高层建筑结构的荷载和地震作用90幻灯片课件

第3章荷载和地震作用及结构设计要求金仁和高层建筑结构设计和计算标题本章主要内容：主要内容3.1竖向荷载（简介）3.2风荷载（重点）3.3地震作用（工程结构抗震课介绍此部分内容）3.1竖向荷载第3章高层建筑结构的荷载和地震作用与多层建筑结构有所不同，高层建筑结构——1）竖向荷载效应远大于多层建筑结构；2）水平荷载的影响显著增加，成为其设计的主要因素；3）对高层建筑结构尚应考虑竖向地震的作用。高层建筑结构主要承受竖向荷载和水平荷载。1）竖向荷载2）水平荷载恒荷载活荷载风荷载地震作用3.1竖向荷载3.1恒荷载

恒荷载是指各种结构构件自重和找平层、保温层、防水层、装修材料层、隔墙、幕墙及其附件、固定设备及其管道等重量，其标准值可按构件及其装修的设计尺寸和材料单位体积或面积的自重计算确定。材料容重可从《荷载规范》查取；固定设备由相关专业提供。3.1竖向荷载3、屋面雪荷载（1）屋面水平投影面上的雪荷载标准值：S0为基本雪压，系以当地一般空旷平坦地面上统计所得50年一遇最大积雪的自重确定。按《荷载规范》取用；μr为屋面积雪分布系数，可按《荷载规范》取用。（2）雪荷载的组合值系数可取0.7；频遇值系数可取0.6；准永久值系数按雪荷载分区Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ的不同，分别取0.5、0.2和0。（3）雪荷载不应与屋面均布活荷载同时组合。4、施工活荷载施工活荷载一般取1.0~1.5kN/m2。

对高层建筑结构，计算活荷载产生的内力时，可不考虑活荷载的最不利布置。为简化计算，可按活荷载满布进行计算，然后将这样求得的梁跨中截面和支座截面弯矩乘以1.1~1.3的放大系数。3.2风荷载3.2风荷载

建筑高度建筑外型风的动力作用风向标准风速标准地貌风荷载标准值空气从气压大的地方向气压小的地方流动就形成了风，与建筑物有关的是靠近地面的流动风，简称为近地风。当风遇到建筑物时在其表面上所产生的压力或吸力即为建筑物的风荷载。

对于高层建筑，一方面风使建筑物受到一个基本上比较稳定的风压，另一方面风又使建筑物产生风力振动。（静力＋动力）3.2风荷载3.2.1风荷载标准值1、基本风压我国《荷载规范》规定，基本风压系以当地比较空旷平坦地面上离地10m高，统计所得的50年一遇10分钟平均最大风速v0（m/s）为标准，按风速确定的风压值，但不得小于0.3kN/m2。特别重要的高层建筑，取100年。3.2风荷载风压沿高度的变化规律一般用指数函数表示，即2、风压高度变化系数风速大小与高度有关，一般近地面处的风速较小，愈向上风速逐步加大。当达到一定高度时（300~500m），风速不受地表影响，达到所谓梯度风。而且风速的变化还与地面粗糙程度有关。——分别为标准高度（例如10m）及该处的平均风速；——地面粗糙度系数；地表粗糙程度愈大，值则愈大；

由于《规范》只给出了10m高度处的风压，则其他高度处的风压可由此求得。风压高度变化系数：为某类地表上空高度处的风压与基本风压的比值，该系数取决于地面粗糙程度指数。现行规范将地面粗糙程度分为四类：A类——指近海海面、海岛、海岸、湖岸及沙漠地区；B类——指田野、乡村、丛林、丘陵以及房屋比较稀疏的乡镇和城市郊区；C类——指有密集建筑群的城市市区；D类——指密集建筑群且房屋较高的城市市区。

3.2风荷载3、风荷载体型系数

1）风压分布系数——风压与体型的关系

2）定义：风荷载体型系数是指风作用在建筑物表面所引起的压力(吸力)与原始风速算得的理论风压的比值。3）特点：风荷载体型系数一般都是通过实测或风洞模拟试验的方法确定，它表示建筑物表面在稳定风压作用下的静态压力分布规律，主要与建筑物的体型与尺度有关。迎风面的风压力在建筑物的中间偏上为最大，两边及底下最小；侧风面一般近侧大，远侧小，分布也极不均匀；背风面一般两边略大，中间小。3.2风荷载

