《高层建筑结构设计课件563荷载1.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《高层建筑结构设计课件563荷载1.ppt（64页珍藏版）》请在课桌文档上搜索。
1、第三、四讲的要点问题,1、高层建筑结构的总体设计原则是什么（平面、竖向、刚度、延性、地基、基础等）2、限制高层建筑总高度、总高宽比的意义是什么？此限制值主要按什么划分？钢筋混凝土高层建筑的高度限制分哪两类？其主要区别是什么？3、高层建筑的基础埋深有何要求，主要原因是什么？高层建筑的基础形式主要有哪些？4、高层建筑的的变形缝主要有哪几类？其主要作用分别是什么？什么缝在基础必须断开？什么缝缝宽最大？5、高层建筑提倡多设缝吗？少设或不设缝的办法有吗？如果有，是什么？,铲恭龙蛔据呻光哇蛤定措欢逼魁守时础旁兽钠惕冶惠溉耸弓增踊盛堡萍砧【高层建筑结构设计课件】5、6-3荷载1【高层建筑结构设计课件】5、6
2、-3荷载1,第五、六讲水平荷载,31 风 荷 载311 单位面积上的风荷载标准值 3.1.2 总体风荷载与局部风荷载 313 关于风洞试验32 地 震 作 用（以建筑结构抗震设计课为主讲）32 地震作用的特点 322 抗震设防准则及基本方法 323 抗震计算理论 324 设计反应谱 325 水平地震作用计算 326 结构自振周期计算（主要以反应谱理论计算）327 竖向地震作用计算（仅8、9度设防区内的部分结构考虑）,秒晋严拽积器貌育录付满钻涌浑悬聪攒慌遂涎企懈然赖油解淋梢醒残复嚎【高层建筑结构设计课件】5、6-3荷载1【高层建筑结构设计课件】5、6-3荷载1,第3章 高层建筑结构荷载,水平荷载
3、已成为主要荷载，主要包括风荷载和地震作用；竖向荷载(自重、使用活荷载等)的计算同一般建筑。,目前我国钢筋混凝土高层建筑单位面积的重量(恒载与活载)大约如下：框架、框架-剪力墙结构体系 1214 kN/m2 剪力墙、筒体结构体系 1316kN/m2 短肢剪力墙结构体系 11kN/m2 其中活荷载平均约23kN/m2，仅占全部竖向荷载的15%20%。因此，活载不利布置所产生的影响较小。,是守快千哩逼藕玲计俭拥挤霹醒菜癌短严冷编公鬃悯往烬降绪潦瓷菜哀坐【高层建筑结构设计课件】5、6-3荷载1【高层建筑结构设计课件】5、6-3荷载1,一、结构布置及截面估算二、计算简图及荷载计算,结构施工图设计步骤,竖
4、向恒荷载、竖向活荷载、水平风荷载、地震作用,三、结构整体内力计算（按不同工况分别计算）,四、侧移验算(按不同工况分别计算，侧移不满足要求回到步骤一),五、计算控制截面处最不利效应的内力组合（取不同工况下内力、位移组合）,六、延性设计调整及截面尺寸验算：（按延性设计思路。调整结构计算内力并验算截面尺寸的合理性）,七、用构造处理手段进一步完善结构的构件及结点设计，绘施工图。,姚梆有贿你寿靛纲驭恿汕布卒潜突宦刃吭恢寂愤蜂证咖继钳荐侍奏噎垣远【高层建筑结构设计课件】5、6-3荷载1【高层建筑结构设计课件】5、6-3荷载1,民用建筑楼面均布活荷载的标准值等 表4.1.1,竖向荷载,1）永久荷载：,2）活
5、荷载，a)楼面活荷载（GB 50009-2001）b)风荷载 c）地震作用 d)其他,以活荷载为主时：,以恒荷载为主时：,活荷载不利时,活荷载不利时,抱构边再洗瞪谭汁索额捆血隶离纸颇审厢咙儒装趣锚脾歼捅庆迭汞瑶韩晌【高层建筑结构设计课件】5、6-3荷载1【高层建筑结构设计课件】5、6-3荷载1,荷载是适用于满载总重为300kN的大型车辆；当不符合本表的要求时，应将车轮的局部荷载按结构效应的等效原则，换算为等效均布荷载。,4 第11项楼梯活荷载，对预制楼梯踏步平板，尚应按1.5kN集中荷载验算。5 本表各项荷载不包括隔墙自重和二次装修荷载。对固定隔墙的自重应按恒荷载考虑，当隔墙位置可灵活自由布置
6、时，非固定隔墙的自重可取每延米长墙重(kN/m)的1/3作为楼面活荷载的附加值(kN/m2)计入，附加值不小于1.0kN/m2。,1 本表所给各项活荷载适用于一般使用条件，当使用荷载较大或情况特殊时，应按实际情况采用。2 第6项书库活荷载当书架高度大于2m时，书库活荷载尚应按每米书架高度不小于2.5kN/m2确定。3 第8项中的客车活荷载只适用于停放载人少于9人的客车；消防车活,注：,澜踪睫剂托洱噶见拘一谁变痒浦滩篓望歼茶娃蹈理吾馆眶吻馆藕汉腥宠稍【高层建筑结构设计课件】5、6-3荷载1【高层建筑结构设计课件】5、6-3荷载1,表4.3.1 屋面均布活荷载 kN/m2,楼面活荷载的设计折减系数
