第3章高层建筑结构荷载2.ppt

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1、第第3章章高层建筑结构荷载高层建筑结构荷载3.1 3.1 恒荷载及楼面活荷载（竖向荷载）恒荷载及楼面活荷载（竖向荷载）3.2 3.2 风风 荷荷 载（水平荷载）载（水平荷载）3.3 3.3 地震作用（水平荷载）地震作用（水平荷载）3.3地震作用地震作用一、基本概念一、基本概念地震是由于地壳构造运动地震是由于地壳构造运动(岩层构造状态的变动岩层构造状态的变动)或或其它原因而引起的地面振动的现象。其它原因而引起的地面振动的现象。1地震的类型地震的类型地震按其成因可分为：火山地震，陷落地震和构造地震按其成因可分为：火山地震，陷落地震和构造地震。地震。v火山地震火山地震由于火山爆发而引起的地震；由于火

2、山爆发而引起的地震；v陷落地震陷落地震由于地表或地下岩层突然大规模陷落由于地表或地下岩层突然大规模陷落和崩塌而造成的地震；和崩塌而造成的地震；v构造地震构造地震由于地壳运动，推挤地壳岩层使其薄由于地壳运动，推挤地壳岩层使其薄弱部位发生断裂错动而引起的地震。弱部位发生断裂错动而引起的地震。前二种地震的影响范围和破坏程度相对较小，而前二种地震的影响范围和破坏程度相对较小，而后一种地震的破坏力大后一种地震的破坏力大2 2、常用术语、常用术语（1）地震震级：）地震震级：震级是表示地震本身大小（释放震级是表示地震本身大小（释放能量多少）的尺度。目前，国际上比较通用的是能量多少）的尺度。目前，国际上比较通

3、用的是里氏里氏震级震级，其原始定义为，其原始定义为1935年由里克特年由里克特(Richter)给出，给出，即地震震级即地震震级M为为M=logA震级与震源释放能量的大小有关，震级每差一级，震级与震源释放能量的大小有关，震级每差一级，地震释放的能量将差地震释放的能量将差32倍。倍。微震微震小于小于2级的地震；级的地震；有感地震有感地震2-4级地震，人能感觉到；级地震，人能感觉到；破坏性地震破坏性地震5级以上地震，能引起不同程度的破级以上地震，能引起不同程度的破坏；坏；强烈地震强烈地震7级以上的地震。级以上的地震。（2）地震烈度：）地震烈度：地震烈度是指某一地区的地面和地震烈度是指某一地区的地面

4、和各类建筑物遭受到一次地震影响的强弱程度。各类建筑物遭受到一次地震影响的强弱程度。v对于一次地震，表示地震大小的对于一次地震，表示地震大小的震级只有一个；震级只有一个；v随距离震中的远近不同，烈度就有差异随距离震中的远近不同，烈度就有差异。v评定地震烈度的标准就称为评定地震烈度的标准就称为地震烈度表。地震烈度表。绝大多数绝大多数国家包括我国都采用分成国家包括我国都采用分成12度的地震烈度表。度的地震烈度表。v基本烈度：基本烈度：作为一个地区抗震设防依据的地震烈度，作为一个地区抗震设防依据的地震烈度，它是指该地区今后一定时期内，在一般场地土条件它是指该地区今后一定时期内，在一般场地土条件下，可能

5、遭受的最大地震烈度，也就是由国家地震下，可能遭受的最大地震烈度，也就是由国家地震局制定的全国地震烈度区划图规定的烈度。局制定的全国地震烈度区划图规定的烈度。v设防烈度：设防烈度：建筑物抗震设防时采用的烈度。建筑物抗震设防时采用的烈度。3、地震对建筑物的影响、地震对建筑物的影响GgaGamFaaE惯性力建筑物加速度地面加速度地面运动地震0二、地震作用的特点1 1间接性间接性不是直接作用在建筑物上。不是直接作用在建筑物上。2 2复杂性复杂性地震波的影响多，运动不规则，是复杂地震波的影响多，运动不规则，是复杂的三维振动。的三维振动。3 3随机性随机性地震的时间、地点、大小难以预测。地震的时间、地点、

