同濟大學高層建筑第二章2.3

1、第二章第二章 結(jié)構(gòu)荷載計算及設(shè)計要求結(jié)構(gòu)荷載計算及設(shè)計要求 地震作用：地震作用：是指地面震動在結(jié)構(gòu)上產(chǎn)生動力荷載，俗稱是指地面震動在結(jié)構(gòu)上產(chǎn)生動力荷載，俗稱為地震荷載為地震荷載 地震作用效應(yīng)地震作用效應(yīng)：地震作用產(chǎn)生結(jié)構(gòu)的內(nèi)力和變形：地震作用產(chǎn)生結(jié)構(gòu)的內(nèi)力和變形 結(jié)構(gòu)動力特性結(jié)構(gòu)動力特性：結(jié)構(gòu)的自振周期、阻尼、振型等。：結(jié)構(gòu)的自振周期、阻尼、振型等。 結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)：結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)：結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)的 位移、速度、加速度位移、速度、加速度 及內(nèi)力和及內(nèi)力和變形變形 。 結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)分析：結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)分析：是結(jié)構(gòu)地震作用的計算方法是結(jié)構(gòu)地震作用的計算方法2.4 2.4 地震作用地震作用第二章第二章

2、 結(jié)構(gòu)荷載計算及設(shè)計要求結(jié)構(gòu)荷載計算及設(shè)計要求等等 效效 靜靜 力力 法法簡簡 化化 的的 底底 部部 剪剪 力力 法法振振 型型 分分 解解 反反 應(yīng)應(yīng) 譜譜 法法反反 應(yīng)應(yīng) 譜譜 理理 論論靜靜 態(tài)態(tài) 分分 析析 （ 最最 不不 利利 狀狀 態(tài)態(tài) 分分 析析 ）彈彈 性性 全全 過過 程程 分分 析析彈彈 塑塑 性性 全全 過過 程程 分分 析析動動 態(tài)態(tài) 分分 析析 （ 全全 過過 程程 時時 程程 分分 析析 ）確確 定定 性性 方方 法法非非 確確 定定 性性 方方 法法 隨隨 機機 振振 動動 分分 析析地地 震震 作作 用用 下下 結(jié)結(jié) 構(gòu)構(gòu) 的的 計計 算算 方方 法法本科生學

3、習內(nèi)容本科生學習內(nèi)容第二章第二章 結(jié)構(gòu)荷載計算及設(shè)計要求結(jié)構(gòu)荷載計算及設(shè)計要求根據(jù)已有的大量地震地面運動的記錄，再運用結(jié)構(gòu)動根據(jù)已有的大量地震地面運動的記錄，再運用結(jié)構(gòu)動力學中彈性振動理論，通過力學中彈性振動理論，通過計算結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)計算結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)來確定來確定地震作用。地震作用。（將計算結(jié)果以地震反應(yīng)隨結(jié)構(gòu)自振周期的變化規(guī)律（將計算結(jié)果以地震反應(yīng)隨結(jié)構(gòu)自振周期的變化規(guī)律曲線的方式表達，供設(shè)計時查用。有曲線的方式表達，供設(shè)計時查用。有最大加速度反應(yīng)譜、最大加速度反應(yīng)譜、最大速度反應(yīng)譜、最大位移反應(yīng)譜等。最大速度反應(yīng)譜、最大位移反應(yīng)譜等。）1.1.反應(yīng)譜理論反應(yīng)譜理論2 . 1 結(jié) 構(gòu) 設(shè)

