第三章 高層建筑結(jié)構(gòu)荷載

第三章高層建筑結(jié)構(gòu)荷載2/5/2023第三章高層建筑結(jié)構(gòu)荷載§3.1豎向荷載的計(jì)算§

3.2風(fēng)荷載§

3.3地震作用思考題§3.0前言2/5/2023高層建筑結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)使用年限以內(nèi)可能承受的主要作用有荷載和其他非荷載因素。荷載可以分為恒載和活荷載，活荷載又可以分為樓面活荷載、屋面活荷載、雪荷載和風(fēng)荷載。非荷載因素主要有地震作用、溫度作用和混凝土的收縮、徐變等。§3.0前言2/5/2023§3.0前言

1.豎向荷載及作用豎向荷載包括建筑物的自重，樓面屋面活荷載、雪荷載、設(shè)備設(shè)施重量及非結(jié)構(gòu)構(gòu)件重量等。在地震區(qū)，還有豎向地震作用。豎向荷載主要使墻、柱產(chǎn)生軸向力，與房屋高度一般為線性關(guān)系，對(duì)高層建筑的側(cè)移影響較小，且計(jì)算簡(jiǎn)單，與一般多層房屋并無區(qū)別。

高層建筑所受的荷載作用按作用方式可分為兩類:2/5/2023

2.水平荷載及作用一般主要有風(fēng)荷載和地震作用。高層建筑以水平作用為主，因它直接影響結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理性和經(jīng)濟(jì)性。水平力主要使墻、柱產(chǎn)生彎矩，彎矩與房屋高度呈非線性關(guān)系，且水平力對(duì)高層建筑的側(cè)移影響大，計(jì)算比較復(fù)雜。本章主要介紹在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中起主導(dǎo)作用的水平荷載——風(fēng)荷載和地震作用的計(jì)算方法?！?.0前言高層建筑所受的荷載作用按作用方式可分為兩類:2/5/2023豎向荷載可分為恒荷載(永久荷載)和活荷載(可變荷載)。一、恒載恒載是指由結(jié)構(gòu)物內(nèi)部每一構(gòu)件的重量所引起的靜力。引起恒載的力包括房屋的承重構(gòu)件——屋面、樓面、墻體、梁柱等構(gòu)件自重和找平層、保溫層、防水層、裝修材料層等重量以及固定設(shè)備重。所有這些構(gòu)件的綜合重量組成房屋的恒載?！?.1豎向荷載的計(jì)算2/5/2023§3.1豎向荷載的計(jì)算永久荷載標(biāo)準(zhǔn)值可按結(jié)構(gòu)構(gòu)件的設(shè)計(jì)尺寸和材料單位體積的自重計(jì)算確定，對(duì)常用材料和構(gòu)件的自重可從《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》附表中查得。對(duì)某些自重變異較大的材料和構(gòu)件，考慮到結(jié)構(gòu)的可靠度，在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)根據(jù)該荷載對(duì)結(jié)構(gòu)的有利或不利影響，取其自重上限值或下限值。固定設(shè)備重由有關(guān)專業(yè)資料提供。確定材料的重量及結(jié)構(gòu)物的恒載似乎是件簡(jiǎn)單的事情，但是恒載的估算可能有15%—20%或者更大的誤差。因?yàn)樵诔醪皆O(shè)計(jì)階段，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)者不可能確切預(yù)估還沒有選定的建筑材料的重量。

2/5/2023§3.1豎向荷載的計(jì)算二、活載活荷載是變化的和較難預(yù)測(cè)的。它不僅隨時(shí)間發(fā)生變化，而且也是位置的函數(shù)。變化可能是短期的也可能是長(zhǎng)期的，這就使得活荷載幾乎不可能用靜力方式來預(yù)測(cè)。然而，通過經(jīng)驗(yàn)、調(diào)查研究和實(shí)踐，已制定出各種使用荷載的建議值。荷載規(guī)范以表格形式列出了這些荷載的數(shù)值，其特點(diǎn)是引用了概率及數(shù)理統(tǒng)計(jì)理論以考慮建筑物存在期間最大可能的荷載情況。樓面活荷載屋面活荷載雪荷載施工活荷載活荷載的最不利布置2/5/2023風(fēng)荷載是指空氣流動(dòng)形成的風(fēng)遇到建筑物時(shí)在建筑物表面所產(chǎn)生的一種壓力和吸力。風(fēng)載的大小、變化規(guī)律和分布情況非常復(fù)雜，除與風(fēng)速、風(fēng)向有關(guān)外，還與建筑物的高度、形狀和表面狀況有關(guān)，一般應(yīng)進(jìn)行風(fēng)洞試驗(yàn)加以確定。風(fēng)荷載的概念§3.2風(fēng)荷載前言2/5/2023風(fēng)作用在建筑物上，使建筑物受到雙重的作用：一方面風(fēng)力使建筑物受到一個(gè)基本上比較穩(wěn)定的風(fēng)壓力；另一方面風(fēng)又使建筑物產(chǎn)生風(fēng)力振動(dòng)(風(fēng)振)。由于這種雙重作用，建筑物既受到靜力的作用，又受到動(dòng)力的作用。風(fēng)載就其對(duì)高層建筑的作用來說是屬于一種隨機(jī)性的動(dòng)力荷載，它將使建筑物產(chǎn)生動(dòng)力效應(yīng)，引起建筑物振動(dòng)，但房屋設(shè)計(jì)中一般把它看成靜荷載。前言§3.2風(fēng)荷載2/5/2023風(fēng)對(duì)高層建筑結(jié)構(gòu)的作用具有如下特點(diǎn)：

(1)、風(fēng)力作用與建筑物的外形直接有關(guān)，圓形與正多邊形受到風(fēng)力較小，對(duì)抗風(fēng)有利；相反，平面凹凸多變的復(fù)雜建筑物受到的風(fēng)力較大，而且容易產(chǎn)生風(fēng)力扭轉(zhuǎn)作用，對(duì)抗風(fēng)不利。前言§3.2風(fēng)荷載2/5/2023

(2)、風(fēng)力受建筑物周圍環(huán)境影響較大，處于高層建筑群中的高層建筑，有時(shí)會(huì)出現(xiàn)受力更為不利的情況。例如．由于不對(duì)稱遮擋而使風(fēng)力偏心產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)；相鄰建筑物之間的狹縫風(fēng)力增大，使建筑物產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)等等。在這些情況下要適當(dāng)加大安全度。前言§3.2風(fēng)荷載2/5/2023

(3)、風(fēng)力作用具有靜力作用與動(dòng)力作用兩重性質(zhì)。

(4)、風(fēng)力在建筑物表面的分布很不均勻，在角區(qū)和建筑物內(nèi)收的局部區(qū)域，會(huì)產(chǎn)生較大的風(fēng)力。

(5)、與地震作用相比，風(fēng)力作用持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)，其作用更接近于靜力荷載。但在建筑物的作用期間出現(xiàn)較大風(fēng)力的次數(shù)較多。前言§3.2風(fēng)荷載2/5/2023(6)、由于有較長(zhǎng)期的氣象觀測(cè)，大風(fēng)的重現(xiàn)期很短，所以對(duì)風(fēng)力大小的估計(jì)比地震作用大小的估計(jì)較為可靠，因而抗風(fēng)設(shè)計(jì)也具有較大的可靠性。前言§3.2風(fēng)荷載2/5/2023到目前為止，尚沒有高層建筑結(jié)構(gòu)因強(qiáng)風(fēng)而倒塌破壞的事例，但是在臺(tái)風(fēng)作用下建筑物留下顯著的殘余變形的事例發(fā)生過，至于圍護(hù)結(jié)構(gòu)破壞則是經(jīng)常發(fā)生的。據(jù)統(tǒng)計(jì)，全世界每年因風(fēng)災(zāi)產(chǎn)生的損失大于圍地震而產(chǎn)生的損失。前言§3.2風(fēng)荷載2/5/2023總的來說，風(fēng)力對(duì)建筑物會(huì)產(chǎn)生如下的結(jié)果：

(1)、強(qiáng)風(fēng)會(huì)使圍護(hù)結(jié)構(gòu)和裝修產(chǎn)生損壞；

(2)、風(fēng)力作用會(huì)使結(jié)構(gòu)開裂或留下較大的殘余變形；

(3)、風(fēng)力使建筑物產(chǎn)生過大的搖晃，居住者感到不適；

(4)、長(zhǎng)期風(fēng)力作用使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生疲勞。前言§3.2風(fēng)荷載2/5/2023在高層建筑的抗風(fēng)設(shè)計(jì)中，應(yīng)考慮下列問題：

