風(fēng)及地震荷載的對(duì)比.ppt

風(fēng)荷載與地震作用的對(duì)比,分布區(qū)域 對(duì)環(huán)境的要求 分布特性 動(dòng)力特性 能量輸入特性 高強(qiáng)度時(shí)的作用時(shí)間長(zhǎng)短 作用在建筑物上的方式 對(duì)建筑物的敏感程度 建筑物的位移反應(yīng)及規(guī)范要求不同 建筑物的內(nèi)力反應(yīng) 驗(yàn)算對(duì)象（整體結(jié)構(gòu)，局部構(gòu)件，圍護(hù)構(gòu)件等） 計(jì)算方法不同 采取的應(yīng)對(duì)措施不同（抗側(cè)力體系，減震體系）,全國(guó)基本風(fēng)壓分布圖（kN/m2）,無人區(qū)未予記錄,0.80,0.90,0.90,0.60,兩者對(duì)環(huán)境的要求,風(fēng)荷載：地表狀況。 如地面粗糙度、是否山峰、山坡、谷地、谷口、山口等 地震作用：地震地質(zhì)構(gòu)造。 如是否板塊交接處，地質(zhì)構(gòu)造是否均勻， 場(chǎng)地土的軟弱程度，是否山峰、山坡等,風(fēng)荷載分布特性,基本風(fēng)壓呈極值分布 符合極值I型,地震作用分布特性,地震強(qiáng)度呈極值分布 烈度符合極值III型,風(fēng)荷載與地震作用的頻譜特性,波動(dòng)風(fēng)的長(zhǎng)周期成分較多 地震波的周期相對(duì)于風(fēng)的周期較短，頻率較高,風(fēng),地震,風(fēng)荷載與地震作用的能量特性,風(fēng)作用的能量輸入相對(duì)平緩，輸入能量較小 地震動(dòng)的能量輸入較為劇烈，輸入能量較大,對(duì)于某一地區(qū)，高風(fēng)壓而且低烈度時(shí)，何種作用對(duì)結(jié)構(gòu)起控制作用，需通過詳細(xì)驗(yàn)算。,風(fēng)荷載與地震作用 的高強(qiáng)度持時(shí)特性,平均高風(fēng)壓持續(xù)時(shí)間大約10分鐘，而地震的持時(shí)在60s左右時(shí)就會(huì)引起大的破壞。,作用在建筑物上的方式,風(fēng)荷載作用：主動(dòng)，力位移 地震作用：慣性力作用，位移力,對(duì)建筑物的敏感程度,風(fēng)荷載作用：外部表面形狀與較柔建筑物的剛度 地震作用：建筑物質(zhì)量及其整體剛度,對(duì)建筑物的敏感程度,建筑結(jié)構(gòu)平面布置不同，上下布置不同（如內(nèi)部抽柱等），雖外部表面一致，風(fēng)荷載大致相同，但引起的地震反應(yīng)截然不同。,建筑物的位移反應(yīng)及規(guī)范要求不同,高烈度區(qū)結(jié)構(gòu)在風(fēng)荷載下的位移反應(yīng)要遠(yuǎn)小于地震作用下的位移反應(yīng)。 高層結(jié)構(gòu)中，除了對(duì)建筑結(jié)構(gòu)在風(fēng)及地震作用下的彈性層間位移限值進(jìn)行規(guī)定外，還對(duì)結(jié)構(gòu)在罕遇地震作用下的彈塑性層間位移進(jìn)行了規(guī)定。,對(duì)建筑物的作用及內(nèi)力反應(yīng),對(duì)于比較規(guī)則的建筑，兩者對(duì)結(jié)構(gòu)的作用分布趨勢(shì)比較接近（作用力上大下小，剪力及彎矩上小下大），引起的結(jié)構(gòu)內(nèi)力也有相近趨勢(shì)。 而對(duì)于比較復(fù)雜的建筑則各有自己的特點(diǎn)。,驗(yàn)算對(duì)象,風(fēng)荷載除對(duì)承力的結(jié)構(gòu)構(gòu)件進(jìn)行驗(yàn)算外，還對(duì)圍護(hù)構(gòu)件如玻璃幕墻等進(jìn)行局部強(qiáng)風(fēng)考慮。 而地震作用主要對(duì)結(jié)構(gòu)構(gòu)件進(jìn)行設(shè)計(jì)和驗(yàn)算。