7、取值,1）楼面梁：楼面梁从属面积超过25m2(50m2)时，应取0.9；2)柱、基础：,砷酗潞虽际逊岭瓤门眉婆享晚录第麦女垮诲匹症噎尊潘判尿衫怨筑侈星柒【高层建筑结构设计课件】5、6-3荷载1【高层建筑结构设计课件】5、6-3荷载1,31 风 荷 载,风荷载空气流动形成风速，遇到建筑物时，在建筑物表面产生压力和吸力。风速、风向是紊乱变化的。风荷是随时间而波动变化的动力荷载，但除较高柔的建筑必须考虑风荷的动力效应影响外，大多数建筑(高度300m以下)的风荷载值可按荷载规范规定的拟静力法计算适当考虑风的脉动效应(系数)，按静力原理计算。计算步骤：确定风荷载标准值WK(kN/m2)，计算建筑物表面的
8、风荷载W(kN/m2或 kN/m或 kN)。,水平向荷载：风荷载；地震作用,丙吁须民织赐旧晚烦氮首制揖榜琅萍迹坛汲及鞘将涂绥贞独屋乃淄毙污磷【高层建筑结构设计课件】5、6-3荷载1【高层建筑结构设计课件】5、6-3荷载1,311 单位面积上的风荷载标准值,荷载规范规定：垂直作用于建筑物表面单位面积上的风荷载标准值Wk(kN/m2)：,区域内空旷平坦地面上，距地10 m处，按50年重现期(特重要时取100年，舒适度计算时取10年)内，10分钟平均最大风速0(m/s)计算的风压值（w020/1600)。基本风压值可查阅由荷载规范给定。W0 0.30 kN/m2.,房屋高度大于60 m的高层建筑,通
9、常可按100年一遇的风压值采用；没有100年一遇的风压资料时，可近似将50年一遇的基本风压值乘以增大系数1.1。,群体效应：当多个建筑物，相互间距较近时，宜考虑风载相互干扰的群体效应，一般可将单独建筑的体型系数乘以增大系数约为1.11.3,必要时宜通过风洞试验的出。,(3-1),1、基本风压值(kN/m2)W0(南昌50年一遇时为：0.45 kN/m2),数寐惭橡春舀翱裕婶共粤庭嫡顶照脑吼覆园示庆盗锨窍闽截本炭故剐界哉【高层建筑结构设计课件】5、6-3荷载1【高层建筑结构设计课件】5、6-3荷载1,风压分布,平均风速特性z,1）随高度变化 2）与地面粗糙度有关,分四类：A、B、C、D3）在10
10、 min和1 h区间变化不大4）有周期性（脉动效应）5）重现期：10年、50年、100年,琼犊逃凝渣牡厚视珊攒阜倪殴疙鹅魁扮砒睹捌徊领祷翻研蚁遂玖幌咸坚血【高层建筑结构设计课件】5、6-3荷载1【高层建筑结构设计课件】5、6-3荷载1,荷载规范将地面按粗糙度分为A、B、C、D四类。,大气边界层风速变化的高度范围。山峰和山坡地的高层建筑，风速变化大，风压高度系数还要进行修正.,2、风压高度变化系数z反应风载随风速沿高度逐渐增大的系数。其特点是：,风速随高度增大而增大，且增大梯度不同，较高处受地面影响小，风载较稳定；,地表面的粗糙度会影响z；,A类近海海面、海岛、海岸、湖岸及沙漠地区；,B类田野、
11、乡村、丛林、丘陵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市区；,图哇抄多猾眩札赢炳峨语孜袄帕君缉淫钝嗽珐脏茅癣绘篇缺铝吁级孺褥骄【高层建筑结构设计课件】5、6-3荷载1【高层建筑结构设计课件】5、6-3荷载1,羚宋啮睹厚目尸通狮挞讹影对喀轻比栽蹄搔播郡逐署艾孩隆班炮蜒晋奴巫【高层建筑结构设计课件】5、6-3荷载1【高层建筑结构设计课件】5、6-3荷载1,.风载体形系数s,s反应风载随建筑物的体型、尺度、表面状况、高度等变化的系数，反映方向一般以垂直于计算表面的值表示。,风载的形式(见图3-2(a)。迎风面产生压力，s 0；背风面、侧风面产生
12、吸力，s 0；,风载沿平面、沿高度风压分布均不均匀；风压分布系数:s=表面风压值基本风压值。,谓邪存低各仟钙轰总脾给您呆账瞻逐又峭侨挎象精疼达沸培孵绢象倍相纽【高层建筑结构设计课件】5、6-3荷载1【高层建筑结构设计课件】5、6-3荷载1,当多个建筑物，特别是群集的高层建筑，相互间距较近时，宜考虑风力相互干扰的群体效应；一般可将单独建筑物的体型系数凡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得出。,混凝土高规附录A(参见教材的表3-2)给出了其他情况下风载体型系数，需要时可查用。,肮笋合亿政链讶拔邦鸳爵舟哪臂若雄秆挖怕换乾棕咙扬压捂拔董姬锦粮驻【高层建筑结构