(1)、保證結(jié)構(gòu)有足夠的承載力，能可靠地承受風(fēng)荷載作用下產(chǎn)生的內(nèi)力；

(2)、結(jié)構(gòu)必須具有足夠的剛度，控制高層建筑在風(fēng)力作用下的位移，保證良好的居住和工作條件；前言§3.2風(fēng)荷載2/5/2023

(3)、選擇合理的結(jié)構(gòu)體系和建筑體型。采用較大的剛度可以降低風(fēng)振的影響；圓形、正多邊形的平面可以減少風(fēng)壓的數(shù)值；

(4)、盡量采用對(duì)稱的平面形狀和對(duì)稱的結(jié)構(gòu)布置，減少風(fēng)力偏心產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)影響；前言§3.2風(fēng)荷載2/5/2023

(5)、外墻(尤其是玻璃幕墻)、窗玻璃、女兒墻及其他圍護(hù)和裝飾構(gòu)件必須有足夠的承載力，并與主體結(jié)構(gòu)可靠地連接，防止產(chǎn)生建筑物的局部損壞。前言§3.2風(fēng)荷載2/5/2023

風(fēng)荷載也可按荷載規(guī)范規(guī)定的公式進(jìn)行計(jì)算。規(guī)范規(guī)定垂直作用在建筑物表面單位面積上的風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值為：式中：——基本風(fēng)壓值，單位是kN/m2

——風(fēng)載體型系數(shù)

——風(fēng)壓高度變化系數(shù)

——z高度處風(fēng)振系數(shù)一、單位面積上的風(fēng)荷載的標(biāo)準(zhǔn)值§3.2風(fēng)荷載2/5/20231、基本風(fēng)壓值w0

基本風(fēng)壓值w0與風(fēng)速大小有關(guān)。一般可近似按照v02/1600計(jì)算風(fēng)壓值，v0是風(fēng)速（m/s）。

荷載規(guī)范給出了各地區(qū)、各城市的基本風(fēng)壓值，它是以該地區(qū)（城市）空曠平坦地面上離地10m處，重現(xiàn)期為50年（或100年）的10分鐘平均最大風(fēng)速v0

（m/s）作為計(jì)算基本風(fēng)壓值作為的依據(jù)的。荷載規(guī)范給出的w0

適用于一般的多層建筑。一、單位面積上的風(fēng)荷載的標(biāo)準(zhǔn)值§3.2風(fēng)荷載2/5/20232、風(fēng)壓高度變化系數(shù)μz風(fēng)速由地面處為零沿高度按曲線逐漸增大，直至距地面某高度處達(dá)到最大值，上層風(fēng)速受地面影響小，風(fēng)速較穩(wěn)定。不同的地表面粗糙度使風(fēng)速沿高度增大的梯度不同。荷載規(guī)范給出了風(fēng)壓高度變化系數(shù)，用以修正基本風(fēng)壓值。風(fēng)速的變化與地貌及周圍環(huán)境有關(guān)。一、單位面積上的風(fēng)荷載的標(biāo)準(zhǔn)值§3.2風(fēng)荷載2/5/2023規(guī)范把地面粗糙度分為四類：A類、B類、C類、D類

A類指近海海面、海島、海岸、湖岸及沙漠地區(qū)；

B類指田野、鄉(xiāng)村、叢林、丘陵以及房屋比較稀疏的鄉(xiāng)鎮(zhèn)和城市郊區(qū)；

C類指有密集建筑群的城市市區(qū)；

D類指有密集建筑群且房屋較高的城市市區(qū)；

一、單位面積上的風(fēng)荷載的標(biāo)準(zhǔn)值§3.2風(fēng)荷載2/5/2023地面粗糙度示意圖一、單位面積上的風(fēng)荷載的標(biāo)準(zhǔn)值§3.2風(fēng)荷載2/5/2023風(fēng)壓高度變化系數(shù)μz離地面或海平面高度(m)地面粗糙度類別ABCD510152030405060708090100150200250300350400≥4501.171.381.521.631.801.922.032.122.202.272.342.402.642.832.993.123.123.123.121.001.001.141.251.421.561.671.771.861.952.022.092.382.612.802.973.123.123.120.740.740.740.841.001.131.251.351.451.541.621.702.032.302.542.752.943.123.120.620.620.620.620.620.730.840.931.021.111.191.271.611.922.192.452.682.913.12一、單位面積上的風(fēng)荷載的標(biāo)準(zhǔn)值§3.2風(fēng)荷載2/5/2023說明:⑴、山區(qū)高層建筑高度變化系數(shù)μz的修正:

現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》是按地形條件，對(duì)風(fēng)荷載給出地形系數(shù)加以修正。對(duì)于山區(qū)的建筑物，風(fēng)壓高度變化系數(shù)可按平坦地面的粗糙度類別，還應(yīng)考慮地形條件的修正。修正系數(shù)η分別按下述規(guī)定采用:一、單位面積上的風(fēng)荷載的標(biāo)準(zhǔn)值§3.2風(fēng)荷載2/5/2023①、對(duì)于山峰和山坡，其頂部B的修正系數(shù)一、單位面積上的風(fēng)荷載的標(biāo)準(zhǔn)值§3.2風(fēng)荷載式中：tanα——山峰或山坡在迎風(fēng)面一側(cè)的坡度，當(dāng)tanα>0.3時(shí)，取tanα=0.3；

K——系數(shù)，對(duì)山峰取3.2，對(duì)山坡取1.4；2/5/2023

H——山頂或山坡全高(m);z——建筑物計(jì)算位置離建筑物地面的高度(m)，當(dāng)z>2.5H時(shí)，取z=2.5H。對(duì)于山峰和山坡的其他部位，可如上圖所示，取A,C處的修正系數(shù)ηＡ、ηＣ為1,AB間和BC間的修正系數(shù)按η值線性插值確定。

一、單位面積上的風(fēng)荷載的標(biāo)準(zhǔn)值§3.2風(fēng)荷載②、山間盆地、谷地等閉塞地形，η=0.75—0.85；對(duì)于與風(fēng)向一致的谷口、山口，η=1.20—1.502/5/2023⑵、離岸海島上高層建筑物的μz修正:

遠(yuǎn)離海岸的海島上的高層建筑物，其風(fēng)壓高度變化系數(shù)可按A類粗糙度類別，除由規(guī)范中相應(yīng)的表確定外，還應(yīng)考慮下表中給出的修正系數(shù)。一、單位面積上的風(fēng)荷載的標(biāo)準(zhǔn)值§3.2風(fēng)荷載2/5/20233、風(fēng)載體型系數(shù)μs風(fēng)載是隨建筑物的體型、尺度、表面位置、表面狀況而改變。風(fēng)對(duì)建筑物的表面的作用力并不等于基本風(fēng)壓值。風(fēng)對(duì)建筑物的作用力的大小和方向可以通過實(shí)測(cè)或風(fēng)洞試驗(yàn)得到。當(dāng)風(fēng)流動(dòng)經(jīng)過建筑物時(shí)，對(duì)建筑物不同的部位會(huì)產(chǎn)生不向的效果。有壓力，也有吸力?？諝饬鲃?dòng)還會(huì)產(chǎn)生渦流，對(duì)建筑物局部會(huì)產(chǎn)生較大的壓力或吸力。

一、單位面積上的風(fēng)荷載的標(biāo)準(zhǔn)值§3.2風(fēng)荷載2/5/2023

風(fēng)載體型系數(shù)是指實(shí)際風(fēng)壓與基本風(fēng)壓的比值，正值是壓力，負(fù)值是吸力。規(guī)則高層建筑體型系數(shù)可由荷載規(guī)范查得，書上也給出了一些常用截面的風(fēng)載體型系數(shù)。一、單位面積上的風(fēng)荷載的標(biāo)準(zhǔn)值§3.2風(fēng)荷載2/5/20234、風(fēng)振系數(shù)βs