6、大小难以预测。4 4与地基土的动力特性有关与地基土的动力特性有关。5 5与结构本身的动力特性（自振周期、振型与阻尼）与结构本身的动力特性（自振周期、振型与阻尼）有关。有关。三、抗震设计的原则和方法三、抗震设计的原则和方法抗震设计抗震设计用定量方法估计地震反应，采取合理用定量方法估计地震反应，采取合理的构造措施，以保证结构有足够的刚度和抗震承载能的构造措施，以保证结构有足够的刚度和抗震承载能力。力。1、抗震设防的范围：、抗震设防的范围：6度度9度地区（低于度地区（低于6度可不设度可不设防，高于防，高于9度应专门研究）。度应专门研究）。2、抗震设防的目标抗震设防的目标三水准要求：三水准要求：所谓的

7、三水准抗震目标，可简单的概括为：所谓的三水准抗震目标，可简单的概括为：v小震不坏；小震不坏；v中震可修；中震可修；v大震不倒。大震不倒。3、抗震设计的方法抗震设计的方法两阶段设计方法两阶段设计方法我国抗震规范要求建筑结构的抗震设计方法是两阶段我国抗震规范要求建筑结构的抗震设计方法是两阶段设计方法。设计方法。两阶段设计法步骤是：两阶段设计法步骤是：（1）第一阶段）第一阶段小震强度：小震强度：对绝大多数建筑结对绝大多数建筑结构，应满足第一、二水准的设计要求，构，应满足第一、二水准的设计要求，即采用第一即采用第一水准水准(多遇地震多遇地震)的地震动参数，按反应谱理论计算的地震动参数，按反应谱理论计算

8、地震作用，用弹性方法计算内力及位移，并用极限地震作用，用弹性方法计算内力及位移，并用极限状态方法进行截面设计，然后采取相应的构造措施，状态方法进行截面设计，然后采取相应的构造措施，达到达到“小震不坏、中震可修小震不坏、中震可修”的要求。的要求。（2）第二阶段）第二阶段大震变形：大震变形：对于重要建筑或有对于重要建筑或有特殊要求时，除进行第一阶段设计外，特殊要求时，除进行第一阶段设计外，还要进行罕还要进行罕遇地震（大震）作用下薄弱层部位的弹塑性变形验遇地震（大震）作用下薄弱层部位的弹塑性变形验算和采取相应的构造措施，使薄弱层的水平位移不算和采取相应的构造措施，使薄弱层的水平位移不超过允许的弹塑性

9、位移，实现第三水准的要求。超过允许的弹塑性位移，实现第三水准的要求。并并用直接动力方法用直接动力方法时程分析方法补充计算。时程分析方法补充计算。4抗震抗震概念设计：概念设计：概念设计概念设计指一些在计算中或在规范中难以作出具指一些在计算中或在规范中难以作出具体规定的问题，必须由工程师运用体规定的问题，必须由工程师运用“概念概念”进行分析，进行分析，作出判断，以便采取相应的措施。作出判断，以便采取相应的措施。v结构破坏机理的概念；结构破坏机理的概念；v力学概念；力学概念；v由震害、试验现象等总结提供的各种宏观的和具体由震害、试验现象等总结提供的各种宏观的和具体的经验等。的经验等。概念及经验要贯穿

10、在方案确定及结构布置过程中，概念及经验要贯穿在方案确定及结构布置过程中，应体现在计算简图或计算结果的处理中，应体现在计算简图或计算结果的处理中，对某些薄弱部位的配筋构造起作用。对某些薄弱部位的配筋构造起作用。概念设计带有一定的经验性。但它和抗震计算、构造概念设计带有一定的经验性。但它和抗震计算、构造设计等是不可分割、互为补充的抗震设计的重要组成设计等是不可分割、互为补充的抗震设计的重要组成部分。部分。四、等效地震作用（荷载）的计算四、等效地震作用（荷载）的计算 （一）计算方法简介（一）计算方法简介目前在工程上求解结构地震反应的方法大致可以分为目前在工程上求解结构地震反应的方法大致可以分为两类。

11、两类。1等效荷载法等效荷载法：等效荷载的计算又有静力法和反应谱等效荷载的计算又有静力法和反应谱法两种：法两种：（1 1）静 力 法）静 力 法：把 等 效 地 震 作 用 取 为 常 数，把 等 效 地 震 作 用 取 为 常 数，F=ma=mg(a/g)=K.G,F=ma=mg(a/g)=K.G,早期早期K K取为常数（取为常数（K=0.1K=0.1）。）。（2 2）反应谱法（拟静力法）反应谱法（拟静力法）：用动力方法计算质点体用动力方法计算质点体系地震反应，建立反应谱，再用加速度反应谱计算结系地震反应，建立反应谱，再用加速度反应谱计算结构的最大惯性力作为结构的等效地震荷载；然后按静构的最大