3）计算：在计算风荷载对建筑物的整体作用时，只需按各个表面的平均风压计算，即采用各个表面的平均风荷载体型系数计算。4）风荷载体型系数的确定：根据设计经验和风洞试验（１）单体风压体型系数例:+0.8-0.6-0.6－(0.48+0.03H/L)0.8+1.2/n1/2当表面粗糙时取μs=0.8（2）群体风压体型系数对建筑群，尤其是高层建筑群，当房屋相互间距较近时，由于漩涡的相互干扰，房屋某些部位的局部风压会显著增大。《高层规程》规定，当多栋或群集的高层建筑相互间距较近时，宜考虑风力相互干扰的群体效应。一般可将单体建筑的体型系数乘以相互干扰增大系数，该系数可参考类似条件的试验资料确定，必要时宜通过风洞试验确定。（3）局部风压体型系数在计算风荷载对建筑物某个局部表面的作用时，要采用局部风荷载体型系数，用于验算表面围护结构及玻璃等强度和构件连接强度。檐口、雨蓬、遮阳板、阳台等水平构件计算局部上浮风荷载时，风荷载体型系数不宜小于2.0。设计建筑幕墙时，应按有关的标准规定采用。3.2风荷载4、风振系数１）风速特点：风速的变化可分为两部分：一种是长周期的成分，其值一般在10min以上；另一种是短周期成分，一般只有几秒左右。因此，为便于分析，通常把实际风分解为平均风（稳定风）和脉动风两部分。稳定风周期长，对结构影响小；脉动风周期短，对结构影响大。２）风的动力效应：对于高度较大、刚度较小的高层建筑，脉动风压会产生不可忽略的动力效应，在设计中必须考虑，目前采用加大风荷载的办法来考虑这个动力效应，即对风压值乘以风振系数。3.2风荷载2）计算：对于基本自振周期T1大于0.25s的工程结构，以及高度大于30m且高宽比大于1.5的高柔房屋均应考虑脉动风压对结构产生的风振影响。3.2风荷载3.2风荷载3.2.2总风荷载总风荷载为建筑物各个表面上承受风力的合力，是沿建筑物高度变化的线荷载。通常按x、y两个互相垂直的方向分别计算总风荷载。z高度处的总风荷载标准值按下式计算：+0.8-0.6-0.6－(0.48+0.03H/L)Wz1Wz2Wz3Wz43.2风荷载例题

3.2风荷载3.2风荷载引致灾害的自然作用灾害类別气象方面极端雨量太多洪灾太少干旱极端气温太高热浪太低霜冻、大风雪极端强风台风、龙卷风地貌方面板块活动地震、海啸、火山爆发重力作用泥石流、雪崩生物方面与动物、微生物有关蝗虫、白蚁等虫害細菌或病毒疾病︰如伤寒、“非典”、瘟疫与植物有关真菌病害︰如小麦的铁锈病数量激增野草蔓延、赤潮第一章抗震设计的基本知识和基本要求1.1地震灾害概述一、地震是群灾之首灾害自然灾害人为灾害人为灾害：火灾、污染（大气、水、海洋）、核泄漏、战争等自然灾害：地震灾害是群灾之首，它具有突发性和不可预测性，次生灾害严重，对社会产生很大影响等特点。死亡24人，经济损失94亿美元。12层钢筋混凝土住宅和商务大楼，自楼梯间相接处分裂，东侧楼6层以下全部塌陷，并向东侧倒在邻房4层楼公寓上。西侧楼5层以下全部倒塌，并向西倾倒在另一栋大楼上，柱间距介于8米到10米，且柱子数量偏少。16层钢筋混凝土住宅大楼。地震时其中一栋倾倒，靠在呈L型平面大楼上，柱间距7至10米。造成倾倒的原因是底层柱子数量少，间距太大。唐山大地震：1976年7月28日3时42分54秒，河北唐山、丰南一带发生了7.8级强烈地震，震中区烈度11度。地震波及天津市和北京市。150万人口中死亡24万，伤16万；直接经济损失100亿元，震后重建费用100亿元。唐山市文化路青年宫，为砖混结构的二层楼房，7.8级地震时倒塌一层，7.1级地震时除四根门柱外，全部坍塌。开滦煤矿医院，五层砖混结构（局部七层），仅西部转角残存。开滦煤矿救护楼，砖混结构人字木屋架的三层楼房，墙倒顶塌。

唐山地区交通局，砖混结构的三层办公楼遭到破坏。（此处为唐山地震重点保护遗迹之一。）唐山市河北省矿业学院图书馆，三层高的阅览室，系装配式纯框架结构，西头倒毁，东头框架幸存。（此处为唐山地震重点保护遗迹之一。）唐山市机车车辆厂震后概貌。震后工厂厂区近年来国际上大地震：（1）印度大地震，2001年1月26日上午8时46分，印度西北部古吉拉特邦，地级7.9级。（2）美国加州北岭地震，1994年1月17日，7.0级，2400栋建筑被毁，多处高架公路桥受损，死亡61人，伤7300人，直接经济损失300亿美元。（3）日本阪神地震，1995年11月17日，7.2级，22万栋房屋倒塌或严重损坏，死亡6348人，伤4万人，经济损失1000亿美元。二、我国的地震情况1.我国是一个多地震国家据统计，我国大陆地震约占世界大陆地震的三分之一。原因是：我国正好介于地球的两大地震带之间。全世界地震主要分布于以下两个带：（1）环太平洋地震带：包括南北美洲的太平洋沿岸和从阿留申群岛、堪察加半岛、经千岛群岛日本列岛南下至我国台湾省，再经菲律宾群岛转向东南，直到新西兰。（2）喜马拉雅——地中海地震带：从印度、尼泊尔经缅甸至我国横断山脉、喜马拉雅山区，越帕米尔高原，经中亚细亚到地中海及其附近。以上两个地震带释放的能量，约占全球所有地震释放能量的98%。喜马拉雅——地中海地震带环太平洋地震带2.我国是一个地震灾害最严重的国家1920年宁夏海原地震（8.5级）死亡23.4万人。1976年河北唐山地震（7.8级）死亡24.2万人。中国地震活动频度高、强度大、震源浅，分布广，是一个震灾严重的国家。1900年以来，中国死于地震的人数达55万之多，占全球地震死亡人数的53%；1949年以来，100多次破坏性地震袭击了22个省（自治区、直辖市），其中涉及东部地区14个省份，造成27万余人丧生，占全国各类灾害死亡人数的54%，地震成灾面积达30多万平方公里，房屋倒塌达700万间。20世纪全球两次死亡20万人以上的大地震均发生于我国。3.我国的地震活动地区①台湾省及其附近海域；②西南地区，主要是西藏、四川西部和云南中西部；③西北地区，主要在甘肃河西走廊、青海、宁夏、天山南北麓；④华北地区，主要在太行山两侧、汾渭河谷、阴山-燕山一带、山东中部和渤海湾；⑤东南沿海的广东、福建等地。我国的地震活动主要分布在五个地区的23条地震带上。这五个地区是：4.目前的地震形势地震的发生有间歇性。一段时间内发生较频繁，一段时间内较平静。我国目前处于地震活跃期。三、抗震减灾的的任务结构工程师的任务：3.对已存在的工程结构作抗震鉴定、抗震加固。抗震减灾工作应依法进行。《中华人民共和国防震减灾法》