風(fēng)的作用是不規(guī)則的，風(fēng)壓隨著風(fēng)速、風(fēng)向的紊亂變化而不停地改變。實(shí)際風(fēng)壓在平均風(fēng)壓的上下波動(dòng)。一、單位面積上的風(fēng)荷載的標(biāo)準(zhǔn)值§3.2風(fēng)荷載2/5/2023平均風(fēng)壓使建筑物產(chǎn)生一定側(cè)移，而波動(dòng)風(fēng)壓會(huì)使建筑物在平均側(cè)移附近左右搖擺，從而產(chǎn)生動(dòng)力效應(yīng)。一、單位面積上的風(fēng)荷載的標(biāo)準(zhǔn)值§3.2風(fēng)荷載2/5/2023風(fēng)振系數(shù)反映了風(fēng)載對(duì)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生動(dòng)力反應(yīng)的影響。風(fēng)振系數(shù)與結(jié)構(gòu)的自振周期、阻尼、振型以及脈動(dòng)風(fēng)壓特性、下墊層性質(zhì)等因素有關(guān)。一、單位面積上的風(fēng)荷載的標(biāo)準(zhǔn)值§3.2風(fēng)荷載2/5/2023式中:φz——基本振型z高度處振型系數(shù)，當(dāng)剛度和質(zhì)量沿高度分布均勻時(shí)，可近似用z/H代替振型系數(shù)；

ξ——脈動(dòng)增大系數(shù)；

ν——脈動(dòng)影響系數(shù)；

μz——風(fēng)壓高度變化系數(shù)。高層建筑的風(fēng)振系數(shù)按下式計(jì)算：一、單位面積上的風(fēng)荷載的標(biāo)準(zhǔn)值§3.2風(fēng)荷載2/5/2023計(jì)算風(fēng)荷載的總體效應(yīng)時(shí)，要用建筑物承受的總風(fēng)荷載，它是各個(gè)表面承受風(fēng)力的合力，并且是沿高度變化的分布荷載，用于計(jì)算抗側(cè)力結(jié)構(gòu)的側(cè)移及各構(gòu)件內(nèi)力。各表面風(fēng)荷載的合力作用點(diǎn)，即為總風(fēng)荷載的作用點(diǎn)。風(fēng)1、總體風(fēng)荷載二、總體風(fēng)荷載與局部風(fēng)荷載§3.2風(fēng)荷載2/5/2023式中：n—建筑外圍表面數(shù)；

Bi—第i個(gè)表面的寬度；

μsi

—第i個(gè)表面的風(fēng)載體型系數(shù);

αi—第i個(gè)表面法線與總風(fēng)荷載作用方向的夾角?？傮w風(fēng)荷載的計(jì)算公式:二、總體風(fēng)荷載與局部風(fēng)荷載§3.2風(fēng)荷載2/5/2023注意:

公式中計(jì)算得到的風(fēng)荷載的合力值是線荷載，單位是kN／m。

式中的體型系數(shù)的正負(fù)號(hào)，表示每個(gè)表面是風(fēng)壓力還是風(fēng)吸力，以便在求合力時(shí)作矢量相加。

各表面風(fēng)荷載的合力作用點(diǎn)，即為總風(fēng)荷載的作用點(diǎn)。設(shè)計(jì)時(shí)，將沿高度分布的總體風(fēng)荷載的線荷載換算成集中作用在各樓層位置的集中荷載，再計(jì)算結(jié)構(gòu)的內(nèi)力及位移。二、總體風(fēng)荷載與局部風(fēng)荷載§3.2風(fēng)荷載2/5/2023

局部風(fēng)荷載用于計(jì)算結(jié)構(gòu)局部構(gòu)件或圍護(hù)構(gòu)件或圍護(hù)構(gòu)件與主體的連接，如水平懸挑構(gòu)件、幕墻構(gòu)件及其連接件等。實(shí)際上風(fēng)壓在建筑物表面上是不均勻的，在某些風(fēng)壓較大的部位，要考慮局部風(fēng)載對(duì)某些構(gòu)件的不利作用。此時(shí)，采用局部風(fēng)荷載體型系數(shù)。2、局部風(fēng)載二、總體風(fēng)荷載與局部風(fēng)荷載§3.2風(fēng)荷載2/5/2023

在迎風(fēng)面以及房屋側(cè)面寬度為1/6墻面寬度的角隅部分，要驗(yàn)算外墻圍護(hù)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度及連接強(qiáng)度。體型系數(shù)取為±1.5。水平風(fēng)力側(cè)風(fēng)面?zhèn)蕊L(fēng)面迎風(fēng)面二、總體風(fēng)荷載與局部風(fēng)荷載§3.2風(fēng)荷載2/5/2023

建筑物外側(cè)的陽臺(tái)、雨蓬、遮陽板等懸挑構(gòu)件，應(yīng)驗(yàn)算向上漂浮的風(fēng)載，當(dāng)風(fēng)載超過自重時(shí)，懸挑構(gòu)件會(huì)出現(xiàn)反向彎矩，局部向上體型系數(shù)取2.0。二、總體風(fēng)荷載與局部風(fēng)荷載§3.2風(fēng)荷載2/5/2023

驗(yàn)算圍護(hù)構(gòu)件及其連接的承載力時(shí)，可按下列規(guī)定采用局部風(fēng)壓體型系數(shù):⑴、外表面正壓區(qū)按規(guī)范規(guī)定采用；負(fù)壓區(qū)按下列規(guī)定取值：

——對(duì)墻面，取-1.0；

——對(duì)墻角邊，取-1.8；

——對(duì)屋面局部部位(周邊和屋面坡度大于100的屋脊部位);——對(duì)檐口、雨篷、遮陽板等突出構(gòu)件，取-2.0。二、總體風(fēng)荷載與局部風(fēng)荷載§3.2風(fēng)荷載2/5/2023注：對(duì)墻角邊和屋面局部部位的作用寬度為房屋寬度的0.1或房屋平均高度的0.4，取其小者，但不小于1.5m。⑵、內(nèi)表面對(duì)封閉式建筑物，按外表面風(fēng)壓的正負(fù)情況取-0.2或0.2。二、總體風(fēng)荷載與局部風(fēng)荷載§3.2風(fēng)荷載2/5/2023§3.2風(fēng)荷載三、橫風(fēng)向風(fēng)振

氣流繞過圓形截面的桿件而發(fā)生漩渦脫落的現(xiàn)象也經(jīng)常在工程中出現(xiàn)，如下圖所示。氣流在BC間表面某點(diǎn)S由于受摩擦而速度停滯，產(chǎn)生漩渦，并在外部氣流的影響下，以一定的周期脫落，形成渦街。當(dāng)脫落頻率與結(jié)構(gòu)橫向自振周期接近時(shí)，結(jié)構(gòu)會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的共振。設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)圓形截面的結(jié)構(gòu)，應(yīng)根據(jù)雷諾數(shù)Re的不同情況進(jìn)行橫風(fēng)向風(fēng)振的校核。2/5/2023

風(fēng)是紊亂的隨機(jī)現(xiàn)象，前面我們講得風(fēng)荷載的計(jì)算適用于大多數(shù)體型較規(guī)則、高度不太大的單幢高層建筑。目前還沒有有效的預(yù)測(cè)體型復(fù)雜、高柔建筑物風(fēng)作用的計(jì)算方法，而風(fēng)洞試驗(yàn)是一種有效地手段。摩天大樓可能造成很強(qiáng)的地面風(fēng)，對(duì)行人和商店有很大影響；當(dāng)附近還有別的高層建筑時(shí)，群體效應(yīng)對(duì)建筑物和建筑物之間的通道也會(huì)造成危害(見下圖)，這些都可以通過風(fēng)洞試驗(yàn)得到對(duì)設(shè)計(jì)有用的數(shù)據(jù)。

四、關(guān)于風(fēng)洞試驗(yàn)§3.2風(fēng)荷載2/5/2023風(fēng)荷載對(duì)高層建筑的影響§3.2風(fēng)荷載四、關(guān)于風(fēng)洞試驗(yàn)2/5/2023下列高層建筑宜采用風(fēng)洞試驗(yàn)確定風(fēng)荷載：(1)、高度大于200m的高層建筑；(2)、高度大于150m且有下列情況之一時(shí)的高層建筑

——平面形狀不規(guī)則、立面形狀復(fù)雜

——或立面開洞或連體建筑；§3.2風(fēng)荷載四、關(guān)于風(fēng)洞試驗(yàn)2/5/2023(3)、規(guī)范或規(guī)程中沒有給出風(fēng)載體型系數(shù)的建筑物：(4)、周圍地形和環(huán)境復(fù)雜，鄰近有高層建筑時(shí)，宜考慮互相干擾的群體效應(yīng)，一般可將單個(gè)建筑物的體型系數(shù)乘以相互干擾增大系數(shù)，缺乏該系數(shù)時(shí)宜通過風(fēng)洞試驗(yàn)得出?！?.2風(fēng)荷載四、關(guān)于風(fēng)洞試驗(yàn)2/5/2023

