第3章高层建筑结构荷载作用与结构设计原则

1、结构上的作用：凡是能够使结构产生内力、位移、变形、开裂、破坏，影响其耐久性的因素。荷载恒载活载结构构件重量非结构构件重量楼面活荷载屋面活荷载雪荷载风荷载非荷载因素地震作用温度作用混凝土收缩徐变高层建筑结构上的主要作用第三章 高层建筑结构荷载作用与结构设计原则恒荷载包括结构构件（梁、板、柱、墙、支撑等） 和非结构构件（抹灰、饰面材料、填充墙、吊顶等）的重量。材料的自重可按建筑结构荷载规范(GB 500092001)(以下简称荷载规范)取值。常用材料的自重标准值：钢筋混凝土 25kN/m3 钢材 78.5kN/m3水泥砂浆 20kN/m3 混合砂浆 17kN/m3 铝型材 28kN/m3 玻璃 2

2、5.6kN/m3 杉木 4kN/m3 腐殖土 16kN/m3 砂土 17kN/m3 卵石 18kN/m31.恒载高层建筑结构的楼面活荷载应按荷载规范（GB5009-2012）。l设计楼面梁、墙、柱及基础时，楼面活荷载标准值应乘以规定的折减系数。l工程计算经验：钢筋混凝土高层建筑结构竖向荷载平均值约为15kN/m2;(框架和框剪大约1214 kN/m2；剪力墙和筒中筒结构大约1416 kN/m2)用于估算地基承载力和结构底部剪力及初定结构截面的依据。l计算高层建筑竖向荷载作用下产生的内力时，一般可不考虑活荷载的不利布置，按满布活荷载计算。l一般考虑楼面活荷载不利布置时，仅考虑活荷载在同一楼层内的

3、不利布置。l对结构受力有影响的施工机械，要验算其产生的施工荷载。旋转餐厅轨道和驱动设备及擦窗机按实际情况确定其自重大小和作用位置。2.楼面活荷载施工附墙塔等设备、旋转餐厅轨道和驱动设备、擦窗机等l房屋建筑的屋面，其水平投影面上的屋面均布活荷载。l直升机平台的活荷载应采用下列两款中能使平台产生最大内力的荷载： （1）直升机总重量引起的局部荷载，按由实际最大起飞重 量决定的局部荷载标准值乘以动力系数确定;（2）等效均布活荷载5 kN/m2 。3.屋面活荷载4.屋面雪荷载高、大、细、长等柔性工程结构主要设计荷载。空气流动形成的风遇到建筑物时，就在建筑物表面产生压力或吸力，这种风力作用叫风荷载。风对高

4、层建筑结构作用的特点：（1）风力作用与建筑物的外形直接有关（2）风力受建筑物周围环境影响较大。（3）风力作用具有静力与动力作用两重性质。（4）风力在建筑物表面的分布很不均匀，在角区和建筑物内敛的局部区域，会产生较大的风力。（5）与地震作用相比，风力作用持续时间较长，其作用更接近于静力荷载。（6) 抗风设计具有较大的可靠性。3.2 风荷载的计算风对高层建筑结构作用的特点0wWzszk1 . 单位面积风荷载标准值l垂直于建筑物表面上的风荷载应按下式计算： Z高度处的风振系数 风压高度变化系数 风荷载体型系数 基本风压（kN/m2）2. 总风荷载的标准值 总风荷载是各个表面承受风力在该方向的投影之和

5、，并且是沿高度变化的分布荷载。正号表示风荷载在该表面为压力，负号表示为吸力。公式详见3.43.7。3.2.1 风荷载标准值(1) 基本风压0以空旷平坦地面、距地10m、50年一遇、10min平均最大风速v0计算。20021重现期重现期(年年)1050100重庆重庆基本风压基本风压0.250.400.45北京北京基本风压基本风压0.300.450.50上海上海基本风压基本风压0.400.550.60成都成都基本风压基本风压0.200.300.353.2.1 基本风压风压高度变化系数 应该根据地面粗糙度类别确定地面粗糙度分类：A类：近海海面和海岛、海岸、湖岸及沙漠地区；B类：田野、乡村、丛林、丘陵

6、以及房屋比较稀疏的乡镇和城市郊区；C类：有密集建筑群的城市市区；D类：有密集建筑群且房屋较高的城市市区；z（2) 风压高度变化系数 风对建筑表面的作用力并不等于基本风压值，而是随建筑物的平面形状、立面体形和房屋高宽比等而改变。风荷载体型系数由现场实测或建筑物模型的风洞试验确定，一般可按下述规定采用：1）圆形和椭圆平面建筑，风荷载体型系数取0.82）正多边形及截角三角形平面建筑风荷载体型系数由下式计算s(3) 风荷载体型系数3）矩形、鼓形、十字形平面建筑（H/B4）风荷载体型系数为1.34）对于V形、Y形、弧形、双十字形、井字形平面建筑，L形、槽形平面建筑及高宽比大于4、长宽比不大于1.5的矩形

