荷載與地震作用

關(guān)于荷載與地震作用第一頁，共四十五頁，2022年，8月28日高層建筑結(jié)構(gòu)

上的主要作用結(jié)構(gòu)構(gòu)件重量非結(jié)構(gòu)構(gòu)件重量樓面活荷載屋面活荷載雪荷載風荷載地震作用溫度作用混凝土收縮徐變恒載活荷載荷載非荷載因素第二頁，共四十五頁，2022年，8月28日一.豎向荷載

（一）恒載 為結(jié)構(gòu)自重，裝飾層重等。 結(jié)構(gòu)自重=構(gòu)件設(shè)計尺寸×材料單位體積自重

（二）樓面活荷載 見表3.1

第三頁，共四十五頁，2022年，8月28日（三）屋面均布活荷載上人的平屋頂2.0kN/m2不上人的平屋頂0.5kN/m2直升機的等效均布荷載為5kN/m2（四）雪荷載

長沙：式中Sk——雪荷載標準值;μr——屋面積雪分布系數(shù)；S0——基本雪壓;

第四頁，共四十五頁，2022年，8月28日二.風荷載

(3-2)式中——建筑物表面單位面積上的風載標準值； ——風載體形系數(shù)； ——風壓高度變化系數(shù)； ——基本風壓值； ——風振系數(shù)。第五頁，共四十五頁，2022年，8月28日基本風壓值及各系數(shù)取值與計算：1.基本風壓值

一般高層建筑最大風壓重現(xiàn)期為50年；特別重要或?qū)︼L荷載比較敏感的高層建筑按100年重現(xiàn)期的風壓值采用。長沙：第六頁，共四十五頁，2022年，8月28日2.高度變化系數(shù)離地面或海平面高度(m)地面粗糙度類別ABCD51015203040506070801.171.381.521.631.801.922.032.122.202.271.001.001.141.251.421.561.671.771.861.950.740.740.740.841.001.131.671.771.861.950.620.620.620.620.620.730.840.931.021.11表3.2第七頁，共四十五頁，2022年，8月28日離地面或海平面高度(m)地面粗糙度類別ABCD901001502002503003504004502.342.402.642.832.993.123.123.123.122.022.092.382.612.802.973.123.123.121.621.702.032.302.542.752.943.123.121.191.271.611.922.192.452.682.913.12第八頁，共四十五頁，2022年，8月28日3.體形系數(shù)表3-3高層建筑體型系數(shù)序號名稱建筑體型及體型系數(shù)1矩形平面2Y形平面3L形平面+0.8-0.6-0.6H—建筑物總高B—建筑物迎風面高度-0.7+1.0-0.7-0.5-0.55-0.55-0.5-0.5+0.7+0.9+0.9-0.5-0.5-0.5-0.55-0.65-0.55-0.6+0.8+0.8-0.6-0.5+0.3+0.9+0.3-0.6-0.6第九頁，共四十五頁，2022年，8月28日序號名稱建筑體型及體型系數(shù)4U形平面5十字形平面6六邊形平面7圓形平面-0.7-0.7-0.5+0.8+0.9+0.8+0.8-0.7-0.7-0.6-0.5-0.6+0.6-0.6+0.8+0.6-0.6-0.5-0.5-0.5-0.5-0.5-0.5-0.45-0.45+0.8+0.8第十頁，共四十五頁，2022年，8月28日4.風振系數(shù)(3-3)

式中——振型系數(shù)，計算時可僅考慮受力方向基本振型的影響；對于質(zhì)量和剛度沿高度分布比較均勻的彎剪型結(jié)構(gòu)，也可近似采用振型計算點距室外地面高度Z與房屋高度H比值；

——脈動增大系數(shù)，表3.13;

——脈動影響系數(shù)，外形、質(zhì)量沿高度比較均勻的結(jié) 構(gòu)可按表3.14采用。

第十一頁，共四十五頁，2022年，8月28日注意：房屋高度大于200m時，宜采用風洞實驗來確定建筑物的風荷載；房屋高度大于150m，有下列情況之一時，宜采用風洞實驗來確定建筑物的風荷載：——平面形狀不規(guī)則，立面形狀復(fù)雜；——立面開洞或連體建筑；——周圍地形和環(huán)境較復(fù)雜。第十二頁，共四十五頁，2022年，8月28日三.地震作用地震作用——由于地面運動引起房屋的結(jié)構(gòu)反應(yīng)稱為地震。