(1997年12月29日第八届全国人民代表大会常务委员会第二十九次会议通过)第十七条新建、扩建、改建建设工程，必须达到抗震设防要求。第十九条建设工程必须按照抗震设防要求和抗震设计规范进行抗震设计，并按照抗震设计进行施工。第四十五条违反本法规定，有下列行为之一的，由县级以上人民政府建设行政主管部门或者其他有关专业主管部门按照职责权限责令改正，处一万元以上十万元以下的罚款：1.对地震区域作抗震减灾规划；2.对新建筑工程作抗震设计；（一）不按照抗震设计规范进行抗震设计的；（二）不按照抗震设计进行施工的第一章抗震设计的基本知识和基本要求1.2地震的一些基本概念地震是指因地球内部缓慢积累的能量突然释放而引起的地球表层的振动。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。什么是地震？什么叫震源、震中、震中距？地球内部发生地震的地方叫震源；震源在地面上的投影点称为震中；震中及其附近的地方称为震中区，也称极震区；从震中到地面上任何一点的距离称为震中距。地震分类一.按地震成因分类---包括构造地震、火山地震、陷落地震1.构造地震破坏性地震主要属于构造地震，约占世界地震总数的90%以上。92%的地震发生在地壳中，其余的发生在地幔上部地震天然地震人工地震2.火山地震由于火山作用，如岩浆活动、气体爆炸等引起的地震称为火山地震，只占世界地震的7%左右。1914年日本樱岛火山爆发，产生的震动相当于一个6.7级地震。3.陷落地震由于地下溶洞或矿井顶部塌陷而引起的地震称为塌陷地震。这类地震的规模比较小，次数也很少。人工地震因人为因素直接造成的地震是人工地震。如工业爆破、地下核爆炸造成的振动；在深井中进行高压注水以及大水库蓄水后增加了地壳的压力，有时也会诱发地震。1962年3月19日在广东河源新丰江水库坝区发生了迄今我国最大的水库诱发地震，震级为6.1级。二.按震源深浅分类浅源地震——震源深度小于60千米的称为浅源地震，占85%以上。中源地震——震源深度在60至300千米的称为中源地震。深源地震——震源深度在300千米以上的称为深源地震。浅源地震波及范围小，但破坏力大；深源地震波及范围大，但破坏力小。2002年6月29日晨1：20发生于吉林7.2级地震，震源深度540km，无破坏。目前有记录的最深震源达720公里。1960年2月29日发生于摩洛哥艾加迪尔城的5.8级地震，深度为3km。震中破坏极为严重，但破坏仅局限在震中8km内。地震波地震波是地震发生时由震源地方的岩石破裂产生的弹性波。地震波分为体波和面波。体波横波（S波）纵波（P波）面波瑞利波乐甫波横波特点: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波开始面波开始1.3震级与烈度一、地震震级1.定义能量越大，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。反映一次地震本身大小的等级，用M表示式中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。2.震级与能量的关系一个6级地震相当于一个两万吨级的原子弹。

3.按震级的地震分类微震---2级以下。人感觉不到有感地震---2-4级人有感觉破坏性地震---5级以上有破坏强烈地震---7级以上有破坏特大地震---8级以上有破坏由于震源深浅、震中距大小等不同，地震造成的破坏也不同。震级大，破坏力不一定大；震级小，破坏力不一定就小。二、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。1.定义及影响因素一次地震对某一地区的影响和破坏程度称地震烈度，简称为烈度。用I表示。2.地震烈度表地震烈度表是评定烈度的标准和尺度。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

人的感觉烈度二、地震烈度1.地震烈度定义及影响因素2.地震烈度表3.基本烈度一个地区未来50年内一般场地条件下可能遭受的，具有10%超越概率的地震烈度值称为该地区的基本烈度。用Ib表示。基本烈度相当于475年一遇的最大地震的烈度。各地区的基本烈度由《中国地震动参数区划图》(GB18306-2001)确定。基本烈度也称为偶遇烈度或中震烈度。按国家规定的权限批准作为一个地区抗震设防依据的地震烈度称为设防烈度，用Id表示。一般情况下，可采用《中国地震动参数区划图》中的地震基本烈度。对已编制抗震设防区划的城市，可按批准的抗震设防烈度进行抗震设防。4.设防烈度设防烈度的取值依据：规定规范规定：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二、地震烈度1.地震烈度定义及影响因素2.地震烈度表3.基本烈度（偶遇烈度或中震烈度）建筑所在地区在设计基准期（50年）内出现的频度最高的烈度。也称为常遇烈度、小震烈度，用Is表示。其超越概率为63.2%，重现期为50年。5.多遇烈度