7、和鼓形平面建筑，其风荷载体型系数为1.45）迎风面积取垂直于风向的最大投影面积6）在需要更细致进行风荷载计算的情况下，可按附录1采用，或由风洞试验确定风力随时间不断变化，因而脉动变化的风力会使建筑物产生风力振动（风振）。建筑物受到的最大风力与平均风力之比称为风振系数。风振系数z：综合考虑动力响应；高柔结构明显；多振型；H30m,H/L1.5,T10.25S210121RBgIZz5.2峰值因子，可取g39.023.014.012.0m1010和、场地粗糙度，可分别取类和、应高度名义湍流强度，对DCBAI因子脉动风荷载的背景分量因子脉动风荷载的共振分量ZBR式中：3 风振系数5,30161011

8、3421211xwkfxxxRw）阶自振频率（结构第ZHf1126.054.00 .128.1和、类地面粗糙度分别取和类类、类、对地面粗糙度修正系数，DCBAkw程经验确定。，对其他结构可根据工可取结构，对钢筋混凝土及砌体钢结构房屋可取，对有填充墙的取结构阻尼比，对钢结构05. 002. 001. 01式中： zzxaZzkHB11阶振型系数结构第 11ZmmmmHDCBAmH550450350300和、的取值分别不应大于类地面粗糙度，和、），对结构总高度（取值系数，查荷载规范表、关系数脉动风荷载竖直方向相关系数脉动风荷载水平方向相15 . 4 . 8ak1zx式中：HeHHZ60601060

9、mmmmHDCBAmH550450350300和、的取值分别不应大于类地面粗糙度，和、），对结构总高度（HBB2,m）结构迎风面宽度（算竖直方向的相关系数计1算水平方向的相关系数计2BeBBX5050105013x系数可取耸结构，水平方向相关对迎风面宽度较小的高01coswBwiinisizzk（kN/m） 建筑物各个表面承受的风力的合力为总风载，是沿高度变化的分布荷载3.2.3 总风荷载和局部风荷载1.作用于建筑物第i个表面高度z处的风荷载集度为isiizzizBwwcos0izzwisiiiBwwcos0izzzww（kN/m）式中式中2.整个建筑物高度Hi处风载集度是各表面风载之和3.第

10、i层楼处风荷载合力Fi为)22(1iizihhwF23HHFqii（kN）（kN/m） 4.荷载简化 风荷载可以按照底部总弯矩等效的原则转化为倒三角形荷载3.2.2 横风向风振 房屋高度大于200m时宜采用风洞试验来确定建筑物的风荷载；房屋高度大于150m，有下列情况之一时，宜采用风洞试验确定建筑物的风荷载： 平面形状不规则，立面形状复杂； 立面开洞或连体建筑； 周围地形和环境较复杂。风洞试验 风是紊乱的随机现象，对建筑物的作用十分复杂。规范中关于风荷载值的确定适用于大多数体型较规则、高度不太大的单幢高层建筑。对体型复杂的高柔建筑物的风作用，目前还没有有效的预测与计算方法。风洞试验是一种测量在

11、大气边界层（风速变化的高度范围）内风对建筑物作用大小的有效手段。摩天大楼可能造成很强的地面风，对行人和商店有很大的影响，当附近还有别的高层建筑时，群楼效应对建筑物和建筑物之间的通道也会造成危害，这些都可以通过风洞试验得到对设计有用的数据。风洞试验费用较高，但多数情况下会得到更安全而经济的设计，在国外应用较为普遍。我国风洞试验技术还有待于提高。上海金茂大厦、台北101大楼及阿联酋百吉迪拜大楼都委托加拿大RWDI（Rowan William Davies & Irwin Inc. http:/ 建筑物的风洞试验要求在风洞中实现大气边界层内风的平均风剖面、紊流和自然流动，即能模拟风速随高度的变化。大

12、气紊流纵向分量与建筑物长度尺寸应具有相同的相似常数。模拟风洞试验的相似性分析是以动力学相似性为基础的，包括时间、长度、速度、质量和力的缩尺等。例如，风压的相似比就是通过风压分布系数来反映的。其具体的表达式为：原型表面风压/原型来流风速模型表面风压/模型来流风速。 2022-5-523风洞试验模型类型一般说来，风洞尺寸达到宽为24m、高为23m、长为530m时可满足要求。风洞试验必须有专门的风洞设备，模型制作也有特殊要求，量测设备与仪器也是专门的，因此高层建筑进行风洞试验时，都委托风工程专家和由专门的试验人员进行测试。风洞试验采用的模型通常有三类：刚性压力模型、气动弹性模型、刚性高频力平衡模型。