風(fēng)洞試驗(yàn)采用的模型通常有三類：(1)、剛性壓力模型；(2)、氣動(dòng)彈性模型；(3)、剛性高頻力平衡模型。§3.2風(fēng)荷載四、關(guān)于風(fēng)洞試驗(yàn)2/5/2023例：計(jì)算具有下圖所示平面的框架-剪力墻結(jié)構(gòu)的風(fēng)荷載及合力作用位置。18層房屋總高58m，H／B＝1.72,D類地區(qū)，地區(qū)標(biāo)準(zhǔn)風(fēng)壓=0.70kN／m2。風(fēng)向?yàn)閳D中箭頭所示方向。五、計(jì)算實(shí)例§3.2風(fēng)荷載2/5/2023§3.2風(fēng)荷載五、計(jì)算實(shí)例2/5/2023解：每個(gè)表面建筑物高度每米的風(fēng)荷載為：首先計(jì)算，按8塊表面積分別計(jì)算風(fēng)力（壓力或吸力）在y方向的投影值，投影后與y坐標(biāo)正向相同者取正號(hào)，反之取負(fù)號(hào)。表面序號(hào)在圖中○內(nèi)注明，計(jì)算如表1，xi為wi到原點(diǎn)O的距離?！?.2風(fēng)荷載五、計(jì)算實(shí)例2/5/2023466.80∑29.16∑6.33.02.1016×0.5×0.7865.0413.104.960.528.38×0.5×0.7741.4622.791.826×0.5×0.76-25.0823.89-1.050.5-6×0.5×0.75146.4329.484.960.528.38×0.5×0.74-55.6233.98-1.64-6×0.45×0.7362.7529.882.100.56×1.0×0.72225.5214.1915.89

128.38×0.8×0.71序號(hào)表1§3.2風(fēng)荷載五、計(jì)算實(shí)例2/5/2023風(fēng)合力作用點(diǎn)距離原點(diǎn)：高寬比1.72，大于1.5，要考慮風(fēng)振影響，以下計(jì)算風(fēng)振系數(shù)βz

所需各系數(shù)。框架-剪力墻結(jié)構(gòu)基本周期取0.07N，N為層數(shù)。

T=0.07×18=1.26S

查表3-3，得ξ=1.45D類地區(qū)，查表3-4，得υ=0.43§3.2風(fēng)荷載五、計(jì)算實(shí)例2/5/2023振型系數(shù)簡(jiǎn)化為直線，令z=Hi，即φz=Hi/H，則計(jì)算結(jié)果見表2§3.2風(fēng)荷載五、計(jì)算實(shí)例2/5/202369.166.865.063.060.959.257.454.852.850.748.446.143.440.537.634.431.524.82.372.292.232.162.092.031.971.881.811.741.661.581.491.391.291.181.080.851.751.711.681.651.611.581.551.501.461.421.371.321.271.201.131.050.980.800.620.580.550.510.480.450.420.380.350.320.290.260.220.190.160.130.100.055854514845423936333027242118151295181716151413121110987654321分布圖形βzμzμzHi（m）層數(shù)69.1kN/m層數(shù)63.052.840.531.524.8181510521表2§3.2風(fēng)荷載五、計(jì)算實(shí)例課本上按B類地區(qū)取2/5/2023

地震時(shí)，由于地震波的作用產(chǎn)生地面運(yùn)動(dòng)，通過房屋基礎(chǔ)影響上部結(jié)構(gòu)，使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生振動(dòng)，稱為結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)。地震反應(yīng)包括加速度、速度和位移反應(yīng)。地震波可能使房屋產(chǎn)生豎向振動(dòng)、水平振動(dòng)和扭轉(zhuǎn)振動(dòng)。地震作用與地面運(yùn)動(dòng)特性有關(guān)：地面運(yùn)動(dòng)的特性可以用三個(gè)特征量來描述：強(qiáng)度(由振幅值大小表示)、頻譜和持續(xù)時(shí)間。這三個(gè)量也被稱為地震動(dòng)三要素?！?.3

地震作用一、地震作用的特點(diǎn)2/5/2023

地震波可以分解為六個(gè)振動(dòng)分量：兩個(gè)水平分量，一個(gè)豎向分量和三個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)分量。對(duì)建筑結(jié)構(gòu)造成破壞的，主要是水平振動(dòng)和扭轉(zhuǎn)振動(dòng)。一、地震作用的特點(diǎn)§3.3

地震作用2/5/2023

地面水平振動(dòng)使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生移動(dòng)和搖擺，扭轉(zhuǎn)振動(dòng)使結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)，后者對(duì)房屋破壞性很大，但目前尚無法計(jì)算，主要采用概念設(shè)計(jì)方法加大結(jié)構(gòu)的抵抗能力，以減小破壞程度。地面豎向振動(dòng)只在震中附近的高烈度區(qū)影響房屋結(jié)構(gòu)，因此，大多數(shù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算主要考慮水平地震作用。一、地震作用的特點(diǎn)§3.3

地震作用2/5/2023

地面運(yùn)動(dòng)的特性除了與震源所在位置、深度、地震發(fā)生原因、傳播距離等因素有關(guān)外，還與地震傳播經(jīng)過的區(qū)域和建筑物所在區(qū)域的場(chǎng)地土性質(zhì)有密切關(guān)系。觀測(cè)表明，不同性質(zhì)的土層對(duì)地震波包含的各種頻率成分的吸收和過濾效果不同。地震波在傳播過程中，低頻成分振動(dòng)傳播得更遠(yuǎn)。此外，當(dāng)深層地震波傳到地面時(shí)，土層又會(huì)將振動(dòng)放大，土層性質(zhì)不同，放大作用也不同，軟土的放大作用較大。一、地震作用的特點(diǎn)§3.3

地震作用2/5/2023地震作用與地基土的卓越周期有關(guān)：當(dāng)?shù)卣鸩ǖ淖吭街芷谂c建筑物自振周期相近時(shí)，會(huì)引起類共振，結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)加劇。地震作用與建筑本身的動(dòng)力特性有關(guān)：建筑物動(dòng)力特性是指建筑物的自振周期、振型與阻尼，它們與建筑物的質(zhì)量和結(jié)構(gòu)的剛度有關(guān)。地震作用與建筑本身的質(zhì)量、剛度有關(guān)：通常質(zhì)量大、剛度大、周期短的建筑物在地震作用下的慣性力較大；剛度小、周期長(zhǎng)的建筑物位移較大，但慣性力較小。一、地震作用的特點(diǎn)§3.3

地震作用2/5/2023§3.3

地震作用一、地震作用的特點(diǎn)模擬地震2/5/2023廣州電視塔的震動(dòng)影響§3.3

地震作用一、地震作用的特點(diǎn)2/5/2023§3.3

地震作用一、地震作用的特點(diǎn)廣州電視塔的震動(dòng)影響2/5/2023小震：50年內(nèi)超越概率約為63.2％，稱眾值烈度或多遇地震；中震：50年內(nèi)超越概率約為10％，稱基本烈度或設(shè)防烈度；大震：50年內(nèi)超越概率約為2％-3％，稱為罕遇地震。1、小震、中震、大震二、抗震設(shè)防準(zhǔn)則及基本方法§3.3

地震作用2/5/20232、抗震設(shè)防的三水準(zhǔn)目標(biāo)按《規(guī)范》進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)的建筑，其抗震設(shè)防目標(biāo)是：當(dāng)遭受低于本地區(qū)抗震設(shè)防烈度的多遇地震影響時(shí)，一般不受損壞或不需修理可繼續(xù)使用(簡(jiǎn)稱“小震不壞”，俗稱第一水準(zhǔn))；當(dāng)遭受相當(dāng)于本地區(qū)抗震設(shè)防烈度的地震影響時(shí)，可能損壞，經(jīng)一般修理或不需修理仍可繼續(xù)使用(簡(jiǎn)稱“中震可修”，俗稱第二水準(zhǔn))；當(dāng)遭受高于本地區(qū)抗震設(shè)防烈度預(yù)估的罕遇地震影響時(shí)，不致倒塌或發(fā)生危及生命的嚴(yán)重破壞(簡(jiǎn)稱“大震不倒”，俗稱第三水誰)。二、抗震設(shè)防準(zhǔn)則及基本方法§3.3

