荷载与地震作用

关于荷载与地震作用高层建筑结构

上的主要作用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地震作用温度作用混凝土收缩徐变恒载活荷载荷载非荷载因素第2页,共45页，2024年2月25日，星期天一.竖向荷载

（一）恒载 为结构自重，装饰层重等。 结构自重=构件设计尺寸×材料单位体积自重

（二）楼面活荷载 见表3.1

第3页,共45页，2024年2月25日，星期天（三）屋面均布活荷载上人的平屋顶2.0kN/m2不上人的平屋顶0.5kN/m2直升机的等效均布荷载为5kN/m2（四）雪荷载

长沙：式中Sk——雪荷载标准值;μr——屋面积雪分布系数；S0——基本雪压;

第4页,共45页，2024年2月25日，星期天二.风荷载

(3-2)式中——建筑物表面单位面积上的风载标准值； ——风载体形系数； ——风压高度变化系数； ——基本风压值； ——风振系数。第5页,共45页，2024年2月25日，星期天基本风压值及各系数取值与计算：1.基本风压值

一般高层建筑最大风压重现期为50年；特别重要或对风荷载比较敏感的高层建筑按100年重现期的风压值采用。长沙：第6页,共45页，2024年2月25日，星期天2.高度变化系数离地面或海平面高度(m)地面粗糙度类别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7页,共45页，2024年2月25日，星期天离地面或海平面高度(m)地面粗糙度类别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8页,共45页，2024年2月25日，星期天3.体形系数表3-3高层建筑体型系数序号名称建筑体型及体型系数1矩形平面2Y形平面3L形平面+0.8-0.6-0.6H—建筑物总高B—建筑物迎风面高度-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9页,共45页，2024年2月25日，星期天序号名称建筑体型及体型系数4U形平面5十字形平面6六边形平面7圆形平面-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10页,共45页，2024年2月25日，星期天4.风振系数(3-3)

式中——振型系数，计算时可仅考虑受力方向基本振型的影响；对于质量和刚度沿高度分布比较均匀的弯剪型结构，也可近似采用振型计算点距室外地面高度Z与房屋高度H比值；

——脉动增大系数，表3.13;

——脉动影响系数，外形、质量沿高度比较均匀的结 构可按表3.14采用。

第11页,共45页，2024年2月25日，星期天注意：房屋高度大于200m时，宜采用风洞实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，宜采用风洞实验来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。第12页,共45页，2024年2月25日，星期天三.地震作用地震作用——由于地面运动引起房屋的结构反应称为地震。

我国是一个多地震的国家，地震灾害的面积占国土面积的一半以上．660个城市中，位于地震区的占74.5%；118个百万以上的大城市中，有85.7%位于地震区，2/3的基本烈度为７度及７度以上．第13页,共45页，2024年2月25日，星期天我国的地震带分布第14页,共45页，2024年2月25日，星期天（一）建筑抗震设防分类和设防标准分类建筑类型设防标准甲类重大建筑、产生次生灾害建筑高于本地区设防烈度乙类不能中断或需尽快恢复建筑计算按本地区设防烈度构造高一度丙类一般建筑计算和构造均按本地区设防烈度丁类次要建筑计算按本地区设防烈度构造适当降低表3-6第15页,共45页，2024年2月25日，星期天（二）三水准设防目标和两阶段设计方法表3-7目标地震三个设防标准及要求结构状态50年超越概率与基本烈度的关系设计阶段6度7度8度9度多遇地震（小震）众值烈度（不坏或可不修）63%低一度半0.040.08(0.12)0.16(0.24)0.32第一阶段：承载力验算。取第一水准参数按弹性方法计算内力与变形并配筋偶遇地震（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第二阶段：变形验算注：括号内数值分别用于设计基本地震加速度为0.15g和0.30g的地区第16页,共45页，2024年2月25日，星期天框架结构破坏程度与房间侧移的对应关系三个水准烈度的频率和对应关系1.55度1度不倒可修不坏众值烈度基本烈度大震烈度第17页,共45页，2024年2月25日，星期天（三）设计地震分组分组的目的：体现震级与震中距的影响。分组：分第一组、第二组和第三组三个组。湖南省县级及县级以上设防城镇，设计地震分组均为第一组。第18页,共45页，2024年2月25日，星期天（四）特征周期值（s）设计地震分组场地类别IIIIIIIV第一组第二组第三组0.250.300.350.350.400.450.450.550.650.650.750.90第19页,共45页，2024年2月25日，星期天（五）基本地震加速度抗震设防烈度6789基本地震加速度值0.05g0.10g（0.15g）0.20g（0.30g）0.40g

湖南省：

常德市抗震设防烈度为7度，设计基本地震加速度值0.15g；岳阳、岳阳县、汨罗、湘阴、临澧、澧县、津市、桃源、安乡、汉寿抗震设防烈度为7度，设计基本地震加速度为0.10g;长沙、益阳、张家界等抗震设防烈度为6度，设计基本地震加速度为0.05g.第20页,共45页，2024年2月25日，星期天（六）设计反映谱曲线mk第21页,共45页，2024年2月25日，星期天

