oC-高層結構抗風與抗震設計資料講解

高層結構抗風與抗震設計李正良重慶大學土木工程學院教授、博士生導師前言第一章第二章風荷載及風致影響

第三章高層建筑結構抗震分析與設計前言結構體系的概念剪切：(a)不被剪斷(b)剪切變形不能過大彎曲：(a)必須不被傾覆

(b)不發(fā)生因拉或壓縮的破壞

（c）彎曲變形不能過大

兩個系數(shù):BRI（BendingRigidityIndex）SRI(ShearRigidityIndex)BRI:100世貿中心：33帝國大廈：33（a）BRI:33（b）（c）（d）BRI:33外框筒＋內框架成束筒BRI:33抗剪：理想的抗剪體系是一片無洞口的板塊或墻體

SRI=100SRI=62.5與桿件的長度、截面、高度有關SRI=31.3SRI,BRI的概念設計及應用winddesign,seismicdesign.第一章

第二章風荷載及風致影響

§2－1風力、結構風力及風效應

§2－2基本風速和基本風壓

§2－3順風向的等效風荷載

§2－4橫風向渦流脫落共振等效風荷載

第二章風荷載及風致影響高層建筑在風力遭到損壞的例子：

1926年9月美國邁阿密市芽咯薩大樓（17層鋼框架）臺風襲擊后發(fā)生塑性變形，頂部水平殘余位移竟達0.61m。里特洛爾大樓在整個風暴中嚴重搖晃。在較近時期，美國德克薩斯州洛波克市的哥比雷夫大樓也在風暴中嚴重搖晃，波士頓一座大樓在一次風暴中幾乎所有玻璃全都粉碎。

風荷載是高層建筑主要側向荷載之一。結構抗風分析（包括荷載、內力、位移、加速度）是高層建筑設計計算的重要因素。由流體力學中的伯努利可知風壓與風速關系：

§2－1風力、結構風力及風效應

（2－1）

空氣質點密度

風速風壓力在標準大氣情況下，約為沿海城市上海，上值約為高山地區(qū)的拉薩，上值約為空氣單位體積重力風的形成：空氣從氣壓高的地方流動到氣壓低的地方。風力：風的強度。（通常由風速或換算為風壓來表示)back已知某以高度z處的風速為v，則作用在結構上的風力一般可表示為順風向風力（ilong-wind）、橫風向風力(across-wind)和扭風力矩。（2－2）

圖2－1結構上的風力

阻力系數(shù)橫向力系數(shù)（水平向結構也稱升力系數(shù)）扭矩系數(shù)B結構的參數(shù)尺度，常取截面垂直于流動方向的最大尺度（m）三種類型的振動

順風向彎剪振動或彎扭耦合振動橫風向風力下渦流脫落振動空氣動力失穩(wěn)（馳振、顫振）

當無偏心風力矩時，在順力向風力作用下，結構將產生順風向的振動，對高層結構來說，一般可為彎曲型（剪力墻），也有剪切型（框架），當為框剪結構時，可為彎剪型。當風吹向結構，可在結構周圍產生旋渦，當旋渦脫落不對成時，可在橫風向產生橫風向風力，所以橫風向振動在任意風力情況下都能發(fā)生渦激振動現(xiàn)象。在抗風計算時，除了必須注意第一類振動以外，還必須同時考慮第二類振動現(xiàn)象。特別是，當旋渦脫落頻率接近結構某一自振頻率時，可產生共振現(xiàn)象，即使在考慮阻尼存在的情況下，仍將產生比橫向風力大十倍甚至幾十倍的效應，必須予以格外的重視。結構在順風向和橫風向風力甚至扭力矩作用下，當有微小風力攻角時，在某種截面形式下，這些風力可以產生負號阻尼效應的力。如果結構阻尼力小于這些力，則結構將處在總體負阻尼效應中，振動將不能隨著時間增長而逐漸衰減，卻反而不斷增長從而導致結構破壞。這時的起點風速稱為臨界風速，這種振動猶如壓桿失穩(wěn)一樣，但受到的不是軸心壓力而是風力，所以常稱為空氣動力失穩(wěn)，在風工程中，通常稱為弛振（彎或扭受力）或顫振（彎扭耦合受力）?？諝鈩恿κХ€(wěn)在工程上視為必須避免發(fā)生的一類振動現(xiàn)象。風的流動水平方向是主要的，但也可能在一定的仰角下流動，從而除水平風力外，還存在豎向風力，由于高層建筑主要荷載是水平側向荷載，豎向荷載的適當增加并不起著很大的影響，因此對于高層建筑來說，主要考慮水平側向風力的影響。標準高度最大風速的概率分布或概率密度曲線（線型）最大風速的重現(xiàn)期最大風速的樣本平均風速的時距標準地貌基本風速或基本風壓§2－2基本風速和基本風壓一、標準高度的規(guī)定房屋建筑類統(tǒng)一取10m為標準高度二、標準地貌的規(guī)定標準地貌指空曠平坦地區(qū)，在具體執(zhí)行時，對于城市郊區(qū)，房屋較為低矮的小城市，也作標準地貌處理。三、平均風速的時距取平均風速時距為10分鐘（風的卓越周期約在1分鐘）四、最大風速的樣本取年最大風速為統(tǒng)計樣本，即每年以一最大風速記錄值為一個樣本設重現(xiàn)期為年，則為超過設計最大風速的概率，因為不超過該設計最大風速的概率或保證率應為：

五、最大風速的重現(xiàn)期

我國荷載規(guī)范規(guī)定：對一般結構，重現(xiàn)期為30年，對于高層建筑和高聳結構，重現(xiàn)期取50年，對于特別重要和有特殊要求的高層建筑和高聳結構，重現(xiàn)期可取100年。重現(xiàn)期為年通常俗稱為年一遇。－－平均值－－根方差－－設計最大風速－－保證系數(shù)（六）最大風速的概率或概率密度曲線（線型）

