荷载与地震作用.ppt

,第三章,高层建筑的荷载与地震作用,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,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,（三）屋面均布活荷载,上人的平屋顶 2.0,kN/m,2,不上人的平屋顶 0.5,kN/m,2,直升机的等效均布荷载为 5,kN/m,2,（四）雪荷载,长沙：,式中,S,k,雪荷载标准值,;,r,屋面积雪分布系数；,S,0,基本雪压,;,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。,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：,2.高度变化系数,离地面或海平面高度(,m),地面粗糙度类别,A,B,C,D,5,10,15,20,30,40,50,60,70,80,1.17,1.38,1.52,1.63,1.80,1.92,2.03,2.12,2.20,2.27,1.00,1.00,1.14,1.25,1.42,1.56,1.67,1.77,1.86,1.95,0.74,0.74,0.74,0.84,1.00,1.13,1.67,1.77,1.86,1.95,0.62,0.62,0.62,0.62,0.62,0.73,0.84,0.93,1.02,1.11,表3.2,离地面或海平面高度(,m),地面粗糙度类别,A,B,C,D,90,100,150,200,250,300,350,400,450,2.34,2.40,2.64,2.83,2.99,3.12,3.12,3.12,3.12,2.02,2.09,2.38,2.61,2.80,2.97,3.12,3.12,3.12,1.62,1.70,2.03,2.30,2.54,2.75,2.94,3.12,3.12,1.19,1.27,1.61,1.92,2.19,2.45,2.68,2.91,3.12,3.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,2,Y,形平面,3,L,形平面,+0.8,-0.6,-0.6,H,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,序号,名称,建筑体型及体型系数,4,U,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,+0.8,4.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。,注意：,房屋高度大于200,m,时，宜采用风洞实验来确定,建筑物的风荷载；,房屋高度大于150,m，,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。,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,的基本烈度为度及度以上,我国的地震带分布,（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,（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,0.04,0.08,(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,0.23,0.45,0.90,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0.15,g,和0.30,g,的地区,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,（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。,（四）特征周期值 （,s）,设计地震分组,场 地 类 别,I,II,III,IV,第一组,第二组,第三组,0.25,0.30,0.35,0.35,0.40,0.45,0.45,0.55,0.65,0.65,0.75,0.90,（五）基本地震加速度,抗震设防烈度,6,7,8,9,基本地震加速度值,0.05,g,0.10,g,（0.15g）,0.20,g,（0.30g）,0.40,g,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0.15,g；,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0.10,g;,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0.05,g.,（,六）设计反映谱曲线,m,k,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）,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）,（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40,m，,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：,（39）,（310）,（311）,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,:,0.0,0.350.55,表3-10,计算式,结构基本自振周期 可按下式计算：,(312）,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,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,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：,A.,第,j,振型,i,质点的水平地震作用的标准值,（313）,式中：相应于第,j,振型周期 的地震影响系数；,X,ji,j,振型,i,质点的水平相对位移；,振型的参与系数；,G,i,第,i,质点的重力荷载代表值。,（314）,一般情况下可只取前23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：,（315）,(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。,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、类场地和7度,100,8度、类场地,80,9度,60,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：,（315）,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：,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。,（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：,(316),结构竖向地震作用计算图形,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。,（318）,（319）,（320）,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。,3.水平长悬臂构件和大跨度结构竖向地震作用,水平长悬臂构件和大跨度结构考虑竖向地震作用时，竖向地震作用的标准值在8 度和9度设防时，可分别取该结构所承受重力荷载代表值的10%和20%进行计算。,设计基本地震加速度为0.3,g,时，可取该结构、构件重力荷载代表值的15%。,（,八）地震作用考虑原则,一般情况下，应允许在结构两个主轴方向分别考虑水平地震作用计算，有斜交抗侧力构件的结构，当相交角度大于 时，应分别计算各抗侧力构件方向的水平地震作用。,质量与刚度分布明显不对称、不均匀的结构，应计算双向水平地震作用下的扭转影响；其它情况，应计算单向水平地震作用下的扭转影响；,计算单向地震作用时应考虑偶然偏心的影响。各层质量沿垂直于地震作用方向的偏移值可按下式计算：,式中：第,i,层质心偏移值(,m)，,各层质心偏移方向相,同；,第,i,层垂直于地震作用方向的建筑物总长度(,m).,（321）,（,九,）,剪重比,反应谱曲线是向下延伸的曲线，当结构的自振周期较长、刚度较弱时，所求得的地震剪力会较小，设计出来的高层建筑结构在地震中可能不安全，因此对于高层建筑规定其最小的地震剪力。,水平地震作用计算时，结构各楼层对应于地震作用标准值的剪力应符合下式要求：,式中，为第,I,层对应于水平地震作用标准值的剪力；为水平地震剪力系数，不应小于下表规定的值；对应竖向不规则结构的薄弱层，尚应乘,1.15,的增大系数。,楼层最小地震剪力系数值,类别,7,度,8,度,9,度,扭转效应明显或基本周期,小于,3.5s,的结构,0.016,（,0.024,）,0.032,（,0.048,）,0.064,基本周期小于,5.0s,的结构,0.012,（,0.018,）,0.024,（,0.032,）,0.040,注：,1.,基本周期介于,3.5s,和,5.0s,之间的结构，应允许线形取值。,2.7,、,8,度时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,。,