第章风及地震荷载的对比.ppt

分布区域对环境的要求分布特性动力特性能量输入特性高强度时的作用时间长短作用在建筑物上的方式对建筑物的敏感程度建筑物的位移反应及规范要求不同建筑物的内力反应验算对象（整体结构，局部构件，围护构件等）计算方法不同采取的应对措施不同（抗侧力体系，减震体系）,全国基本风压分布图（kN/m2）,无人区未予记录,0.80,0.90,0.90,0.60,两者对环境的要求,风荷载：地表状况。如地面粗糙度、是否山峰、山坡、谷地、谷口、山口等地震作用：地震地质构造。如是否板块交接处，地质构造是否均匀，场地土的软弱程度，是否山峰、山坡等,风荷载分布特性,基本风压呈极值分布符合极值I型,地震作用分布特性,地震强度呈极值分布烈度符合极值III型,风荷载与地震作用的频谱特性,波动风的长周期成分较多地震波的周期相对于风的周期较短，频率较高,风,地震,风荷载与地震作用的能量特性,风作用的能量输入相对平缓，输入能量较小地震动的能量输入较为剧烈，输入能量较大,对于某一地区，高风压而且低烈度时，何种作用对结构起控制作用，需通过详细验算。,风荷载与地震作用的高强度持时特性,平均高风压持续时间大约10分钟，而地震的持时在60s左右时就会引起大的破坏。,作用在建筑物上的方式,风荷载作用：主动，力位移地震作用：惯性力作用，位移力,对建筑物的敏感程度,风荷载作用：外部表面形状与较柔建筑物的刚度地震作用：建筑物质量及其整体刚度,对建筑物的敏感程度,建筑结构平面布置不同，上下布置不同（如内部抽柱等），虽外部表面一致，风荷载大致相同，但引起的地震反应截然不同。,建筑物的位移反应及规范要求不同,高烈度区结构在风荷载下的位移反应要远小于地震作用下的位移反应。高层结构中，除了对建筑结构在风及地震作用下的弹性层间位移限值进行规定外，还对结构在罕遇地震作用下的弹塑性层间位移进行了规定。,对建筑物的作用及内力反应,对于比较规则的建筑，两者对结构的作用分布趋势比较接近（作用力上大下小，剪力及弯矩上小下大），引起的结构内力也有相近趋势。而对于比较复杂的建筑则各有自己的特点。,验算对象,风荷载除对承力的结构构件进行验算外，还对围护构件如玻璃幕墙等进行局部强风考虑。而地震作用主要对结构构件进行设计和验算。,计算方法不同,计算方法不同(底部剪力法),各楼层的水平地震作用标准值为：,顶部附加水平地震作用标准值为：,总水平地震作用标准值为：,先计算总的底部剪力,再计算上部各层作用,采取的应对措施不同,风荷载控制下的结构设计，要求结构刚度越大越好而地震作用控制下的结构设计则需要结构有适中的抗侧刚度,采用减振（震）措施时，两者的控制目标和采取的手段各不相同,水平荷载与结构计算简化原则,空间结构体系与荷载的复杂性要求在结构设计时必须进行简化计算。一、荷载作用方向实际风荷载以及地震作用方向是随意不定的。结构计算常常假定水平作用在结构主轴方向，对互相正交的主轴进行内力分析。,二、平面结构假定任何结构都为一个空间结构，但是对于多数结构而言，可以简化为平面结构，使计算大大简化。假定：1、一片框架或者墙可以抵抗本身平面内的侧向力，而在平面外刚度很小，可以忽略。整个结构可以划分为若干个平面结构，共同抵抗与平面结构平行的荷载，垂直该方向的结构不参与受力。2、连结各个抗侧力结构间的楼板在自身平面内很大，平面外很小。,三、楼板无限刚性假定假定楼板在自身平面内为绝对刚性，在平面外刚度很小可以忽略。,无扭转时,3设计要求及荷载效应组合,什么是荷载？什么是荷载效应？,？,3设计要求及荷载效应组合,无地震作用组合时：,有地震作用组合时：,一、承载力验算,地震作用属于可变作用或偶然作用，其可靠指标的取值应低于静力作用下的可靠指标。因而，从理论上说，抗震设计中采用的材料强度设计值应高于静力作用时的材料强度设计值。但设计规范为了使用方便，便于将地震作用效应与静力荷载作用效应直接比较，在抗震设计中仍采用静力设计时的材料强度设计值。但通过引入承载力抗震调整系数来提高其承载力。,二、荷载效应组合及最不利内力1、无地震作用时的荷载效应组合无地震作用组合应用于非抗震设计及6度抗震设防、但不要求作地震作用计算的结构:,分别为恒荷载、活荷载和风荷载标准值计算的荷载效应；,分别为恒荷载、活荷载和风荷载标准值的分项系数；,分别为活荷载和风荷载的组合系数；,有两种荷载工况：,1、恒载+活载,由活荷载控制的组合：1.2x恒载效应+1.4x活载效应,由恒荷载控制的组合：1.35x恒载效应+1.4x0.7x活载效应,2、恒载+活载+风荷载,多层结构：1.2x恒载效应+1.4x活载效应+1.4x0.6x风载效应,高层结构：1.2x恒载效应+1.4x活载效应+1.4x1.0 x风载效应,2、有地震作用时的荷载效应组合所有要求进行地震作用计算的结构要进行有地震作用的荷载组合：,分别为地震荷载代表值、水平地震作用标准值、竖向地震作用标准值、风荷载标准值的荷载效应；,分别为上述各种荷载作用的分项系数；,荷载的组合系数，取0.2。