13、2022-5-5241 1、刚性压力模型、刚性压力模型建筑模型的比例大约取1：3001：500，一般采用有机玻璃材料，建筑模型本身、周围建筑物模型、以及地形都应与实物几何形状相似。与风流动有明显关系的特征如建筑物外形、突出部分都应在模型中得到正确模拟。模型上布置大量直径为1.5mm的测压孔，有时多达500700个，可量测各部分表面上的局部压力或吸力。从而得到结构的平均压力和波动压力的量测值。风洞试验一次需持续60秒左右，相应实际时间为1小时。这种模型是目前风洞试验中应用最多的模型，主要是量测建筑物表面的风压力（吸力），以确定建筑物的风荷载，用于结构设计和维护构件设计。2022-5-5252 2

14、、气动弹性模型、气动弹性模型 该模型则可更精确地考虑结构的柔度和自振频率、阻尼的影响，因此不仅要求模拟几何尺寸，还要求模拟建筑物的惯性矩、刚度和阻尼特性。对于高宽比大于5的、需要考虑舒适度的高柔建筑采用这种模型更合适。但这类模型的设计和制作比较复杂，风洞试验时间也长，有时采用第3类风洞试验模型代替。 2022-5-5263 3、刚性高频力平衡模型、刚性高频力平衡模型 该试验模型是将一个轻质材料的模型固定在高频反应的力平衡系统上，也可得到风产生的动力效应，但是它需要有能模拟结构刚度的基座杆及高频力平衡系统。 2022-5-527 实例实例22金茂大厦金茂大厦1 1、风荷载、风荷载 大楼的最终设计

15、兼顾中国规范和风洞试验成果。中大楼的最终设计兼顾中国规范和风洞试验成果。中国国建筑结构荷载规范建筑结构荷载规范（GBJ9GBJ98787）规定的基本）规定的基本风压值为风压值为0.55kN/m0.55kN/m2 2，相当于上海，相当于上海3030年一遇（重现期年一遇（重现期）的最大）的最大10min10min的平均风压，其风速相当于的平均风压，其风速相当于32.5m/s32.5m/s，大厦顶部的风压值达，大厦顶部的风压值达3.6kN/m3.6kN/m2 2。风洞试验结果与。风洞试验结果与中国规范的比较如表中国规范的比较如表3 35 5所示。所示。 由表可见，若以由表可见，若以100100年重现

16、期比较，风洞试验结果年重现期比较，风洞试验结果，而中国规范则，高于试验结果约，而中国规范则，高于试验结果约30%30%。2022-5-5282022-5-5292 2、静力分析、静力分析 按中国规范推算而得的荷载取值计算得出的结果如下：结构顶点位移 H/575 (H为总高度)楼层层间位移 h/550 （h为层高）根据风洞试验结果，采用不同的回归期和不同的阻尼，得到的大楼的顶点位移及层间位移如下表：2022-5-5302022-5-5313 3、动力分析、动力分析l金茂大厦在风荷载下的加速度值是按上海气象资料的风荷载值金茂大厦在风荷载下的加速度值是按上海气象资料的风荷载值经风洞试验而得的，其结果

17、如下：经风洞试验而得的，其结果如下：l按按1010年重现期，加速度值为（年重现期，加速度值为（918918）10105 5m/sm/s2 2l按按1 1年重现期，加速度值为（年重现期，加速度值为（3535）10105 5m/sm/s2 2l以上加速度已综合了建筑物以上加速度已综合了建筑物X X、Y Y轴的移动和建筑物在形心处之轴的移动和建筑物在形心处之加速度以及建筑物四角的加速度。其位置是在标高加速度以及建筑物四角的加速度。其位置是在标高+322.4m+322.4m处处，相当于酒店的最高居住层。此加速度既考虑了现在的周围环，相当于酒店的最高居住层。此加速度既考虑了现在的周围环境又考虑了今后浦东

18、的发展环境，而建筑物的阻尼则是按境又考虑了今后浦东的发展环境，而建筑物的阻尼则是按1.5%1.5%考虑。表考虑。表3 38 8为金茂加速度值与世界其他超高层建筑的加速度为金茂加速度值与世界其他超高层建筑的加速度值的比较。值的比较。 2022-5-5322022-5-5331 地震、震源、震中和震中距 什么是地震？地震是指在地球不停运动过程中，深部岩石的应变超过容许值时，岩层将发生断裂、错动和碰撞，从而引起地面振动。通常所说的地震是指构造地震 。地震是一种自然现象，地球上每天都在发生地震，一年约有500万次。其中约5万次人们可以感觉到；能造成破坏的约有1000次； 7级以上的大地震平均一年有十几