6.罕遇烈度

建筑所在地区在设计基准期（50年）内具有超越概率2%-3%的地震烈度。也称为大震烈度，重现期约为2000年。4.设防烈度二、地震烈度1.地震烈度定义及影响因素2.地震烈度表3.基本烈度（偶遇烈度或中震烈度）设计地震分组是新规范新提出的概念，用以代替旧规范设计近震、设计远震的概念。在宏观烈度大体相同条件下，处于大震级远离震中的高耸建筑物的震害比中小级震级近震中距的情况严重的多。设计地震分三组对于Ⅱ类场地，第一、二、三组的设计特征周期分别为：0.35s、0.40s、0.45s.6度近震6度远震7度近震7度远震1.4设计地震分组1.5地震地面运动的一般特征1.地面运动最大加速度2.地面运动的周期3.强震的持续时间地面运动的一般特征可用地面运动加速度记录曲线来说明。1.6地震的破坏作用（震害现象）由地震的原生现象如地震断层错动，以及地震波引起的强烈地面振动所造成的灾害。主要有：1、地面破坏。

如地面裂缝、错动、塌陷、喷水冒砂等；一、直接灾害：2、建筑物与构筑物的破坏如房屋倒塌、桥梁断落、水坝开裂、铁轨变形等；2、建筑物与构筑物的破坏如房屋倒塌、桥梁断落、水坝开裂、铁轨变形等；2、建筑物与构筑物的破坏如房屋倒塌、桥梁断落、水坝开裂、铁轨变形等；2、建筑物与构筑物的破坏如房屋倒塌、桥梁断落、水坝开裂、铁轨变形等；3、山体等自然物的破坏。如山崩、滑坡等；4、海啸。海底地震引起的巨大海浪冲上海岸，可造成沿海地区的破坏；二、次生灾害：直接灾害发生后，破坏了自然或社会原有的平衡、稳定状态，从而引发出的灾害。有时，次生灾害所造成的伤亡和损失比直接灾害还大。1、火灾由震后火源失控引起；1923年日本关东地震，东京市内227处起火，33处未能扑灭造成火灾蔓，旧市区烧毁约50%；横滨市烧毁80%，死亡10万。主要的次生灾害有：

2、水灾。由水坝决口或山崩拥塞河道等引起；3、毒气泄漏。由建筑物或装置破坏等引起；4、瘟疫。由震后生存环境的严重破坏而引起.三、工程结构破坏现象1、结构丧失整体性2、承重结构强度不足3、结构变形过大导致倒塌4、结构构件连接支撑失效三、工程结构破坏现象1、结构丧失整体性2、承重结构强度不足3、结构变形过大导致倒塌5、地基失效6、非结构构件破坏4、结构构件连接支撑失效三、工程结构破坏现象1、结构丧失整体性2、承重结构强度不足3、结构变形过大导致倒塌§2.1场地场地：是指建筑物建筑的地点，一般大体相当于一个厂区，居民点或自然村的范围。为什么要研究场地？震害调查发现，同一烈度区，不同场地上的建筑的震害不同。因地震的大小和工程地质条件不同而不同。一、场地土及场地覆盖层厚度1、场地土的类型：根据场地土的坚硬程度划分为四类。土的坚硬程度的判别：采用实测剪切波速法：实测地面下20m（但不深于覆盖层厚度）土层的等效剪切波速。Vs500m/s坚硬场地土

250Vs≤500中硬场地土

140

Vs≤250中软场地土

Vs≤140软弱场地土剪切波速土层厚度剪切波穿过土层的时间2.场地覆盖层厚度一般意义上的覆盖层厚度：从地面到基岩顶面的距离。这种确定在技术上现在较为困难，因为该厚度可能大几百米深。《规范》定义：当剪切波Vs500时，即认为是基岩，其上部到地表的厚度为场地覆盖层厚度。3、震害表现在软弱的地基上，柔性结构破坏较重，刚性好的表现较好；在坚硬的地基上，柔性结构表现较好，而刚性结构表现不一。在坚硬的地基上，一般是结构破坏，在软弱的地基上有结构破坏，也有地基破坏。2.2建筑地段的选择工程地质条件对地震破坏的影响很大。常有地震烈度异常现象，即产生的原因是局部地区的工程地质条件不同。“重灾区里有轻灾，轻灾区里由重灾”地段划分地段类别地质、地形、地貌有利地段稳定基岩，坚硬土，开阔、平坦、密实、均匀的中硬土等不利地段软弱土，液化土，条状突出的山嘴，高耸孤立的山丘，非岩质的陡坡，河岸和边坡的边缘，平面分布上成因、岩性、状态明显不均匀的土层（如故河道、疏松的断破裂带、暗埋的塘浜沟谷和半填半挖地基）等危险地段地震时可能发生滑坡、崩塌、地陷、地裂、泥石流等及发震断裂带上可能发生地表错位的部位二、场地的类别