地震作用2/5/2023

所以，抗震設(shè)防目標(biāo)可簡(jiǎn)述為“小震不壞，中震可修，大震不倒”，即在小震作用下，房屋應(yīng)該不需修理仍可繼續(xù)使用；在中震作用下，允許結(jié)構(gòu)局部進(jìn)入屈服階段，經(jīng)過一般修理仍可繼續(xù)使用；在大震作用下，構(gòu)件可能嚴(yán)重屈服，結(jié)構(gòu)破壞，但房屋不應(yīng)倒塌、不應(yīng)出現(xiàn)危及生命財(cái)產(chǎn)的嚴(yán)重破壞。二、抗震設(shè)防準(zhǔn)則及基本方法§3.3

地震作用2/5/2023

抗震設(shè)防目標(biāo)和要求，是根據(jù)一個(gè)國(guó)家的經(jīng)濟(jì)力量、科學(xué)技術(shù)水平、建筑材料和設(shè)計(jì)、施工現(xiàn)狀等綜合制訂的，并會(huì)隨著經(jīng)濟(jì)和科學(xué)水平的發(fā)展而改變。二、抗震設(shè)防準(zhǔn)則及基本方法§3.3

地震作用2/5/20233、抗震設(shè)計(jì)的兩階段方法

為了實(shí)現(xiàn)三水準(zhǔn)抗震設(shè)防目標(biāo)，抗震設(shè)計(jì)采取二階段方法。第一階段為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)階段。在這階段，用相應(yīng)于該地區(qū)設(shè)防烈度的小震作用計(jì)算結(jié)構(gòu)的彈性位移和構(gòu)件內(nèi)力，并進(jìn)行結(jié)構(gòu)變形驗(yàn)算，用極限狀態(tài)方法進(jìn)行截面承載力驗(yàn)算，按延性和耗能要求進(jìn)行截面配筋及構(gòu)造設(shè)計(jì)，采取相應(yīng)的抗震構(gòu)造措施。經(jīng)過第一階段設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)應(yīng)該實(shí)現(xiàn)小震不壞，中震可修，大震不倒的目標(biāo)。二、抗震設(shè)防準(zhǔn)則及基本方法§3.3

地震作用2/5/2023第二階段為驗(yàn)算階段。對(duì)地震時(shí)抗震能力較低、容易倒塌的高層建筑結(jié)構(gòu)(如純框架結(jié)構(gòu))以及抗震要求較高的建筑結(jié)構(gòu)(如甲類建筑)，要進(jìn)行易損部位(薄弱層)的塑性變形驗(yàn)算，并采取措施提高薄弱層的承載力或增加變形能力，使薄弱層的塑性水平變值不超過允許的變位。這一階段設(shè)計(jì)主要是對(duì)甲類建筑和特別不規(guī)則的結(jié)構(gòu)，用與該地區(qū)設(shè)防烈度相應(yīng)的大震作用進(jìn)行彈塑性變形驗(yàn)算，以檢驗(yàn)是否達(dá)到了大震不倒的目標(biāo)。二、抗震設(shè)防準(zhǔn)則及基本方法§3.3

地震作用2/5/20233、抗震設(shè)防范圍

我國(guó)最新修訂的《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50011—2001(以下簡(jiǎn)稱《抗震規(guī)范》)規(guī)定，在基本烈度為6度及6度以上地區(qū)內(nèi)的建筑結(jié)構(gòu)，應(yīng)當(dāng)抗震設(shè)防?，F(xiàn)行《抗震規(guī)范》適用于設(shè)防烈度為6—9度地區(qū)的建筑抗震設(shè)計(jì)。10度地區(qū)建筑的抗震設(shè)計(jì)，按專門規(guī)定執(zhí)行。我國(guó)設(shè)防烈度為6度和6度以上地區(qū)約占全國(guó)總面積的60％。二、抗震設(shè)防準(zhǔn)則及基本方法§3.3

地震作用2/5/2023

某地區(qū)、某城市的建筑設(shè)防烈度是國(guó)家地震局(1990)頒發(fā)的《中國(guó)地震烈度區(qū)劃圖》上規(guī)定的基本烈度，也可采用抗震設(shè)防區(qū)劃提供的地震動(dòng)參數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)，《抗震規(guī)范》規(guī)定的抗震設(shè)防烈度和基本地震加速度值的對(duì)應(yīng)關(guān)系見下頁表格所示。二、抗震設(shè)防準(zhǔn)則及基本方法§3.3

地震作用2/5/2023抗震設(shè)防烈度6789基本地震加速度0.05g0.10g0.15g0.20g0.30g0.40g抗震設(shè)防烈度和基本地震加速度值的對(duì)應(yīng)關(guān)系二、抗震設(shè)防準(zhǔn)則及基本方法§3.3

地震作用2/5/2023

我國(guó)《抗震規(guī)范》又按建筑物使用功能的重要性分為甲、乙、丙、丁四個(gè)抗震設(shè)防類別。

①、甲類建筑：甲類建筑應(yīng)屬于重大建筑工程和地震時(shí)可能發(fā)生嚴(yán)重次生災(zāi)害的建筑。4、抗震設(shè)防類別二、抗震設(shè)防準(zhǔn)則及基本方法§3.3

地震作用2/5/2023②、乙類建筑：乙類建筑應(yīng)屬于地震時(shí)使用功能不能中斷或需盡快恢復(fù)的建筑。如醫(yī)療、廣播、通訊交通、供電、供水、消防和糧食等工程及設(shè)備所使用的建筑。③、丙類建筑：丙類建筑屬于除甲、乙、丁類以外的一般建筑。④、丁類建筑：丁類建筑屬于抗震次要建筑，一般指地震破壞不易造成人員傷亡和較大經(jīng)濟(jì)損失的建筑。二、抗震設(shè)防準(zhǔn)則及基本方法§3.3

地震作用2/5/2023①、甲類建筑

地震作用應(yīng)高于本地區(qū)抗震設(shè)防烈度的要求，其值應(yīng)按批準(zhǔn)的地震安全性評(píng)價(jià)結(jié)果確定；抗震措施：當(dāng)抗震設(shè)防烈度為6—8度時(shí)，應(yīng)符合本地區(qū)抗震設(shè)防烈度提高一度的要求：當(dāng)為9度時(shí)，應(yīng)符合比9度抗震設(shè)防更高的要求。5、抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)二、抗震設(shè)防準(zhǔn)則及基本方法§3.3

地震作用2/5/2023②、乙類建筑

地震作用應(yīng)符合本地區(qū)抗震設(shè)防烈度的要求；抗震措施：一般情況下，當(dāng)抗震設(shè)防烈度為6—8度時(shí)，應(yīng)符合本地區(qū)抗震設(shè)防烈度提高一度的要求，當(dāng)為9度時(shí)，應(yīng)符合比9度抗震設(shè)防更高的要求；地基基礎(chǔ)的抗震措施，應(yīng)符合有關(guān)規(guī)定。對(duì)較小的乙類建筑，當(dāng)其結(jié)構(gòu)改用抗震性能較好的結(jié)構(gòu)類型時(shí)，允許仍按本地區(qū)抗震設(shè)防烈度的要求采取抗震措施。二、抗震設(shè)防準(zhǔn)則及基本方法§3.3

地震作用2/5/2023③、丙類建筑地震作用和抗震措施均應(yīng)符合本地區(qū)抗震設(shè)防烈度的要求。④、丁類建筑一般情況下，地震作用仍應(yīng)符合本地區(qū)抗震設(shè)防烈度的要求；抗震措施允許比本地區(qū)抗震設(shè)防烈度的要求適當(dāng)降低，但抗震設(shè)防烈度為6度時(shí)不應(yīng)降低。抗震設(shè)防烈度為6度時(shí)，除規(guī)范有具體規(guī)定外，對(duì)乙、丙、丁類建筑可不進(jìn)行地震作用計(jì)算。二、抗震設(shè)防準(zhǔn)則及基本方法§3.3

地震作用2/5/2023

計(jì)算地震作用的方法可分為靜力法、反應(yīng)譜方法(擬靜力法)和時(shí)程分析法(直接動(dòng)力法)三大類。

我國(guó)(抗震規(guī)范)要求在設(shè)計(jì)階段按照反應(yīng)譜方法計(jì)算地震作用，少數(shù)情況才需要采用時(shí)程分析法進(jìn)行補(bǔ)充計(jì)算。規(guī)范要求進(jìn)行第二階段驗(yàn)算的建筑也是少數(shù)，第二階段驗(yàn)算采用彈塑性靜力分析或彈塑性時(shí)程分析方法。

