美国UBC97规范风荷载、地震荷载-沈祖炎

1、美国UBC规范（1997版）风荷载、地震荷载介 绍替哥沈祖炎同济大学一、荷载组合1、用于容许应力设计方法时 基本荷载组合：DD + Z + （£ 谭 S）E1.4Q.9D ± 1.4FD + 0.75 £ + （厶或申 + （谊+）采用此组合时，容许应力不增加 另一种基本荷载组合：D + E + （乙或 S）ED + Z +（说一）1.4D+L+S+2D + L + S + 1.4釆用此组合时，当有风荷载或地震作用，容许应力可增加1/3<1>砌沖砸企怡巧.匕曼召-韩濒辟33 1吊车荷载不必与厶或或-W组合4 2雪荷载<14AkN/m2不必与E组合

2、雪荷载14.4kN/m2时应与E组合2、用于荷载抗力系数设计法时基本荷载组合：1.4Pl2D + l6£ + 05（厶或S）1.2D +16（厶或 S） + （JL 或 0.3W）1.2D + 1.3W + 齐£ + 0.5（乙或 S） l2D + l0E + （/i£ + ES） 090±（10£或13妙）/1 = 1.0公众集聚地L>4.9kN/m2% 储藏室活荷载= 0.5其他活荷载f2 = 0.7积雪的屋面其他屋= 0.23、特殊地震荷载组合l2D + /i£ + l0E力0.9P±1.0Em二、风荷载1、基本

3、风速采用50年一遇，10m高处，地貌C的最大哩风速相当于3秒平均风速2. 设计风压P = CeCqqJw5Ce取值高度及阵风系数体型系数一基本风压重要性系数高度(m)地貌D地貌C地貌B4.551.391.060.626.011.451.130.677.621.501.190.729.14L541.230.7612.191.621.310.8418.291.731.430.9524.381.811.531.0430.481.881.611.1336.581.931.671.204&772.021.791.31i < 16.7%一 0716.7% < i < 75%一 0

4、.9或0375% < / < 100%0.4i > 100%其他有:构件、烟囱、实体塔、构架塔、旗杆等几重要设施居住建筑1.00其他结构1-00km/h112.7 128.8144.9161177.1 193.220930.604 0.7860.996L226 1.485 L7682.07460.962.101.871.4291.442.232.051.63121.922.342.191.80q<4>3、主要体系基底倾覆力矩M 2/3 x恒载抵抗力矩当髙宽比05及加时，倾覆力矩可减小rt1/3 牛吨必地震:荷载1<5>1<#>1、目标：防止

5、结构重大破坏，人员死亡，而不是限制损伤或保持功能2、设计要求(1)当风荷载效应大于地震效应时仍应遵照抗震的细部要求和有关限制(2)使用分类抗震重要系数Z抗震重要系数重要设施危险设施特殊使用 一般使用(3)场地土分类Sa1.251.501.251.501.001.00硬岩石岩石很紧密土及软岩石1<#>JE粘性土软土需专门测定(4)地震分区分区2A 2B0.15 0.20030 0-40(5)震源类型震级/n > 7.0断层滑移SR > 5 mm/yearM<6.5SR <2(6)近震源系数Na距震源< 2km 5km>lQkmA1.51.21.0B

6、131.01.0C1.01.01.0近震源系数NyW 2km5km10km2 15kmA2.01.61.21.0B1.61.21.01.0C1.01.01.01.0(7)地震响应系数C°z = 0.0750.150.20.30.4S/0.060.120.160.240.32 NaSb0.080.150.200.300.40 NaSc0.090.180.240.330.40 ?VflSd0.120.220.280.360.44 7VaSe0.190.30.340.360.36 7Vfl地震响应系数C,Z = 0.0750.150.200.30.4S/0.060.120.160.2403

7、2 NvSb0.080.150.200.300.40 ?VKSc0.130.250.320.450.567V?Sq0.180.320.400.540.64 Nv0.260.500.640.84096NySf(8)结构特征竖向不规则结构(a)刚度不规则软弱层软弱层冈IJ度 070上层冈I度或0.80上三层平均刚度(b)重量不规则任何层的有效质量15邻层的有效质量(c) 竖向几何不规则任何层抗侧力系统的水平尺寸A 13邻层的(d) 竖向抗侧力构件的平面内不连续(e) 承载力不连一薄弱层薄弱层的强度V 08上层的强度平面不规则结构(a) 扭转不规则结构一端的横向最大层间位移12该层两 端层间位移平均

8、值(b) 内凹角结构超出凹角015结构的尺寸(c) 横膈不连续开孔面积A横膈总面积 横膈有效刚度两层间的刚度相差50%(d) 侧力传递错位(e) 竖向抗侧力构件不平行或不对称于抗侧力系统的主轴对分区1的结构和分区2中使用类别属一般的结构只需0.考虑竖向不规则中的(e)和平面不规则中的(来)(9)结构体系(a)承重墙体系承重墙承重及抗侧力(b)房屋框架体系框架承重，剪力墙或支撑框<10><#>架抗侧力(c)抗弯矩框架体系框架承重，抗弯矩框架抗<#><#>侧力(d)双重体系一一框架承重，剪力墙或支撑框架和 抗弯矩框架(SMRF、IMRF、 MMRW