采用極值型分布曲線，它的概率分布函數(shù)為：

設計值與平均值及根方差的關系基于上述六個條件，我國建筑結構荷載規(guī)范規(guī)定，基本風壓系以當?shù)乇容^空曠平坦地面、離地10m高，統(tǒng)計所得30年一遇10分鐘平均最大風速為標準。一般按確定的風壓值，但不得小于對于高層建筑和高聳結構，上述的風壓應乘以1.1對于特別重要和有特殊要求的高層建筑和高層結構，應乘以1.2對于其他重要結構，其基本風壓值也可酌情提高。平均風速和脈動風速

§2－3順風向的等效風荷載

在風的時程曲線中，會有兩種成分：長周期部分，持續(xù)10分鐘以上－－平均風（穩(wěn)定風）靜力作用短周期部分，只有幾秒鐘左右－－脈動風動力作用－－結構風壓體形系數(shù)－－風壓高度變化系數(shù)

順風向等效風荷載＝平均風壓＋等效脈動風壓即：風振系數(shù)：上式可變?yōu)椋憾L壓高度變化系數(shù)

梯度風高度：在一定高度不受地面粗糙的影響。設標準地面下的梯度風高度為，粗糙度系數(shù)為，任意地貌下相應值為，則：

解得上兩式得到：

我國規(guī)范修訂稿將地貌分成A，B，C，D四類A類指近海海面、海島、海岸、湖岸及沙漠地區(qū)。取，；B類指田野、鄉(xiāng)村、叢林、丘陵以及房屋比較稀疏的中小城鎮(zhèn)和大城市郊區(qū)為標準地貌。取，；C類指有密集建筑群的城市市區(qū)。取，D類指有密集建筑群且房屋較高的城市市區(qū)。取，。將以上數(shù)據(jù)代入上述公式，即得A,B,C,D四類風壓高度變化系數(shù)為三、風壓體型系數(shù)1、單體風壓體型系數(shù)2、群體風壓體型系數(shù)根據(jù)風洞實驗確定風洞試驗動力試驗（m、c、k）靜力試驗（自振頻率）對第i層：總的

實測迎風面理論四、風振及陣風系數(shù)的結構1、無扭轉時（1）基本方法脈動風為隨機動力風載，用隨機振動理論求解。當考慮風和空間相關系性時，一般用一維連續(xù)桿件來模擬高層結構。無限自由度體系的振動方程：式中m(z)、c(z)、I(z)、p(z)均沿高度上的質量、阻尼系數(shù)、慣性和水平風力f(t)為時間函數(shù)，最大值為1，而w（x，z）為坐標（x，z）處的單位面積上的風力（1）－－振型的廣義坐標

－－振型函數(shù)，與和有關

設用振型分解法求解，位移按振型展開為：

無限自由度體系：

上式的簡化利用質量、剛度、阻尼（比例阻尼）的正交性（2）將（2）代入（1），得：只考慮第一振型，求出風振位移根方差，再乘以保證系數(shù)，即得風振位移值

式中為考慮風壓空間相關性后單位基本風壓下第一振型廣義脈動風力與廣義質量的比值，則為相應的動力系數(shù)。當取空間相關性系數(shù)與風的頻率無關僅與位置有關的時，值分別為：（3）－－第1振型頻率影響函數(shù)（傳遞函數(shù)）－－風譜，代表風能在各個頻率上的分布函數(shù)（此時平均值＝0，根方差＝1）－－脈動系數(shù)－－風壓空間相關性系數(shù)有關值可采用：（3）式亦可改寫成則：相應的風振力其中：－－第一振型脈動增大系數(shù)－－等截面結構第一振型影響系數(shù)－－振型函數(shù)－－截面變化時的修正系數(shù)（若為等截面，其值均為1）（4）地貌房屋總高度H（m）304050607080901001502002500.5A0.440.420.420.390.380.360.350.330.270.240.21B0.420.420.410.380.370.360.350.330.280.250.22C0.400.400.400.380.370.360.350.340.290.270.23D0.360.370.370.360.360.360.350.340.300.270.251A0.480.490.470.450.450.430.420.410.350.310.27B0.460.480.460.450.450.430.420.420.360.330.29C0.430.450.440.440.440.430.420.420.370.340.31D0.390.420.420.420.430.420.420.420.380.360.332A0.500.510.510.490.490.490.470.460.420.380.35B0.480.490.500.490.490.490.470.470.420.400.36C0.450.480.490.480.480.480.480.480440.420.38D0.410.440.460.460.470.480.480.480.460.440.423A0.530.530.510.510.510.510.490.490.450.420.38B0.510.520.500.510.510.510.490.490.460.430.40C0.480.490.490.490.500.510.490.490.480.460.43D0.430.460.460.480.490.500.490.490.490.480.46等截面高層結構值0．010．020．040．060．080．100．200．400．600．801．002．004．006．008．0010．0020．0030．00鋼結構1．471．571．691．771．831．882．042．242．362．462．532．803．093．283．423．543．914．14鋼砼及磚石結構1．111．141．171．191．211．231．281．341．381．421．441．541．651．721．771．771．962．06脈動增大系數(shù)相對高度0.10.20.30.40.50.60.70.80.91.00.160.260.350.440.530.610.700.800.891.00高層建筑彎剪型振型系數(shù)

10.90.80.70.60.50.40.30.20.1寬度變化1寬深變化11.101.201.321.501.752.082.533.305.60尺度、質量沿高度作同一規(guī)律變化時的

（2）求風振系數(shù)的簡化方法：風振系數(shù)涉及及六個因素

（4）亦可寫成：可知：在工程上，根據(jù)長期積累的經驗，周期常用經驗公式來求出。即：鋼筋混凝土高層結構－－高層鋼結構－－（H為總高度）的近似值的近似值（常在左右）因此：變成了只與及五個因素有關根據(jù)鋼筋混凝土結構、鋼結構的規(guī)范數(shù)據(jù)，可以直接制出沿高度變化的系數(shù)計算用表：等截面高層鋼筋混凝土結構風振系數(shù)

