非线性静力分析方法可以较为简便地预估结构的弹塑性反应,但仅取常见水平侧向力分布模型并不能满足实际工程的需要,例如高振型的影响和不规则结构的特殊性。对竖向不规则结构进行非线性时程分析,建立了水平侧向力分布与结构层刚度的关系式,从而提出了一种新的水平侧向力分布形式和方法。
1、均匀分布
侧向力沿建筑物高度均匀分布,每一层的侧向力和该层的质量成正比。只考虑了楼层质量对地震作用的影响,而没有考虑结构刚度、强度以及振型等参数对非线性分析结果的影响,计算结果与实际结构反应有较大的差异,只是一种近似粗略的非线性分析方法。
2、指数分布
为了说明不同楼层加速度的变化,需要考虑变形的不同模态以及振动时高振型的影响,FEMA-356推荐使用指数分布形式。
指数分布虽然考虑了振型的影响,其中,倒三角分布只考虑了第一振型的贡献,但是其分布形式含有假定结构的反应与其等效单自由度体系的反应相联系的意思,与多自由度体系的实际受力状态还是有一定的差别,且权函数的取值也有商榷之处。
对5种不规则结构进行非线性时程分析,得到各层的加速度反应值Sa,考虑各层的质量,从而求出各层水平地震惯性力Fi(取7条地震波时程分析结果的平均值),然后利用各层侧向刚度D,作出水平地震惯性力和侧向刚度关系曲线,并进行二次曲线拟合分析,得到刚度不规则结构水平侧向力分布形式:
ΔFi=(16.546 -3.031D 0.175D2)ΔVb
式中,D为各层侧向刚度,计算方法参照框架结构侧移计算的D值法,ΔVb为基底剪力增量。