,計(jì)算方法不同,計(jì)算方法不同(底部剪力法),各樓層的水平地震作用標(biāo)準(zhǔn)值為：,頂部附加水平地震作用標(biāo)準(zhǔn)值為：,總水平地震作用標(biāo)準(zhǔn)值為：,先計(jì)算總的底部剪力,再計(jì)算上部各層作用,采取的應(yīng)對(duì)措施不同,風(fēng)荷載控制下的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，要求結(jié)構(gòu)剛度越大越好 而地震作用控制下的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)則需要結(jié)構(gòu)有適中的抗側(cè)剛度,采用減振（震）措施時(shí)，兩者的控制目標(biāo)和采取的手段各不相同,水平荷載與結(jié)構(gòu)計(jì)算簡(jiǎn)化原則,空間結(jié)構(gòu)體系與荷載的復(fù)雜性 要求在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)必須進(jìn)行簡(jiǎn)化計(jì)算。 一、荷載作用方向 實(shí)際風(fēng)荷載以及地震作用方向是隨意不定的。結(jié)構(gòu)計(jì)算常常假定水平作用在結(jié)構(gòu)主軸方向， 對(duì)互相正交的主軸進(jìn)行內(nèi)力分析。,二、平面結(jié)構(gòu)假定 任何結(jié)構(gòu)都為一個(gè)空間結(jié)構(gòu)，但是對(duì)于多數(shù)結(jié)構(gòu)而言，可以簡(jiǎn)化為平面結(jié)構(gòu)， 使計(jì)算大大簡(jiǎn)化。 假定： 1、一片框架或者墻可以抵抗本身平面內(nèi)的側(cè)向力，而在平面外剛度很小，可以忽略。整個(gè)結(jié)構(gòu)可以劃分為若干個(gè)平面結(jié)構(gòu)， 共同抵抗與平面結(jié)構(gòu)平行的荷載， 垂直該方向的結(jié)構(gòu)不參與受力。 2、連結(jié)各個(gè)抗側(cè)力結(jié)構(gòu)間的樓板在自身平面內(nèi)很大， 平面外很小。,三、樓板無限剛性假定 假定樓板在自身平面內(nèi)為絕對(duì)剛性，在平面外剛度很小可以忽略。,無扭轉(zhuǎn)時(shí),3 設(shè)計(jì)要求及荷載效應(yīng)組合,什么是荷載？ 什么是荷載效應(yīng)？,？,3 設(shè)計(jì)要求及荷載效應(yīng)組合,無地震作用組合時(shí)：,有地震作用組合時(shí)：,一、承載力驗(yàn)算,地震作用屬于可變作用或偶然作用，其可靠指標(biāo)的取值應(yīng)低于靜力作用下的可靠指標(biāo)。因而，從理論上說，抗震設(shè)計(jì)中采用的材料強(qiáng)度設(shè)計(jì)值應(yīng)高于靜力作用時(shí)的材料強(qiáng)度設(shè)計(jì)值。但設(shè)計(jì)規(guī)范為了使用方便，便于將地震作用效應(yīng)與靜力荷載作用效應(yīng)直接比較，在抗震設(shè)計(jì)中仍采用靜力設(shè)計(jì)時(shí)的材料強(qiáng)度設(shè)計(jì)值。但通過引入承載力抗震調(diào)整系數(shù)來提高其承載力。,二、荷載效應(yīng)組合及最不利內(nèi)力 1、無地震作用時(shí)的荷載效應(yīng)組合 無地震作用組合應(yīng)用于非抗震設(shè)計(jì)及6度抗震設(shè)防、但不要求作地震作用計(jì)算的結(jié)構(gòu):,分別為恒荷載、活荷載和風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值計(jì)算的荷載效應(yīng)；,分別為恒荷載、活荷載和風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值的分項(xiàng)系數(shù)；,分別為活荷載和風(fēng)荷載的組合系數(shù)；,有兩種荷載工況：,1、恒載+活載,由活荷載控制的組合： 1.2x恒載效應(yīng)+1.4x活載效應(yīng),由恒荷載控制的組合： 1.35x恒載效應(yīng)+1.4x0.7x活載效應(yīng),2、恒載+活載+風(fēng)荷載,多層結(jié)構(gòu)： 1.2x恒載效應(yīng)+1.4x活載效應(yīng)+1.4x0.6x風(fēng)載效應(yīng),高層結(jié)構(gòu)： 1.2x恒載效應(yīng)+1.4x活載效應(yīng)+1.4x1.0x風(fēng)載效應(yīng),2、有地震作用時(shí)的荷載效應(yīng)組合 所有要求進(jìn)行地震作用計(jì)算的結(jié)構(gòu)要進(jìn)行有地震作用的荷載組合：,分別為地震荷載代表值、水平地震作用標(biāo)準(zhǔn)值、豎向地震作用標(biāo)準(zhǔn)值、風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值的荷載效應(yīng)；,分別為上述各種荷載作用的分項(xiàng)系數(shù)；,荷載的組合系數(shù)，取0.2。