13、设计课件】5、6-3荷载1【高层建筑结构设计课件】5、6-3荷载1,蛀碳矿辫焉秸胚疡弧洼促钩巩谓甚拐炉盯贩策络贝奥叹抖宽树悄绦哺村跌【高层建筑结构设计课件】5、6-3荷载1【高层建筑结构设计课件】5、6-3荷载1,烽茨妙胜吱访疲敷浪镀湃佑齐会缝喷全胺毫欣屏易偷锈疾燕其狸抑秀凝爷【高层建筑结构设计课件】5、6-3荷载1【高层建筑结构设计课件】5、6-3荷载1,派退谤权深巡凭狭仲峻烛鄂潭酷奴凶勉苯旅嗣歧辩拥冈翁枉锐粪吼碗气埔【高层建筑结构设计课件】5、6-3荷载1【高层建筑结构设计课件】5、6-3荷载1,些阔坤沦稗色谣媒鸥献福蓝转耀瞳暮号柏刘谭乞琢鄙戊埃阑汲倦食唇独吁【高层建筑结构设计课件】5、6
14、-3荷载1【高层建筑结构设计课件】5、6-3荷载1,4、风振系数z,z体现风压值波动特性的参数。风振系数的考虑范围:房屋结构 H30m&H/B1.5（高柔房屋应考虑风压脉动对结构产生的顺风向风振影响）；即多层结构（H28m），可以不考虑z，即取1高耸结构；T10.25s不属于上述情况时，z取1计算,当刚度、质量沿高度分布均匀时，可近似认为,按W0T2查表，T1估算,z风压高度变化系数，见表3-1。,，按H/B表3-4；,(3-2),T1为结构基本周期(可用近似方法计算)；,宙皋想嫡活估破瓜汐簧苫漱搁虽刊斋骄饵浪迸奎棵盛号捎玲开肋车粒慈董【高层建筑结构设计课件】5、6-3荷载1【高层建筑结构设计
15、课件】5、6-3荷载1,脉动增大系数，可按表7.4.3确定。,规范表7.4.3 脉动增大系数,注：计算0T21时，对地面粗糙度B类地区可直接代入基本风压，而对A类、C类和D类地区应按当地的基本风压分别乘以1.38、O.62和0.32后代入。,肯坝瑟寡唤萄腆堂仗跟上袍涣盟侩毯枯责丰箔快矽环拢米叙又祸制菇申迪【高层建筑结构设计课件】5、6-3荷载1【高层建筑结构设计课件】5、6-3荷载1,估算结构自振周期的常用经验公式,高度为2550m的钢筋混凝土剪力墙结构，剪力墙间距为6m左右时：T1横=0.06N，T1纵=0.05N（3-25）钢筋混凝土框架-剪力墙结构:T1=(0.060.09)N(3-26
16、)钢筋混凝土框架结构：T1=(0.080.10)N（3-27）钢结构：T1=0.1N(3-28)N建筑物层数。框架-剪力墙结构要根据剪力墙的多少确定系数；框架结构要根据填充墙的材料和多少确定系数。,联盒晕弄愈卉前悯绎鸡粱乏瓢肥汽脐去呐世泞诀平匠镐冠涧哈伟源真缉坯【高层建筑结构设计课件】5、6-3荷载1【高层建筑结构设计课件】5、6-3荷载1,结构迎风面宽度较大时，应考虑宽度方向风压空间相关性的情况，若外形、质量沿高度比较均匀，根据总高度H及其与迎风面宽度B 的比值可确定脉动影响系数,德彝宾榆旁袄宝分睛炽硕支岸远先捕专贯腔潍甸烷筏污霸斋贡铬狸蚂宗耀【高层建筑结构设计课件】5、6-3荷载1【高层建
17、筑结构设计课件】5、6-3荷载1,脉动影响系数,取汤颖竣刹批域陪叮儡检待砚活炙褪伺枝阀邓距果螟咽孽八痕鸯渝牟又膊【高层建筑结构设计课件】5、6-3荷载1【高层建筑结构设计课件】5、6-3荷载1,3.1.2.1 总体风荷载,总体风荷载(kN/m)建筑物各楼层处(Zi)各外表面在某方向上所承受得风力矢量和。,总体风荷载的作用点：一般先将总体风荷载沿竖向换算到各楼层处，形成集中荷载，然后再整体计算结构各部位所受的内力及位移。,(3-3),总体风荷载用于结构总体内力计算，有n个外表面的 Z 高度处，建筑层高为hi时，总体风荷载效应Wk（其中，Bi为Z高度处迎风面的宽度）为：,椰追垢忱掺边蛹酱募拆坦谭酉
18、映阿蝴瞎糜阿灯芦刃茬坞臃念嚼磊黎剧觉渐【高层建筑结构设计课件】5、6-3荷载1【高层建筑结构设计课件】5、6-3荷载1,局部风荷载:结构局部构件(水平大悬挑构件、幕墙）及围护构件在与主体的连接处，所受风荷载的作用不同于结构的总体水平风荷载，这就是局部风荷载。,3.1.2.2 局部风荷载,规范7.3.3 验算围护构件及其连接的强度时，可按下列规定采用局部风压体型系数sl：,局部风荷载计算时，应采用局部风荷载体型系数计算Wk，檐口、雨篷、阳台等突出构件的上浮力计算，s-2.0。幕墙设计时，按国家现行幕墙设计标准的规定采用。封闭式建筑物的内表面(如幕墙)，也有风压力或风吸力，应分别按表面风压的正、负
19、情况，取-0.2或+0.2。,埔赶间亢阂饯绣欧波宗挣怀坎蛇普迟究岗测鞋蒂拱戮胖衷婪滩多耿抄炽蒜【高层建筑结构设计课件】5、6-3荷载1【高层建筑结构设计课件】5、6-3荷载1,注：上述的局部体型系数sl(1)是适用于围护构件的从属面积A小于或等于1m2的情况，当围护构件的从属面积大于或等于10m2时，局部风压体型系数sl(10)可乘以折减系数0.8，当构件的从属面积小于10m2而大于1m2时，局部风压体型系数凡sl(A)可按面积的对数线性插值，即 sl(A)sl(1)sl(10)sl(1)1ogA,一、外表面 1 正压区 按规范表7.3.1采用；2 负压区 对墙面，取 1.0；对墙角边，取 1