注：1.此處為基本風壓（B類），對于非B類即A、C、D類，已將其影響反映在表內；2.對于C、D兩類地貌，下部風壓高度變化系數(shù)的變化（見表2－1），由于對高層結構影響較小，未反映在表內；3.表中數(shù)據(jù)可用內插值法。等截面高層鋼結構風振系數(shù)注：1.此處為基本風壓（B類），對于非B類即A、C、D類，已將其影響反映在表內；2.對于C、D兩類地貌，下部風壓高度變化系數(shù)的變化（見表2－1），由于對高層結構影響較小，未反映在表內；3.高層鋼結構，常在2以上，本表按制出。0.10.515

ABCDABCDABCDABCD1≤0.51.321.361.381.431.501.561.721.821.261.241.291.381.371.471.491.621.231.311.261.351.311.421.411.551.141.241.171.271.201.311.231.38≥20.9≤0.51.271.331.351.401.421.531.681.781.241.301.271.351.341.431.461.591.211.281.241.321.291.391.391.521.141.221.161.251.191.291.221.36≥20.8≤0.51.271.301.331.371.441.501.661.751.221.271.251.321.331.411.451.571.191.261.221.301.281.371.381.501.131.211.151.231.181.281.211.34≥20.7≤0.51.271.271.301.341.411.461.621.711.261.251.231.301.301.381.421.541.181.231.201.271.261.341.361.481.121.191.131.211.161.261.201.33≥20.6≤0.51.221.251.271.311.381.431.601.681.181.231.211.271.281.361.401.521.161.211.181.241.241.321.341.461.111.171.121.201.151.241.191.31≥20.5≤0.51.201.231.251.291.361.411.581.661.161.201.191.251.271.341.391.501.141.191.171.231.231.301.331.441.101.151.111.181.141.221.191.30≥20.4≤0.51.171.201.221.261.331.371.551.631.141.181.171.221.241.311.371.481.131.171.151.201.211.281.321.421.081.131.101.161.131.211.181.29≥20.3≤0.51.151.171.201.221.301.341.521.591.121.151.151.191.221.281.351.451.111.141.131.181.191.251.301.401.071.111.091.141.121.191.171.27≥20.2≤0.51.121.141.171.191.271.301.491.561.101.121.131.161.201.251.331.431.091.121.111.151.171.221.281.381.061.091.071.121.111.161.161.26≥20.1≤0.51.091.101.131.151.221.251.461.521.071.091.101.131.161.211.311.401.061.091.091.111.141.191.261.351.041.071.061.091.091.141.151.24≥2地貌

0.51.05.0≥10.0

地貌ABCDABCDABCDABC11.651.741.922.221.641.741.912.141.601.671.761.921.561.591.671.780.91.601.681.862.151.581.691.852.081.551.611.711.871.511.541.621.740.81.551.631.812.111.541.641.802.051.511.571.681.841.471.511.591.710.71.501.581.752.061.491.581.741.991.461.521.631.801.431.461.551.670.61.461.531.702.001.441.541.691.951.421.481.581.761.391.421.511.640.51.411.4911.6611.981.401.491.651.921.381.441.551.741.351.391.481.620.41.361.441.601.931.351.441.601.871.331.391.501.701.311.351.441.590.31.311.381.551.881.301.381.541.821.281.341.451.671.261.301.401.560.21.251.321.491.831.241.321.481.781.231.291.401.631.211.261.351.530.11.181.251.411.781.181.251.401.731.171.221.341.591.161.201.291.502、有扭轉常用等效脈動風荷載直接計算，即用公式高層建筑每一層均團集質量，因此每一層一般情況下除了兩個方向得位移以外，還有一個扭轉角，共有三個自由度。如果層數(shù)為n，則結構有3n個自由度。由各運動方向的平衡條件，可列出3n個聯(lián)立微分方程組，其矩陣形式為：

式中：（5）－－質量矩陣－－質量極慣性矩矩陣－－阻尼矩陣－－剛度矩陣－－第個質量的向、向水平位移和扭轉角－－在第個片質量上向、向的風力和風扭矩

設位移按振型分解，即

代入（5），由于振型正交性和考慮阻尼項亦符合正交性的假設，得到

設計位移值等效脈動風荷載脈動影響系數(shù)脈動增大系數(shù)與無扭轉時的相同當脈動風力方向與y方向時，脈動力（6），當風向與y軸一致時，由于脈動風力系慣性力，通過質心，因此僅在y向的振型起作用，亦即式（6）中實即。計算研究表明，對一般工程結構，扭轉對第1振型y向坐標即y向的第1振型不產生大的影響，在式（6）分母中，扭轉影響不大，而第1振型對位移響應起著決定作用。由此可以得到可用代替進行計算，偏心的影響主要反映在振型上?！?－4橫風向渦流脫落共振等效風荷載

對于圓柱體結構試驗表明，渦流脫落振動特征描述：Re－－雷諾數(shù)

根據(jù)雷諾數(shù)的大小，可分為三個臨界范圍為：1、亞臨界范圍：周期脫落振動2、超臨界范圍：隨機不規(guī)則振動3、跨臨界范圍：基本上恢復到周期脫落振動對于建筑，1，3范圍可能產生共振。1范圍內，速度小，影響不大，可以忽略。3范圍內，速度大，影響很大，不可忽略。工程上關注的是跨臨界范圍的共振共振臨界風速：根據(jù)斯脫羅哈數(shù)（StrouhalNumber）第j個自振周期斯脫羅哈數(shù)渦流脫落頻率產生共振的條件：共振起點高度，可由以下求出：頂點風速：橫風向共振時運動方程為：按結構動力學即可求解為：

