高层建筑荷载及其效应组合PPT课件

1、 教学提示：教学提示：本章主要介绍了高层建筑本章主要介绍了高层建筑水平荷载水平荷载 作用方向、风荷载作用方向、风荷载的计算；的计算；抗震设防的准则和抗震设防的准则和 基本设计方法，水平地震作用的计算方法（主基本设计方法，水平地震作用的计算方法（主 要是反应谱法）要是反应谱法）与与竖向地震作用竖向地震作用的计算方法。的计算方法。 还介绍了高层建筑结构包括还介绍了高层建筑结构包括承载能力、侧移限承载能力、侧移限 制、舒适度及稳定与抗倾覆制、舒适度及稳定与抗倾覆等方面的总体设计等方面的总体设计 要求；以及高层建筑要求；以及高层建筑荷载效应组合荷载效应组合方法。方法。 第3 3章 高层建筑荷载及其效应

2、组合 教学要求：教学要求：熟练掌握熟练掌握风荷载风荷载的计算方法的计算方法;熟练掌握熟练掌握反应反应 谱方法计算水平地震作用谱方法计算水平地震作用的方法，理解的方法，理解抗震设防的准抗震设防的准 则和基本设计方法则和基本设计方法，反应谱理论反应谱理论; 熟悉熟悉高层建筑的高层建筑的设计要求设计要求; 掌握掌握荷载效应组合的基本原则，各种工况的区别及其荷载效应组合的基本原则，各种工况的区别及其 应用。应用。 高层建筑荷载及作用示意图 高层建筑的荷载包括竖向荷载和水平荷载 简单介绍竖向荷载的计算，因为高层与一 般房屋并无区别。 主要介绍水平荷载风荷载和地震荷载 的计算方法。 3.1 3.1 水平荷

3、载作用下结构简化计算原则 3.1.1 3.1.1 荷载作用方向 风荷载和地震作用方向都是随机的，在一般情况下进行 结构计算时，假设水平荷载分别作用在结构的两个主轴方向。 在矩形平面中，对正交的两个主轴x x、y y 方向分别进行内力 分析如图3.1(a)3.1(a)及3.1(b)3.1(b)所示。其他形状平面可根据几何 形状和尺寸确定主轴方向。有斜交抗侧力构件的结构，当相 交角度大于1515时，应分别计算各抗侧力构件方向的水平 地震作用，如图3.1(c)3.1(c)所示。 水平荷载作用方向图 3.1.2 3.1.2 平面化假定 荷载作用下的房屋结构都是空间受力体系，对框架结构、剪力 墙结构及框

4、架-剪力墙结构进行计算时，可以把空间结构简化为平 面结构，并作以下两个假定。 (1) 每榀框架或剪力墙可以抵抗自身平面内的侧力，平面外刚度很 小，可忽略不计。即不考虑框架(剪力墙)参与抵抗平面外的水平作 用，当作只抵抗自身平面内水平作用的平面结构。 (2) 楼盖结构在自身平面内刚度无限大，平面外刚度很小，可忽略 不计。 根据假定(1)(1)，可分别考虑纵向平面结构和横向平面结构 的受力情况，即在横向水平分力的作用下，只考虑横向 框架( (横向剪力墙) )而忽略纵向框架( (纵向剪力墙) )的作用， 而在纵向水平力作用下，只考虑纵向框架( (纵向剪力墙) ) 而忽略横向框架( (横向剪力墙) )

5、的作用。这样可使计算大 为简化。 3.2 3.2 竖向荷载 竖向荷载包括恒载、楼面及屋面活荷载、雪荷载。恒载 由构件及装修材料的尺寸和材料重量计算得出，材料自重可 查建筑结构荷载规范(GB 50009-2001)(GB 50009-2001)(以下简称荷载 规范) )。楼面上的活荷载可按荷载规范采用，常用民 用建筑楼面均布活荷载见表3-13-1。 常用民用建筑楼面均布活荷载 高层建筑多为钢筋混凝土结构，构件截面尺寸较大，自重大，设 计时往往先估算地基承载力、基础和结构底部剪力，初步确定结构构 件尺寸。根据工程设计经验，钢筋混凝土高层建筑结构竖向荷载，对 于框架结构和框架- -剪力墙结构大约为1

6、21214kN/m14kN/m2 2，剪力墙和筒中筒 结构约为141416kN/m16kN/m2 2。 荷载规范规定：设计楼面梁、柱及基础时，考虑到活荷载各层同 时满布的可能性极少，因此需要考虑活荷载的折减。而钢筋混凝土高 层建筑的恒荷载较大，占竖向荷载的85%85%以上，活荷载相对较小，仅 占竖向荷载的10%10%15%15%。 恒载的计算内容: : 1 1、结构构件( (梁、板、柱、墙、支撑) )的重量 2 2、非结构构件( (粉灰、饰面材料、填充墙、吊顶等) ) 的重量 这些重量的大小不随时间而改变，又称为永久荷载。 恒载标准值等于构件的体积乘以材料的容重。 常用材料的容重为：常用材料的

