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?！?.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，對高層建筑的側(cè)移影響較小，且計(jì)算簡單，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)時應(yīng)根據(jù)該荷載對結(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)測的。它不僅隨時間發(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期的，這就使得活荷載幾乎不可能用靜力方式來預(yù)測。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)荷載是指空氣流動形成的風(fēng)遇到建筑物時在建筑物表面所產(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(風(fēng)振)。由于這種雙重作用，建筑物既受到靜力的作用，又受到動力的作用。風(fēng)載就其對高層建筑的作用來說是屬于一種隨機(jī)性的動力荷載，它將使建筑物產(chǎn)生動力效應(yīng)，引起建筑物振動，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，有時會出現(xiàn)受力更為不利的情況。例如．由于不對稱遮擋而使風(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)時間較長，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)、由于有較長期的氣象觀測，大風(fēng)的重現(xiàn)期很短，所以對風(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)力對建筑物會產(chǎn)生如下的結(jié)果：

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

(2)、風(fēng)力作用會使結(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)、盡量采用對稱的平面形狀和對稱的結(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)行國家標(biāo)準(zhǔn)《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》是按地形條件，對風(fēng)荷載給出地形系數(shù)加以修正。對于山區(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，取tanα=0.3；

K——系數(shù)，對山峰取3.2，對山坡取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，取z=2.5H。對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)對建筑物的表面的作用力并不等于基本風(fēng)壓值。風(fēng)對建筑物的作用力的大小和方向可以通過實(shí)測或風(fēng)洞試驗(yàn)得到。當(dāng)風(fēng)流動經(jīng)過建筑物時，對建筑物不同的部位會產(chǎn)生不向的效果。有壓力，也有吸力?？諝饬鲃舆€會產(chǎn)生渦流，對建筑物局部會產(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。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，而波動風(fēng)壓會使建筑物在平均側(cè)移附近左右搖擺，從而產(chǎn)生動力效應(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)載對結(jié)構(gòu)產(chǎn)生動力反應(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，可近似用z/H代替振型系數(shù)；

ξ——脈動增大系數(shù)；

ν——脈動影響系數(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，要用建筑物承受的總風(fēng)荷載，它是各個表面承受風(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個表面的寬度；

μsi

—第i個表面的風(fēng)載體型系數(shù);

αi—第i個表面法線與總風(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，表示每個表面是風(fēng)壓力還是風(fēng)吸力，以便在求合力時作矢量相加。

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，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)載對某些構(gòu)件的不利作用。此時，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、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，懸挑構(gòu)件會出現(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，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：

——對墻面，取-1.0；

——對墻角邊，取-1.8；

——對屋面局部部位(周邊和屋面坡度大于100的屋脊部位);——對檐口、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，結(jié)構(gòu)會產(chǎn)生嚴(yán)重的共振。設(shè)計(jì)時對圓形截面的結(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)，對行人和商店有很大影響；當(dāng)附近還有別的高層建筑時，群體效應(yīng)對建筑物和建筑物之間的通道也會造成危害(見下圖)，這些都可以通過風(fēng)洞試驗(yàn)得到對設(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，宜考慮互相干擾的群體效應(yīng)，一般可將單個建筑物的體型系數(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)、氣動彈性模型；(3)、剛性高頻力平衡模型?！?.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，反之取負(fù)號。表面序號在圖中○內(nèi)注明，計(jì)算如表1，xi為wi到原點(diǎn)O的距離。§3.2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)?？蚣?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，由于地震波的作用產(chǎn)生地面運(yùn)動，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，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、水平振動和扭轉(zhuǎn)振動。地震作用與地面運(yùn)動特性有關(guān)：地面運(yùn)動的特性可以用三個特征量來描述：強(qiáng)度(由振幅值大小表示)、頻譜和持續(xù)時間。這三個量也被稱為地震動三要素?！?.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振動分量：兩個水平分量，一個豎向分量和三個轉(zhuǎn)動分量。對建筑結(jié)構(gòu)造成破壞的，主要是水平振動和扭轉(zhuǎn)振動。一、地震作用的特點(diǎn)§3.3

地震作用2/5/2023

地面水平振動使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生移動和搖擺，扭轉(zhuǎn)振動使結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)，后者對房屋破壞性很大，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)域的場地土性質(zhì)有密切關(guān)系。觀測表明，不同性質(zhì)的土層對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，低頻成分振動傳播得更遠(yuǎn)。此外，當(dāng)深層地震波傳到地面時，土層又會將振動放大，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，會引起類共振，結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)加劇。地震作用與建筑本身的動力特性有關(guān)：建筑物動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，一般不受損壞或不需修理可繼續(xù)使用(簡稱“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，可能損壞，經(jīng)一般修理或不需修理仍可繼續(xù)使用(簡稱“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，不致倒塌或發(fā)生危及生命的嚴(yán)重破壞(簡稱“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)一個國家的經(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。對地震時抗震能力較低、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

我國最新修訂的《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50011—2001(以下簡稱《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。現(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。我國設(shè)防烈度為6度和6度以上地區(qū)約占全國總面積的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)防烈度是國家地震局(1990)頒發(fā)的《中國地震烈度區(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《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)的地震安全性評價結(jié)果確定；抗震措施：當(dāng)抗震設(shè)防烈度為6—8度時，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，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，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，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，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度時不應(yīng)降低?？拐鹪O(shè)防烈度為6度時，除規(guī)范有具體規(guī)定外，對乙、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)和時程分析法(直接動力法)三大類。