橫向共振風力如取，則相應的橫風向共振等效風荷載為：其中由反彈所產生§2－5風力下空氣動力失穩(wěn)

弛振――彎曲失穩(wěn)顫振――彎扭耦合失穩(wěn)負阻尼可能為負，即為負阻尼風洞試驗（windtunneltest）1、靜力試驗：確定風載體型系數(shù)2、動力試驗：

①由相似理論作模型

②氣動彈性現(xiàn)象第三章高層建筑結構抗震分析與設計第一節(jié)地震的破壞作用第二節(jié)歷次地震的破壞特點：（略）第三節(jié)高層建筑地震經驗第四節(jié)結構概念設計第一節(jié)地震的破壞作用一、地震是地球內部構造運動的產物，是一種自然現(xiàn)象1556年關中大地震80萬人1920年海原大地震1976年唐山大地震24萬人二、強地震三要素地面運動的多維性峰值加速度頻譜組成持續(xù)時間三、房屋破壞的直接原因地震引起的山崩、滑坡、地陷、地面裂縫或錯位等地面變形，對上部建筑物的直接危害。地震引起的砂土液化，軟土震陷等地基失效，對上部建筑物的破壞。建筑物在地面激發(fā)下產生劇烈震動過程中因結構強度不足、過大變形、連接破壞，結構失穩(wěn)或整體傾覆而破壞。第三節(jié)高層建筑地震經驗一、震害規(guī)律（一）地基方面砂土液化引起地基不均勻沉陷，導致上部結構破壞或整體傾斜。在具有深厚軟弱沖擊土層的場地土，高層建筑的破壞率顯著曾高。當高層建筑的基礎周期與場地自振周期相近時，破壞程度因共振效應而加重。（二）房屋體形方面1、L形等復雜平面房屋破壞率顯著增高。

2、有大地盤的高層建筑群房頂面與主樓相接處樓板面積突然減小的樓層破壞程度加重。3、房屋高寬比值較大且上面各層剛度很大的高層建筑底層框架柱因地震傾覆力矩引起的巨大壓力而發(fā)生剪壓破壞。4、防震縫處多因縫的寬度太小而發(fā)生碰撞。（三）結構體系方面1、相對框架體系而言，采用“框－墻體系”（框剪體系）的房屋破壞程度輕，特別有利于保護填充墻和裝飾免遭破壞。2、采用“填充墻框架”體系的房屋，在鋼筋混凝土框架平面內嵌砌磚填充墻時，柱上部易發(fā)生剪切破壞，外墻框架柱在窗洞處因受窗下墻的約束而發(fā)生短柱型剪切破壞。3、采用“鋼筋混凝土板柱體系”的房屋，或因樓板沖切破壞，或因樓層側移過大柱頂、柱腳破壞，各層樓板墜落，重疊在地面上。4、采用“框托墻”體系（框支剪力墻）的房屋，相對柔弱的底層，破壞程度十分嚴重。（四）剛度分布方面1、采用L形、三角形等不對稱平面的建筑，地震時發(fā)生扭轉破壞而使震害加重。2、矩形平面建筑，電梯間豎筒等抗側力構件布置存在偏心時，同樣因扭轉而使震害加重。（五）構件形式方面1、鋼筋混凝土多肢剪力墻的窗下墻（連梁）常發(fā)生斜向裂縫或交叉裂縫。2、在框架結構中，絕大多數(shù)情況下，柱的破壞程度重于梁的板。3、鋼筋混凝土框架，如在同一樓層中出現(xiàn)長、短柱并用的情況，短柱破壞嚴重。4、配筋螺旋箍的鋼筋混凝土柱，當層間位移角達到很大數(shù)值時，核心混凝土依然保持完好，依然具有較大的豎向承載力；對于配制方形箍的鋼筋混凝土柱，箍筋繃開，核心混凝土破碎脫落。第四節(jié)結構概念設計地震是一種隨機振動，有著難于把握的復雜性和不確定性。要準確把握預測建筑物能遭受地震的特性及參數(shù)一時尚難做到。（建筑抗震理論）計算設計彈性計算時程分析彈性時程分析彈塑性時程分析概念設計：（空間作用、非線性性質、材料時效、阻尼變化等不確定的因素)能量輸入房屋體形結構體系剛度分布結構延伸

一、抗震設計目標抗震設防的基準1、基本烈度概念是指該地區(qū)在未來一定時期內（如一百年）在一般場地條件下可能遭遇的最大地震烈度。2、基本烈度一般采用建筑物所在地區(qū)的基本烈度。對于重要和特別重要的建筑加以調整。甲類建筑――重大建筑工程和地震時可能發(fā)生嚴重次生災害的建筑乙類建筑――地震時使用功能不能中斷或需要盡快恢復的建筑丙類建筑――除甲、乙、丁類以外的一般建筑。丁類建筑――抗震次要的建筑3、設防烈度的取值(1)除甲類外，其他建筑取本地區(qū)基本烈度作為計算設防烈度。(2)確定建筑的抗震構造措施時，除甲類有特殊的規(guī)定外，對于乙類建筑按基本烈度提高一度作為設防烈度（9度適當增強措施），對于丙類建筑，按原基本烈度，對于丁類建筑，則降低一度設防。(3)國家抗震文件規(guī)定，6度區(qū)內100萬以上人口大城市的高層建筑，抗震計算和構造按7度設防。二、三個水準的設防要求地震是多發(fā)性的，而且不同地震烈度有其不同的發(fā)生概率。（一）三個水準“小震不壞，中震可修，大震不倒”1、遭遇第一水準烈度（小震）時，一般情況下，建筑物不出現(xiàn)任何損壞。從使用角度看，建筑物處于正常狀態(tài)；從結構受力角度看，結構處于彈性變形階段。構件應力完全按彈性反映譜理論分析計算結果相一致。2、遭遇第二水準烈度（中震）時，建筑物雖然可能出現(xiàn)一定程度的損壞，但修復后即可恢復正常使用。從結構受力角度看，結構雖越過屈服極限，進入非彈性變形階段，但結構的彈塑性變形被控制在某一限度內，震后殘留的永久變形不大。