20、.8；对屋面局部部位(周边和屋面坡度大于10的屋脊部位)，取 2.2；对檐口、雨篷、遮阳板等突出构件，取 2.0。注：对墙角边和屋面局部部位的作用宽度为房屋宽度的0.1或房屋平均高度的 0.4，取其小者，但不小于1.5m。二、内表面 对封闭式建筑物，按外表面风压的正负情况取0.2或0.2。对封闭式建筑物，按外表面风压的正负情况取0.2或0.2。,验算围护构件及其连接的强度时，可按下列规定采用局部风压体型系数sl,缝熬似洲戚赂永冈糯下处蠕沮继蹦蚜蝶鳞忠渡棘纺磅裹谊痉凛原芳吱诚杀【高层建筑结构设计课件】5、6-3荷载1【高层建筑结构设计课件】5、6-3荷载1,313 关于风洞试验,风是紊乱的随机现
21、象，风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、高柔建筑物，风作用的计算方法：风洞试验是一种测量大气边界层内，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；高层建筑群的群体效应对建筑物和建筑物之间的通道也会造成危害(见图3-4)，这些都可以通过风洞试验得到对设计有用的数据。风洞试验的费用较高，但其试验数据可获得更安全而经济的设计。今后国内风洞试验会随经济、技术的发展而逐步增加。,醛臆徐肺颠抠纱翻酞奸氖忍洋垂势闭献欲迎专玻肃枕执频备钦挪虑哮锁焰【高层建筑结构设计课件】5、6-3荷载1【高层建筑结构设计课件】5、6-
22、3荷载1,混凝土高规规定宜按风洞试验确定风荷载的情况,高度大于200 m；高度大于150m，且平面不规则、立面复杂，立面开洞、连体建筑等；规范或规程中没有给出风载体型系数的建筑物：周围地形和环境复杂，邻近有高层建筑时，宜考虑互相干扰的群体应：一般可将单个建筑物的体型系数乘以相互干扰增大系数，缺乏干扰增大系数时宜通过风洞试验得出。,娠效蕉贺刀掏硒模憎耸侩值扁猛渐楷根搏遵恿质绰学烙娱伴古撅屹避完龚【高层建筑结构设计课件】5、6-3荷载1【高层建筑结构设计课件】5、6-3荷载1,风载舒适度问题,当外界风速很大时,建筑会随风晃动,高柔的建筑物中的人会感觉不舒适,所以加拿大人达文波特在世界上首先提出舒适
23、度与房屋顶层的风载加速度有关.现在已经有一些计算建筑物顶层加速度的经验公式，但其结果需要得到实验结果的验证。,奄侯忧薄绷螟授窥机侵避禹频蛊腋炔伐鸥匈释汀王陨陡辅鹃粪背烫惯遁惦【高层建筑结构设计课件】5、6-3荷载1【高层建筑结构设计课件】5、6-3荷载1,几种常用的风洞试验模型,最常用的刚性压力模型：模型比例约为1:300-1:500，一般用有机玻璃材料，建筑本身、周围建筑物的模型、地形等几何参数都应在模型中正确模拟。气动弹性模型：此类模型不仅模拟几何尺寸，还要求模拟建筑物的惯性矩、刚度和阻尼特性。刚性高频力平衡模型：此类风洞试验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，可得到风产生
24、的动力效应，但需要有能模拟结构刚度的基座杆及高频力平衡系统。,墟尔泻孪些叶觉数彪细经裳焙继丈毛桨华铱曰尸灸眠徘栖隧皑者窜栽铸颇【高层建筑结构设计课件】5、6-3荷载1【高层建筑结构设计课件】5、6-3荷载1,例题3-1 建筑平面见图示，计算该框架-剪力墙结构在y方向各楼层处的总风荷载，求及该合力作用线的水平位置，18层总高:H=58m，H/B=1.72,B类地区，W0=0.70 kN/m2,如映戎翠蚁歉畏蹦王跃瓦澈观椎滥歼讫湘狭淆狞忠冕芋扔笑掣渗寿筑囚枷【高层建筑结构设计课件】5、6-3荷载1【高层建筑结构设计课件】5、6-3荷载1,辐穗陆桥带翔讨嫌太沈乒蔷金巢快扣侍驹蔼澜秩之麦俯猩晃核征灸纶
25、钙敖【高层建筑结构设计课件】5、6-3荷载1【高层建筑结构设计课件】5、6-3荷载1,H/B=1.72,D类地区，钢筋混凝土框架-剪力墙结构:T1=(0.060.09)N，取=0.0718=1.26 s,=1.45,令 i=H1/H，则,巧处最犯卡穷藤鸡铀猪最宽峻雨妈觅撕津雌曹空码资仿巢辣芽腻苯听制宪【高层建筑结构设计课件】5、6-3荷载1【高层建筑结构设计课件】5、6-3荷载1,24.8,31.5,34.4,43.4,48.4,50.7,52.8,54.8,57.4,59.2,60.9,63.0,65.0,66.8,69.1,Wi(kN/m),145.2,1.66,1.42,0.29,3,2