由于地震效应与场地有关，为了进行抗震设计，有必要对场地进行分类，以便区别对待。

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I、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ类。等效剪切波速（m/s)场地类别ⅠⅡⅢⅣVse>5000---500≥Vse>250<5≥5--250≥Vse>140<33~50>50-Vse≤140<33~15>15~80>80各类场地的覆盖层厚度表（m)§2-2天然地基与基础的抗震验算一般情况下，地基发生震害的情况很少。但高压缩性饱和软粘土和强度较低的淤泥质土，在地震中发生不同程度的震陷、倾斜。杂填土、回填土，在地震中也会发生震陷。还有较严重的是地基的液化。抗震措施：对软弱粘性土采用桩基和地基加固。抗震验算的范围软弱地基上采用天然地基的单厂、单层空旷房屋、7层及以上的民用框架及荷载相应的多层厂房，超过规范规定的不验算范围的建筑均需进行地基和基础的抗震验算。§2.3液化土与软土地基一、场地土的液化现象处于地下水位以下的饱和砂土和粉土，在地震时容易发生液化现象。1.原因

砂土和粉土的土颗粒结构受到地震作用时将趋于密实。这种趋于密实的作用使空隙水压力急剧上升，在地震作用的短暂时间内，孔隙水压力来不及消散，使土颗粒处于悬浮状态。2.危害砂土和粉土液化时，其强度完全丧失从而导致地基失效。场地液化将使建筑整体倾斜，下沉，墙体开裂，地面喷水、冒砂、裂缝等。3.液化导致地基失效的条件1）砂土或粉土的密实度低2）地振动剧烈3）土的微观结构的稳定性差4）地下水位高5）高压水不易渗透6）上覆非液化土层较薄，或者有薄弱部位 （前5条是导致液化的条件，后一条是导致地基失效的条件）3.1抗震设防的基本要求通过抗震设防，减轻建筑的破坏，避免人员死亡，减轻经济损失。一、抗震设防目标及方法1.目的具体通过“三水准”的抗震设防要求和“两阶段”的抗震设计方法实现。2.“三水准”抗震设防目标当遭受低于本地区抗震设防烈度的多遇地震影响时，一般不受损坏或不需修理可继续使用。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。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。简称为：“小震不坏，中震可修，大震不倒”。4.“两阶段”抗震设计方法第一阶段：对绝大多数结构进行小震作用下的结构和构件承载力验算；在此基础上对各类结构按规定要求采取抗震措施。第二阶段：对一些规范规定的结构进行大震作用下的弹塑性变形验算。有特殊要求的建筑、地震易倒塌的建筑、有明显薄弱层的建筑，不规则的建筑等二、抗震设防范围抗震设防烈度为6度及以上地区的所有新建建筑工程均必需进行抗震设计。规范适用于6-9度地区抗震设计及隔震、消能减震设计。超过9度的地区和行业有特殊要求的工业建筑按有关专门规定执行。三、抗震设防依据一般情况下采用抗震设防烈度。在一定条件下可采用抗震设防区划提供的地震动参数。四、抗震设防分类及抗震设防措施建筑类别不同，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.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》GB50011-2001对上面标准作了修改。应允许比本地区抗震设防烈度的要求适当降低，但抗震设防烈度为6度时不应降低丁类应符合本地区抗震设防烈度度的要求丙类一般情况下，当抗震设防烈度为6-8度时，应符合本地区抗震设防烈度提高1度的要求；当9度时，应符合比9度抗震设防更高的要求，对较小的乙类建筑，当其结构改用抗震性能较好的结构类型时，应允许仍按本地区抗震设防烈度的要求采取抗震措施乙类当抗震设防烈度为6-8度时，应符合本地区抗震设防烈度提高1度的要求；当为9度时，应符合比9度抗震设防更高的要求甲类抗震措施较小乙类建筑：工矿企业的变电所、空压站以及城市供水水源的泵房等。抗震性能较好的结构类型指钢筋混凝土结构或钢结构。2.抗震设防措施抗震措施: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。甲类：地震作用计算以及抗震构造措施均应高于本地区的设防烈度。按地震安全性评价结果确定。乙类：按设防烈度进行抗震验算。构造措施按高一度处理。丙类：按设防烈度考虑地震作用计算和构造处理。丁类：按设防烈度考虑地震作用计算，可适当降低构造措施要求。（6度时不降低）3.地震作用在设防烈度为6度时，除规范有具体规定外，对乙、丙、丁类建筑可不进行地震作用计算。3.2结构抗震概念设计一、定义与基本内容根据地震灾害和工程经验等所形成的基本设计原则和设计思想进行建筑和结构总体布置并确定细部构造的过程称为概念设计。基本内容有三部分：1.建筑设计应重视建筑结构的规则性；2.合理的建筑结构体系选择；3.抗侧力结构和构件的延性设计。4、非结构构件

§3.1概述基本概念：地震作用与地震作用效应地震作用：是指地面震动在结构上产生动力荷载，俗称为地震荷载。注意：是间接作用地震作用效应：地震作用产生结构的内力和变形结构动力特性：结构的自振周期、阻尼、振型等。4.结构地震反应分析与结构抗震验算结构的地震反应分析：是结构地震作用的计算方法结构的地震反应：结构的位移、速度、加速度及内力和变形。地震作用简化为三个方向：两个水平方向，一个竖向。地震作用的简化：一般分别计算三个方向的地震作用。本科生学习内容§3.2单自由度弹性体系的地震反应分析一、结构的计算简图

水平地震作用下结构的自由度简化体系的自由度问题一个自由质点,若不考虑其转动,则相对于空间坐标系有3个独立的唯一分量,因而有三个自由度（上下、左右、前后）,而在平面内只有两个自由度.如果忽略直杆的轴向变形,则在平面内与直杆相连的质点只有一个位移分量,即只有一个自由度二、反应谱理论

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。）三、地震反应谱示例（Elcentro波）（计算从略）速度反应谱加速度反应谱位移反应谱场地影响四、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。