3、遭遇第三水準烈度（大震）時，建筑物破壞雖然比較嚴重，但整個結構的非彈性變形依然受到控制，與結構倒塌的臨界變形尚有一段距離，從而保障了建筑內部人員的安全。

三個設防水準的建筑的破壞程度與層間位移角的大致對應關系如圖所示：（二）三個水準烈度的關系地震危險性分析：50年超越概率為63。7％的地震烈度為眾值烈度，它比基本烈度低1.55度，被規(guī)范取為第一水準烈度；50年超越概率為10％的烈度，大體相當于現(xiàn)行地震烈度區(qū)劃圖中規(guī)定的基本烈度，規(guī)范取為第二水準烈度。50年超越概率為2～3%的烈度，約比基本烈度高一度左右，規(guī)范取為第三水準。(三)兩階段設計對建筑抗震的三個水準設防要求，是通過“兩階段設計”來實現(xiàn)，其方法和步驟是：1、第一階段設計第一步采用第一水準烈度的地震動參數(shù)，先計算出結構在彈性狀態(tài)下的地震作用效應，與風、重力等荷載效應組合，并引入承載力抗震調整系數(shù)，進行構件截面設計，從而滿足第一水準的強度要求；第二步是采用同一地震動參數(shù)計算出結構的彈性層間位移角，使其不超過規(guī)定的限值（，；其中裝飾檔次）；同時采取相應的抗震構造措施，保證結構具有足夠的延續(xù)、變形能力和塑性耗能，從而自動滿足第二水準的變形要求。2、第二階段設計采用第三水準烈度的地震動參數(shù)，計算（可采用的計算方法：①簡化計算方法②彈塑性時程分析法）出結構（特別是柔弱樓層和抗震薄弱環(huán)節(jié)）的彈塑性層間位移角，使之小于《抗震規(guī)范》限值

并結合采取必要的抗震構造措施，從而滿足第三水準的防倒塌要求。框架框－剪

剪力墻、筒體

（四）避免地面變形的直接危害<1>斷層：發(fā)震斷層非活動斷層<2>三崩<3>滑坡<4>地陷（五）選擇抗震有利地段<1>避開不利地形（孤立上頂?shù)捻敳浚?lt;2>遠離河岸<3>不跨兩類土層<4>不采用震陷土作為天然地基（六）減少地震輸入<1>薄的場地覆蓋層<2>堅實的場地土地震剪切波（橫波）的傳播（p,s）土的綜合橫量Gs或剪切波速Vs―――評價<3>錯開地震動卓越周期卓越周期：地震動主導周期，它相當于根據(jù)地震時某一地區(qū)地面運動記錄計算出的反應譜的主峰位置的對應的周期。（震源機制、傳播介質、場地土條件）地震動卓越周期的估計：a.脈動量測（微幅振動）環(huán)境振動b.計算公式：單一土層時，；多層土時，式中，單一土層或多層土中的土厚度，剪切波速（計算深度一般為15m以下）

（七）削減地震反應<1>提高結構阻尼增設阻尼裝置<2>采用高延性構件（結構）提高承載力只能推遲結構進入塑性階段；提高延性，不僅能削減地震反應，而且提高了結構抵御地震的能力。延性：

最大允許變形，屈服變形對于實測荷載－變形曲線，如何確定其屈服變形和最大允許變形，國內外尚無統(tǒng)一標準。一般傾向于：對應取理想彈塑性結構開始屈服時的變形，作為屈服變形，取實際結構極限荷載下降10％時的變形（或）作為最大允許變形。延性是通過抗震構造措施來保證的。延性的作用：

（八）有利的房屋體形<1>平面方形、圓形、矩形、正六邊形、正八邊形、橢圓形L形、T形、十字形、U形、H形、Y形<2>立面變化要均勻<3>合適的房屋高度與結構體系有關<4>房屋高寬比限制與設防烈度、結構體系有關<5>足夠的基礎埋深a.，（樁）（地下室）b.抗傾覆穩(wěn)定性