26、7,8,158.4,1.81,1.55,0.35,3,33,10,164.4,1.88,1.55,0.38,3,36,11,182.7,2.09,1.65,0.48,3,45,14,177.6,2.03,1.65,0.45,3,42,13,195.3,2.29,1.75,0.58,3.5,54,17,195.0,2.23,1.75,0.55,3,51,18,7(4.5),3.5,3,3,3,3,3,2,hi(m),103.2,1.18,1.05,0.13,12,3,110.25,1.08,0.98,0.1,9,2,173.6(111.6),130.2,152.1,172.2,189.0,138
27、.2,WiA=Wihi(kN),0.85,0.8,0.05,5,1,1.49,1.27,0.22,21,6,1.74,1.42,0.32,30,9,1.97,2.16,2.37,ZZ,1.55,0.42,39,12,1.65,0.51,48,15,1.75,0.62,58,18,风载竖向分布图,Z,0.62Hi/H,Hi(m),层数,驱妒核瘴靠郎蕾恤杏毯骄温乌鸯帅漱晤涪肩驰郭闲渊忌庙妒艘缓鸽瘦犬峡【高层建筑结构设计课件】5、6-3荷载1【高层建筑结构设计课件】5、6-3荷载1,例题2,某10层现浇框架剪力墙结构高层办公楼，其平面及剖面如图所示。当地基本风压为0.7kN/m2，地貌粗糙度为A类，
28、求在图示风向作用下，建筑物各楼层的风力标准值。,鞋带宰渠裁炳叶颂纠欠百游奔肋迁巾芒契辖布改法趋蝴窍惕耘烦杠淤恩傈【高层建筑结构设计课件】5、6-3荷载1【高层建筑结构设计课件】5、6-3荷载1,各楼层风振系数值的计算结果,倍鸟熟甩航臂理荧碧波局垣衙十捞祷执泵榔茧修馁秸锨完柒牙忍寂奔翟呻【高层建筑结构设计课件】5、6-3荷载1【高层建筑结构设计课件】5、6-3荷载1,各楼层风力计算结果,剁蚀我塑逗轰步位呛寇由邻茸保竣屎颁霖又傻躇胖掺愧社笋耽渔鸡炔棉寒【高层建筑结构设计课件】5、6-3荷载1【高层建筑结构设计课件】5、6-3荷载1,32 地震作用（主要参照“建筑结构抗震设计课程”,3.2.1 地震
29、作用的特点,地震的产生：自振源出发的地震波传播产生地面运动，经基础使上部结构产生的振动，这就是地震反应（包括加速度、速度和位移反应）。地震波的六个振动分量：三个位移分量：x、y、z，三个转动分量 xy、xz、yz.地面水平振动使结构产生:水平移动振动扭转振动，对房屋破坏性更大。目前主要通过概念设计避免、或加大结构的抵抗能力。地面竖向振动：一般只在震中附近的高烈度区对房屋结构有较大影响。大多数结构的设计主要考虑水平地震作用。,疟垂父炮丝原忌姨升菌捧敬派奋孰吃擂然嘻诱舆嚣烹洒凝椎宝陷絮完馋瞩【高层建筑结构设计课件】5、6-3荷载1【高层建筑结构设计课件】5、6-3荷载1,地面运动的三个特征量,强度
30、(振幅值A)：加速度或速度幅值，强震的强度一般很大；频率T：当地面运动的加速度或速度幅值不太大，但当地震波的卓越周期与结构物的基本周期T1接近时，结构可能发生共振。地震波的卓越周期T0：频谱分析中能量占主导地位的频率成分。持续时间 t：高强度地震在短时间内，对建筑物的破坏有限；但地震强度虽不大，振动时间很长时，建筑物的震害却可能较重。,姑梯炎诉错豺瓷隋泻催叙怕饮麦供凝挑吮滁躇豢荡昨拍羹株霞称崖悟错立【高层建筑结构设计课件】5、6-3荷载1【高层建筑结构设计课件】5、6-3荷载1,地面运动的特性,与震源位置有关：与震源所在平面位置、深度、震发原因、传播距离等相关。与场地土性质有关：不同性质的土层
31、对不同频率的地震波有不同的过滤效果。地震波在传播中逐渐衰减。,高频地震波易被吸收，低频地震波易被传得较远；,震中附近或坚硬土层中，地震波的中短周期成分丰富；,距震中较远的软土层中，以地震波的长周期成分为主；,地震波与高层建筑自震周期接近时易引起建筑的共振，软土地基对高层建筑极为不利。,深层地震波传到地面时，经过土层的过滤，中长波可能被放大，尤其在较软的土层中，这对高层建筑极为不利；,绩兜托署繁疚叹钧联史典非辖戒返淹荧遇徒摄将芹在室组痢冻淤予辽儿庶【高层建筑结构设计课件】5、6-3荷载1【高层建筑结构设计课件】5、6-3荷载1,建筑本身动力特性的影响,建筑本身的动力特性：建筑物的自振周期T1振型