9、或 SteelOMRF)抗侧 力，且抗弯矩框架应按抵抗25% 基底剪力进行设计，两种体系应按其相对刚度分担侧力未定义结构体系(g)非房屋结构体系<#>（10）高度限值（适用于分区3和分区4）体系架体系1 轻型框架墙R4.5Q o2.8限高(m)19.82 混凝土和砖剪力墙4.52.848.83 带拉撑的轻型钢框架墙2.82.219.84 带撑的钢框架4.42.248.85 带撑的混凝土框架2.82.21 钢偏心支撑框架（EBF）7.02.873.22 轻型框架墙5.02.819.83 混凝土剪力墙5.52.873.24 砌体剪力墙5.52.848.85 带常规支撑的钢框架5.62.

10、24&86 带常规支撑的混凝土框架5.62.27 带特殊中心支撑的钢框架6.42.273.21.SMRF（钢、混凝土）8.52,8N.L.2.MMRWF砌体 MR 墙 F6.52.848.83.IMRF混凝土中间MRF5.52.84.OMRF常规 MRF(钢)4.52.848.85OMRF（混凝土）3.52.8a承重墙b房屋框C.MRF（恋紘<12>d双重体1 .剪力墙一混凝土+SMRF8.5 2.8 N.L系+OMRFF4.22.848.8+IMRF 混6.52.848.8凝土砌体+SMRF5.52.848.8+OMRF钢4.22.848.8+IMRF 混4.22.8凝土

11、+MMRWF6.02.848.82钢 EBF+钢 SMRF8.52.8N.L+钢 jmBf4.22.848.83 常规支撑框架一钢+钢6.52.8N.LSMRF十钢OMRF4.22.848.8混+混SMRF6.52.8+混 IMRF4.22.84 特殊中心支撑框架一钢+钢7.52.8N.LSMRF+钢4.52.848.8OMRF<13>2.2 2.0 10.7<14><#>房屋体系f.剪力墙+框架体系一混凝土5.5 2.8 48.8<#><#>3、侧向力计算方法选择(1) 简化静力一用于一般用途S 3层并釆用轻型框架V 2层其余结构(

12、2) 静力 一用于(a)分区1的结构及分区2的一般用途结构(b) 高度 73.2m ,并具有上节结构体 系的常规结构(c) 髙度S 5层或198加的不规则结构(d) 下部刚性，上部柔性，上下部各自 均为规则，下部刚度A 10倍上部刚度，整体周期1.1±部周期动力 用于(a)高度n 13.2m的结构(b)具有竖向不规则何、(b)、(c)的结 构以及上节(8)中未规定的不规则结 构(c)分区3、4中髙度层或198加并沿高度结构体系有不一样的结构(d)处于场地土Sy,自振周期A0.7S的结构4、侧向力最小设计值<15><#>(1)地震荷载E = pEh + EvEh

13、由基底剪力引起的地震荷载7或设计侧向力Ev由地震竖向分量引起的荷载效应，在恒载效应Q上另加0.5CJP釆用容许应力法时，可取为零0。地震力放大系数 p可靠系数max最大构件一层剪力比<#><#>rz：第'层构件一层剪力比2笃高度内的最心<#><#>对于支撑框架：7；为一个支撑构件的水平分力与层剪力之比对于抗弯矩框架：耳为两相邻柱的最大剪力之和与层剪力之比 中间柱可取0.7对于剪力墙：右为剪力墙与3.05/,之最大乘积与层剪力之比，为剪力ID<16><#>墙之长度对于双重体系：巧为各抗侧力构件中的最大p应ni.o且&

14、lt;1.5,为结构的底层对于SMRF(双重体系中除外)p <1.25 当计算层间位移或当结构处于分区0、1、2时，p = W地震恒重全部恒重+仓库等n 025活重隔墙重A 0.48kN/m2A !A4kN/m2积雪区雪重>0.75积雪重永久设备全部(2)建模要求RC应考虑开裂截面的影响钢MRF应考虑节点域变形对层间位移的影响 效应评定结构整体稳定时应考虑P效应产生的构件内力和层间位移/VA性<0.10时，不必考虑P效应 匕hi对分区3、4,当层位移比V0.02/A时，不必考虑M效应静力法(1) 设计基底剪力yRTRV>Q.CaIW对分区4,另有T自振周期方法4 &qu

15、ot;G(/U%Ci系数对于钢0-0853混MRF0.0731EBF0.07310.0488其他房屋混、砌体剪力墙0.0743/石<18><#>Ac=YA0.2 + (De/hn)2<#>De/hn < 0.9Ae底层剪力墙的最小截面积De底层剪力墙沿作用力方向的 长度hn从底脚到第层的高度nn方法b：卩“邛尹剧七斗斶fi第z层的侧力m由/力作用产生的水平位移 叱第Z层的恒重Tb < 1.3Ta 份区 4)<1.4Ta(分区 1、2、3)(2) 简化设计基底剪力用于一般用途V 3层并釆用轻型框架S 2层其余结构3 0C基底剪力V = a_W