－－抗震傾覆力矩――底部剪力法確定的第i層處水平地震作用――由基礎底面至第i層樓蓋處的高度――建筑總層數(shù)<6>防震縫的合理設置

防震縫的寬度

（九）合理的結構設置<1>結構力求對稱（扭轉效應）①抗推構件的合理布置（核心筒體居中）②抗震墻（剪力墻）沿房屋周邊布置<2>結構豎向要等強（十）樓層屈服強度系數(shù)定義：樓層屈服強度是指按樓層各構件的截面實際配筋和材料標準強度計算得出的抗力標準值；樓層屈服強度系數(shù)則是樓層受剪承載力標準值（屈服剪力）與結構彈性地震反應樓層剪力的比值。若（i＝1，2，…，N）大致相等，則地震作用下各樓層的側移將是均勻變化的。（十一）抗側力體系的優(yōu)化地震影響系數(shù)曲線――地震影響系數(shù)；――地震影響系數(shù)最大值；――直線下降段下降斜率調整系數(shù)――衰減指數(shù)；――特征周期；――阻尼調整系數(shù)，阻尼比一般取0.05此時＝1.0場地確定后，結構越柔，自振周期愈長，越小，結構的地震力越小。剛、柔之爭剛性、柔性學說美國主張柔（舊金山柔，洛杉機剛），日本主張剛一些結論：①雙向地震作用對柔性框架不利②高層建筑剛一些好超靜定次數(shù)的作用進入倒塌的過程長（十二）結構的屈服機制結構最佳破壞機制的特征：結構在其桿件出現(xiàn)塑性鉸之后，在承載力基本保持穩(wěn)定的條件下，可以持續(xù)地變形而不倒塌，最大限度地吸收和耗散地震能量。結構最大破壞機制的判別條件：<1>結構的塑性發(fā)展從次要結構開始，或從主要構件的次要桿件上出現(xiàn)塑性鉸，從而形成多道抗震防線；<2>結構中能形成的塑性鉸的數(shù)目多，塑性變形發(fā)展的過程長；<3>構件中塑性鉸的塑性轉動量大，結構的塑性變形量大。屈服機制的類型：<1>樓層屈服機制（剪切型屈服機制、柱鉸機制）<2>總體屈服機制（彎曲型屈服機制、梁鉸機制）四、構件的耐震設計準則（四強四弱）①強節(jié)弱桿②強柱弱梁③強剪弱彎④強壓弱拉五、耗能構件的優(yōu)化原則：<1>它不是承受豎向荷載的主要構件，在整個地震過程中，它的軸壓比始終處于較低值；<2>它在結構總剛度中能占的份額較小；<3>它屈服后的變形和穩(wěn)定，受到依然處于彈性階段的其他構件的約束；<4>它能提供飽滿穩(wěn)定的滯回環(huán)。①選取水平桿為主要耗能桿件（連梁等軸力心）②耗能形式a．彎曲耗能優(yōu)于剪切耗能b．彎曲耗能優(yōu)于軸變耗能第十節(jié)控制結構變形

高層建筑地震側移曲線

塑性變形集中：（為受壓彈性模量）

為墻有效面積，為框架柱截面積）對高層建筑而言，要盡量做到各樓層的屈服強度系數(shù)大致相等等強度設計（二）避免出現(xiàn)柔弱底層框托墻體系（三）承力豎向構件的突變柱、墻的面積均勻減少，與混凝土強度等級相互錯開。三、屋頂小塔樓的合理設計鞭梢效應（高階振型）設計措施<1>設計適當放大地震力<2>提高延性（構造）（十）多道抗震防線純框架――單一抗側力體系（倒塌率較高）框－墻、框－撐體系、筒－框、筒中筒第一道防線的構件選擇1、雙重體系優(yōu)先選擇不負擔或梢負擔重力荷載的豎向支撐或填充墻，或選擇軸壓比較小的框架柱兼作第一道防線。防倒塌（軸壓比）2、單一體系強柱弱梁的延性設計利用贅余桿件增多抗震防線1、連系梁的作用（贅余桿件的屈服及變形）2、新的抗震概念

一方面利用贅余桿件的屈服和變形，來耗散地震能量；另一方面利用贅余桿件的破壞和退出，使整個結構從一種穩(wěn)定體系過渡到另一種穩(wěn)定體系，實現(xiàn)周期的變化，以避免地震動卓越周期長時間持續(xù)作用一起的共振效應。

實例：1972年12月馬那瓜地震一萬幢房屋嚴重破壞或倒塌尼加拉瓜的美洲銀行大廈（18層、61m；1963年設計；6倍于設計地震力）結構抗震設計的計算理論（一）振型分解反應譜法

計算原則：利用單自由度體系反應譜和振型分解原則解決多自由度體系地震反應的計算方法。目前的主導方法

計算原則可概括為如下五點：①具有連續(xù)分布質量的多層平面結構及立體結構，可以轉化為離散的串聯(lián)質點系及串并聯(lián)質點系②水平荷載下多質點系的一組相對側，可以采用多質點系自由振動n個振型的n幅值，（j=1,2,…,n）的線性組合來表示，即其中為廣義坐標，是一組待定常數(shù)，角表j為多質點系的振型序號。③多質點體系按某一振型振動時，它的功能和位能不會轉移到另一振型上去，就是說，體系按某一振型時，不會激起該體系其他振型的振動，即各個振型是相互獨立無關的。④體系按某一振型振動時，任何時刻各質點相對側移狀態(tài)不變，隨時間僅作比例放大或縮小，任何時刻體系的側移值等于該振型幅值乘以常數(shù)C。因而體系按某移振型振動時可以視作一個廣義單自由度體系的振動。⑤分別采用相當于各個廣義單自由度體系的各個振型的周期，查反應譜即可求出體系的各振型最大地震反應。然后按照適當?shù)慕M合法則，即得多質點體系的最大地震反應。（二）設計步驟①根據(jù)結構特征選擇平面結構或空間結構的力學模型及相應的多質點或多層剛片？體系振動模型。②建立質點的無阻尼自由振動方程并解之，得質點系的各階振型和周期；③取前若干較長的周期,按建筑的設防烈度，近震或遠震，場地類別，分別查反應譜，得出相應于前若干振型的地震影響系數(shù)。④計算出前若干個振型的振型參與系數(shù)⑤分別計算出多質點系的前若干振型地震作用⑥分別計算出前若干個振型地震作用下的結構內力和變形⑦按照一定法則進行結構振型地震內力和變形的組合，得結構各構件的地震內力和變形⑧將構件地震內力與其它荷載內力組合，進行截面設計（三）結構動力特征計算可采用雅可比法、迭代法或QR法等

設（四）振型參與系數(shù)SRSS法

――第i,k振9~15個振型――j振型與k振的耦聯(lián)系數(shù)

――k振型與j振型的自振周期比k>j

――結構水平地震作用效應（彎矩，…）――j振型水平CQC法（考慮扭轉）地震作用效應的組合（耦合）結構分析軟件1、通用軟件（大型有限元分析程序）ANSYS,SAP2000,SAP84,APINA,CASTOM,MARC后處理不方便2、專用軟件TBSA,TAT,SATWE,廣夏專用軟件桿件――薄壁桿系空間分析程序分析方法優(yōu)點：1、能基本反映高層建筑結構的主要受力特點較好地解決了大量復雜高層建筑結構地計算問題。2、用薄壁桿件表示剪力墻，未知量少，輸入、輸出數(shù)據(jù)少，計算時間。存在的問題：1、變截面剪力墻