我國是一個多地震的國家，地震災(zāi)害的面積占國土面積的一半以上．660個城市中，位于地震區(qū)的占74.5%；118個百萬以上的大城市中，有85.7%位于地震區(qū)，2/3的基本烈度為７度及７度以上．第十三頁，共四十五頁，2022年，8月28日我國的地震帶分布第十四頁，共四十五頁，2022年，8月28日（一）建筑抗震設(shè)防分類和設(shè)防標準分類建筑類型設(shè)防標準甲類重大建筑、產(chǎn)生次生災(zāi)害建筑高于本地區(qū)設(shè)防烈度乙類不能中斷或需盡快恢復(fù)建筑計算按本地區(qū)設(shè)防烈度構(gòu)造高一度丙類一般建筑計算和構(gòu)造均按本地區(qū)設(shè)防烈度丁類次要建筑計算按本地區(qū)設(shè)防烈度構(gòu)造適當降低表3-6第十五頁，共四十五頁，2022年，8月28日（二）三水準設(shè)防目標和兩階段設(shè)計方法表3-7目標地震三個設(shè)防標準及要求結(jié)構(gòu)狀態(tài)50年超越概率與基本烈度的關(guān)系設(shè)計階段6度7度8度9度多遇地震（小震）眾值烈度（不壞或可不修）63%低一度半0.040.08(0.12)0.16(0.24)0.32第一階段：承載力驗算。取第一水準參數(shù)按彈性方法計算內(nèi)力與變形并配筋偶遇地震（中震）基本烈度（可修）10%基本烈度—0.230.450.90罕遇地震（大震）大震烈度（不倒）2%~3%高一度—0.50(0.72)0.90(1.20)1.40第二階段：變形驗算注：括號內(nèi)數(shù)值分別用于設(shè)計基本地震加速度為0.15g和0.30g的地區(qū)第十六頁，共四十五頁，2022年，8月28日框架結(jié)構(gòu)破壞程度與房間側(cè)移的對應(yīng)關(guān)系三個水準烈度的頻率和對應(yīng)關(guān)系1.55度1度不倒可修不壞眾值烈度基本烈度大震烈度第十七頁，共四十五頁，2022年，8月28日（三）設(shè)計地震分組分組的目的：體現(xiàn)震級與震中距的影響。分組：分第一組、第二組和第三組三個組。湖南省縣級及縣級以上設(shè)防城鎮(zhèn)，設(shè)計地震分組均為第一組。第十八頁，共四十五頁，2022年，8月28日（四）特征周期值（s）設(shè)計地震分組場地類別IIIIIIIV第一組第二組第三組0.250.300.350.350.400.450.450.550.650.650.750.90第十九頁，共四十五頁，2022年，8月28日（五）基本地震加速度抗震設(shè)防烈度6789基本地震加速度值0.05g0.10g（0.15g）0.20g（0.30g）0.40g

湖南?。?/p>

常德市抗震設(shè)防烈度為7度，設(shè)計基本地震加速度值0.15g；岳陽、岳陽縣、汨羅、湘陰、臨澧、澧縣、津市、桃源、安鄉(xiāng)、漢壽抗震設(shè)防烈度為7度，設(shè)計基本地震加速度為0.10g;長沙、益陽、張家界等抗震設(shè)防烈度為6度，設(shè)計基本地震加速度為0.05g.第二十頁，共四十五頁，2022年，8月28日（六）設(shè)計反映譜曲線mk第二十一頁，共四十五頁，2022年，8月28日

單質(zhì)點體系運動方程為：

式中:m,c,k——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； ——地面運動加速度。

（3-4）第二十二頁，共四十五頁，2022年，8月28日

式中，m,G——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)； ——為動力系數(shù)； ——地震影響系數(shù)

如地面運動

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，， 有了質(zhì)點最大加速度反應(yīng) 后，由牛頓定律可得最大慣性力為：（3-5）第二十三頁，共四十五頁，2022年，8月28日（七）地震作用計算方法1.水平地震作用計算底部剪力法：當結(jié)構(gòu)高度小于40m，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，可采用底部剪力法計算等效地震作用。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：第二十四頁，共四十五頁，2022年，8月28日（3—9）（3—10）（3—11）第二十五頁，共四十五頁，2022年，8月28日——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，對多質(zhì)點體系應(yīng)取總重力荷載代表值的85%； ——頂部附加地震作用系數(shù)，多層鋼筋混凝土和鋼結(jié)構(gòu)房屋可按表3-10采用，多層內(nèi)框架磚房可采用0.2，其他房屋可采用0。式中:第二十六頁，共四十五頁，2022年，8月28日0.00.35~0.55表3-10

計算式第二十七頁，共四十五頁，2022年，8月28日

結(jié)構(gòu)基本自振周期可按下式計算：(3—12）

式中：——計算結(jié)構(gòu)基本自振周期用的結(jié)構(gòu)頂點假想 位移（m)，即假想把集中在各層樓面處的 重力荷載代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的 折減系數(shù)。