,有地震作用組合的荷載工況：,1、對(duì)于所用多層及高層建筑：,1.2x重力荷載效應(yīng)+1.3x水平地震作用效應(yīng),2、對(duì)于60m以上高層建筑增加以下一項(xiàng)：,1.2x重力荷載效應(yīng)+1.3x水平地震作用效應(yīng)+1.4x0.2x風(fēng)荷載效應(yīng),3、9度設(shè)防高層建筑增加以下兩項(xiàng)：,1.2x重力荷載效應(yīng)+1.3x水平地震作用效應(yīng)+0.5x豎向地震作用效應(yīng),1.2x重力荷載效應(yīng)+1.3x豎向地震作用效應(yīng),4、對(duì)于9度設(shè)防、且為60m以上高層建筑增加以下一項(xiàng)：,1.2x重力荷載效應(yīng)+ 1.3x水平地震作用效應(yīng)+0.5x豎向地震作用效應(yīng)+1.4x0.2x風(fēng)荷載效應(yīng),3、 高層建筑中豎向活荷載的布置,高層結(jié)構(gòu)中，由于活荷載與恒載相比不大，它產(chǎn)生的內(nèi)力所占比重較小。因此規(guī)范規(guī)定，活荷載不考慮最不利布置，而用滿布活荷載計(jì)算內(nèi)力。一般對(duì)梁跨中彎矩乘以1.11.2的放大系數(shù)來考慮活荷載的不利影響。,各國(guó)辦公樓層承受活荷載的標(biāo)準(zhǔn)值,不同建筑物樓層承受活荷載的標(biāo)準(zhǔn)值,活荷載按照荷載規(guī)范取值。 樓板設(shè)計(jì)時(shí)：直接取用； 梁、墻、柱和基礎(chǔ)設(shè)計(jì)時(shí)：應(yīng)將其乘以折減系數(shù)，以考慮所給樓面活荷載滿布在樓面上的可能性程度。（梁的承載面積越大，荷載滿布的可能性越?。粯菍訑?shù)越多，荷載滿布的可能性越小。）,活荷載按樓層數(shù)的折減系數(shù),當(dāng)樓面梁的從屬面積超過25m2時(shí)，設(shè)計(jì)樓面梁時(shí)的折減系數(shù)取0.9,4、水平荷載的方向,1、使用階段層間位移限制（風(fēng)荷載和小震作用下）,三、側(cè)移限制,2、防止倒塌層間位移限制（大震作用下）,四、舒適度要求,在風(fēng)荷載作用下，高度超過150m的高層建筑，應(yīng)滿足人使用的舒適度要求。此時(shí)，按照重現(xiàn)期為10年的風(fēng)荷載計(jì)算結(jié)構(gòu)頂點(diǎn)加速度，或由風(fēng)洞試驗(yàn)確定順風(fēng)向與橫風(fēng)向結(jié)構(gòu)頂點(diǎn)最大加速度， 應(yīng)滿足下列要求：,住宅、公寓：,辦公、旅館：,五、穩(wěn)定和抗傾覆,由于高層鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的等效抗側(cè)剛度大小不等，需進(jìn)行P-效應(yīng)的計(jì)算。 同時(shí)，盡可能減輕建筑物自重，對(duì)于減小地震反應(yīng)、降低P-效應(yīng)產(chǎn)生的破壞有重要意義。,六、抗震結(jié)構(gòu)延性要求和抗震等級(jí),1、延性結(jié)構(gòu)的概念,延性是指構(gòu)件和結(jié)構(gòu)屈服后，具有承載能力不降低、具有足夠塑性變形能力的一種性能，一般用延性比表示延性，即塑性變形能力的大小。塑性變形和耗散地震能量，大部分抗震結(jié)構(gòu)在中震作用下都進(jìn)入塑性狀態(tài)而耗能。,構(gòu)件延性比：,結(jié)構(gòu)延性比：,抗震建筑的延性可通過以下條件來保證： 合理選擇結(jié)構(gòu)體系； 合理布置結(jié)構(gòu)； 對(duì)構(gòu)件和連接采用合理的構(gòu)造措施； 保證施工質(zhì)量,因此，通過設(shè)立抗震結(jié)構(gòu)的抗震等級(jí)要求、加強(qiáng)構(gòu)造措施的方法保證結(jié)構(gòu)的延性。