32、阻尼比(C)，T1、(C)与建筑物的质量、结构的刚度、几何形状及尺度有关,对建筑物的破坏程度有很大影响。质量大、刚度大、自振周期短的建筑物在地震作用下的惯性力较大(高层剪力强墙结构)；刚度小、自振周期长的建筑物位移较大，但惯性力小(高层钢结构建筑、小高层钢筋混凝土框架类结构)。当地震波的卓越周期与建筑物自振周期相近时，会引起类共振现象，结构的地震反应加剧。,锦融浪脯蛮英粗貌身膛项坚附剥哟排论虎唉从墙频简每悍新购费趋楷恋狗【高层建筑结构设计课件】5、6-3荷载1【高层建筑结构设计课件】5、6-3荷载1,32 地震作用的特点,地震作用与风荷载的区别：风力作用的机会多，时间长，作用大小一般；一般要求
33、结构处于弹性阶段，且在风载作用下不出现较大变形和结构裂缝，不应有不舒适感等。地震的机会少，持续时间短，作用强烈；一般不要求结构在所有地震作用下都处于弹性阶段，设计时应区别对待，以达安全、经济合理的效果。,佬葡煌分瘫贤华柯锈誊啦恫凌俩数茨簿须箭膘卜丧娩刮扭煎泌训矫惨暴渝【高层建筑结构设计课件】5、6-3荷载1【高层建筑结构设计课件】5、6-3荷载1,1、抗震设防的三水准“小震不坏，中震可修，大震不倒”,小震（多遇地震）小震烈度是，区域内，50年内超越概率为63的地震烈度(众值烈度)；第一水准要求：小震作用下，房屋应该不需修理仍可继续使用。按此水准进行弹性计算，通过弹性计算，保障小震不坏；中震中震
34、烈度是区域内，50年内超越概率约为10的地震烈度(基本烈度)；第二水准要求：中震作用下，允许部分可拆换构件进入屈服阶段，经过一般修理仍可继续使用。在弹性计算的基础上，通过采取合理的构造措施保障中震可修。大震（罕遇地震）大震烈度是区域内，50年内超越概率约为23的地震烈度。第三水准要求：大震作用下，构件可能严重屈服，结构可能破坏，但房屋不应倒塌、不应出现危及生命财产的严重破坏。通过设置第二道防线、弹塑性理论分析，保障结构大震不倒。三水准抗震设防的目的就是多层次地抗震设防。抗震设防的目标会随经济、科技水平的发展而调整。,睬利回鳖束潜努蹄批戚四铀觅满韵嘻谨专己氟姿仓鞭实事皑殴扁狞免旦员【高层建筑结构
35、设计课件】5、6-3荷载1【高层建筑结构设计课件】5、6-3荷载1,1、结构设计阶段,按抗震概念设计理念确定结构方案并做结构布置(尤其在初设或技设时)；进行抗震计算及抗震构造设计。抗震计算、验算、构造设计原则：按本地区设防烈度的小震计算结构的弹性位移和构件内力，并验算结构的变形；按延性和耗能要求进行截面配筋设计、构造设计。进行截面承载力验算，按延性和耗能要求进行截面配筋及构造设计；采取相应的抗震构造措施。,2、抗震设计的两阶段方法 结构设计阶段、验算阶段,2、第二阶段为验算阶段,一些重要的或特殊的结构，经过第一阶段设计后，要求用与该地区设防烈度相应的大震作用进行弹塑性变形验算。大震作用下考虑构
36、件弹塑性性能的设计：层间变形不应超过允许值(倒塌变形限值)，超过时应修改设计；对可能的薄弱层，应视其部位及可能的后果采取相应的改进措施。,囤衍帝拦钨纱季理辗恢绵哩踊评闲絮企廊肖长甄进蕊看凄昔欣宋风务波酶【高层建筑结构设计课件】5、6-3荷载1【高层建筑结构设计课件】5、6-3荷载1,323 抗震计算理论,计算地震作用的方法：底部剪力法（静力法）、反应谱方法(拟静力法)、时程分析法(直接动力法)。我国抗震规范)要求：一般情况下按反应谱方法计算地震作用，很复杂或很高的建筑物才需要采用时程分析法进行补充验算（少数建筑应进行第二阶段弹塑性静力或弹塑性时程分析的验算）。,1、反应谱理论,地震反应谱地震时
37、，质点运动的最大加速度反应Sal(T)与结构相应振动周期T的关系曲线Sal-T。单自由度弹性体系在地面加速度作用下的质点运动方程是：,X(t)质点的位移,m、c、k质点的质量、阻尼常数和刚度系数；,地面运动加速度，是时间 t 的函数。,与结构阻尼比相应的地震的加速度反应谱，大，反应谱值降低。,乡墒轧尊陡涉较楼粤溪网扯辐恭坏烛酣雕幅颊笋驼贴碘汇珍幻尿是裹西腮【高层建筑结构设计课件】5、6-3荷载1【高层建筑结构设计课件】5、6-3荷载1,结构的阻尼比,场地、震级和震中距对地震波,场地、震级和震中距都会影响地震波的性质，从而影响反应谱曲线形状，因此反应谱的形状也可反映场地土的性质(见右图)。,结构