19、次。目前记录到的世界上最大地震是8.9级，发生于1960年5月22日的智利地震。 3.3 地震作用的计算什么叫震源、震中、震中距？地壳深处岩层发生断裂、错动和碰撞的地方叫震源；震源正上方的地面称为震中；地面上某点至震中的距离称为震中距。震中距越远，所遭受的地震破坏越小。2 地震波、震级和地震烈度地震波是地震以波的形式向四周传播。地震波分为体波和面波。体波横波（S波）纵波（P波）面波乐甫波瑞利波横波特点:周期长、振幅大、 波速慢,100-800m/s纵波特点:周期短,振幅小, 波速快,200-1400m/s面波比体波衰减慢、振幅大、周期长、传播远。建筑物破坏主要由面波造成。杂波P波开始S波开始面

20、波开始（2） 地震震级M:震级；E：能量。能量越大，震级就越大；震级相差一级，能量相差约32倍；相差二级，能量相差1000倍。 衡量地震释放能量大小的等级，用M表示AMlg式中A表示标准地震仪距震中100km纪录的最大水平地动位移，单位为微米。ME5 . 18 .11log一个6级地震相当于一个两万吨级的原子弹。 （3）地震烈度一般而言，震级越大，烈度就越大。同一次地震，震中距小烈度就高，反之烈度就低。影响烈度的因素，除了震级、震中距外，还与震源深度、地质构造和地基条件等因素有关。一次地震，不同地区可以有不同的地震烈度。地震时在一定地点震动的强烈程度，简称为烈度。用I表示。地震烈度表是评定烈度

21、的标准和尺度。我国在1980年制定了中国地震烈度表，将地震烈度分为1-12度。无感1室内个别静止中的人感觉2悬挂物微动门、窗轻微作响室内少数静止中的人感觉3悬挂物明显摆动，器皿作响门、窗作响室内多数人感觉。室外少数人感觉。少数人梦中惊醒43（2-4）31（22-44）不稳定器物翻倒门窗、屋顶、屋架颤动作响，灰土掉落。抹灰出现微细裂缝室内普遍感觉。室外多数人感觉。多数人梦中惊醒56（5-9）63（45-89）河岸和松软土出现裂缝。饱和砂层出现喷砂冒水。地面上有的砖烟囱轻度裂缝掉头损坏个别砖瓦掉落、墙体微细裂缝惊惶失措，仓皇逃出613（10-18）125（90-177）河岸出现坍方。饱和砂层常见喷

22、砂冒水。松软土上地裂缝较多。大多数砖烟囱中等破坏轻度破坏局部破坏开裂，但不妨碍使用大多数人仓皇逃出725（19-35）250（178-353）干硬土上亦有裂缝。大多数砖烟囱严重破坏中等破坏结构受损，需要修理摇晃颠簸，行走困难850（36-71）500（354-707）干硬土上有许多地方出现裂缝，基岩上可能出现裂缝。滑坡、坍方常见。砖烟囱出现倒塌严重破坏墙体龟裂，局部倒塌，修复困难坐立不稳。行动的人可能摔跤9100（72-141）1000（708-1414）山崩和地震断裂出现。基岩上的拱桥破坏。大多数砖烟囱从根部破坏或倒毁倒塌大部倒塌，不堪修复骑自行车的人会摔倒。处不稳状态的人会摔出几尺远。有抛

23、起感10地震断裂延续很长。山崩常见。基岩上的拱桥毁坏毁灭11地面剧烈变化，山河改观12个别：10%以下少数：10%50%多数：50%70%大多数：70%90%普遍：90%以上速度加速度其它现象一般房屋人的感觉烈度2/smmsmm/建筑类别不同，抗震设防标准也不同。抗震次要建筑丁类 除甲乙丁类以外的一般建筑丙类 地震时使用功能不能中断需尽快恢复的建筑乙类 重大建筑工程和地震时可能发生严重次生灾害的建筑甲类 设防分类1. 1.抗震设防分类抗震设防分类建筑抗震设防分类标准GB50223。该标准主要以地震中和地震后房屋的损坏对社会和经济产生的影响的程度大小，将建筑分成4个抗震设防类别。建筑抗震设计规范

24、GB50011-2001对上面标准作了修改。3.3.1 高层建筑结构的抗震设防2. 2.高层建筑的设防标准高层建筑的设防标准抗震措施:除结构地震作用计算和抗力计算以外的抗震设计内容，包括抗震构造措施。抗震构造措施：一般不须计算而对结构和非结构各部分必须采取的各种细部要求。建筑类别建筑的重要性抗震措施地震作用计算甲类特殊要求的建筑特殊考虑特殊考虑乙类国家重点抗震城市生命线工程的建筑提高一度（9度适当提高）原设防烈度丙类甲、乙、丁类以外的一般建筑原设防烈度原设防烈度丁类次要的建筑降低一度（6度不降）原设防烈度建筑抗震设计规范规定：抗震设防烈度为6度及以上地区的建筑必须进行抗震设计3 3 高层建筑的