16、3 0C剪力竖向分布代二驾鸟匕R6、地震系数的确定见结构体系(2)R_表示抗侧力体系的整体韧性能力的系数，见结构体系7、结构体系的组合竖向组合(a)任意层设计用的/?±层R不用于：该层以上恒重10%全部恒重(b)设计时用最小的计算整个结构或采用扭阶段法上部柔性部分单独用上部的R和p设计下部刚性部分单独用下部的和p设计 上部反力X船作用与下部沿不同轴组合(a) 在分区3、4中，沿一个方向为承重墙时，垂直方向的2?应不大于承重墙的(b)高度48.8加时，各种体系可组合 (c)在分区3、4中，高度 48.8/n时，只允许用双重体系与SMRF组合沿同一轴组合在分区0, 1,双重体系和SWIF

17、体系外的其余体系 组合时，取最小的8、静力法中的力的竖向分布<21>7=爲+耳1Ft = 0.077V < 0.25K当 T < 0.07s 时，Ft=0wxhxr XnE wihi1剪力水平分布按抗剪力结构的刚度，并应考虑5%房屋尺寸的偏心水平扭矩除剪力产生外，还应考虑偶然偏心<1S><1S>矩。当存在扭转不规则时，偶然偏心矩应乘放大系数/兀1叽2S3.0<1S><1S>9、层间侧移最大非弹性位移响应As与设计地震力相应的位移，按弹性分析10层间侧移限值m < 0.025/z< 0.020/z当 T v 0.

18、7s当 T > 0.7s<1S><1S>11、分区3、4中水平悬臂构件应按07如齐 的向上力设计<1S>12、动力分析法(1)地面运动(a)弹性设计反应谱50年超越概率10%,不考虑的减少Ts=Cv/(2.5Ca)纵坐标需乘gT. = 0.27；(b)场地特定的弹性设计反应谱，阻尼比=0.05(c) 特定场地的地面运动时程，其反应谱应与(b)接近(d) 场地土 »中还应考虑结构一土共同作用的放大系数(e) 地面运动竖向分量=2/3水平加速度当M “叫应采用场地特定的竖向反应谱(2)分析方法之一反恢谱分析法(a)釆用弹性设计反应谱，计算弹性内力

19、及位移，并用R折减成弹性设计反应参数，得到设计基底剪力n静力法的7(b) 对于规则结构，采用弹性设计反应谱时，设计基底剪力0.9x静力法的7(b)对于规则结构采用场地特定弹性设计反应谱时,设计基底剪力静力法的(3) 分析方法之二时程分析法(a)至少要有3条时程。对每条时程应做场地特定谱的SRSS(平方和的平方根)，并使SRSS谱在0.2T到1.5T 范内作为设计基础的地震反应谱.当釆用3条时程时,设计反应值用最大一次的值 当釆用7条以上时,设计反应值用平均值(b)弹性时程分析从弹性反应参数得到弹性设计反应参数与反应谱分 析法一样。(c) 非弹性时程分析最大非弹性位移响应不应折减，而且应符合层间

20、侧 移限值规定，釆用非线性时程分析证明结构设计 时，应由一个独立的工程组织对抗侧力体系进行设计调查，检查内容至少应包括：i) 地面运动时程ii) 抗侧力体系的初步设计iii) 抗侧力体系的最终设计13结构构件、结构的非结构构件和设备的侧向力总则需计算：结构构件及其附件永久性非结构构件及其附件 为结构支承的永久性设备做的附属物包括锚 固和支撑不需计算：楼板上的附属无W<181kg家具总设计侧向地震力Fp=CaIpWp或耳=5（1+劭炉PFp>CaIpWp< 4C/p炉”（3）传递Fp到抗侧力体系的构件和连接应按Fp设计，并取P = 1.0 O四、我国荷载规范与美国UBC规范关于

21、荷载组合、风荷载、 地震荷载的比较1关于荷载组合我国釆用荷载分项系数及荷载组合系数荷载分项系数:可变荷载处系数:2)永久荷载1.2（不利）10（有利）0.9（倾覆、滑移） 可变荷载14（ 一般）13（楼面荷载>4kN/m<23><#>风荷载组合时06（第二及以后荷载）<#>无风荷载组合时10框架、排架 风荷载组合时0.85其它10地震组合为：1.2D +1.3 Eh + 1.0E, + 0.2 x 1.4 炉(1.0)1.2D + 1.0Ea +13& + 0.2 x 1.4FF(1.0)美国UBC规范荷载分项系数根据组合内容而变永久荷载1.21.4（不利）09（有利）屋面、楼面荷载0.5-1.6风荷载0.813地震荷载10结论：无可比性荷载规范与设计规范必须配套实用，不得混用2 风荷载我国荷载规范的风荷载标准值计算公式为:美国UBC规范为：P = CeCqqJw(1) “