7、容重为： 钢筋混凝土25kNm3；钢材78.5kNm3 水泥砂浆20kNm3；混合砂浆17kNm3 铝型材28kNm3；玻璃25.6kNm3 杉木4kNm3；腐殖土16kNm3 砂土17kNm3；卵石18kNm3 其他材料的容重可从建筑结构荷载规范(GB500092001) 中查得。 大量的高层住宅、旅馆、办公楼的楼面活荷载较小，在 2.0kN/m2.0kN/m2 2左右。 竖向荷载最不利布置：对于高层建筑当活荷载不大于4.0kN/m2， 可不考虑 ，但跨中弯矩要乘以1.11.21.11.2的扩大系数，大于 4.0kN/m4.0kN/m2，则应考虑最不利布置。 高层建筑竖向荷载还要考虑直升飞机

8、平台的荷载 3.3 3.3 风荷载 空气流动形成的风遇到建筑物时，会使建筑物表面产 生压力或吸力，这种作用称为建筑物所受到的风荷载。风 的作用是不规则的，风压随风速、风向的变化而不断改变。 实际上，风荷载是随时间波动的动力荷载，但设计时一般 把它视为静荷载。长周期的风压使建筑物产生侧移，短周 期的脉动风压使建筑物在平均侧移附近摇摆。 对于高度较大且较柔的高层建筑，要考虑动力效应， 适当加大风荷载数值。确定高层建筑风荷载，大多数情 况( (高度300m300m以下) )可按照建筑结构荷载规范规定的 方法，少数建筑( (高度大、对风荷载敏感或有特殊情况) ) 还要通过风洞试验确定风荷载，以补充规范

9、的不足。 3.3.1风荷载标准值（kN/ m ） 1 当计算主要承重结构时： 0 )( zs zzk 2 当计算围护结构时 ： 3 基本风压 一般高层建筑取重现期为5050年的风压值计算风荷载，但不得小于 0.3KN/m0.3KN/m2 2。 对于风荷载比较敏感的高层建筑，承载力设计时应乘以1.11.1的系数。 在进行舒适度计算时，取重现期为1010年的风压值计 算风荷载。 0 () kg zsz z 0 风压高度变化系数 z 对于平坦或稍有起伏的地形，风压高度变化系数应根据地面租糙 度类别按表3-1确定。 地面粗糙度可分为A、B、C、D四类: 一A类指近海海面和海岛、海岸、湖岸及沙漠地区;

10、一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; 一C类指有密集建筑群的城市市区; 一D类指有密集建筑群且房屋较高的城市市区。 风载体型系数 : 建筑物各个表面风作用力的平均值与基本风压的比值。 s 计算主体结构的风荷载效应时，风荷载体型系数可按下列规定采用: 1、圆形平面建筑取0.8; 2、正多边形及截角三角形平面建筑，由下式计算: 式中n-多边形的边数。 3、高宽比不大于4的矩形、方形、十字形平面建筑取1.3; 4、下列建筑取1.4: l）V形、Y形、弧形、双十字形、井字形平面建筑; 2）L形、槽形和高宽比H/B大于4的十字形平面建筑; 3）高宽比H/B大于4，长宽比L/

11、B不大于1.5的矩形、鼓形平面建筑。 5、在需要更细致进行风荷载计算的场合，风荷载体型系数可按表3-3或由风洞试验确定。 s n s /2.18.0 风振系数z 对于基本自振周期大于0.25s的工程结构，以及高度大于30m且高宽比大于1.5的房屋建筑，应考 虑风压脉动对结构发生顺风向风振的影响。 z z z 1 z-振型系数，可由结构动力学计算确定，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/H的比值; -脉动增大系数，可按表3-4采用; -脉动影响系数，外形、质量沿高度比较均匀的结构可按表3-5采用; z-风压

12、高度变化系数。 总体风荷载：建筑物各个表面风荷载的合力，是沿高度变化的分布荷载，用于计算结构侧移 和各构件的内力。 )coscoscos( 2221110nnnszz BBBwW 局部风荷载：用于计算局部构件、围护构件或维护构件与主体 的连接。 对于檐口、雨蓬、遮阳板、阳台等突出构件的上浮力，取s 2.0。 对封闭式建筑，内表面按外表面风压的正、负情况取0.20或 +0.20。 3.3.3 风洞试验 高层规程（JGJ3-2010)规定：高度大于200m或有 下列情况之一的建筑物，宜按风洞试验确定风荷载。 1、平面性状不规则、立面形状复杂； 2、立面开洞、连体建筑； 3、 周围地形和环境复杂的建

13、筑物 【例3.1】 某10层现浇浇框架框架- -剪力墙结构办公楼，其平面及剪力墙结构办公楼，其平面及剖剖面如图面如图 3.4所示。当地基所示。当地基本本风风压压为为0.7kN/m2，地面，地面粗糙粗糙度为度为A类类，求在图示，求在图示 风向作用下，建筑物各楼层的风力风向作用下，建筑物各楼层的风力标准值标准值。 解 T1 =0.06N=0.0610=0.6(s) w0=0.70kN/m2 w0T12=0.700.62=0.252，由表3.4 得 =1.324 B=50.15，H/B=39.3/50.15=0.783 A 类地面， v =0.460（线性插入法） 根据地面粗糙度A类和离地高度Hi查