将惯性力看为反映地震对结构影响的等效力，取最大值。G为重力，质点的重力荷载，单位KN（力）α大致为多少？五、单自由度弹性体系的水平地震作用影响水平地震作用的因素（1）G，结构的重量（或称为重力荷载代表值）。G越大，地震作用越大。（2）K，称为地震系数。表示地面震动的大小。K与烈度有关。规范根据烈度所对应的地面加速度峰值进行调整后得到。（3）β，称为动力系数。与结构的动力特性和外激励有关。0123βv

21λ

0.7070.40.30.2简谐激励地震激励β与地震作用频率组成（场地）有关；与结构的自振周期有关；与结构的阻尼有关。通过大量的分析计算，我国地震规范取最大的动力系数βmax为2.25。（4）为计算简便，令α=kβ。是一个无量纲的系数，称为水平地震影响系数。六、抗震设计反应谱（标准反应谱）地震是随机的，每一次地震的加速度时程曲线都不相同，则加速度反应谱也不相同。抗震设计时，无法预计将发生地震的时程曲线。用于设计的反应谱应该是一个典型的具有共性的可以表达的一个谱线。

标准化规范中的设计反应谱（1）反应谱是α-T关系谱，实质是加速度谱。设计地震分组场地类别IIIIIIIV第一组0.250.350.450.65第二组0.300.400.550.75第三组0.350.450.650.90（2）α为一无量纲系数，T的量纲为秒。（3）Tg为特征周期值，与场地类别和地震分组有关。（4）用于设计的

max值（多遇烈度，罕遇烈度）烈度6789设计基本地震加速度值0.05g0.1g0.2g0.4gK0.050.10.20.4

max（设防烈度）0.1130.230.450.90

max（多遇烈度）0.040.080.160.32

max（罕遇烈度）0.500.901.40多遇烈度=基本烈度-1.55度(1/2.82)罕遇烈度=基本烈度+1度左右单自由度体系的水平地震作用的计算FEKF1GF1计算G计算结构的自振周期T和阻尼比ζ计算α确定设防烈度

max

确定建设场地及地震分组（Tg）计算FEK进行后续计算5.1计算分析5.2荷载效应和地震作用组合5.3设计要求5.4概念设计5.5超限高层建筑工程设计back5.计算分析和设计要求4.1计算分析5.1计算分析（一）计算分析方法弹性与弹塑性假定平面结构假定与空间结构楼板平面内无穷刚性假定与协同计算构件刚度与变形back弹性与弹塑性假定弹性假定——竖向荷载、风荷载及多遇地震作用下的内力和位移计算弹塑性假定——罕遇地震作用下的位移验算塑性内力重分布back塑性内力重分布考虑原因弹性内力与实际不符（构件内力与刚度有关，开裂后则产生重分布）；有意识地减少或增大某些部位配筋，以利于合理破坏机构和施工考虑方法——内力调幅（调整）弹性计算内力乘以系数框架梁（连续梁）在竖向荷载下的调幅框架-剪力墙结构中框架的内力调整联肢剪力墙中连梁的调幅弹性内力计算时降低构件刚度框架-剪力墙结构中框架与剪力墙间的连系梁的调幅联肢剪力墙中连梁的调幅back平面结构假定与空间结构平面结构假定A——结构面外刚度为零（二维，每个节点3自由度）——平面框架、剪力墙空间结构——结构面外有相互传力关系（三维，每个节点6自由度）——框筒角柱、空间框架、空间桁架back楼板平面内无穷刚性假定与协同计算楼板平面内无穷刚性假定B——多数情况下，楼板平面内无穷刚性水平位移协调（竖向位移独立）A+B：不考虑扭转——平面协同计算（正交方向抗侧力单元不参加工作）考虑扭转——空间协同计算（正交方向抗侧力单元参加抵抗扭矩）楼板满足一定要求——楼板不满足要求，楼板有变形楼板有限刚性计算楼板刚性计算，适当调整内力空间计算空间计算back构件刚度与变形构件刚度——弹性刚度构件变形构件的变形与刚度轴向——EA弯曲——EI剪切——GA构件变形的考虑忽略梁的轴向变形高度>50m及H/B>4：考虑柱、墙的轴向变形长细比>4：忽略剪切变形back5.2水平力作用方向只考虑两个正交（主轴）方向的水平力，各方向水平力全部由该方向抗侧力构件承担新修订：某些结构须考虑两个正交（主轴）方向的水平力同时作用back5.3分析方法简化方法平面结构协同分析程序方法杆件有限元方法空间协同分析方法广泛用于框架、框剪、剪力墙结构等由平面抗侧力结构组成、布置较为规则的结构三维杆件—薄壁杆件空间分析方法应用广泛，特别是平面不规则、体型复杂的结构有限元或有限条方法back5高层建筑结构设计的基本要求5.1强度问题——构件截面承载力验算☞5.2刚度问题——正常使用条件下结构水平位移验算☞5.3稳定问题——结构稳定与抗倾覆验算☞5.4延性问题——抗震结构的延性要求☞5.5经验问题——抗震结构的概念设计要求☞back5.1强度问题——构件截面承载力验算要求荷载效应组合⇒构件最不利内力⇒承载力极限状态设计表达式无地震作用组合γ0S≤R有地震作用组合S≤R/γRE关于S抗震结构与有无地震作用组合高层建筑结构荷载组合表达式关于R抗震结构抗弯承载能力=非抗震结构抗弯承载能力抗震结构抗剪承载能力=非抗震结构抗剪承载能力*80%back多高层建筑结构承载能力极限状态设计荷载组合表达式注：1⑥、⑦仅8、9度时的大跨和长悬臂结构及9度抗震结构考虑；2⑧仅60m以上的高层结构考虑；3⑨仅60m以上的9度抗震结构和60m以上8、9度时的长悬臂结构考虑。back组合类别多层（8层以下）高层（8层及其以上）非抗震抗震结构非抗震抗震结构重力荷载①S=γGCGGk+γQCQQkγG=效应对结构有利时1.0；不利时1.2