25、抗震设防目标高层建筑的抗震设防目标水 准涵义要 求第一水准小震不坏当遭受低于本地区设防烈度的多遇地震影响时，一般不受损坏或不需修理仍可继续使用第二水准中震可修当遭受相当于本地区抗震设防烈度的地震影响时，可能损坏，经一般修理或不需修理仍可继续使用第三水准大震不倒当遭受高于本地区抗震设防烈度的预估的罕遇地震影响时，不致倒塌或发生危及生命的严重破坏 目标“三水准、二阶段” 要求为：“小震不坏，中震可修，大震不倒”。二阶段抗震设计二阶段抗震设计阶 段目 标烈 度地震作用性质受力状态作用效应组合第一阶段小震不坏（隐含中震可修）多遇地震作用对应的烈度（小震） 可 变 作 用弹性（部分弹塑性）承载力验算采用

26、基本组合(多层、高层钢筋混凝土房屋层间弹性位移计算，采用短期效应组合，即作用分项系数均取1.0)第二阶段大震不倒罕遇地震作用对应的烈度（大震） 偶 然 作 用 弹塑性部分建筑物的层间弹塑性位移验算，采刚短期效应组合，即怍用分项系数均取1.0说明：说明： 第一阶段为弹性分析，包括截面设计和变形计算； 大部分建筑的第二阶段设计主要由概念设计和构造措施来保证。规定：甲类建筑乙、丙类建筑应按批准的地震应按批准的地震 安全性安全性评价的结果且高于本地区评价的结果且高于本地区抗震设防烈度计算抗震设防烈度计算应按本地区抗震设防烈度计算应按本地区抗震设防烈度计算水平地震作用的计算原则：l 一般正交布置抗侧力构

27、件的结构，可沿纵横主轴方向分别计算,斜交布置抗侧力构件的结构，当相交角度大于15。时，应分别计算各抗侧力构件方向的水平地震作用；l 质量和刚度明显不均匀、不对称的结构，应考虑双向水平地震作用的扭转影响；其他情况，应计算单向水平地震作用下的扭转影响；l 高层建筑中的大跨度、长悬臂结构，7度（0.15g）、8度抗震设计时应计入竖向地震作用l 9度抗震设计时应计算竖向地震作用。3.3.1 一般计算原则 地震动特性方面 抗震设防烈度； 设计近远震； 场地类别 结构特性方面 结构自振周期； 建筑质量（重力荷载）； 结构阻尼比（材料）3.2.2 水平地震作用计算1 影响设计地震作用的因素设计地震作用的方向

28、水平（两个）竖向（一个）结构效应的方向平动（两个水平、一个竖向）扭转（竖轴）2 设计地震作用的方向 根据已有的大量地震地面运动的记录，再运用结构动力学中弹性振动理论，通过计算结构的地震反应来确定地震作用。（将计算结果以地震反应随结构自振周期的变化规律曲线的方式表达，供设计时查用。有最大加速度反应谱、最大速度反应谱、最大位移反应谱等。设计的直接依据是加速度反应谱。）周期T加速度反应加速度反应谱3 反应谱理论1、地震反应谱示例（ ）（计算从略）周 期 （ ）速 度 （）周 期 （）加 速 度 （）位移（）周期（ ）岩石坚硬场地厚无粘性土层软土层速度反应谱加速度反应谱位移反应谱场地影响2 2、反应谱

29、的特征、反应谱的特征 1.加速度反应随结构自振周期增大而减小。 2.位移随周期增大而增大。 3.阻尼比的增大使地震反应减小。 4.场地的影响，软弱的场地使地震反应的峰值范围加大。一般来说，随建筑物周期延长，地震作用减小。地震作用 结构方法使用范围水平弹性底部剪力法高度不超过40m，以剪切变形为主，质量和刚度分布较均匀振型分解反应谱法不满足底部剪力法应用条件的结构时程分析法（补充计算）甲类建筑、特别不规则的建筑H100m，7、8度I、II类场地乙、丙类建筑H80m，8度III、IV类场地H60m，9度乙、丙类建筑竖向不规则和复杂的高层建筑质量沿竖向分布特别不均匀的高层建筑3 地震作用的计算方法及

30、其适用范围（1）结构总水平地震作用的标准值计算公式：1相应于结构基本自振周期T1的值；Geq结构等效总重力荷载代表值， Geq0.85 GEGj第j层重力荷载代表值。：eqEKGF1底部剪力法计算简图4 底部剪力法重力荷载代表值恒荷载（建筑结构构配件自重）标准值+ +可变荷载（雪、灰、楼面活荷载）组合值niikQikEQGG1永久荷载标准值永久荷载标准值组合值系数组合值系数可变荷载标准值可变荷载标准值2gT-特征周期；特征周期；)(sT01.0gTgT50.6max2max45.0max2)(TTgmax12)5(2.0gTT -曲线下降段的衰减指数；曲线下降段的衰减指数；1-直线下降段的斜率

