1 DM 0.05
JOINT WEIGHT
39 60 80 WEIGHT 100
LOAD 1 LOADTYPE Seismic  TITLE SS_(+X)
1893 LOAD X 1
LOAD 2 LOADTYPE Seismic  TITLE SS_(+Z)
1893 LOAD Z 1

方法

设计基底剪力由 STAAD.Pro 根据 IS:1893 (Part 1) 2002 方程 7.5.3 计算建筑结构，或根据 (Part 4) 2005 计算工业结构：

V = Ah.W

其中：

当根据 IS 1893 (Part 4) 2005 使用场地特定谱时：

对于烟囱类结构，设计基底剪力根据 IS 1893 (Part 4) 2005 计算为：

V = CvAh.W·Dv
STAAD.Pro 使用以下过程生成横向地震荷载：
  1. 您通过 DEFINE 1893 LOAD 命令提供地震区域系数和所需的 1893 规范。使用 PART 4 命令选项指定使用 IS:1893 (Part 4) 2005。
  2. 程序计算结构周期 T。
  3. 程序利用 T 计算 Sa/g。
  4. 程序根据上述方程计算 V。W 通过您通过 DEFINE 1893 LOAD 命令输入的质量表数据（SELFWEIGHT、JOINT WEIGHT、MEMBER WEIGHT 和/或 REFERENCE LOAD）获得。
  5. 然后，程序根据 IS:1893 程序将总横向地震荷载（基底剪力）分配到结构的不同楼层。

更多信息参见 TR.32.12 自动导荷载定义。

软弱层检查

根据 IS1893-2002 规范条款 7.1，建筑物要在地震中表现良好，必须具有简单规则的配置、足够的横向强度、刚度和延性。这是因为具有简单规则几何形状以及在平面和立面上均匀分布质量和刚度的建筑物，将比不规则配置的建筑物遭受更少的破坏。

根据此标准，如果 IS1893-2002 表 4 - 平面不规则性和表 5 - 竖向不规则性中给出的至少一个条件适用，则建筑物可被视为不规则。

对于 IS 1893 2002，STAAD.Pro 已实现查找竖向刚度不规则性的方法，如 IS 1893-2002 表 5 序号 (1) i) a) 和序号 (1) i) b) 中给出的，以软弱层检查的形式。

  • 刚度不规则性：软弱层 – 根据此规范条款，软弱层是指其横向刚度小于上层刚度的 70% 或小于上层三层平均横向刚度的 80%。
  • 刚度不规则性：极端软弱层 – 根据此规范条款，极端软弱层是指其横向刚度小于上层刚度的 60% 或小于上层三层平均横向刚度的 70%。

    因此，如果发现建筑物的任何一层为软弱层或极端软弱层，那么该建筑物在地震中可能比竖向刚度规则的建筑物遭受更多的破坏。