γQ=一般1.4；Q≥4.0kN/m2时1.3重力荷载+风荷载②S=γGCGGk+ψ(γQCQQk+γWCWWk)ψ=0.85，γW=1.4③S=γGCGGk+γQCQQk+ψWγWCWWk)

ψW=1.0，γW=1.4重力荷载+地震作用④S=γGCGGE+γEhCEhEhkGE=Gk+ψQQk，ψQ=0.5

γEh=1.3S=γGCGGE+γEhCEhEhk+γEvCEvEvk⑤S=γGCGGE+1.3CEhEhk⑥S=γGCGGE+1.3CEvEvk⑦S=γGCGGE+1.3CEhEhk+0.5CEvEvk重力荷载+地震作用+风荷载S=γGCGGE+γEhCEhEhk+γEvCEvEvk+ψWγWCWWk⑧S=γGCGGE+1.3CEhEhk+0.2γWCWWk⑨S=γGCGGE+1.3CEhEhk+0.5CEvEvk+0.2γWCWWk5.2刚度问题——正常使用条件下结构水平位移验算目的防止主要结构开裂、损坏防止填充、装修开裂、损坏防止过大侧移，以引发人的不适、影响正常使用、产生附加内力表达式——双控（弹性位移）层间位移Δu/h≤[Δu/h]顶点位移u/H≤[u/H]荷载组合不考虑重力荷载引起的侧移各水平荷载单独作用荷载分项系数取1.0位移限值地震作用下的位移限值略宽松新规范的两点修正取消与“装修标准”有关的提法限值略偏严格back5.3稳定问题——结构稳定与抗倾覆验算一般不需验算H/B>5时宜验算抗倾覆验算表达式M≤[M][M]——稳定力矩=竖向荷载（50%楼面活载+90%恒载）对基础边缘取矩M——倾覆力矩=由风荷载或地震作用（或二者组合）计算的基础顶面处的最大倾覆力矩整体稳定性验算表达式Gte≤ΣEIeq/(8H2)Gte——顶端等效重力荷载设计值=ΣGiHi2