,地震復(fù)雜，建筑物破壞機(jī)理和過程更復(fù)雜，精確計(jì)算是不可能的。因此，“概念設(shè)計(jì)”比“數(shù)值計(jì)算”更重要。 概念設(shè)計(jì)(seismic concept design of building ) 正確地解決總體方案、材料使用和細(xì)部構(gòu)造，以達(dá)到合理抗震設(shè)計(jì)的目的。,歐洲抗震規(guī)范EC-8從四個(gè)方面來體現(xiàn)延性： 1、非線性設(shè)計(jì)反映譜及其延性系數(shù) 2、局部延性水準(zhǔn)校核 3、能力設(shè)計(jì) 4、構(gòu)造措施 希臘抗震規(guī)范NEAK-1995(New Greek Aseismic Code)，這本規(guī)范編的簡(jiǎn)潔實(shí)用，希臘是個(gè)多地震國(guó)家，一千多年前就有地震紀(jì)錄。延性的體現(xiàn)與歐洲規(guī)范相同，只是更加實(shí)用，使用方便。 臺(tái)灣1999年的耐震設(shè)計(jì)規(guī)范考慮了： 1、非線性設(shè)計(jì)反映譜及其延性系數(shù) 2、構(gòu)造措施,2、概念設(shè)計(jì)及抗震等級(jí),(1)選擇延性材料：鋼結(jié)構(gòu)延性好 磚石結(jié)構(gòu)延性很差 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)介于兩者之間，需合理設(shè)計(jì) (2)進(jìn)行結(jié)構(gòu)概念設(shè)計(jì)：選擇對(duì)抗震有利的結(jié)構(gòu)方案和布置； 采取減少扭轉(zhuǎn)和加強(qiáng)抗扭剛度的措施； 設(shè)計(jì)延性結(jié)構(gòu)和延性構(gòu)件； 分析結(jié)構(gòu)薄弱層部位，并采取相應(yīng)措施； 防止局部破壞引起連鎖效應(yīng) 避免設(shè)計(jì)靜定結(jié)構(gòu)，采取二道防線措施。 (3)選擇延性結(jié)構(gòu)： (4)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的抗震構(gòu)造措施及抗震等級(jí)：,劃分結(jié)構(gòu)抗震等級(jí)的意義 建筑的重要性、場(chǎng)地的類別、設(shè)防烈度、建筑高度、結(jié)構(gòu)類型、構(gòu)件在結(jié)構(gòu)中的重要程度的不同，對(duì)抗震提出不同的要求?？挂?guī)將各類情況分為四個(gè)抗震等級(jí)，以體現(xiàn)在計(jì)算中和采取抗震措施上的不同要求。（高層規(guī)程中增加特一級(jí)抗震等級(jí)） 結(jié)構(gòu)抗震等級(jí) 一級(jí)對(duì)抗震要求最高，以下逐漸降低。,現(xiàn)澆鋼筋混凝土房屋的抗震等級(jí),（此表摘自抗震規(guī)范中對(duì)部分結(jié)構(gòu)形式的規(guī)定，未含全部）,地震作用彎矩圖（kN.m),重 點(diǎn) 內(nèi) 容 風(fēng)荷載及計(jì)算 地震作用 地震影響系數(shù)曲線 底部剪力法的適用條件及計(jì)算方法 結(jié)構(gòu)抗震驗(yàn)算1、截面抗震驗(yàn)算 2、抗震變形驗(yàn)算 荷載效應(yīng)組合及最不利內(nèi)力 抗震結(jié)構(gòu)延性要求和抗震等級(jí),習(xí) 題 1、多層與高層建筑中常采用哪些結(jié)構(gòu)體系？試述每一種結(jié)構(gòu)體系的受力及變形特點(diǎn)。 2、什么是抗震規(guī)范“三水準(zhǔn)”的抗震設(shè)防目標(biāo)及“兩階段”設(shè)計(jì)方法？ 3、什么是眾值烈度、基本烈度和罕遇烈度？ 4、畫出地震影響系數(shù)曲線。 5、底部剪力法的適用條件是什么？ 6、如何理解抗震“概念設(shè)計(jì)”？,7、荷載組合要考慮哪些工況？ 8、有地震作用的組合與無地震作用的組合區(qū)別是什么? 哪些建筑要求前者？哪些建筑要求后者? 9、抗震設(shè)