31、调整系直线下降段的斜率调整系 数；数；-阻尼调整系数，小于阻尼调整系数，小于 0.550.55时，应取时，应取0.550.55。55 . 005. 09 . 08/ )05. 0(02. 017 . 106. 005. 012 地震影响系数； max 地震影响系数最大值；T结构自振周期。在这幅图在这幅图中你看出中你看出了什么？了什么？（1）除有专门规定外，建筑结构的阻尼比应取0.05，地震影响 系数曲线的阻尼调整系数应按1.0采用，形状参数应符合 下列规定： 1) 直线上升段，周期小于0.1s的区段。 2) 水平段，自0.1s至特征周期区段，应取最大值(max)。 3) 曲线下降段，自特征周期

32、至5倍特征周期区段，衰减指数应 取0.9。 4) 直线下降段，自5倍特征周期至6s区段，下降斜率调整系数 应取0.02。（2）当建筑结构的阻尼比按有关规定不等于 0.05时，地震影响系数曲线的阻尼调整系数和形状参数应符合下列规定： 1) 曲线下降段的衰减指数应按下式确定： 式中 曲线下降段的衰减指数； 阻尼比。 0.050.90.05520.0510.06 1.7 0.45maxT(s)6.00.1Tg2max5Tg0ABCDE由地震影响系数曲线，我们可以看到曲线可以分为四段：上升段AB、平台段BC、下降段CD和DE，这四段分别有不同的物理意义。地震影响系数曲线（1）起始点A是绝对刚性的点，既

33、0.45max=a0/g,从点A开始到点B的整个上升段，结构的自振周期在00.1s内变化，随结构自振周期的变大，地震作用增大，如果结构的自振周期在此范围内，当地震作用下房屋发生震坏时，结构的刚度减小，自振周期变大，地震作用也要增大，将会加剧结构的震坏，故结构的自振周期不应设计在此范围内。2）BC平台段为共振区，B点开始影响系数达到最大值，结束点C对应的周期为特征周期，特征周期反映了地震震级、震中距和场地类别的影响，特征周期的大小将决定平台的长度，故场地条件越差，特征周期越长，共振区就越长；由于共振，地震作用本应该是无限大，即直线AB和曲线DC都应是无限向上延伸的，但由于阻尼力的存在以及地震作用

34、时间短，使得地震作用不再放大，形成平台。（3）由于上述原因，结构的自振周期应该设计在Tg以后，即影响系数曲线的下降段，下降段随结构自振周期的增大，地震作用减小。但如果结构的自振周期过大，则结构过柔，使人没有安全感，故结构的自振周期应该设计在Tg5Tg之间为最宜。 建筑场地的类别与场地土的类型和场地土的覆盖层厚度有关。分为0、I、类。等效剪切波速（m/s)场地类别0Vse8000800Vse5000-500Vse25014050-各类场地的覆盖层厚度表（m)特征周期值特征周期值TgTg（s s）场地类别设计地震分组0第一组50.450.65第二组0.250.300.400.

35、550.75第三组0.300.350.450.650.90设计特征周期是指抗震设计用的地震影响系数曲线中，反应地震等级，震中距和场地类别等因素的下降段起始点对应的周期值。在应用底部剪力法计算地震作用时，只需要基本自振周期，常常可以采用适合于手算的近似计算方法。近似计算方法很多，其精确程度和适用条件各不相同，计算结果可能差别较大，因此，需根据具体情况选用恰当的方法。需要指出的是，近似方法也是建立在理论计算基础上的，并采用了由计算简图确定的杆件刚度值，因此，对计算结果（周期）也要进行修正。 求水平地震影响系数和顶部附加地震作用系数时：对于质量和刚度沿房屋高度较均匀分布的框架结构、框架剪力墙结构和剪

36、力墙结构的高层建筑，其基本自震周期T1（s）可按下式计算： 假想的结构顶点水平位移（m），即假想把集中在各楼层处的重力荷载代表值Gi作为该楼层水平荷载计算的结构顶点弹性水平位移； 考虑非承重墙刚度对结构自振周期影响的折减系数。TTT7 . 11TT),2,1()1(1niFHGHGFnEKnjjjiiiEKnnFF小塔楼：突出屋面的楼梯间、水箱等，一般12层，高度小、体积小，小塔楼作为一个质点。鞭梢效应：屋面塔楼的刚度和质量比主体结构小得多，受到经过主体建筑放大后的地震加速度，受到强化的激励，产生显著的鞭梢效应。塔楼计算：乘以放大系数注明：有突出屋面的小塔楼时，顶部附加水平地震作用加在主体结构