14、表可得相应的z值 各楼层位置处的风振系数计算结果见表3-1。 风荷载体型系数s=0.8+0.5=1.3 各楼层总总风力F=A i ziszi0，计算结果见表3-2。 表3-1各楼层位置处的风振系数计算结果 0.46 0.46 表3-2各楼层总风力F 计算结果 1.30 作业：某9 9层现浇框架- -剪力墙结构办公楼，其平面及剖面同书 上例题3.13.1，当地基本风压为0.50kN/m0.50kN/m2 2，地面粗糙度为C C类，建 筑物总长7 76m6m，宽5.7+2.4+5.7m, 5.7+2.4+5.7m, 底层层高4.6m4.6m，其它层3.6m3.6m， 求在平行于建筑物长向的风荷载作

15、用下，建筑物各楼层的风力 标准值。 3.4.1 地震作用的特点 地震作用：地震作用：地震时，由于地震波的作用产生地面运动， 并通过基础影响上部结构，使结构产生震动。 地震效应: : 地面运动产生的结构反应，包括加速度、速度、位移反应。 地面运动特性的特征量（三要素）：强度（振幅大小），频谱( (周期长短) )与持续时间。 周期：物体作往复运动或物理量作周而复始的变化 时，重复一次所经历的时间。 3.4 3.4 地震作用 震中距的影响 建筑物本身的动力特性对建筑破坏程度有很大的影 响 建筑物的动力特性：主要指建筑物的自振周期、振 型和阻尼。 自振周期: :结构按某一振型完成一次自由振动所需要的时

16、间 阻尼: :使自由振动衰减的各种摩擦和其他阻碍作用 震源 震中 等震线 震中距 地震的几个名词 地面上任何一点到震中的直线距离称为震中距。同样大小的地震，在震中距 越小的地方，影响或破坏越重。 3.4.2 抗震设防准则和基本方法 抗震设防：是对建筑物进行抗震设计并采取一定的抗震 措施，以达到结构抗震的效果和目的。 抗震设防的目标：( (三水准) ) “ “小震不坏，中震可修，大震不倒小震不坏，中震可修，大震不倒” 抗震设计三水准：抗震设计三水准： 第三水准：大震不倒，5050年超越概率为2 23%3%，地震烈度比基本烈度高 ，重现期20002000年（宜通过概念设计与构造措施达到具有多道防线

17、） 第二水准：中震可修，5050年超越概率为10%10%，地震烈度等于基本烈度高 ，重现期475475年，规范以此定义基本烈度； 第一水准：小震不坏，5050年超越概率为63%63%，地震烈度低于基本烈度一 度半，重现期5050年。 超越概率：在一定时期内，工程场地可能遭遇大于或等于给定的地震烈度值或地震动参数值的概率。 重现期：在同一地区内某一震级地震重复发生所需要的时间间隔。 设地震重现期为n年，则地震年均发生概率为=1/n。则在年限T年内，地震发生的概率P近似为波松分布： 一般建筑的设计使用年限为50年，地震的发生概率也以50年为基准周期。基本设防地震定为超越概率为10%的地 震 重现期

18、为50的地震在使用年限50年内的发生概率为63%，通过下式可以看出： 用同样的算法，超越概率2%的大震重现期为2475年。 1.在遭受低于本地区设防烈度的多遇地震的影响时， 建筑物一般不受损坏或不需修理仍可继续使用。（此 时建筑物基本上处于弹性阶段,小震） 2.在遭受本地区规定的设防烈度的地震的影响时，建 筑物（包括结构和非结构部分）可能有一定损坏，但 不至危及人民生命和生产设备的安全，经一般修理仍 可继续使用。（此时建筑物进入弹塑性阶段，中震） 3.在遭受高于本地区设防烈度的预估罕遇地震的影 响时，建筑物不致倒塌或发生危及生命的严重破坏。 （此时建筑物将产生严重破坏但不至于倒塌，大震） 抗震

19、规范以二阶段设计法来实现上述“三水准三水准”抗震设计目标。抗震设计目标。 第一阶段设计：按小震作用效应和其它荷载效应的基本组合验算结构构件的承载能力，以及小震作用 下验算结构的弹性变形，以满足第一、二水准的要求。然后通过概念设计和构造措施来满足第三水准 的要求。 第二阶段设计：对于有特殊要求的建筑和地震时容易倒塌的结构，按大震作用下验算结构的弹塑性变 形，以满足第三水准的要求。 建筑物的抗震设防类别: 建筑应根据其使用功能的重要性分为甲类、乙类、丙类和丁类四个抗震设防类别。 甲类建筑（特殊设防类）：应属于重大建筑工程和地震时可能发生严重次生灾害的建筑， 乙类建筑（重点设防类 ）：应属于地震时使