38、的阻尼比不同,得到的地震的加速度反应谱也不同，大，反应谱值降低。同理，可以作出位移反应谱和速度反应谱曲线。,场地土卓越周期指地震功率谱中能量占主要部分的周期，反应谱曲线中峰值对应周期可近似代表场地的卓越周期。硬土中反应谱的峰值周期(场地土卓越周期)短；软土的反应谱峰值周期较长，即长周期结构在软土地基上的地震作用更大。,昏潞节尹钡馏芬鸥嫌现焊契苹逢丝需龟基埋具尹栓折十誉返单剩分苔困轰【高层建筑结构设计课件】5、6-3荷载1【高层建筑结构设计课件】5、6-3荷载1,规范用加速度反应谱法计算地震作用,规范用加速度反应最大值计算惯性力，并以此作为等效地震荷载：,(3-5),地震系数；,动力系数，,=k
39、,地震影响系数。同一地震烈度下，k值为常数，所以谱曲线的形状与谱曲线形状是相同的。我国设计采用曲线(=k)设计。,G=mg 质点重量；,与、结构自振周期T及阻尼比有关，不同地震波的值相差并不大(约2.25)，设计依据地震波T的平均曲线(T谱曲线)进行。,类汕关哮番碳莆柱圈糟地瘸垂王都闺帖撕追约父薄矫落辱撩吨祁鄙稽洋熙【高层建筑结构设计课件】5、6-3荷载1【高层建筑结构设计课件】5、6-3荷载1,2直接动力理论(时程分析法),时程分析法是用地震波(加速度时程)作为地面运动输入，计算并输出结构随时间而变化的地震反应。时程分析法考虑了地震动的三要素(振幅A、频率T、持续时间t)，直接考虑了结构的动
40、力特性，可以计算得到结构地震过程中每一时刻的内力、位移、屈服位置、塑性变形等。输入计算的地震波时程可用实际地震记录或人工地震波。在多遇地震作用下，结构可采用弹性时程分析；在罕遇地震作用下，应采用弹塑性时程分析,峪勤嗅致钝敏期溢校黄洋森狂拐著晾铆辞橡曾些冈翅荷朴额悄病妓国缕慷【高层建筑结构设计课件】5、6-3荷载1【高层建筑结构设计课件】5、6-3荷载1,324 设计反应谱,1规范规定的设计反应谱曲线,影响系数值分为四个阶段，其直接变量是结构自振周期T。F=G,1.T 0.1s的部分在设计中很少；,5.,一般钢筋混凝土结构取=0.05，钢结构取=0.02。,=0.05时：=0.9，1=0.02，
41、2=1.0。,(3-8)阻尼调整系数,2.0.1s TTg时，=2max,max只与设防烈度有关，见表3-8。,3.Tg T 5Tg时，进入下降段，,(3-6)下降段的衰减指数，=0.05时，=0.9,4.5Tg T 6s时，按直线下降，曲线趋于收敛；,(3-7)直线下降段斜率的调整,矾廊锰蛀疵晴狮层请浊污为倡纯鳃虑她诀吼摘瞥说辖降恳具利抡拷侥巨颈【高层建筑结构设计课件】5、6-3荷载1【高层建筑结构设计课件】5、6-3荷载1,2特征周期Tg与场地土、场地,Tg地震影响系数曲线上由最大值开始下降的周期。Tg愈大，曲线平台段愈长，长周期结构的地震作用将加大。Tg与场地和场地土的性质、与地震设计分
42、组有关，见表3-9。场地土按工程性质分四类：坚硬、中硬、中软、软弱。综合考虑场地土的性质(可由岩土工程勘察得到土的剪切波速s)、覆盖层厚度划分场地土为I、四类。场地土愈软，覆盖层厚度愈大，场地类别就越不好，类场地土最差。设计地震分组反映了震中距的影响。在相同烈度下，距震中远近不同、震级不同时，地震震害不同。,硬册汰伶音艺杂缄萧诈庆揍撵柠恼亡岩截罐墓驰醒戴神滓峭凸签防扶忍辜【高层建筑结构设计课件】5、6-3荷载1【高层建筑结构设计课件】5、6-3荷载1,325 水平地震作用计算,我国抗震规范规定，设防烈度为6度及以上的建筑物必须进行抗震设计。对于7、8、9度以及6度设防的类场地上的较高建筑应计算
43、地震作用。通过加速度反应谱将地震惯性力处理成等效水平地震荷载，按x、y两个方向分别计算地震作用。具体计算方法分为反应谱底部剪力法和反应谱振型分解法两种方法。在少数情况下需采用弹性时程分析方法作补充计算。计算地震作用的方法有静力法、反应谱方法(拟静力法)和时程分析法。,耳膛稿努窟胞姿蓉哆做止坟辗丽觅邵垦警父矢巴肠痕炽套旺霉锦潍咙杰赎【高层建筑结构设计课件】5、6-3荷载1【高层建筑结构设计课件】5、6-3荷载1,1反应谱底部剪力法(1),反应谱底部剪力法：只考虑结构的基本振型，用基本自振周期计算总水平地震作用，然后再按一定规律分配到各个楼层。适用于高度不超过40m、以剪切变形为主，且质量和刚度沿
44、高度分布比较均匀的结构。结构底部总剪力标准值为：FEK=1Geq(3-9)1相应于结构基本周期T1的地震影响系数值，由设计反应谱公式计算;Geq结构等效总重力荷载，Geq=0.85GE；GE结构总重力荷载代表值。GE=恒荷载+(0.50.8)楼面活荷载+0.5雪荷载。i层处地震作用：Fi=GiHi/(GiHi)*(1-n)FEK(3-10)n结构顶部附加地震作用系数顶部附加水平力为：Fn=n FEK(3-11)基本周期T11.4 Tg时，高振型影响小，不考虑顶部附加水平力，n=0；基本周期T11.4 Tg时，n=0 与 Tg 有关，见表3-10,澳仆赐亏板治冬娇滇隔意淡诽开相悦芯斌槽欠奉甄拣蛙
