豎向地震作用指的是建筑物在豎向地震分量的作用下所產(chǎn)生的地震效應(yīng)。這一領(lǐng)域的研究始于錢培風(fēng)先生在工力所的工作期間，他曾大力提倡豎向地震作用的研究。唐山地震中的一座煙囪被截?cái)啵漤敳恳?0度的角度旋轉(zhuǎn)后落在底部上方，未掉落，這種震害現(xiàn)象引起了關(guān)于是由水平地震作用還是豎向地震作用導(dǎo)致的熱烈討論。
地震原因
地震工程研究通常更關(guān)注水平地震作用，這有兩個(gè)主要原因。首先，從強(qiáng)震觀測數(shù)據(jù)來看，豎向地震動的峰值通常低于水平地震動峰值，大約為其一半至三分之二。其次，大多數(shù)結(jié)構(gòu)體系能夠承受較大的豎向荷載，因?yàn)樗鼈兊脑O(shè)計(jì)考慮到死荷載和活荷載的影響，從而具備足夠的豎向抵抗力。然而，實(shí)際情況表明，豎向地震動的峰值也可能超過1g，特別是在現(xiàn)代結(jié)構(gòu)體系中，大跨度和超高結(jié)構(gòu)變得常見，這意味著豎向地震動的重要性不容忽視，尤其是P-Delt效應(yīng)的問題。理論上來講，豎向地震作用下的結(jié)構(gòu)反應(yīng)分析與水平地震反應(yīng)分析的方法并無本質(zhì)差異，使用空間模型并輸入三維地震地面運(yùn)動，即可同時(shí)獲得結(jié)構(gòu)的水平和豎向反應(yīng)結(jié)果。
研究現(xiàn)狀
盡管豎向地震作用的研究相對較少，現(xiàn)有的研究表明，主要集中在建筑結(jié)構(gòu)簡化為單質(zhì)點(diǎn)或多質(zhì)點(diǎn)模型在豎向地震作用下的地震反應(yīng)。此外，豎向地震作用在隔震結(jié)構(gòu)中表現(xiàn)得更為明顯，因此在這些結(jié)構(gòu)中對豎向地震作用給予了更多的關(guān)注。
抗震設(shè)計(jì)規(guī)范
中國抗震設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定，對于位于高烈度區(qū)8度和9度的大跨結(jié)構(gòu)、長懸臂結(jié)構(gòu)、煙囪和其他高聳結(jié)構(gòu)，以及9度的高層建筑，應(yīng)考慮豎向地震作用。在計(jì)算過程中，豎向地震作用通常設(shè)定為水平地震作用的65%。根據(jù)現(xiàn)有地震記錄，豎向地震作用通常占水平地震作用的三分之一至三分之二，但在高烈度地區(qū)，豎向地震作用可能會達(dá)到或超過1g，甚至與水平地震作用的比例可達(dá)2:1。
計(jì)算方法
在進(jìn)行豎向地震時(shí)程分析的結(jié)構(gòu)計(jì)算模型時(shí)，為了確保計(jì)算準(zhǔn)確性，水平構(gòu)件的跨中至少應(yīng)設(shè)置一個(gè)有質(zhì)量的節(jié)點(diǎn)。這是因?yàn)橛邢拊椒ㄍǔ２捎镁奂|(zhì)量法，即將桿件單元的質(zhì)量集中到桿端節(jié)點(diǎn)上，以便更好地模擬實(shí)際地震豎向作用。豎向地震與水平地震相似，慣性力與整個(gè)結(jié)構(gòu)的質(zhì)量有關(guān)，而不是單獨(dú)構(gòu)件的質(zhì)量。
參考資料 >