20、用功能不能中断或需尽快恢复的建筑，包括未成年人学校、医 院。 丙类建筑（标准设防类）：应属于除甲、乙、丁类以外的一般建筑， 丁类建筑（适度设防类）：应属于抗震次要建筑。 各抗震设防类别建筑的抗震设防标准，应符合下 列要求： 1、特殊设防类(甲类建筑)：地震作用应高于本地区抗震设防烈度的要求，其值应按批准的地震安全性评价结果确 定；抗震措施，当抗震设防烈度为度时，应符合本地区抗震设防烈度提高一度的要求，当为度时，应符 合比度抗震设防更高的要求。 2、重点设防类 (乙类建筑) ：地震作用应符合本地区抗震设防烈度的要求；抗震措施，一般情况下，当抗震设防 烈度为度时，应符合本地区抗震设防烈度提高一度的

21、要求，当为度时，应符合比度抗震设防更高的要 求；地基基础的抗震措施，应符合有关规定。 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。 3、标准设防类（丙类建筑），地震作用和抗震措施均应符合本地区抗震设防烈度的要求。 4、适度设防类（丁类建筑），一般情况下，地震作用仍应符合本地区抗震设防烈度的要求；抗震措施应允许仍比本地区 抗震设防烈度的要求适当降低，但抗震设防烈度为度时不应降低。 抗震设防烈度为度时，除抗震规范有具体规定外，对乙、丙、丁类建筑可不进行地震作用的计算。 3.4.3 抗震计算理论 计算地震作用的方法可分为静力法、反应谱方法（

22、拟 静力法）和时程分析法（直接动力法）。 1 1、反应谱理论 反应谱：单质点弹性体系在一定的地面运动 作用下，其最大反应（加速度，速度和位移 反应）与体系自振周期之间的变化曲线（谱 曲线）。 单质点体系在地震水平运动作用下将产生地 面的水平运动，此时质点上作用有三种力。 单质点体系的地震作用根据其自振周期对应的 反应谱值由下式计算得到： F=mSa=（mg）k=G 式中m：质量 ； Sa：地震反应谱； k：地震系数 ； ：动力系数 ； G：质点重量 ：地震影响系数 2、直接动力理论 用地震波（加速度时程）作为地面运动输入，直接 计算并输出结构随时间而变化的地震反应。 地震波的选取： 采用弹塑性

23、动力分析方法进行薄弱层验算时，宜符 合以下要求： 1、应按建筑场地类别和设计地震分组选用不少于两 组实际地震波和一组人工模拟的地震波的加速度时 程曲线； 2、地震波按持续时间不宜少于12s计算，数值化时距可取为0.01s或0.02s 3 输入地震波的最大加速度，可按下表采用： (用于0.15g和0.3g的地区） 抗震设防 烈度 7度8度9度 Amax(cm/s2)220(310)400(510)620 3.4.4 设计反应谱 地震影响系数： 地震作用： 最大加速度Sa，k地震系数，g重力加速度 地震影响系数， k ； 是动力系数 G质点的重量，Gmg； 因此计算地震作用大小的关键在于确定值。其

24、 直接变量为结构自振周期，另外还和场地特征周期和 结构阻尼比有关 。然后按抗震规范中给出的地震 影响系数曲线确定 自振周期T:结构按某一振型完成一次自由振动所需要 的时间 kgS a / GF Tg(特征周期值) 是地震影响曲线下降段起始点对应的周期值，与土质的坚硬度有关，场地土愈软，Tg值越大 1、除有专门规定外，钢筋混凝土结构的阻尼比应取0.05，此时，阻尼调整系数2=1 ；曲线下降段衰减 指数=0.9 ，直线下降段的下降斜率调整系数1=0.02 2、当建筑结构的阻尼比按有关规定不等于0.05时： 55.0 05.0 9.0 8/)05.0(02.0 1 7.106.0 05.0 1 2

25、2 阻尼调整系数，当小于0.55时，应取0.55 水平地震影响系数最大值max max 应按表3-8取值； 特征周期应根据场地类别和设计地震分组按表3-9 取值。 设防烈度对应的多遇地震和罕遇地震的max max 3.4.5 水平地震作用计算 A、 底部剪力法: 1 1 适用范围：高度不超过40m,以剪切变形为主且质量和刚度沿高度分布比较均匀的结构。 2 2 结构的底部总剪力标准值按下列公式计算： FEk结构在水平地震作用下底部总剪力标准值 1 相应于结构基本自振周期的水平地震影响系数。 Geq结构总重力荷载，单质点应取总重力荷载代表值，多质点可取总重 力荷载代表值的85%。 重力荷载代表值：

26、 应取结构和构配件自重标准值和 可变荷载组合值之和，见P68 eqEk GF 1 ieq GG85.0 Fi质点i的水平地震作用标准值 Hi，Hj分别为质点i，j的计算高度 n为了考虑高振型的影响，顶部附加地震作 用系数，多层钢筋混凝土和钢结构房屋按表3-12 基本周期T11.4Tg时，高振型影响小，不考虑顶部附 加水平力， n = 0；基本周期T11.4Tg时， n与Tg 有关 Eknn nEk n j jj ii i FF F HG HG F )1( 1 表3-10场地特征周期（Tg) 各地区处于哪一组可在地震规范中查到，其中桂林等广西县级以上城 镇均属第一组，全国大部分属第一组 设计地震