12、惯性力作为结构的等效地震荷载；然后按静力方法进行结构计算及设计的方法，称为反应谱方法。力方法进行结构计算及设计的方法，称为反应谱方法。反应谱反应谱结构的最大地震反应结构的最大地震反应（u、a、m等）等）与与其自震周期其自震周期T T的关系曲线。的关系曲线。2 2直接动力分析法直接动力分析法：即对动力方程进行直接积分，求即对动力方程进行直接积分，求出结构反应与时间变化的关系，得出所谓时程曲线，出结构反应与时间变化的关系，得出所谓时程曲线，故此法亦称故此法亦称时程分析法时程分析法。（二）设计反应谱曲线（二）设计反应谱曲线及及单质点体系的地震作用单质点体系的地震作用1 1、单质点体系：、单质点体系：

13、等高单层厂房、水塔等。等高单层厂房、水塔等。v将该结构中参与振动的所有质量全部折算至顶部；将该结构中参与振动的所有质量全部折算至顶部；v将墙、柱视作一无重的弹性杆，这样就形成了一个将墙、柱视作一无重的弹性杆，这样就形成了一个单质点体系单质点体系v当该体系只作单向振动时，就成为一个单自由度体当该体系只作单向振动时，就成为一个单自由度体系系。式中：式中：m m、G G为单质点体系的质量及重量；为单质点体系的质量及重量；g g为重力加为重力加速度；速度；为地面运动最大加速度；为地面运动最大加速度；称为称为地震系数，表示地面运动的相对强度；地震系数，表示地面运动的相对强度；称称为动力系数，表示质点加速

14、度与地面加速度相比的放为动力系数，表示质点加速度与地面加速度相比的放大系数；大系数；为地震影响系数，为地震影响系数，=k。GGkmgxSgxmSFaamax0max0 2、单质点体系的水平地震作用单质点体系的水平地震作用max0 x gxk/max0 max0/xSa 3、设计反应谱曲线抗震规范抗震规范（GB50011-2001）根据根据255条地震加速度条地震加速度记录计算得到的反应谱曲线，经过处理后得到的标准记录计算得到的反应谱曲线，经过处理后得到的标准反应谱反应谱地震影响系数地震影响系数，作为设计反应谱曲线，作为设计反应谱曲线，地震影响系数；地震影响系数；maxmax地震影响系数最大值；

15、地震影响系数最大值；T T结构自振周期；结构自振周期；TgTg特征周期；特征周期；曲线下降段的衰减指数；曲线下降段的衰减指数；1 1直线下降段下直线下降段下降斜率调整系数；降斜率调整系数；2 2阻尼调整系数阻尼调整系数 3单质点体系的地震作用计算方法（1 1）计算结构自振周期：）计算结构自振周期：；（2 2）由场地类别、设计地震分组查表）由场地类别、设计地震分组查表2-112-11，得场地特，得场地特征周期征周期T Tg g；（3 3）由设防烈度查表）由设防烈度查表2-92-9得水平地震影响系数最大值得水平地震影响系数最大值maxmax；（4）确定）确定、1、2；（5 5）由）由T T、T T

16、g g、maxmax按图按图2-112-11计算水平地震影响系数计算水平地震影响系数；（6 6）作用在单质点上的水平地震作用为）作用在单质点上的水平地震作用为F FEKEK=g=g=mgmg。kmTmk/2/2,/（三）多质点体系等效（三）多质点体系等效地震作用计算方法地震作用计算方法1、结构体系的简化、结构体系的简化一般把各层质量集中在一般把各层质量集中在楼层处，楼层处，n n个楼层即形成个楼层即形成n n个质点。每一楼面标高个质点。每一楼面标高位置的重量（称重力荷位置的重量（称重力荷载代表值）由以下几部载代表值）由以下几部分组成：分组成：恒荷载（本层楼面结恒荷载（本层楼面结构及上、下各半层墙、构及上、下各半层墙、柱）的全部；柱）的全部；雪荷载的雪荷载的5050；一般楼面活荷载的一般楼面活荷载的5050，藏书库、档案库活，藏书库、档案库活荷载的荷载的8080。简化后的计算简图如图，简化后的计算简图如图，图中图中G Gi i为第为第i i层质点的重层质点的重力荷载代表值。力荷载代表值。2 2、计算方法及要求、计算方法及要求高层建筑应按不同情况分别采用相应的地震作用计算高层建筑应按不同情