三、抗震計(jì)算理論§3.3

地震作用2/5/20231、反應(yīng)譜理論反應(yīng)譜理論是采用反應(yīng)譜確定地震作用的理論。20世紀(jì)40年代開始，世界上結(jié)構(gòu)抗震理論開始進(jìn)入反應(yīng)譜理論階段，是抗震理論的一大飛躍，到20世紀(jì)50年代末已基本取代了靜力理論。三、抗震計(jì)算理論§3.3

地震作用2/5/2023由于地震的作用，建筑物產(chǎn)生位移、速度和加速度。我們把不同周期下建筑物反應(yīng)值的大小畫成曲線，這些曲線稱為反應(yīng)譜。一般來說，隨周期的延長(zhǎng)，位移反應(yīng)譜為上升的曲線；速度反應(yīng)譜比較恒定；而加速度的反應(yīng)譜則大體為下降的曲線。三、抗震計(jì)算理論§3.3

地震作用2/5/2023一般說來，設(shè)計(jì)的直接依據(jù)是加速度反應(yīng)譜。反應(yīng)譜是指不同周期的單自由度體系在同一地震波下的最大反應(yīng)。同一次地震下不同結(jié)構(gòu)的加速度反應(yīng)記為Sa，Sa

與結(jié)構(gòu)的自振周期T有關(guān)。單自由度體系地震反應(yīng)三、抗震計(jì)算理論§3.3

地震作用2/5/2023某次地震的Sa-T關(guān)系曲線，稱為該次地震的加速度反應(yīng)譜。如果結(jié)構(gòu)的阻尼比ζ不同，得到的地震的加速度反應(yīng)譜也不同，阻尼比增大，譜值降低。單自由度體系加速度反應(yīng)譜三、抗震計(jì)算理論§3.3

地震作用2/5/2023加速度反應(yīng)譜在周期很短時(shí)有一個(gè)上升段(高層建筑的基本自振周期一般都在這一區(qū)段)，當(dāng)建筑物周期與場(chǎng)地的特征周期接近時(shí)，出現(xiàn)峰值，隨后逐漸下降。出現(xiàn)峰值時(shí)的周期與場(chǎng)地的類型有關(guān)：Ⅰ類場(chǎng)地約為0.1—0.2s；Ⅱ類場(chǎng)地約為0.3—0.4s；Ⅲ類場(chǎng)地約為0.5—0.6s；Ⅳ類場(chǎng)地約為0.7—1.0s。三、抗震計(jì)算理論§3.3

地震作用2/5/2023

不同性質(zhì)土壤的場(chǎng)地上記錄的地震波作出的反應(yīng)譜不同。卓越周期是指地震功率譜中能量占主要部分的周期。硬土中反應(yīng)譜的峰值對(duì)應(yīng)的周期較短，即硬土的卓越周期短。軟土的反應(yīng)譜峰值對(duì)應(yīng)的周期較長(zhǎng)，即軟土的卓越周期長(zhǎng)，且曲線的平臺(tái)(較大反應(yīng)值范圍)較硬土大，說明長(zhǎng)周期結(jié)構(gòu)在軟土地基上的地震作用更大。三、抗震計(jì)算理論§3.3

地震作用2/5/2023目前我國(guó)抗震設(shè)計(jì)都采用加速度反應(yīng)譜計(jì)算地震作用。取加速度反應(yīng)絕對(duì)最大值計(jì)算慣性力作為等效地震荷載，即

地震系數(shù)動(dòng)力系數(shù)地震影響系數(shù)三、抗震計(jì)算理論§3.3

地震作用2/5/2023動(dòng)力系數(shù)β與，結(jié)構(gòu)周期T及阻尼比ζ有關(guān)，β-T曲線，稱為β譜。通過計(jì)算發(fā)現(xiàn)，不同地震波得到的βmax值相差并不太多，平均在2.25左右。

因此,可以從不同地震波求出的β-T曲線取具有代表性的平均曲線作為設(shè)計(jì)依據(jù)，稱為標(biāo)準(zhǔn)β譜曲線。三、抗震計(jì)算理論§3.3

地震作用2/5/2023我國(guó)設(shè)計(jì)采用α曲線，即kβ曲線，它可以同時(shí)表達(dá)地面運(yùn)動(dòng)強(qiáng)烈程度。由于同一烈度的k值為常數(shù),α譜曲線的形狀與β譜曲線形狀是相同的，α曲線又稱為地震影響系數(shù)曲線。三、抗震計(jì)算理論§3.3

地震作用2/5/20232、直接動(dòng)力理論直接動(dòng)力理論又稱時(shí)程分析法，它是一種動(dòng)力計(jì)算方法，用地震波(加速度時(shí)程)作為地面運(yùn)動(dòng)輸入，直接計(jì)算并輸出結(jié)構(gòu)隨時(shí)間而變化的地震反應(yīng)。它既考慮了地震動(dòng)的振幅、頻率和持續(xù)時(shí)間三要素，又考慮了結(jié)構(gòu)的動(dòng)力特性。計(jì)算結(jié)果可得到結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)的全過程，包括每一時(shí)刻的內(nèi)力、位移、屈服位置、塑性變形等，也可以得到反應(yīng)的最大值，是一種先進(jìn)的直接動(dòng)力計(jì)算方法。三、抗震計(jì)算理論§3.3

地震作用2/5/2023采用時(shí)程分析法的建筑物設(shè)防烈度7度和8度Ⅰ、Ⅱ類場(chǎng)地8度Ⅲ、Ⅳ類場(chǎng)地9度建筑物高度>100m>80m>60m

采用時(shí)程分析法所求得的底部剪力值小于底部剪力法或振型分析反應(yīng)譜法所求得的底部剪力值的80%時(shí)，至少按80%取用。三、抗震計(jì)算理論§3.3

地震作用2/5/2023振型分解法是高層建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行地震作用的主要方法。底部剪力法只適用于高度不超過40m、以剪切變形為主且質(zhì)量和剛度沿高度分布比較均勻的高層建筑結(jié)構(gòu)。世界各國(guó)抗震規(guī)范也大抵如此。三、抗震計(jì)算理論§3.3

地震作用2/5/2023對(duì)質(zhì)量和剛度不對(duì)稱、不均勻的結(jié)構(gòu)以及高度超過100m的高層建筑結(jié)構(gòu)應(yīng)采用考慮扭轉(zhuǎn)耦聯(lián)振動(dòng)影響的振型分解反應(yīng)譜法。鑒于計(jì)算機(jī)技術(shù)的強(qiáng)大能力和普及的事實(shí)，同時(shí)考慮到高層建筑結(jié)構(gòu)的相對(duì)重要性，建議高層建筑結(jié)構(gòu)抗震計(jì)算均采用考慮扭轉(zhuǎn)耦聯(lián)的計(jì)算方法。三、抗震計(jì)算理論§3.3

地震作用2/5/2023綜合“新高規(guī)”和“新抗規(guī)”的有關(guān)規(guī)定，列出應(yīng)進(jìn)行彈性時(shí)程法進(jìn)行多遇地震下補(bǔ)充計(jì)算的建筑結(jié)構(gòu)如下：①7-9度時(shí)甲類高層建筑結(jié)構(gòu)；②7-9度時(shí)符合“新高規(guī)”表3.3.4條件的高層建筑結(jié)構(gòu)；③7-9度時(shí)不滿足“新高規(guī)”關(guān)于豎向規(guī)則性要求的高層建筑結(jié)構(gòu)；④7-9度時(shí)質(zhì)量沿豎向分布特別不均勻的高層建筑結(jié)構(gòu)。⑤B級(jí)高度和“新高規(guī)”第10章規(guī)定的復(fù)雜高層建筑結(jié)構(gòu)。⑥特別不規(guī)則的多層建筑結(jié)構(gòu)。三、抗震計(jì)算理論§3.3

地震作用2/5/20231、規(guī)范規(guī)定的反應(yīng)譜曲線00.1Tg5Tg6.0T(s)設(shè)計(jì)反應(yīng)譜四、設(shè)計(jì)反應(yīng)譜§3.3

地震作用2/5/2023圖中：—地震影響系數(shù)

—地震影響系數(shù)最大值

T—結(jié)構(gòu)自振周期

Tg

—特征周期

—衰減指數(shù)