27、分组反映了震中距的影响，在相同烈度下，震中距离远 近不同和震级大小不同的地震产生的震害是不同的。例如，同样是7 度，如果距离震中较近，则地面运动的频率成分中短周期成分多，场 地卓越周期短，对刚性结构造成的震害大，长周期的结构反应较小； 如果距离震中远，短周期振动衰减比较多，场地卓越周期比较长，则 高柔的结构受地震的影响大。抗震规范用设计地震分组粗略地反 映这一宏观现象。分在第三组的城镇，由于特征周期Tg较大，长周期 结构的地震作用会较大。 土的类型岩土名称和性状 土层剪切波速范围m/s 坚硬土或岩石I稳定岩石，密实的碎石土se500 中硬土II 中密，稍密的碎石土，密实中密的砾，粗 中砂fak

28、200的粘性土和粉土，坚硬黄土 500se250 中软土III 稍密的砾，粗中砂，除松散外的粉细砂， fak200的粘性土和粉土，fak130的填土， 可塑黄土。 250se140 软弱土IV 淤泥和淤泥质土，松散的砂，新近沉积的 粘性土和粉土，fak130的填土，流塑黄土。 se140 场地土类别的划分 T0(场地卓越周期值) 是根据覆盖层厚度与土层剪切波速 按公式T0=4H/计算的周期，表示场地土最主要的振动特性。 覆盖土层愈厚，剪切波速愈小，场地土愈差，基本周期 就愈长，一般来说就愈接近高层建筑的自震周期，其地震效 应愈大。 许多规范中场地覆盖层厚度指地表面至剪切波速大于 500ms坚硬

29、土层顶面的距离。 当建筑物的自振周期与场地土的卓越周期相等或接近时， 会产生共振，建筑物的震害较严重。 鞭端（鞘）效应:当建筑物有突出屋面的小建筑物，如屋顶间、女儿墙等时， 由于这些建筑物的质量和刚度突然变小，地震反应随之加大。这种现象称为 “鞭端效应”。对多层建筑，抗震规范（GB500112001）规定，当采用底 部剪力法计算这类建筑的地震作用效应时，宜乘以增大系数3，此增大部分不 应向下传递，但与该突出部分相连的构件应予以计入。对于高层建筑，增大系 数应按高规（JGJ32002)附录B.0.3之规定选用。 n F n F i F 1n F B B、振型分解反应谱法 因结构计算模型分为水平结

30、构和空间结构，振型 组合也有两种方法。这里主要介绍： 1、 平面结构振型分解反应谱法 结构j振型i质点的水平地震作用标准值，应按下列 公式确定： Fij=jjXjiGi （i=1,2n, j=1,2m） 式中：Fji j振型i质点的水平地震作用标准值 j相应于j振型自振周期的地震影响系数 Xjij振型i质点的水平相对位移 jj振型的参与系数 Gi集中于i质点的重力荷载代表值。 N个质点就有n个振型，而且每个方向都有，空 间分析即有3n个振型，平面分析时2n 个振型2。 n i iji n i iji j GX GX 1 2 1 振型的参与系数： 表示每个振型表示每个振型 地震时对建筑物作用大小

31、的影响。地震时对建筑物作用大小的影响。 2 2、振型组合 水平地震作用效应（弯矩、剪力、轴力和变形），应按下式确定： 2 jEk SS SEk水平地震作用标准值的效应 Sjj振型水平地震作用标准值的效应，可只取前23个振型，当基 本自振周期大于1.5s或房屋高宽比大于5时，振型个数应适当增加。 振型参与等效质量( (重量） 公式： 一般结构总是由前几个振型 起主要作用，工程设计中， 只需要有限个振型计算内力 和位移。如果有限个振型参 与的等效质量达到总质量的 90%，就认为计算满足工程 需要了。 振型组合：各振型产生的内力和 位移不一定在同一时间达到最大 值，不能简单地将个振型的内力 和位移相

32、加，而是通过概率统计 将各振型的内力和位移组合起来。 振型参与等效质量重量：表示计 算需要多少个振型来考虑其对建 筑物的影响 C、验算 抗震验算时，结构任一楼层的水平地震剪力应符合下式要求： 式中： VEki第i层对应于水平地震作用标准值的楼层剪力； 剪力系数，不应小于表3-13规定的楼层最小地震剪力系数值，对竖向不规则结构的薄弱层，尚 应乘以1.15的增大系数； Gj第j层的重力荷载代表值 ; n -结构计算总层数。 n ij jEki GV 表3-13 楼层最小地震剪力系数值 注：1 基本周期介于3.5s和5.0s之间的结构，可插入取值； 2 括号内数值分别用于设计基本地震加速度为0.15

33、g和0.30g的地区 【例3.2】某工程为8层框架结构，梁柱现浇、楼板预制，设 防烈度为7度，II类场地土，地震分组为第二组，尺寸如图 3.10所示。现已计算出结构自振周期T1=0.58s；集中在屋盖 和楼盖的恒载为顶层5400kN，27层5000kN，底层6000kN； 活载为顶层600kN，17层1000kN，按底部剪力法计算各楼层 地震作用标准值与剪力。 解： 楼层重力荷载标准值： 顶层：G8=5400+0 0600=5400kN 27层：G27=5000+50%1000=5500kN 1 层： G1=6000+50%1000=6500k N 总重力荷载代表值： G=Gi=5400+55