,有地震作用组合的荷载工况：,1、对于所用多层及高层建筑：,1.2x重力荷载效应+1.3x水平地震作用效应,2、对于60m以上高层建筑增加以下一项：,1.2x重力荷载效应+1.3x水平地震作用效应+1.4x0.2x风荷载效应,3、9度设防高层建筑增加以下两项：,1.2x重力荷载效应+1.3x水平地震作用效应+0.5x竖向地震作用效应,1.2x重力荷载效应+1.3x竖向地震作用效应,4、对于9度设防、且为60m以上高层建筑增加以下一项：,1.2x重力荷载效应+1.3x水平地震作用效应+0.5x竖向地震作用效应+1.4x0.2x风荷载效应,3、高层建筑中竖向活荷载的布置,高层结构中，由于活荷载与恒载相比不大，它产生的内力所占比重较小。因此规范规定，活荷载不考虑最不利布置，而用满布活荷载计算内力。一般对梁跨中弯矩乘以1.11.2的放大系数来考虑活荷载的不利影响。,各国办公楼层承受活荷载的标准值,不同建筑物楼层承受活荷载的标准值,活荷载按照荷载规范取值。楼板设计时：直接取用；梁、墙、柱和基础设计时：应将其乘以折减系数，以考虑所给楼面活荷载满布在楼面上的可能性程度。（梁的承载面积越大，荷载满布的可能性越小；楼层数越多，荷载满布的可能性越小。）,活荷载按楼层数的折减系数,当楼面梁的从属面积超过25m2时，设计楼面梁时的折减系数取0.9,4、水平荷载的方向,1、使用阶段层间位移限制（风荷载和小震作用下）,三、侧移限制,2、防止倒塌层间位移限制（大震作用下）,四、舒适度要求,在风荷载作用下，高度超过150m的高层建筑，应满足人使用的舒适度要求。此时，按照重现期为10年的风荷载计算结构顶点加速度，或由风洞试验确定顺风向与横风向结构顶点最大加速度，应满足下列要求：,住宅、公寓：,办公、旅馆：,五、稳定和抗倾覆,由于高层钢筋混凝土结构的等效抗侧刚度大小不等，需进行P-效应的计算。同时，尽可能减轻建筑物自重，对于减小地震反应、降低P-效应产生的破坏有重要意义。,六、抗震结构延性要求和抗震等级,1、延性结构的概念,延性是指构件和结构屈服后，具有承载能力不降低、具有足够塑性变形能力的一种性能，一般用延性比表示延性，即塑性变形能力的大小。塑性变形和耗散地震能量，大部分抗震结构在中震作用下都进入塑性状态而耗能。,构件延性比：,结构延性比：,抗震建筑的延性可通过以下条件来保证：合理选择结构体系；合理布置结构；对构件和连接采用合理的构造措施；保证施工质量,因此，通过设立抗震结构的抗震等级要求、加强构造措施的方法保证结构的延性。,地震复杂，建筑物破坏机理和过程更复杂，精确计算是不可能的。因此，“概念设计”比“数值计算”更重要。概念设计(seismicconceptdesignofbuilding)正确地解决总体方案、材料使用和细部构造，以达到合理抗震设计的目的。,欧洲抗震规范EC-8从四个方面来体现延性：1、非线性设计反映谱及其延性系数2、局部延性水准校核3、能力设计4、构造措施希腊抗震规范NEAK-1995(NewGreekAseismicCode)，这本规范编的简洁实用，希腊是个多地震国家，一千多年前就有地震纪录。延性的体现与欧洲规范相同，只是更加实用，使用方便。台湾1999年的耐震设计规范考虑了：1、非线性设计反映谱及其延性系数2、构造措施,2、概念设计及抗震等级,(1)选择延性材料：钢结构延性好砖石结构延性很差钢筋混凝土结构介于两者之间，需合理设计(2)进行结构概念设计：选择对抗震有利的结构方案和布置；采取减少扭转和加强抗扭刚度的措施；设计延性结构和延性构件；分析结构薄弱层部位，并采取相应措施；防止局部破坏引起连锁效应避免设计静定结构，采取二道防线措施。(3)选择延性结构：(4)钢筋混凝土结构的抗震构造措施及抗震等级：,划分结构抗震等级的意义建筑的重要性、场地的类别、设防烈度、建筑高度、结构类型、构件在结构中的重要程度的不同，对抗震提出不同的要求。抗规将各类情况分为四个抗震等级，以体现在计算中和采取抗震措施上的不同要求。（高层规程中增加特一级抗震等级）结构抗震等级一级对抗震要求最高，以下逐渐降低。,现浇钢筋混凝土房屋的抗震等级,（此表摘自抗震规范中对部分结构形式的规定，未含全部）,地震作用弯矩图（kN.m),重点内容风荷载及计算地震作用地震影响系数曲线底部剪力法的适用条件及计算方法结构抗震验算1、截面抗震验算2、抗震变形验算荷载效应组合及最不利内力抗震结构延性要求和抗震等级,习题1、多层与高层建筑中常采用哪些结构体系？试述每一种结构体系的受力及变形特点。2、什么是抗震规范“三水准”的抗震设防目标及“两阶段”设计方法？3、什么是众值烈度、基本烈度和罕遇烈度？4、画出地震影响系数曲线。5、底部剪力法的适用条件是什么？6、如何理解抗震“概念设计”？,7、荷载组合要考虑哪些工况？8、有地震作用的组合与无地震作用的组合区别是什么?哪些建筑要求前者？哪些建筑要求后者?9、抗震设计的