框架結(jié)構(gòu) 框剪結(jié)構(gòu) 剪力墻結(jié)構(gòu)第二十八頁，共四十五頁，2022年，8月28日求結(jié)構(gòu)的重力荷載時，

各荷載的組合值系數(shù)按表3-11采用。表3-11可變荷載種類組合值系數(shù)雪荷載0.5屋面積灰荷載0.5屋面活荷載不考慮按實際情況考慮的樓面活載1.0按等效均布荷載考慮的樓面活載藏書庫、檔案庫0.8其它民用建筑0.5吊車懸吊重力硬鉤吊車0.3軟鉤吊車不考慮第二十九頁，共四十五頁，2022年，8月28日振型分解反應(yīng)譜法

（1）適應(yīng)范圍 除底部剪力法以外的所有建筑，宜采用振型分解法。

（2）計算方法

n個自由度體系有n個基本振型，如：第三十頁，共四十五頁，2022年，8月28日

A.第j振型i質(zhì)點的水平地震作用的標準值

（3—13）

式中：——相應(yīng)于第j振型周期的地震影響系數(shù)；

Xji——j振型i質(zhì)點的水平相對位移； ——振型的參與系數(shù)；

Gi——第i質(zhì)點的重力荷載代表值。（3—14）第三十一頁，共四十五頁，2022年，8月28日

一般情況下可只取前2~3個振型，當基本自振周期大于1.5秒或房屋高寬比大于5時，振型個數(shù)應(yīng)適當增加．為計算各振型所用的自振周期也應(yīng)按考慮.建筑結(jié)構(gòu)估計水平地震作用扭轉(zhuǎn)影響時，應(yīng)按規(guī)定計算其地震作用和作用效應(yīng)．

B.水平地震作用效應(yīng)（內(nèi)力和位移）計算

水平地震作用效應(yīng)（不考慮扭轉(zhuǎn)時）應(yīng)先根據(jù)各振型的地震作用分別計算，然后再采用平方和的平方根方法（SRSS法）計算：

（3—15）第三十二頁，共四十五頁，2022年，8月28日(3)時程分析法反應(yīng)譜法的缺陷：1、設(shè)計反應(yīng)譜主要依據(jù)的是加速度反應(yīng)譜，未反映速度與位移及持續(xù)時間影響。2、是建立在彈性動力分析的基礎(chǔ)上，未考慮彈塑性性能的影響。3、高層建筑是多質(zhì)點體系，而反應(yīng)譜曲線是從單質(zhì)點體系得到的。4、反應(yīng)譜方法得到的地震過程中的最大慣性力值，不能得到地震過程中的變形及破壞過程，無法確定某些薄弱部位的各種危險狀態(tài)。第三十三頁，共四十五頁，2022年，8月28日

特別不規(guī)則的建筑、甲類建筑和表3-12所列高度范圍內(nèi)高層建筑，應(yīng)采用時程分析法進行多遇地震下的補充計算，可取多條時程曲線計算結(jié)果的平均值與振型分解反應(yīng)譜法計算結(jié)果的較大值。表3-12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第三十四頁，共四十五頁，2022年，8月28日時程分析法又稱直接動力法，解動力方程式

多自由度體系在地面運動作用下的振動方程式為：（3—15）第三十五頁，共四十五頁，2022年，8月28日采用時程分析法計算時：宜輸入本地區(qū)在設(shè)防烈度時記錄到的地震波進行分析；當缺少本地區(qū)達設(shè)防烈度的地震記錄時，宜按烈度、近震、遠震和場地類別，選用不少于二組的實際地震記錄和一組人工模擬的加速度時程曲線計算。彈性時程分析時，每條時程曲線求得的底部剪力不應(yīng)小于振型分解反應(yīng)譜法求得的底部剪力的65%，多條時程曲線計算所得結(jié)構(gòu)底部剪力的平均值不應(yīng)小于振型分解反應(yīng)譜法計算結(jié)果的80%。

注：第三十六頁，共四十五頁，2022年，8月28日2.豎向地震作用計算 (1)需進行豎向地震作用計算的范圍：9度設(shè)防時;

8度和9度設(shè)防時水平長懸臂構(gòu)件和大跨度結(jié)構(gòu)。第三十七頁，共四十五頁，2022年，8月28日（2）豎向地震作用計算：

結(jié)構(gòu)總豎向地震作用的標準值按下式計算：(3—16)第三十八頁，共四十五頁，2022年，8月28日結(jié)構(gòu)豎向地震作用計算圖形第三十九頁，共四十五頁，2022年，8月28日質(zhì)點的豎向地震作用標準值：注：各樓層的豎向地震作用效應(yīng)按各構(gòu)件承受的重力荷載代表值比例分配。（3—18）（3—19）（3—20）式中 ——結(jié)構(gòu)總豎向地震作用標準值； ——豎向