34、006+650 0=44900kN 总地震作用标准值。 根据地震分组和场地类别查表3-10得到：Tg=0.4s；由7度设防查表3-9得 ：max=0.08； 钢筋混凝土结构的阻尼比=0.05，则衰减指数=0.9，Tg T1=0.58s5Tg 。 结构等效总重力荷载代表值为： Geq=0.85GE=0.8544900=38165 kN 总地震作用标准值为： 0.057338165=2186.85 kN 0.9 1max 1 0.4 0.080.0573 0.58 g T T 1E Keq FG 各楼层地震作用标准值。 由于T1=0.58s1.4Tg=1.40.4=0.56，应考虑顶部附加水平 地

35、震作用 查表3-12 得： n =0.08T1+0.01=0.080.58+0.01=0.0564 Fn =nFEk =0.05642186.85=123.34kN 计算结果如表3-15和图3.11所示。 【例3.3】如图3.12所示的3层钢筋混凝土框架结构，各部分尺寸如图 3.12(a)所示。各楼层重力荷载代表值为G1=1200kN，G2=1000kN， G3=650kN(如图3.12(b)所示)，场地土II类，设防烈度8度，地震分组在 第二组。现算得前3个振型的自振周期为T1=0.68s，T2=0.24s，T3=0.16s， 振型分别如图3.3(c)3.3(e)所示。试用振型分解反应谱法求

36、该框架结 构的层间地震剪力标准值。 计算各质点的水平地震作用。 各振型的地震影响系数： 根据场地类型、设防烈度、地震分组，查表得Tg=0.40s，max=0.16 ； 钢筋混凝土结构的阻尼比=0.05，则衰减指数=0.9，Tg T1=0.68s5Tg； 根据各振型的自振周期T1、T2、T3，可以得到3种振型下的地震影响系 数 0.9 1 1 m ax 0.4 0.160.10 0.68 g T T 23m ax 0.16 23max 0.16 各振型参与系数： 1 1 222 2 1 1.00012001.73510002.148650 0.601 1.00012001.73510002.14

37、8650 n jii i n jii i XG XG 同理可得： 各质点的水平地震作用 ，按公式计算得： 2 0 .2 9 1 3 0 .1 9 3 ji F jijjjii FxG 3.4.6 3.4.6 结构自振周期的计算 计算方法：理论计算、半理论半经验公式和经验公式。 1、理论计算（在采用振型分解反应谱计算时应 用）：有刚度法和柔度法 理论方法得到的周期比结构的实际周期长，原因 是计算中没有考虑填充墙等非结构构件对刚度的 增大作用，实际结构的质量分布、材料性能、施 工质量等也不像计算模型那么理想。若直接用理 论周期值计算地震作用，则地震作用可能偏小， 因此必须对周期值(包括高振型周期值

38、)作修正。刚 度增大后周期折减系数（P74）： 框架：框架：0.60.60.70.7，框架，框架剪力墙：剪力墙：0.70.70.80.8 剪力墙剪力墙: 0.8: 0.81.0 1.0 框架框架核心筒：核心筒：0.80.80.90.9 2 2，半理论半经验公式 （采用底部剪力法时应用）： 1） 顶点位移法 T T 01 7.1 重力荷载作为水平力作用于各质点上计算结构的弹性侧移 曲线，得顶点的以弹性侧移T（单位是m), 0为结构基本周期 修正系数，取值同前。 2 ）能量法 计算步骤： 以重力荷载作为水平力作用于各质点上 计算结构的弹性侧移曲线，得各质点的弹性侧移i N i ii N i ii

39、Gg G T 1 1 2 01 2 3 3、经验公式（仅用于估算） 1） 钢筋混凝土剪力墙结构，高度2550m，剪力墙间距6m左右： T1横=0.06n T1纵=0.05n 2） 钢筋混凝土框架剪力墙结构： T1=（0.060.09）n 3 ）钢筋混凝土框架结构： T1=（0.080.10）n 4 ）钢结构： T1=0.10n n建筑物层数 3.4.7 竖向地震作用计算 在设防烈度8、9度的大跨度梁和长悬臂结构中，9度 时的高层建筑，其竖向地震作用标准值应按下列公 式确定； eqvEvk GF max Evk n j jj ii vi F HG HG F 1 式中 : FEvk结构总竖向地震作

40、用标准值 Fi质点i的竖向地震作用标准值。 vmax 竖向地震影响系数的最大值，取0.65max 。 Geq结构等效总重力荷载，可取其重力荷载代表值的75%。 楼层的竖向地震作用效应可按各构件承受的重力荷载代表值的比例分配， 并宜乘以增大系数1.5。 竖向地震作用计算 高层建筑中，大跨度结构、悬挑结构、转换结构、连体结构的连接体的竖向地震作用标准值，不宜小 于结构或构件承受的重力荷载代表值与下表所规定的竖向地震作用系数的乘积。 竖向地震作用系数 3.5.1 承载力验算 结构构件承载力验算的一般表达式 无地震组合时 0SR 有地震组合时 SE RE/RE 0为结构的重要性系数，RE为承载力抗震调