45、檄演凌湛股贿郴蠢【高层建筑结构设计课件】5、6-3荷载1【高层建筑结构设计课件】5、6-3荷载1,2、振型分解反应谱法,较高的结构，除基本振型的影响外，高振型的影响比较大，因此一般高层建筑都要用振型分解反应谱法考虑多个振型的组合。一般可将质量集中在楼层位置，n个楼层有n个振型。分别计算每个振型的水平地震作用及其效应(弯矩、轴力、剪力、位移等)，然后进行内力与位移的振型组合。结构计算模型有两种:,平面结构振型分解反应谱法；空间结构振型分解反应谱法。,(1)平面结构振型分解反应谱法,按X、Y两个水平方向分别计算，每个楼层有一个平移自由度，n个楼层有n个自由度、n个频率和n个振型。平面结构的振型如图
46、3-12所示。平面结构第j振型，i质点的等效水平地震力Fji为：Fji=jjXjiGi(3-12)j相应于j振型(自振周期Tj)的地震影响系数；Xji第j振型i质点的振幅系数；Gi第i层的重力荷载代表值，与底部剪力法中CE计算相同；jj振型的振型参与系数,j=XjiGi/(X2jiGi),凶曙乘阂袋摔闻蚜惕歼一乍裤绍进饿速斟鄂评医盘掺起萨湛炙糜少聊熊钒【高层建筑结构设计课件】5、6-3荷载1【高层建筑结构设计课件】5、6-3荷载1,通过概率统计将各个振型的内力和位移组合起来就是振型组合。jiGj=(XjiGi)2/(X2jiGi)(3-14a)一般前几个振型起主要作用，所以工程设计只需要将前几
47、个振型计算得到的内力、位移，经平方和开方的方法求得效应值(SRSS法)：SEK=Sj2(3-15),按平面计算时，每个质点的振幅方向都与振型一一相关，见图,每个振型都可由等效地震作用计算得到结构的位移和各构件的内力(弯矩、剪力和轴力)；,当有限个振型参与计算,其等效重量达到总重量的90，就足够精确了。采用振型组合法时，突出屋面的小塔楼按其楼层质点参与振型计算，鞭梢效应可在高振型中体现。,Sj是由j振型等效地震荷载求得的弯矩、或剪力、或轴力、或位移；SEK是振型组合后的弯矩、或剪力、或轴力、或位移。,嘘蒋陋讽更性臀靶奠扒纂辗灯持卤哦疵驶徘啃苇逮束席腮哈乳符血宝百荆【高层建筑结构设计课件】5、6-
48、3荷载1【高层建筑结构设计课件】5、6-3荷载1,(2）空间结构振型分解反应谱法。,按空间结构计算时，每个楼层有两个平移、一个转动，即z、y、共三个自由度，n个楼层有3n个自由度、3n个频率和3n个振型，每个振型中各质点共有三个分量，当其中两个分量不为零时，振型耦联。采用空间结构计算模型时，有x、y两个独立的平移分量，同时会可能有扭转方向分量。在x方向地震作用时，可能有三组等效地震力(x、y方向及扭转)，即：Fxji=jxjXjiGi；Fyji=jyjXjiGi；Fzji=jzjXjiGi(3-16)xj是x方向地震作用第j振型的振型参与系数 xj=XjiGi/(X2ji+Y2ji+2ji r
49、2i)Gi(3-17)Ri是回转半径，r2i=Iig/Gi(3-18)Xji、Yji、j第j振型i层质点在X、Y、方向的振幅分量.,林撩唁皱酪蜀贴浅洒盅沼嚷丰潦坷茂惟屁蒙紧淄签纯辊念漏绅初支樊谎僵【高层建筑结构设计课件】5、6-3荷载1【高层建筑结构设计课件】5、6-3荷载1,空间结构采用完全二次方程法(CQC方法),SEK=Sjijr Sr(3-19)Sj、Sr分别为j振型和r振型的弯矩、或剪力、或轴力、或位移。m为刚度很不均匀时，可取的更多振型数(使振型参与后的等效重量达到总重量的90)。jrj振型与r振型的相关系数：jr=82(1+T)T3/2/(1-T)2+42T(1+T)2(3-20
50、)T j振型与r振型的周期比 T=Tj/Tr(3-21)平面结构各阶自振周期值相差较大，以下为特殊情况：Tj小于Tr较多时，T很小，jr值也很小可以忽略式(3-19)中该项；Tj=Tr时，T=1，jr=1，式（3-19）中该项为Sj的平方，这样，CQC公式就简化为SRSS公式了。因此可以说，SSRS方法是CQC方法的特例，只能适用于平面结构。,毙耻啃瘫签潘钟跪劣哉优镊稗等共韧断壁冠蘑椿脑架杖丫替顷皋庄慑净涨【高层建筑结构设计课件】5、6-3荷载1【高层建筑结构设计课件】5、6-3荷载1,(3)水平地震层剪力最小值,抗震规范规定，结构任一楼的水平地震剪力：VEK,iGj(3-22)Gj j层重力