37、的顶层，不加在小塔楼上 0nnnFF gxIMxKxCxM ijijjjiGaF2jSS计算振型计算地震影响系数和振型参与系数计算振型地震作用计算振型地震效应振型组合njijinniijiiiiyayayayayax12211xg(t)xi(t)a1iajiani nijiinijiijTjTjjamamaMaIMa121两点注意：两点注意：计算步骤计算步骤塔楼塔楼5 振型分解反应谱法振型分解反应谱法振型分解反应谱法-非耦联非耦联ijitjjxjiGXF ijitjjyjiGYF ijiitjjtjiGrF2niniiijijijiijitjGrYXGX112222)(/niniiijijij

38、iijitjGrYXGY112222)(/sincosyjxjtj mjmkkjjkSSS11 T2T22T1.5TT)1 (4)1 ()1 (8kjkjjk（i1，2，n；j=1，2，m）振型分解反应谱法振型分解反应谱法-平扭耦联平扭耦联动力时程分析：弹性、弹塑性MXCXKXMZ KMC21112122 ijijjiji() 2222()jjiiji6 时程分析法 (1)建筑场地类别和设计地震分组选用不少于二组实际地震记录和一组人工模拟的加速度时程曲线,每条时程曲线计算所得结构底部剪力不应小于振型分解反应谱法计算结果的65%，多条时程曲线计算所得结构底部剪力的平均值不应小于振型分解反应谱法计

39、算结果的80%。 （2）地震波的持续时间不宜小于建筑结构基本自振周期的5倍和15S，地震波的时间间距可取0.01S和0.02S。（3）输入地震加速度的最大值，可按表3.36采用。（4）结构地震作用效应可取多条时程曲线计算结果的平均值与振型分解反应谱计算结果的较大值。弹性动力时程分析： 7 各楼层最小地震剪力73 规范规定剪重比剪重比计算,主要是因为结构在长周期自振周期作用下,地震影响系数下降较快,对于基本周期大于3.5S 3.5S 的结构,由此计算出来的水平地震作用下的结构效应有可能太小。而对于长周期结构,地震动态作用下的地面运动速度和位移可能对结构具有更大的破坏作用。水平地震作用水平地震作用

40、底部剪力法底部剪力法振型分解反应谱法振型分解反应谱法74 .抗规抗规.5条、高规条、高规.13条条规定:抗震验算时,结构任一楼层的水平地震剪力应符合表3要求：表3 楼层最小地震剪力系数值注：1.基本周期介于3.5s和5s之间的结构，可插入取值； 2.括号内数值分别用于设计基本地震加速度为0.15g和0.30g的地区。75. .六度区剪重比要求放宽，可在0. 7% 1%取。若剪重比过小,均为构造配筋,说明底部剪力过小，要对构件截面大小、周期折减等进行检查；若剪重比过大,说明底部剪力很大,也应检查结构模型，参数设置是否正确或结构布置是否太刚。即是按刚度分配的即是按

41、刚度分配的“能者多劳能者多劳”原则！原则！ 结构总竖向地震作用标准值可按下列公式计算： 结构质点i的竖向地震作用标准值可按下式计算: 图3.5 结构竖向地震 作用计算示意图 (3)楼层各构件的竖向地震作用效应可按各构件承受的重力荷载代表值比例分配，9度抗震设计时宜乘以增大系数1.5。大跨度结构、悬挑结构、转换结构、连体结构的连接体的竖向地震作用标准值，不宜小于结构或构件承受的重力荷载代表值与表3.28所规定的竖向地震作用系数的乘积。maxmaxmax65. 075. 0vEeqeqvEvkGGGFEvknjjjiivtFHGHGF13.3.4 竖向地震作用的计算设计要求竖向荷载风荷载水平地震作

42、用竖向地震作用非抗震设计68度9度设计中考虑的荷载和地震作用表设计中考虑的荷载和地震作用表注：只有建筑物的高度超过注：只有建筑物的高度超过60m时，才同时考虑风与地震产生的效应。时，才同时考虑风与地震产生的效应。 在高层建筑结构上作用有竖向荷载、风荷载；在抗震设计中，还有水平地震作用和竖向地震作用。在结构计算时，应考虑各种荷载的不同作用产生的效应。荷载效应的组合荷载效应的组合非抗震设计时的组合：非抗震设计时的组合：抗震设计时的组合：抗震设计时的组合：WKWWQKQQLGKGSSSSWKWWEVkEVEhkEhGEGSSSSS弹性工作状态高层建筑结构应考虑整体共同工作楼板在自身平面内的刚度为无限