单质点体系运动方程为：

式中:m,c,k——质量、阻尼系数和刚度系数；,,——质点的位移、速度、加速度； ——地面运动加速度。

（3-4）第22页,共45页，2024年2月25日，星期天

式中，m,G——单质点体系的质量及重量；

g,k——重力加速度及地震系数； ——为动力系数； ——地震影响系数

如地面运动

已知，便可求出质点的位移、速度、加速度反应，反应的最大值分别为，， 有了质点最大加速度反应 后，由牛顿定律可得最大惯性力为：（3-5）第23页,共45页，2024年2月25日，星期天（七）地震作用计算方法1.水平地震作用计算底部剪力法：当结构高度小于40m，沿高度方向质量及刚度分布比较的均匀，并以剪切变形为主的高层建筑，可采用底部剪力法计算等效地震作用。采用底部剪力法时，各楼层可仅取一个自由度，结构的水平地震作用标准值按下列公式计算：第24页,共45页，2024年2月25日，星期天（3—9）（3—10）（3—11）第25页,共45页，2024年2月25日，星期天——相应于结构基本自振周期的水平地震影响系数值； ——结构等效总重力荷载，对多质点体系应取总重力荷载代表值的85%； ——顶部附加地震作用系数，多层钢筋混凝土和钢结构房屋可按表3-10采用，多层内框架砖房可采用0.2，其他房屋可采用0。式中:第26页,共45页，2024年2月25日，星期天0.00.35~0.55表3-10

计算式第27页,共45页，2024年2月25日，星期天

结构基本自振周期可按下式计算：(3—12）

式中：——计算结构基本自振周期用的结构顶点假想 位移（m)，即假想把集中在各层楼面处的 重力荷载代表值作为水平荷载算得的顶点 位移； ——结构基本自振周期考虑非承重砖墙影响的 折减系数。

框架结构 框剪结构 剪力墙结构第28页,共45页，2024年2月25日，星期天求结构的重力荷载时，

各荷载的组合值系数按表3-11采用。表3-11可变荷载种类组合值系数雪荷载0.5屋面积灰荷载0.5屋面活荷载不考虑按实际情况考虑的楼面活载1.0按等效均布荷载考虑的楼面活载藏书库、档案库0.8其它民用建筑0.5吊车悬吊重力硬钩吊车0.3软钩吊车不考虑第29页,共45页，2024年2月25日，星期天振型分解反应谱法

（1）适应范围 除底部剪力法以外的所有建筑，宜采用振型分解法。

（2）计算方法

n个自由度体系有n个基本振型，如：第30页,共45页，2024年2月25日，星期天

A.第j振型i质点的水平地震作用的标准值

（3—13）

式中：——相应于第j振型周期的地震影响系数；

Xji——j振型i质点的水平相对位移； ——振型的参与系数；

Gi——第i质点的重力荷载代表值。（3—14）第31页,共45页，2024年2月25日，星期天

一般情况下可只取前2~3个振型，当基本自振周期大于1.5秒或房屋高宽比大于5时，振型个数应适当增加．为计算各振型所用的自振周期也应按考虑.建筑结构估计水平地震作用扭转影响时，应按规定计算其地震作用和作用效应．

B.水平地震作用效应（内力和位移）计算

水平地震作用效应（不考虑扭转时）应先根据各振型的地震作用分别计算，然后再采用平方和的平方根方法（SRSS法）计算：

（3—15）第32页,共45页，2024年2月25日，星期天(3)时程分析法反应谱法的缺陷：1、设计反应谱主要依据的是加速度反应谱，未反映速度与位移及持续时间影响。2、是建立在弹性动力分析的基础上，未考虑弹塑性性能的影响。3、高层建筑是多质点体系，而反应谱曲线是从单质点体系得到的。4、反应谱方法得到的地震过程中的最大惯性力值，不能得到地震过程中的变形及破坏过程，无法确定某些薄弱部位的各种危险状态。第33页,共45页，2024年2月25日，星期天

特别不规则的建筑、甲类建筑和表3-12所列高度范围内高层建筑，应采用时程分析法进行多遇地震下的补充计算，可取多条时程曲线计算结果的平均值与振型分解反应谱法计算结果的较大值。表3-12烈度、场地类别房屋高度范围（m）8度Ⅰ、Ⅱ类场地和7度>1008度Ⅲ、Ⅳ类场地>809度>60第34页,共45页，2024年2月25日，星期天时程分析法又称直接动力法，解动力方程式

多自由度体系在地面运动作用下的振动方程式为：（3—15）第35页,共45页，2024年2月25日，星期天采用时程分析法计算时：宜输入本地区在设防烈度时记录到的地震波进行分析；当缺少本地区达设防烈度的地震记录时，宜按烈度、近震、远震和场地类别，选用不少于二组的实际地震记录和一组人工模拟的加速度时程曲线计算。弹性时程分析时，每条时程曲线求得的底部剪力不应小于振型分解反应谱法求得的底部剪力的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算结果的80%。

注：第36页,共45页，2024年2月25日，星期天2.竖向地震作用计算 (1)需进行竖向地震作用计算的范围：9度设防时;

8度和9度设防时水平长悬臂构件和大跨度结构。第37页,共45页，2024年2月25日，星期天（2）竖向地震作用计算：

结构总竖向地震作用的标准值按下式计算：(3—16)第38页,共45页，2024年2月25日，星期天结构竖向地震作用计算图形第39页,共45页，2024年2月25日，星期天质点的竖向地震作用标准值：注：各楼层的竖向地震作用效应按各构件承受的重力荷载代表值比例分配。（3—18）（3—19）（3—20）式中 ——结构总竖向地震作用标准值； ——竖向地震影响系数的最大值。第40页,共