41、整系数 S为不考虑地震作用时荷载效应组合下构件内力设计值 SE为考虑地震作用时荷载效应组合下构件内力设计值 R和RE分别为不考虑和考虑地震作用荷载效应组合下构件抗力 3.5 3.5 设计要求及荷载效应组合 钢筋混凝土构件RE RE取值如下： 构件类别 梁 轴压比小于 0.15的柱 轴压比不 小于 0.15的柱 剪力墙 各类构件 节点 受力状态 受弯 偏压 偏压 偏压 局压 受剪 偏拉 受剪 RE 0.750.75 0.8 0.85 1 0.85 0.85 1. 承载力抗震调整系数RE1是考虑到如下两个 因素： （1）动力荷载下材料强度比静力荷载下要高，即 地震作用下材料发生硬化，强度有一定的提

42、高。 （2）地震作用是持续时间很短的间接作用，结构 的抗震设计的可靠度可以低于非抗震设计可靠度。 2.结构在设防烈度下的抗震验算根本上应该是弹 塑性变形验算，承载力抗震调整系数RE的不同反 应了不同受力状态下构件的延性是不同的，体现 了强柱弱梁、强剪弱弯、更强节点”的设计原则。 承载力（抗力）抗震调整系数 3.5.2 侧移限制 1 1、使用阶段层间位移限制 层间位移限制：（u/h)maxu/h 原因原因：防止主体结构开裂，破坏；防止填充墙和装修 开裂、破坏；过大的变形会使电梯等无法正常工作； 并使人有不舒适感；过大的侧移还会使结构产生附加 应力。 (1)在风载和常遇地震作用下，按弹性方法计算的

43、楼层层间最大位移与层高比 u/h限值，当H150m时，见下表： 结构类型u/h 框架1/550 框剪、框-筒、板柱-剪力墙1/800 筒中筒1/1000 框支层1/1000 (2) H250m时 u/h1/500 150H250m，u/h用限值线性内插法插入 取用。 2 2、防止倒塌层间位移限制 在罕遇地震作用下，高层建筑结构不能倒塌，这就要求建筑物有足 够的刚度，使弹塑性变形在限定的范围内，罕遇地震作用下的弹塑 性层间位移限值按表3-18 选用。对下列高层建筑结构应进行罕遇地 震作用下薄弱层的弹塑性变形验算。 (1) 79 度设防楼层屈服强度系数y小于0.5的钢筋混凝土框架结 构。 (2)

44、高度大于150m 的钢结构。 (3) 甲类建筑和乙类建筑中的钢筋混凝土结构和钢结构。 (4) 采用隔震和消能减震设计的结构。 隔震 消能 表3-18层间弹塑性位移角限值 结构类型p 框架1/50 框剪、框筒、板柱剪力墙1/100 筒中筒1/120 框支层1/120 简化计算时结构薄弱层（部位）的位置可按下列情况确 定： 1、 楼层屈服强度系数沿高度分布均匀的结构，可取底 层； 2、 楼层屈服强度系数沿高度分布不均匀的结构，可取 该系数最小的楼层（部位）及相对较小的楼层，一般不 超过23处。 楼层屈服强度系数：按构件实际配筋和材料强度标准值 计算的楼层受剪承载力和按罕遇地震作用标准值计算的 楼层

45、弹性地震剪力的比值 3.5.3 舒适度要求（P4） 高度超过150m的高层建筑，在风荷载作用下，按10年重现 期计算结构顶点加速度要求满足下列要求 结构顶点最大加速度限值max max 使用功能max 住宅，公寓 （要求更高） 0.15 办公，旅馆0.25 舒适度与风振加速度的关系舒适度与风振加速度的关系 不舒适的程度不舒适的程度 加速度加速度不舒适的程度不舒适的程度 加速度加速度 无感觉无感觉0.005g十分扰人十分扰人0.05g0.15g 有感有感0.005g0.015g不能感受不能感受0.15g 扰人扰人0.015g0.05g 楼盖竖向振动加速度限制楼盖竖向振动加速度限制 人员活动环境人

46、员活动环境 峰值加速度限值（峰值加速度限值（m/s2） 竖向自振频率不大于竖向自振频率不大于 2HZ 竖向自振频率不小于竖向自振频率不小于 4HZ 住宅、办公住宅、办公0.270.05 商场及室内连廊商场及室内连廊0.220.15 3.5.4 3.5.4 稳定与抗倾覆（P5P5） 高层建筑在重力荷载下一般都不会出现整体丧失稳定 的问题，但在水平荷载下会出现P-效应 P-P-效应：在水平荷载作用下，高层建筑出现侧移 后，重力荷载会产生附加弯矩，附加弯矩又会增大侧 移，这种二阶效应称为P-效应。（P P任一楼层的重力荷载） 因此，某些情况下，高层建筑计算要考虑P-效应， 即结构整体稳定验算。 3.