—直線下降段下降斜率調(diào)整系數(shù)

—阻尼調(diào)整系數(shù)四、設(shè)計(jì)反應(yīng)譜§3.3

地震作用2/5/2023由圖可見，α反應(yīng)譜曲線由4部分組成：在T＜0.1s范圍內(nèi)，采用一條向上傾斜的直線，即采用線性上升段；在0.1sT≤Tg范圍內(nèi)，采用一水平線，即取α的最大值αmax；在Tg＜T≤5范圍內(nèi)，采用式①所示的曲線下降段；在5Tg＜7≤6.0s范圍內(nèi)，采用式②所示的直線下降段。但應(yīng)注意，當(dāng)T＞6.0s時(shí)，此設(shè)計(jì)反應(yīng)譜已超出其適用范圍，此時(shí)結(jié)構(gòu)的地震影響系數(shù)應(yīng)專門研究。①

；②四、設(shè)計(jì)反應(yīng)譜§3.3

地震作用2/5/2023彈性反應(yīng)譜理論仍是現(xiàn)階段抗震設(shè)計(jì)的最基本理論，《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50011—2001)的設(shè)計(jì)反應(yīng)譜以地震影響系數(shù)曲線的形式給出，曲線制定時(shí)考慮了以下因素：⑴、設(shè)計(jì)反應(yīng)譜周期延至6s。根據(jù)地震學(xué)研究和強(qiáng)震觀測(cè)資料統(tǒng)計(jì)分析，在周期6s范圍內(nèi)，有可能給出比較可靠的數(shù)據(jù)，也基本滿足了國(guó)內(nèi)絕大多數(shù)高層建筑和長(zhǎng)周期結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)需要。對(duì)于周期大于6s的結(jié)構(gòu)，抗震設(shè)計(jì)反應(yīng)譜應(yīng)進(jìn)行專門研究。四、設(shè)計(jì)反應(yīng)譜§3.3

地震作用2/5/2023⑵、理論上，設(shè)計(jì)反應(yīng)譜存在兩個(gè)下降段，即：速度控制段和位移控制段，在加速度反應(yīng)譜中，前者衰減指數(shù)為1，后者衰減指數(shù)為2。設(shè)計(jì)反應(yīng)譜是用來預(yù)估建筑結(jié)構(gòu)在其設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)可能經(jīng)受的地震作用，通常根據(jù)大量實(shí)際地震記錄的反應(yīng)譜進(jìn)行統(tǒng)計(jì)并結(jié)合工程經(jīng)驗(yàn)判斷加以規(guī)定。為保持規(guī)范的延續(xù)性，在T5Tg范圍內(nèi)與“89抗震規(guī)范”相同，在T5Tg的范圍把“89抗震規(guī)范”的下平臺(tái)改為傾斜段，不同場(chǎng)地類別的最小值不同，較符合實(shí)際反應(yīng)譜的統(tǒng)計(jì)規(guī)律。在T等于6Tg附近，新的反應(yīng)譜比89規(guī)范約增加15％，其余范圍取值的變動(dòng)更小。四、設(shè)計(jì)反應(yīng)譜§3.3

地震作用2/5/20232、特征周期Tg與場(chǎng)地土、場(chǎng)地地震影響曲線上由最大值開始下降的周期稱為場(chǎng)地特征周期Tg。Tg

愈大，曲線平臺(tái)段愈長(zhǎng)，長(zhǎng)周期結(jié)構(gòu)的地震作用將加大。場(chǎng)地特征周期Tg與場(chǎng)地和場(chǎng)地土的性質(zhì)有關(guān)，也與設(shè)計(jì)地震分組有關(guān)。

場(chǎng)地劃分為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ四類，場(chǎng)地類別綜合考慮了場(chǎng)地土的性質(zhì)。場(chǎng)地土是指場(chǎng)地范圍內(nèi)的地基土。四、設(shè)計(jì)反應(yīng)譜§3.3

地震作用2/5/2023我國(guó)將場(chǎng)地土根據(jù)其剪切波速和場(chǎng)地土覆蓋層厚度劃分為四類：堅(jiān)硬、中硬、中軟和軟弱。場(chǎng)地土愈軟，軟土覆蓋層厚度愈大，場(chǎng)地類別就愈高，特征周期Tg就愈大，對(duì)長(zhǎng)周期結(jié)構(gòu)愈不利。 四、設(shè)計(jì)反應(yīng)譜§3.3

地震作用2/5/2023設(shè)計(jì)地震分組在地球內(nèi)部發(fā)生巖層斷裂、錯(cuò)動(dòng)的地方稱為震源，震源正上方的地面稱為震中，地向上某一點(diǎn)距震中的距離稱為震中距。某一地區(qū)遭遇不同震級(jí)、不同的震中距(即不同震源)的地震而烈度相同時(shí)，對(duì)該地區(qū)不同動(dòng)力特性的建筑物的震害并不相同。四、設(shè)計(jì)反應(yīng)譜§3.3

地震作用2/5/2023一般而言，震中距較遠(yuǎn)、震級(jí)較大的地震對(duì)自振周期長(zhǎng)的高柔結(jié)構(gòu)的破壞比同樣宏觀烈度但震級(jí)較小、震中距較近的破壞要嚴(yán)重。考慮到這一差別，在確定地震影響參數(shù)時(shí)，用“設(shè)計(jì)地震分組”分為第一組、第二組、第三組?！兑?guī)范》附錄Ａ列出了我國(guó)抗震設(shè)防區(qū)各縣級(jí)及縣級(jí)以上城鎮(zhèn)中心地區(qū)的分組。四、設(shè)計(jì)反應(yīng)譜§3.3

地震作用2/5/2023高層建筑結(jié)構(gòu)應(yīng)按以下原則來考慮地震的作用：

①、一般情況下按建筑結(jié)構(gòu)的兩個(gè)主軸方向分別考慮水平地展作用并進(jìn)行抗震驗(yàn)算；各方向的水平地震作用應(yīng)全部由該方向抗側(cè)力構(gòu)件承擔(dān)。②、質(zhì)量與剛度不對(duì)稱、明顯不均勻，可能產(chǎn)生顯著扭轉(zhuǎn)的結(jié)構(gòu)應(yīng)考慮水平地震作用產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)影響。五、地震作用一般計(jì)算原則§3.3

地震作用2/5/2023③、有斜交抗側(cè)力結(jié)構(gòu)時(shí)，應(yīng)按各斜交方向分別進(jìn)行驗(yàn)算。④、對(duì)于8度和9度的大跨度、長(zhǎng)懸臂結(jié)構(gòu)以及9度時(shí)的高層建筑，應(yīng)考慮豎向地震作用，并與水平地震作用進(jìn)行不利組合。五、地震作用一般計(jì)算原則§3.3

地震作用2/5/2023通過加速度反應(yīng)譜將結(jié)構(gòu)所受的最大地震作用通過反應(yīng)譜轉(zhuǎn)換成作用于結(jié)構(gòu)的等效側(cè)向荷載，然后根據(jù)這一荷載用靜力分析方法，按ｘ、y兩個(gè)方向分別求得結(jié)構(gòu)的地震內(nèi)力和變形。具體計(jì)算方法又分為反應(yīng)譜底部剪力法和反應(yīng)譜振型分解法兩種方法。在少數(shù)情況下需采用彈性時(shí)程分析方法作補(bǔ)充計(jì)算。六、水平地震作用計(jì)算§3.3

地震作用2/5/20231、反應(yīng)譜底部剪力法對(duì)于大量一般的多高層房屋結(jié)構(gòu)，當(dāng)滿足如下條件時(shí)，可采用底部剪力法進(jìn)行簡(jiǎn)化計(jì)算。這些條件是：建筑結(jié)構(gòu)高度不超過40m，以剪切變形為主（房屋高寬比不超過4），質(zhì)量和剛度沿高度分布比較均勻，以及近似于單質(zhì)點(diǎn)體系的結(jié)構(gòu)。六、水平地震作用計(jì)算§3.3

地震作用在上述條件下，結(jié)構(gòu)的振動(dòng)具有如下特點(diǎn)：①位移反應(yīng)以基本振型(第一振型)為主；②基本振型的各質(zhì)點(diǎn)位移接近直線。2/5/2023用底部剪力法計(jì)算地震作用時(shí)，將多自由度體系等效為單自由度體系，只考慮結(jié)構(gòu)基本自振周期計(jì)算總水平地震力，然后再按一定規(guī)律分配到各個(gè)樓層。六、水平地震作用計(jì)算§3.3