/H2ΣEIeq——验算方向的抗侧力构件等效刚度和Gi——第i层重力荷载设计值GteHGi

ΣEIeqHiback5.4延性问题——抗震结构的延性要求结构抗震等级确定方法根据确定抗震等级的设防烈度、结构类型、结构高度确定延性结构设计原则四项措施提高构件延性强柱（墙）弱梁强剪弱弯强节点（锚固）弱构件罕遇地震作用下的弹塑性变形验算一般不验算，但须采取构造措施验算需验算结构的界定（范围）表达式——单控（弹塑性）Δup/h≤[Δup/h]验算方法——简化方法或时程分析法back5.5经验问题——抗震结构的概念设计要求概念设计要点选择有利场地和地基选择延性好结构体系与材料规则结构延性结构减轻自重避开地震动反应谱特征周期避免薄弱层减少扭转协调承载能力与延性的关系设置多道抗震防线实现合理屈服耗能机制提高整体性back概念设计意义“计算设计”很难有效控制结构的薄弱环节，不能完全解决问题地震作用的不确定性结构计算假定与实际情况的差异（计算模型、材料、阻尼变化等）经验总结、定性判断含义在进行结构设计时，首先着眼于结构的总体地震反应，按照结构的破坏机制和破坏过程，灵活运用抗震设计准则，全面合理地解决结构设计中的基本问题，既注意总体布置上的大原则，又顾及到关键部位的细节，从根本上提高结构的抗震能力；有时需要运用工程判断解决或处理具体问题。backz1C4G7JaMePhTkWnZr$u*x+A2E5H8KcNfQiUlXp#s%v)y0B3F6I9LdOgSjVmYq!t&w-z1D4G7JbMePhTkWoZr$u(x+A2E5H9KcNfRiUlXp#s&v)y0C3F6IaLdPgSjVnYq!t*w-A1D4G8JbMeQhTkWoZr%u(x+B2E5H9KcOfRiUmXp#s&v)z0C3F7IaLdPgSkVnYq$t*w-A1D5G8JbNeQhTlWo#r%u(y+B2E6H9LcOfRjUmXp!s&w)z0C4F7IaMdPgSkVnZq$t*x-A1D5G8KbNeQiTlWo#r%v(y+B3E6H9LcOgRjUmYp!s&w)z1C4F7JaMdPhSkWnZq$u*x-A2D5H8KbNfQiTlXo#r%v(y0B3E6I9LcOgRjVmYp!t&w)z1C4G7JaMePhSkWnZr$u*x+A2D5H8KcNfQiUlXo#s%v)y0B3F6I9LdOgSjVmYq!t&w-z1C4G7JbMePhTkWnZr$u(x+A2E5H8KcNfRiUlXp#s%v)y0C3F6IaLdOgSjVnYq!t*w-z1D4G8JbMeQhTkWoZr%u(x+B2E5H9KcOfRiUmXp#s&v)y0C3F7IaLdPgSjVnYq$t*w-A1D4G8JbNeQhTlWoZr%u(y+B2E6H9KcOfRjUmXp!s&v)z0C4F7IaMdPgSkVnZq$t*x-A1D5G8JbNeQiTlWo#r%u(y+B3E6H9LcOfRjUmYp!s&w)z0C4F7JaMdPhSkVnZq$u*x-A2D5G8KbNfQiTlXo#r%v(y0B3E6I9LcOgRjUmYp!t&w)z1C4F7JaMePhSkWnZq$u*x+A2D5H8KbNfQiUlXo#s%v(y0B3F6I9LdOgRjVmYq!t&w-z1C4G7JbMePhTkWnZr$u(x+A2E5H8KcNfQiUlXp#s%v)y0B3F6IaLdOgSjVmYq!t*w-z1D4G7JbMeQhTkWoZr$u(x+B2E5H9KcNfRiUmXp#s&v)y0C3F7IaLdPgSjVnYq!t*w-A1D4G8JbMeQhTlWoZr%u(x+B2E6H9KcOfRiUmXp!s&v)z0C3F7IaMdPgSkVnYq$t*x-A1D5G8JbNeQiTlWo#r%u(y+B3E6H9LcOfRjUmXp!s&w)z0C4F7IaMdPhSkVnZq$t*x-A2D5G8KbNeQiTlXo#r%v(y+B3E6I9LcOgRjUmYp!t&w)z1C4F7JaMePhSkWnZq$u*x-A2D5H8KbNfQiTlXo#s%v(y0B3E6I9LdOgRjVmYp!t&w-z1C4G7JaMePhTkWnZr$u*x+A2E5H8KcNfQiUlXp#s%v)y0B3F6I9LdOgSjVmYq!t&w-z1z1D4G7JbMePhTkWoZr$u(x+A2E5H9KcNfRiUlXp#s&v)y0C3F6IaLdPgSjVnYq!t*w-A1D4G8JbMeQhTlWoZr%u(x+B2E6H9KcOfRiUmXp#s&v)z0C3F7IaLdPgSkVnYq$t*w-A1D5G8JbNeQhTlWo#r%u(y+B2E6H9LcOfRjUmXp!s&w)z0C4F7IaMdPhSkVnZq$t*x-A1D5G8KbNeQiTlWo#r%v(y+B3E6H9LcOgRjUmYp!s&w)z1C4F7JaMdPhSkWnZq$u*x-A2D5H8KbNfQiTlXo#s%v(y0B3E6I9LdOgRjVmYp!t&w)z1C4G7JaMePhSkWnZr$u*x+A2D5H8KcNfQiUlXo#s%v)y0B3F6I9LdOgSjVmYq!t&w-z1D4G7JbMePhTkWoZr$u(x+A2E5H8KcNfRiUlXp#s%v)y0C3F6IaLdOgSjVnYq!t*w-z1D4G8JbMeQhTkWoZr%u(x+B2E5H9KcOfRiUmXp#s&v)z0C3F7IaLdPgSkVnYq$t*w-A1D4G8JbNeQhTlWoZr%u(y+B2E6H9KcOfRjUmXp!s&v)z0C4F7IaMdPgSkVnZq$t*x-A1D5G8KbNeQiTlWo#r%v(y+B3E6H9LcOfRjUmYp!s&w)z0C4F7JaMdPhSkVnZq$u*x-A2D5G8KbNfQiTlXo#r%v(y0B3E6I9LcOgRjVmYp!t&w)z1C4G7JaMePhSkWnZq$u*x+A2D5H8KbNfQiUlXo#s%v(y0B3F6I9LdOgRjVmYq!t&w-z1C4G7JbMePhTkWnZr$u(x+A2E5H8KcNfRiUlXp#s%v)y0C3F6IaLdOgSjVmYq!t*w-z1D4G7JbMeQhTkWoZr$u(x+B2E5H9KcNfRiUmXp#p#s&v)y0C3F7IaLdPgSjVnYq$t*w-A1D4G8JbNeQhTlWoZr%u(y+B2E6H9KcOfRjUmXp!s&v)z0C3F7IaMdPgSkVnYq$t*x-A1D5G8JbNeQiTlWo#r%u(y+B3E6H9LcOfRjUmYp!s&w)z0C4F7JaMdPhSkVnZq$u*x-A2D5G8KbNeQiTlXo#r%v(y+B3E6I9LcOgRjUmYp!t&w)z1C4F7JaMePhSkWnZq$u*x+A2D5H8KbNfQiUlXo#s%v(y0B3F6I9LdOgRjVmYp!t&w-z1C4G7JaMePhTkWnZr$u*x+A2E5H8KcNfQiUlXp#s%v)y0B3F6IaLdOgSjVmYq!t*w-z1D4G7JbMeQhTkWoZr$u(x+B2E5H9KcNfRiUlXp#s&v)y0C3F6IaLdPgSjVnYq!t*w-A1D4G8JbMeQhTlWoZr%u(x+B2E6H9KcOfRiUmXp!s&v)z0C3F7IaMdPgSkVnYq$t*w-A1D5G8JbNeQhTlWo#r%u(y+B2E6H9LcOfRjUmXp!s&w)z0C4F7IaMdPhSkVnZq$t*x-A2D5G8KbNeQiTlXo#r%v(y+B3E6H9LcOgRjU