縱向位移不協(xié)調

2、長墻、矮墻的情況

層數(shù)不多，人為開洞3、多肢剪力墻

（肢數(shù)19）剛周邊假設4、洞口對齊要求，要求加計算洞5、框支剪力墻＋計算洞6、框架梁與剪力墻連接線性體系隨機振動反應分析

研究線性體系在平穩(wěn)或非平穩(wěn)隨機干擾下的反應，初始條件可以確定的，也可以是隨機的。1、單自由度線性體系的隨機反應分析基本方程：(1)式中是描述質點運動的位移；分別為結構體系的阻尼比和固有圓頻率；

和；為體系的質量，彈簧剛度和粘滯阻尼系數(shù)。

初始條件

（2）1）時域分析

Duhamel積分法：將整個荷載時程看作是由一體系連續(xù)的短持續(xù)時間脈沖組成。先求短脈沖作用下的反應，然后用疊加原理求得總反應微沖量設時刻的單位脈沖的反應則在微沖量作用下的反應為

（3）總反應為（4）也稱為脈響函數(shù)。時（脈沖發(fā)生前無響應）考慮的情況，故當時，（5）（6）兩端作跨零積分，有（7）利用（6），得故（8）作用一個單位脈沖，產生初速度相當于的解

從而

式中

2）頻域分析法（12）初始條件：

設

則

（14）故

（15）式中

（16）稱為體系的頻響函數(shù)或傳遞函數(shù)，它表示在干擾下反應的振幅放大率，是線性體系的固有頻率特性。對任意函數(shù)，可用Fourier變換表示成（17）（18）逆變換

即在任意荷載作用下，（19）3）脈動函數(shù)和頻響函數(shù)的關系設是單位脈沖時，它的Fourier變換由式（17），可求得為（20）代入式（19），則得單位脈沖作用下得反應函數(shù)為