4、計 步 驟第二章第二章 結(jié)構(gòu)荷載計算及設(shè)計要求結(jié)構(gòu)荷載計算及設(shè)計要求地震反應(yīng)譜示例（地震反應(yīng)譜示例（ ElcentroElcentro波波 ）（計算從略）（計算從略）周 期 （ ）速 度 （）速速度度反反應(yīng)應(yīng)譜譜周 期 （）加 速 度 （）加加速速度度反反應(yīng)應(yīng)譜譜位 移 （ ）周 期 （）位位移移反反應(yīng)應(yīng)譜譜巖 石堅 硬 場 地厚 無 粘 性 土層軟 土 層場場地地影影響響第二章第二章 結(jié)構(gòu)荷載計算及設(shè)計要求結(jié)構(gòu)荷載計算及設(shè)計要求0mxcxkxmx 式中式中: m，c，k 質(zhì)量、阻尼系數(shù)和剛度系數(shù)；質(zhì)量、阻尼系數(shù)和剛度系數(shù)； , , 質(zhì)點的位移、速度、加速度；質(zhì)點的位移、速度、加速度； 地面運

5、動加速度。地面運動加速度。單質(zhì)點體系運動方程為：單質(zhì)點體系運動方程為：0 x x x x第二章第二章 結(jié)構(gòu)荷載計算及設(shè)計要求結(jié)構(gòu)荷載計算及設(shè)計要求如地面運動如地面運動 已知，便可求出質(zhì)點的位移、速度、加已知，便可求出質(zhì)點的位移、速度、加速度反應(yīng)，反應(yīng)的最大值分別為速度反應(yīng)，反應(yīng)的最大值分別為 ， ， 。有了質(zhì)點最大加速度反應(yīng)有了質(zhì)點最大加速度反應(yīng) 后，由牛頓定律可得最大后，由牛頓定律可得最大慣性力為：慣性力為：0maxaa0maxxsFmsmgk GGgx 式中：式中：m，G 單質(zhì)點體系的質(zhì)量及重量；單質(zhì)點體系的質(zhì)量及重量； g， k 重力加速度及地震系數(shù)；重力加速度及地震系數(shù)； 為動力系數(shù)；

6、為動力系數(shù)； 地震影響系數(shù)地震影響系數(shù)dsvsas(t)x as第二章第二章 結(jié)構(gòu)荷載計算及設(shè)計要求結(jié)構(gòu)荷載計算及設(shè)計要求 水平地震影響系數(shù)水平地震影響系數(shù) 根據(jù)烈度、場地類別、設(shè)計地震分組、結(jié)構(gòu)自振周期根據(jù)烈度、場地類別、設(shè)計地震分組、結(jié)構(gòu)自振周期T和阻尼比確定，由下式計算：和阻尼比確定，由下式計算：當當TTg時時 maxmax，當當TTg時時 maxmax)(sT01 . 0gTgT50 . 6max2max45. 0max2)(TTgmax12)5(2 . 0gTT 地震影響系數(shù)曲線地震影響系數(shù)曲線第二章第二章 結(jié)構(gòu)荷載計算及設(shè)計要求結(jié)構(gòu)荷載計算及設(shè)計要求Tg為特征周期值，與場地類別和地

7、震分組有關(guān)。為特征周期值，與場地類別和地震分組有關(guān)。第二章第二章 結(jié)構(gòu)荷載計算及設(shè)計要求結(jié)構(gòu)荷載計算及設(shè)計要求1、水平地震作用計算、水平地震作用計算 （1）底部剪力法：）底部剪力法： 當結(jié)構(gòu)高度小于當結(jié)構(gòu)高度小于40m，沿高度方向質(zhì)量及剛度分，沿高度方向質(zhì)量及剛度分布比較的均勻，并以剪切變形為主的高層建筑，可采布比較的均勻，并以剪切變形為主的高層建筑，可采用底部剪力法計算等效地震荷載。用底部剪力法計算等效地震荷載。 采用底部剪力法時，各樓層可僅取一個自由度，采用底部剪力法時，各樓層可僅取一個自由度，結(jié)構(gòu)的水平地震作用標準值按下列公式計算：結(jié)構(gòu)的水平地震作用標準值按下列公式計算：2.2.等效地震