我國(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，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)譜在周期很短時有一個上升段(高層建筑的基本自振周期一般都在這一區(qū)段)，當(dāng)建筑物周期與場地的特征周期接近時，出現(xiàn)峰值，隨后逐漸下降。出現(xiàn)峰值時的周期與場地的類型有關(guān)：Ⅰ類場地約為0.1—0.2s；Ⅱ類場地約為0.3—0.4s；Ⅲ類場地約為0.5—0.6s；Ⅳ類場地約為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)譜峰值對應(yīng)的周期較長，即軟土的卓越周期長，且曲線的平臺(較大反應(yīng)值范圍)較硬土大，說明長周期結(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)絕對最大值計(jì)算慣性力作為等效地震荷載，即

地震系數(shù)動力系數(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我國設(shè)計(jì)采用α曲線，即kβ曲線，它可以同時表達(dá)地面運(yùn)動強(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、直接動力理論直接動力理論又稱時程分析法，它是一種動力計(jì)算方法，用地震波(加速度時程)作為地面運(yùn)動輸入，直接計(jì)算并輸出結(jié)構(gòu)隨時間而變化的地震反應(yīng)。它既考慮了地震動的振幅、頻率和持續(xù)時間三要素，又考慮了結(jié)構(gòu)的動力特性。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采用時程分析法的建筑物設(shè)防烈度7度和8度Ⅰ、Ⅱ類場地8度Ⅲ、Ⅳ類場地9度建筑物高度>100m>80m>60m

采用時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，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對質(zhì)量和剛度不對稱、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)，同時考慮到高層建筑結(jié)構(gòu)的相對重要性，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度時甲類高層建筑結(jié)構(gòu)；②7-9度時符合“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度時質(zhì)量沿豎向分布特別不均勻的高層建筑結(jié)構(gòu)。⑤B級高度和“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，此設(shè)計(jì)反應(yīng)譜已超出其適用范圍，此時結(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)，也基本滿足了國內(nèi)絕大多數(shù)高層建筑和長周期結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)需要。對于周期大于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”的下平臺改為傾斜段，不同場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與場地土、場地地震影響曲線上由最大值開始下降的周期稱為場地特征周期Tg。Tg

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

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

地震作用2/5/2023我國將場地土根據(jù)其剪切波速和場地土覆蓋層厚度劃分為四類：堅(jiān)硬、中硬、中軟和軟弱。場地土愈軟，軟土覆蓋層厚度愈大，場地類別就愈高，特征周期Tg就愈大，對長周期結(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、錯動的地方稱為震源，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、不同的震中距(即不同震源)的地震而烈度相同時，對該地區(qū)不同動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)、震級較大的地震對自振周期長的高柔結(jié)構(gòu)的破壞比同樣宏觀烈度但震級較小、震中距較近的破壞要嚴(yán)重?？紤]到這一差別，在確定地震影響參數(shù)時，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列出了我國抗震設(shè)防區(qū)各縣級及縣級以上城鎮(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，應(yīng)按各斜交方向分別進(jìn)行驗(yàn)算。④、對于8度和9度的大跨度、長懸臂結(jié)構(gòu)以及9度時的高層建筑，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)譜底部剪力法對于大量一般的多高層房屋結(jié)構(gòu)，當(dāng)滿足如下條件時，可采用底部剪力法進(jìn)行簡化計(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，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)。為了考慮高振型對水平地震力沿高度分布的影響，在頂部附加一集中水個力。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，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,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)譜法考慮多個振型的組合。一般可將質(zhì)量集中在樓層位置，n個樓層為n個質(zhì)點(diǎn)，有n個振型。在組合前分別計(jì)算每個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，沿X、Y兩個水平方向分別計(jì)算，一個水平方向每個樓層有一個平移自由度，n個樓層有n個自由度、n個頻率和n個振型。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每個振型的等效地震力與上圖給出的振幅方向相同，每個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達(dá)到最大值的，因此，不能簡單地將各振型的內(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€振型起主要作用，在工程設(shè)計(jì)時，只需要用有限個振型計(jì)算內(nèi)力和位移。如果有限個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，每個樓層有兩個平移、一個轉(zhuǎn)動，即x、y、θ共三個自由度，n個樓層有3n個自由度、3n個頻率和3n個振型，每個振型中各質(zhì)點(diǎn)振幅有三個分量，當(dāng)其兩個分量不為零時，振型耦聯(lián)。采用空間結(jié)構(gòu)計(jì)算模型時，x、y兩個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)，每個方向地震作用會同時得到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、時程分析法反應(yīng)譜法因其計(jì)算簡便，所以廣泛為各國的《抗震規(guī)范》所采納。但地震作用是一個時間過程，反應(yīng)譜法不能反映結(jié)構(gòu)在地震動過程中的經(jīng)歷，同時目前應(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，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所謂時程分析法，亦稱直接動力法，又稱動態(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動力方程進(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《抗震規(guī)范》規(guī)定，對特別不規(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)采用時程分析法進(jìn)行多遇地震作用下的補(bǔ)充計(jì)算。烈度、場地類別房屋高度范圍（m）8度Ⅰ、Ⅱ類場地和7度＞1008度Ⅲ、Ⅳ類場地＞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，會產(chǎn)生明顯的鞭稍效應(yīng)。計(jì)算時頂點(diǎn)附加水平力不再