地震作用2/5/2023結(jié)構(gòu)底部總剪力標(biāo)準(zhǔn)值為式中：α1—相應(yīng)于結(jié)構(gòu)基本周期T1的地震影響系數(shù)值，由設(shè)計(jì)反應(yīng)譜公式計(jì)算得到；

Geq—結(jié)構(gòu)等效總重力荷載，Geq＝0．85GE；

GE—結(jié)構(gòu)總重力荷載代表值，為各層重力荷載代表值之和。重力荷載代表值是指100％的恒荷載、50％—80％的樓面活荷載和50％的雪荷載之和。六、水平地震作用計(jì)算§3.3

地震作用2/5/2023等效地震荷載分布形式見下圖HHi?FnFnFiFEk六、水平地震作用計(jì)算§3.3

地震作用2/5/2023由等效地震荷載分布形式圖可知：i樓層處的水平地震力Fi按下式計(jì)算：式中：為頂部附加地震作用系數(shù)。為了考慮高振型對(duì)水平地震力沿高度分布的影響，在頂部附加一集中水個(gè)力。六、水平地震作用計(jì)算§3.3

地震作用2/5/2023頂部附加水平力為Tg(s)T1＞1.4Tg≤0.350.08T1+0.070.35-0.550.08T1+0.01＞0.550.08T1-0.02基本周期T1≤1.4Tg時(shí)，高振型影響小，不考慮頂部附加水平力，即

=0；基本周期T1＞1.4Tg時(shí),與Tg有關(guān)，見下表。六、水平地震作用計(jì)算§3.3

地震作用2/5/20232、振型分解反應(yīng)譜法較高的結(jié)構(gòu)，除基本振型的影響外，高振型的影響比較大，因此,一般高層建筑都要用振型分解反應(yīng)譜法考慮多個(gè)振型的組合。一般可將質(zhì)量集中在樓層位置，n個(gè)樓層為n個(gè)質(zhì)點(diǎn)，有n個(gè)振型。在組合前分別計(jì)算每個(gè)振型的水平地震作用及其效應(yīng)(彎矩、軸力、剪力、位移等)，然后進(jìn)行內(nèi)力與位移的振型組合。六、水平地震作用計(jì)算§3.3

地震作用2/5/2023結(jié)構(gòu)計(jì)算模型分為平向結(jié)構(gòu)及空間結(jié)構(gòu)，振型組合也相應(yīng)有兩種方法：⑴、平面結(jié)構(gòu)振型分解反應(yīng)譜法⑵、空間結(jié)構(gòu)振型分解反應(yīng)譜法六、水平地震作用計(jì)算§3.3

地震作用2/5/2023按平面結(jié)構(gòu)計(jì)算時(shí)，沿X、Y兩個(gè)水平方向分別計(jì)算，一個(gè)水平方向每個(gè)樓層有一個(gè)平移自由度，n個(gè)樓層有n個(gè)自由度、n個(gè)頻率和n個(gè)振型。平面結(jié)構(gòu)的振型如下圖所示。平面結(jié)構(gòu)振型分解反應(yīng)譜法六、水平地震作用計(jì)算§3.3

地震作用2/5/2023每個(gè)振型的等效地震力與上圖給出的振幅方向相同，每個(gè)振型都可由等效地震力計(jì)算得到結(jié)構(gòu)的位移和各構(gòu)件的彎矩、剪力和軸力。因?yàn)椴捎昧朔磻?yīng)譜理論，由各振型的地震影響系數(shù)αi得到的等效地震力是振動(dòng)過程中的最大值，其產(chǎn)生的內(nèi)力和位移也是最大值，實(shí)際上各振型的內(nèi)力和位移并不是同時(shí)達(dá)到最大值的，因此，不能簡(jiǎn)單地將各振型的內(nèi)力和位移直接相加，而是通過概率統(tǒng)計(jì)將各個(gè)振型的內(nèi)力和位移組合起來，這就是振型組合。六、水平地震作用計(jì)算§3.3

地震作用2/5/2023一般采用的方法是：先求出對(duì)應(yīng)于每一振型的最大地震作用（同一振型中各質(zhì)點(diǎn)地震作用將同時(shí)達(dá)到最大值）及其相應(yīng)的地震作用效應(yīng)，然后將這些效應(yīng)進(jìn)行組合，以求得結(jié)構(gòu)的最大地震效應(yīng)。因?yàn)榭偸乔皫讉€(gè)振型起主要作用，在工程設(shè)計(jì)時(shí)，只需要用有限個(gè)振型計(jì)算內(nèi)力和位移。如果有限個(gè)振型參與的等效重量(或質(zhì)量)達(dá)到總重量(或總質(zhì)量)的90％，就已經(jīng)足夠精確了。六、水平地震作用計(jì)算§3.3

地震作用2/5/2023按空間結(jié)構(gòu)計(jì)算時(shí)，每個(gè)樓層有兩個(gè)平移、一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)，即x、y、θ共三個(gè)自由度，n個(gè)樓層有3n個(gè)自由度、3n個(gè)頻率和3n個(gè)振型，每個(gè)振型中各質(zhì)點(diǎn)振幅有三個(gè)分量，當(dāng)其兩個(gè)分量不為零時(shí)，振型耦聯(lián)。采用空間結(jié)構(gòu)計(jì)算模型時(shí)，x、y兩個(gè)水平方向地震仍然分別獨(dú)立作用，但由于結(jié)構(gòu)具有空間振型，如果振型耦聯(lián)，每個(gè)方向地震作用會(huì)同時(shí)得到x、y方向及扭轉(zhuǎn)效應(yīng)?？臻g結(jié)構(gòu)振型分解反應(yīng)譜法六、水平地震作用計(jì)算§3.3

地震作用2/5/20233、時(shí)程分析法反應(yīng)譜法因其計(jì)算簡(jiǎn)便，所以廣泛為各國(guó)的《抗震規(guī)范》所采納。但地震作用是一個(gè)時(shí)間過程，反應(yīng)譜法不能反映結(jié)構(gòu)在地震動(dòng)過程中的經(jīng)歷，同時(shí)目前應(yīng)用的加速度反應(yīng)譜屬于彈性分析范疇，當(dāng)結(jié)構(gòu)在強(qiáng)烈地震下進(jìn)入塑性階段時(shí)，用此法進(jìn)行計(jì)算將不能得到真正的結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)，也判斷不出結(jié)構(gòu)真正的薄弱部位。所以，可以采用時(shí)程分析法作補(bǔ)充計(jì)算。六、水平地震作用計(jì)算§3.3

地震作用2/5/2023所謂時(shí)程分析法，亦稱直接動(dòng)力法，又稱動(dòng)態(tài)分析法，是根據(jù)選定的地震波和結(jié)構(gòu)恢復(fù)力特性曲線．采用逐步積分的方法對(duì)動(dòng)力方程進(jìn)行直接積分，從而求得結(jié)構(gòu)在地震過程中每一瞬時(shí)的位移、速度相加速度反應(yīng)，以便觀察結(jié)構(gòu)在強(qiáng)震作用下從彈性到非彈性階段的內(nèi)力變化以及構(gòu)件開裂、損壞直至結(jié)構(gòu)倒塌的破壞全過程。六、水平地震作用計(jì)算§3.3

地震作用2/5/2023時(shí)程分析法的計(jì)算工作量十分繁重，必須借助于計(jì)算機(jī)才能完成，費(fèi)用較高且確定計(jì)算參數(shù)尚有許多困難，因此目前僅在高層建筑以及一些重要的、特殊的、復(fù)雜的結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)中應(yīng)用。我國(guó)《抗震規(guī)范》規(guī)定，對(duì)特別不規(guī)則的建筑、甲類建筑和下表所列高度范圍的高層建筑，應(yīng)采用時(shí)程分析法進(jìn)行多遇地震作用下的補(bǔ)充計(jì)算。烈度、場(chǎng)地類別房屋高度范圍（m）8度Ⅰ、Ⅱ類場(chǎng)地和7度＞1008度Ⅲ、Ⅳ類場(chǎng)地＞809度＞60六、水平地震作用計(jì)算§3.3

地震作用2/5/2023注意：建筑物頂部突出的小塔樓（樓電梯間，煙囪等）剛度比主體結(jié)構(gòu)小很多，會(huì)產(chǎn)生明顯的鞭稍效應(yīng)。計(jì)算時(shí)頂點(diǎn)附加水平力不再