8、荷載計算方法等效地震荷載計算方法第二章第二章 結(jié)構(gòu)荷載計算及設(shè)計要求結(jié)構(gòu)荷載計算及設(shè)計要求nnEkFF 式中：式中： 相應(yīng)于結(jié)構(gòu)基本自振周期的水平地震影響系數(shù)值；相應(yīng)于結(jié)構(gòu)基本自振周期的水平地震影響系數(shù)值； 結(jié)構(gòu)等效總重力荷載，結(jié)構(gòu)等效總重力荷載， 對單質(zhì)點體系應(yīng)取總重力荷載代表值的對單質(zhì)點體系應(yīng)取總重力荷載代表值的85%； 頂部附加水平地震作用系數(shù)，當基本自振周期頂部附加水平地震作用系數(shù)，當基本自振周期T11.4Tg時，時， 取為取為0；當基本自振周期；當基本自振周期T11.4Tg時，按照表中采用。時，按照表中采用。1 eqGn Ek1eqFG iiiEknnjjj=1G HFF( 1)G

9、H nnFF iFEkFnGiGjGiHjHnnFF iFEkFnGiGjGiHjH第二章第二章 結(jié)構(gòu)荷載計算及設(shè)計要求結(jié)構(gòu)荷載計算及設(shè)計要求 計算式計算式ngT ( s )1gT1.4T 1gT1.4T 0.35 0.55 10.08T0.07 10.08T0.01 10.08T0.02 第二章第二章 結(jié)構(gòu)荷載計算及設(shè)計要求結(jié)構(gòu)荷載計算及設(shè)計要求結(jié)構(gòu)基本自振周期結(jié)構(gòu)基本自振周期 可按下式計算：可按下式計算：1TT1.7Tu1T式中：式中： 計算結(jié)構(gòu)基本自振周期用的結(jié)構(gòu)頂點計算結(jié)構(gòu)基本自振周期用的結(jié)構(gòu)頂點假想位移（假想位移（m)， 即假想把集中在各層樓面處的重力荷載代即假想把集中在各層樓面處的

10、重力荷載代表值作為水平荷載算得的頂點位移；表值作為水平荷載算得的頂點位移； 結(jié)構(gòu)基本自振周期考慮非承重磚墻影響結(jié)構(gòu)基本自振周期考慮非承重磚墻影響的折減系數(shù)。的折減系數(shù)。TuT第二章第二章 結(jié)構(gòu)荷載計算及設(shè)計要求結(jié)構(gòu)荷載計算及設(shè)計要求自振周期的修正自振周期的修正計算中未考慮砌體填充墻的剛度影響，計算周期較實計算中未考慮砌體填充墻的剛度影響，計算周期較實際周期長，地震作用偏于不安全，故際周期長，地震作用偏于不安全，故 應(yīng)乘以周期應(yīng)乘以周期折減系數(shù)折減系數(shù)T框架結(jié)構(gòu)框架結(jié)構(gòu)框剪結(jié)構(gòu)框剪結(jié)構(gòu)剪力墻結(jié)構(gòu)剪力墻結(jié)構(gòu)T0.60.7 T0.70.8 T0.91.0 第二章第二章 結(jié)構(gòu)荷載計算及設(shè)計要求結(jié)構(gòu)荷載計算及設(shè)計要求求建筑的重力荷載時，各荷載的組合值系數(shù)按下表采用。求建筑的重力荷載時，各荷載的組合值系數(shù)按下表采用。第二章第二章 結(jié)構(gòu)荷載計算及設(shè)計要求結(jié)構(gòu)荷載計算及設(shè)計要求屋面小塔樓地震力屋面小塔樓地震力小塔樓：突出屋面的樓梯間、水箱等，一般小塔樓：突出屋面的樓梯間、水箱等，一般12層，層，高度小體積小，小塔樓作為一個質(zhì)點。高度小體積小，小塔樓作為一個質(zhì)點。鞭梢效應(yīng)：屋面塔樓的剛度和質(zhì)量比主體結(jié)構(gòu)小得多，鞭梢效應(yīng)：屋面塔樓的剛度和質(zhì)量比主體結(jié)構(gòu)小得多，受到經(jīng)過