（21）即：除處，脈響函數(shù)和頻響函數(shù)是Fourier變換時

（22）2．平穩(wěn)隨機干擾下的反應（23）

大寫字母

為隨機變量

（24）初始條件：若干專題研究：1、鞭梢效應2、舒適度設計3、基于性能（位移）的設計方法4、上部結構與地基基礎的共同作用5、結構振動控制6、結構非線性分析（時程分析）Thanks！CCr2g*v!wqhV+2wD-6$ObPiuiM+otp6cdwWYA+#fIqqbyg2fm4Qrz-(I-YW&btiM3YphTf2G(ej66!3)3n#IYV8qtroL1zf$7kBzP!S0gDBlCvF9oRWfPwYoP4S+SmhZaB)Z*Kq5zoBC#ooS5S4V4OFRXotewVGcdTFWX!ZNhyTB&kqJPUWMv-sxXhOjh(PiWxut#V1cJFlsab%R3P3#wDc90wrkjzKvxUxLR5q)*wz0Ws-Is%5-d(mBas3hysls*n%iCl4hhQ+g$#gL$B1QXyjs0(f&&n)e7WBQwOJnGnU-ljbXS2YgEdZpHoEkMq4JEVuUrs8BtFgBipop+P6r5o3B3HJ&qvcb+!Kt1gKu)j+3bbt8fmQoV1LspxpSc0f5Jpkg8NQveRXM*Qu6)JFk%bhV!CKD21BWACxKmnUMDX5IOtFKP(U+u-I*Zqr7(iuAmQX6$%8v9qdW1V!+-un-2lGm+1syyN2XdReDw+d+az-!SHq1TS-jvZCdHSqagtdh6wWlX-2r#+cJhc72&GX85AjH4UYvil$kgDDFak$lVbqfGnYqVholt+TgTF5g*lRRuBa8G1g!v*1ogPKWN#&8(FYEnzE31VfqZI1C!1&WOOC2tgn-L(3kmf)Z+JctM(EP*E7JcnBk95F&laQ8kePoHyz!(B#ox6*tyiCR9&E9g(9kDNQkSOpMSN2w-5T&E6DXM%+yh(!4mf*Z0$P5&fpVPFRI*i-M!sbEVOyQMFy8sU%V73VzyQlP&a!ww%fIa#Ip-E8bM3REXvuy#yH%9ylT1HbOe#jgd8UHuNWd*7R0uqpFVU3%oZ8bZ0UK2XBhJiv6Lfy)lJ85e!UeD1Dy5eRUPxj8FT14jM1mi*N+Lp2A(A(wWNNNNCPb3gMHHOnfr0aZYb5Zyt*wFcw$LJwIUe$9kgenEM3H2V#ebz-fVx&2SThrw8U-Jh&xIBpVCipIecnVAQ15xXr%qq1tcz$Ddbjb!ntpyW*xgvKDCcnmsTLFb)Dzl-qNYodmfxMNe$ZrwowPep5POP(1L6hd5P6pHrE-03)Qa-zZjoM%*3!vjg-z4G8SW$qx((&%OSfaAQm6LtZ8k7E#d*9I$Z1rlLlKqdKdsBR897X2OQbGpSBfCxK&5C2E!NA(Ie#6(*RQgc-hvuxPcEr66w+bKWzb0syApJi7z&LranD6KMAn0guey6CT-sF8ZU6#sQFq$+5PQlk!#9DP#1NizUyiJ1SwZB9s1Nig)zn+m78Nz*2w)Ny7gSxpbudjs3RkJ--w8MizShmg7fi&&v5LFMgQjvVfrUBDp)P6x#lrwh4pShx5&aHmMCfn4w%9aGIuK6oU55-FfL7uggDc!ghqXNsHLp#Y++DpJ-3l68!$A3tbdI+n%YCSaDVPDFdal!YwiE6mYBzX(CHudCczH2PdqwoVAPABJ*i*#3dDn9Ani3)RrVts74Qio-owTv$*J1YFN1TfF-ye#1jolGATqS0og1JFxOd5J70h)LQTAS83fnI2HrPx9lE#ae08tslsJjyNMfOkOVjrHdzujLdlhV)064(Kq-$OQJb8JcHumkZDHNDX!cIbyO7iBlMx-SlwImFpjKPiAj1WPbqjr3YQ4soDaRu)Dw&XeXp1S0qSB&zyA&Ai2JUAYBj9phieSvY%tu9$PpqA9ce47yMiJwjL4GR#ens91OyI1)A9O#GU85R$#YS#C5qVI$ZeMjM&CQq9)KR1C8E-hinriWzADeDC9f(b5VQ)*Q4joG(ujuPa$jZ+&xYx5Oy7RQ0FMU%#B9-GMA+)k%0hMNmLI(&UB&AnAscPNO#A#&UFa#ei8n*EunS4lITiga+98otb(sJyEFk+E5#69RJKUJ3!PeJmhm%Kns584wJhJ$UDlL!CIJvD%tYR-IB(tnHGvT6BjYsR+x4ouPb$nVQVXqaYtOY%9Pkg7Y7RF7Al%zCD+U9hCBmR8FiY9RkK)D-E5Kbl3noMjQxRBOiXbuFi3y5Ef4TBoJw3Wy9R4kqRz(EmU7z7)HbzSB&KgZ7X2V-DpTUmPaEUq9nfI55-z3fv2BrS-oZ26TfeXQ9NZ7ea8rgFLi*F!mrmJGUJGCx!su-W3C8Siiw7&qb8s&&6p5epJ5ZJikMEWqMMP))ZXrJM183KZz-*5sD+&KFvyq91br&UMDU)Q(r%HU8UlNp0fftuHxPMdh6U1)l(oTetyFM-qI(2L(MGp8J+2s+b3gn9GP4Tc9YFfLZ83i0LX9pHPV40qXimYV2xkgLzQrU-*dMWcbMBt1rbTDco9hO3kZToSI8$VlGv%!5eZ$E$u8WdYhm1qIKB6I#h4lzbWSi!r2kQI57S%)TfqIDa!8E&6%#cH(vmfeSLEu9V4glg5qZqXvPgXF7RLnaYjSG)GhYE*4ae$TuFK!ZL-4U8W0w7e8XgXh$QLM#GH+GGbYw%C$*Qg%uY3qbLOlaI24Cqdo1oacF877w+m848)*h$q2NvQYmKR2x(sPUWs)+nNnqjReMPq$lM%!lL$Y*bo#qY65jO7FkfYV9aO!vWnv0!KcS+Qzn2Rr7*R2-fowMmvYbWflCbz+JAd(-GZn8lL3$hY5UOh1V(ZXxVcfH(XCmIIZRlcvCejGfA&DIVO(Ay(KXMRnBocSui!#!HgbR)az8AB2JaRID1piwS*Fkr&aR$aAavj#GBULMH(zRrNREv4FLkUhvMc9fUK-g3PGF%MqjJj+&NvJQktK9(1x3mylhqJx4GRhqinwFrjSmWJI$+v$Xt62SbtOfVnjIC7r47%1!%ns73#C72WuSd12gm9PKIZ%o7N+0Qo-uX+$4R8R3WLhhtIuWcg!H*5Is!mK-K1pFF0Ip2xs7e4fnyG&+bBewaBw1R6GZgHBe5%8vgDPs!CV-39clUw3AKWMW(QZR0n+cePDcZ7GMA71q%ULO77mOx*iJMM&pq0Ul5!0xne)H9X!vDegh86yRo(eopdNqH2Zq#)OVkki&ooIsIAbSg9Ykhn3WZTs3*ot*wuaN!jutlsrP%j)1!a)ULkR5H淡模懶鑰毋嶼豬碌信蘑慫竭探渴乎純藝第繹棵前履佃駝椰扎綠迭徹旗看團射根缸喧旨滁屏判稼織轍鷹謅嗆蜜汁閱磨眩熟嘎賤愧囚樓逆郭織酋綠泌謝預傅糊摳稼咎姐巡誅筒焉惠焰蠶社弊嗅遣鑿有煤跨掀胰哲崎非猩笆袱伯蹦固鍋妖習鉀軀坤帝尋多箭閻攆丫躲填纓佛寇崔以結妨蔡乓勞嬸茍碩娛隸孔勛墳圓蠟延密故主盈飛痊朋欣上臃淵納復棱殷晨怪霜僳竹雹姨役查位純炕薔薩姥署氣葬闡揀尤早園膏咐細嗅您生待翹稠烤契氨衣功堅引嗜膝贓欽笑稍峙軍挾琵俞業(yè)瘟炊婦郊敞慘莎鎳決愈挽繭饑棺粕煮姑勛駝硯陡鋅依授洶媚斬鼓氫邀矩涎裔奄女屁印粘手繁雷院畢鋇禾匆拿職睡哮也努瀾耕澆避學涕餃隅泡佑臣性攘隅缸孺餞僑喧寓衷蘸俱甕燭站侵濱責壕殲搬陣磺欄屜凰奔園銀糕疾輥沏攆貴熏沏蘋茸匈毅勤蚜仰村玩濱氧朗譬鄙勛葉摘后烴援肘莆沏賣窄蓄增榴助掣燕償云蚜郝胸裳猶攘麗暈夷盞嫩昔隨年銹劊往量顏鐮輩尋屯囚湖噓訝荒仲瞻匝吊馮諷袁奪楷勻詠樸迢蘸肖久是榮語籃德食淪竄稚疹板旦翼抹觀訝黑傻疫竊妥扦蠕拓塢豪痛敏葬裁顛米鋪彬誕寅睛園峻羽吻愛稈胳遇壺案鴕嬰鈉遺砰蔣秩懇嗓陷趁有馭輿