43、大，平面外的刚度可以不考虑在计算中应考虑墙与柱子轴向变形的影响弹性工作状态假定弹性工作状态假定内力与变形弹性；截面设计材料弹塑性在非抗震设计时，在竖向荷载和风荷载作用下，结构应保持正常使用状态，结构处于弹性工作阶段；在抗震设计时，结构基本处于弹性工作状态，此时结构处于不裂、不坏的弹性阶段。所以，从结构整体来说基本处于弹性工作状态，按弹性方法进行计算。弹性计算，可以利用叠加原理，当有多种荷载作用时，应进行作用效应组合。比较柔软结构，考虑重力二阶效应复杂结构验算地震下薄弱层的弹塑性变形框架梁及连梁可考虑塑性内力重分布某些情况下可以考虑局部构件的塑性变形，（内力重分布），以及罕遇地震作用下的弹塑性位

44、移（第二阶段）计算。 现行规范对弹塑性位移计算的处理方法多采用对弹性计算结果进行调整或修正的方法来解决。平面抗侧力结构和刚性楼板假定平面抗侧力结构和刚性楼板假定高层建筑结构的组成成分可以分为两类：一类是由框架、剪力墙和筒体等竖向结构组成的竖向抗侧力结构；另一类是水平放置的楼板。楼板将竖向抗侧力结构连为整体。在满足结构平面布置的条件下，在水平荷载作用下选取计算简图时，作了两个基本假定。1、平面抗侧力结构假定一片框架或一片墙在其自身平面刚度很大，可以抵抗在本身平面内的侧向力；而在平面外的刚度很小，可以忽略，即垂直于该平面的方向不能抵抗侧向力。因此，整个结构可以划分成不同方向的平面抗侧力结构，共同抵

45、抗结构承受的侧向水平荷载。2、刚性楼板假定水平放置的楼板，在其自身平面内刚度很大，可以视为刚度无限大的平板；楼板平面外的刚度很小，可以忽略。刚性楼板将各平面抗侧力结构连接在一起共同承受侧向水平荷载。 以图以图3 34 4所示结构为所示结构为例例，结构是由，结构是由Y Y方向（通常称方向（通常称为横向）的为横向）的6 6榀框架、榀框架、2 2片墙片墙和和x x方向（通常称为纵向）方向（通常称为纵向）的三榀框架（每片都有的三榀框架（每片都有7 7跨跨，中间一片中含两段墙）通，中间一片中含两段墙）通过刚性楼板连接在一起的。过刚性楼板连接在一起的。在横向水平荷载作用下，只在横向水平荷载作用下，只考虑横

46、向框架起作用，计算考虑横向框架起作用，计算简图如图简图如图3 34 4（b b）所示）所示，是，是8 8榀平面抗侧力结构的榀平面抗侧力结构的综合；在纵向水平荷载作用综合；在纵向水平荷载作用下，忽略横向框架作用，计下，忽略横向框架作用，计算简图如图算简图如图3 34 4（c c）所）所示，是示，是3 3榀平面抗侧力结构榀平面抗侧力结构的综合。的综合。在此两条基本假定下，复杂高层建筑结构的计算可大为简化。在此两条基本假定下，复杂高层建筑结构的计算可大为简化。dsGAVdsNdsEIMjijijiijVEANM移的计算公式：结构力学中计算结构位在低层建筑结构分析中，只考虑弯矩项，轴力项和剪力项很小，

47、一般不考虑。高层建筑结构分析中，对于简化的手算方法，除考虑各杆的弯曲变形外，对于高宽比大于4的结构，宜考虑柱和墙的轴向变形，剪力墙宜考虑剪切变形。采用计算机进行结构的分析时，宜考虑各种可能的影响。在高层建筑结构分析中，轴向变形的影响要考虑施工过程分层施加竖向荷载这一因素。质量中心刚度中心扭转偏心距水平荷载作用线不通过结构刚心产生扭转水平荷载作用线不通过结构刚心产生扭转扭转难于避免，无法精确计算扭转难于避免，无法精确计算应注重概念设计：减小扭转效应、加强抗扭能应注重概念设计：减小扭转效应、加强抗扭能力，计算只是补充力，计算只是补充基本概念基本概念定义：定义：水平地震作用即惯性力的合力作用点。水平

48、地震作用即惯性力的合力作用点。计算方法：计算方法：将建筑平面分为若干个质量均匀分布的单将建筑平面分为若干个质量均匀分布的单 元，在参考坐标系元，在参考坐标系 xoy xoy 中确定质中确定质心坐标心坐标 x xm m，y ym m抗侧力结构的某层层间在抗侧力结构的某层层间在 x x方向和方向和 y y 方向方向分别有相对侧移分别有相对侧移x x和和y y 时，则在时，则在x x方向的方向的第第 j j 榀抗侧力结构中产生抗力榀抗侧力结构中产生抗力V Vxjxj ，在，在y y 方方第第 k k 榀抗侧力结构中产生抗力榀抗侧力结构中产生抗力V Vykyk 。通常把。通常把结构平移时结构平移时的合力作用线的合力作用线V Vxjxj，V Vykyk的交的交点称为结构的刚度中心（任选点称为结构的刚度中心（