47、5.5 高层钢筋混凝土结构的稳定验算 在水平力作用下，当高层建筑结构满足下列规定时，可不考虑重力二阶效应的不利影响。 1、 剪力墙、框架剪力墙结构、筒体结构 2、 框架结构： 式中：EJd结构在一个主轴方向的等效侧向刚度。 H房屋高度 Gi,Gj分别为第i, j楼层的重力荷载设计值 Di第I楼层的弹性等效侧向刚度，可取该层剪力与层间位移 的比值。 n结构总层数。 n i id GHEJ 1 2 7.2 n ij iji hGD/20 需要考虑重力二阶效应高层建筑结构的稳定应符 合下列规定 1、 剪力墙、框架剪力墙结构、筒体结构 2、框架结构： （i=1,2,n) n i id GHEJ 1 2

48、 4.1 n ij iji hGD/10 3.5.6 高层建筑抗倾覆问题 如果高层建筑的侧移很大，其重力作用合力点移至基底平面范围以外，则可能发生倾覆问题。正常设 计的高层建筑不会出现倾覆问题。 原因：1、高宽比控制 2、基础底面零应力区面积的控制 （对高宽比大于4的高层建筑，在地震作用下不允许出现零应力区，其他基础，零应力区面积不 应超过基础底面积底0.15） 高层建筑结构的抗倾覆验算应满足: MR/MOV1 MR为稳定力矩,计算时恒载取90%,楼面活载取50%; MOV为倾覆 力矩,取设计值。 3.6 抗震结构延性要求和抗震等级 3.6.1 延性结构的概念 延性：构件和结构屈服后，在承载力

49、基本不降低的前提下（一般取承载力的85%)，结构（构件） 的变形能力。一般用延性比表示。 构件延性比：极限变形与屈服变形之比。 结构延性比：结构达到极限时顶点位移与屈服时顶点位移的比值。 抗震结构应设计成延性结构，通过结构延性吸收能量，抵抗罕遇地震作用。 用延性系数表示结构屈服后变形的能力大小，要求为48 延性系数： 构件破坏时的变形 构件屈服时的变形 构件的延性主要依靠合理的截面尺寸、适宜的配筋和充分的构造 措施来保证。 1、钢筋的抗拉强度实测值与屈服强度实测值之比不应小于1.25； 2、钢筋的屈服强度实测值与屈服强度标准值之比不应小于1.3； 3、钢筋最大拉力下的总伸长率实测值不应小于5%

50、 y v v y 3.6.2 概念设计与抗震等级 建筑抗震概念设计（P6）（seismic concept design of buildings）：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，进行建筑总体布置并确定细部构造的过程。 目的：将抗震结构设计成延性结构。 方法：钢筋混凝土结构的抗震构造措施 钢筋混凝土结构的抗震等级：为了体现不同烈度下不同结构体系、不同高度有不同的抗震（延性）要 求。 所谓概念设计是指一些在计算中或在规范中难以作出所谓概念设计是指一些在计算中或在规范中难以作出 具体规定的问题，必须运用概念进行分析，作出具体规定的问题，必须运用概念进行分析，作出判断，并

51、判断，并 采取相应的措施采取相应的措施(P35),一般包括三部分一般包括三部分: 1.建筑结构的规则性建筑结构的规则性 2.建筑体系的合理性建筑体系的合理性 3.结构和构件的延性结构和构件的延性 需要设计人员深厚的基础理论与丰富的实践经验需要设计人员深厚的基础理论与丰富的实践经验 A级高度的高层建筑结构抗震等级 3.7 荷载效应组合及最不利内力 3.6.1 荷载效应组合 1. .无地震作用时的效应组合 一般表达式:(适用于所有结构) S=GSGk+ Q1Q1SQ1k+ w w Swk 式中：S S荷载效应组合的设计值； S SGk Gk，S SQ Q1 1k k，S SWkWk分别为恒荷载、活

52、荷载和风荷载标准值计算的荷载效应； G G、Q Q1 1、W W分别为恒荷载、活荷载和风荷载效应分项系数； Q Q1 1、W W分别为活荷载和风荷载的组合系数。 (1)规范对应考虑的各种工况的分项系数和组合系数 作如下规定。 组合系数Q Q1 1要考虑两种情况: 可变荷载控制的组合，根据可变荷载控制情况取值 永久荷载控制的组合，取Q Q1 1=0.7=0.7。 风荷载取W W=1.4=1.4,其组合系数W W为： 风载控制时取W W=1.0=1.0，可变荷载控制时取W W=0.6=0.6。 位移计算时，为正常使用状态，各分项系数均取 1.01.0。 2) 2) 根据组合一般规律，高层建筑的无地

53、震作用组合工况有两种。 永久荷载效应起控制作用： 1.351.35恒载效应恒载效应+1.4+1.40.70.7活载效应活载效应 可变荷载效应起控制作用： a.a.风荷载为主要可变荷载，楼面活载为次要可变荷载时： 1.21.2恒载效应恒载效应+1.4+1.40.70.7活载效应活载效应+1.4+1.41.01.0风载效应风载效应 b.楼面活载为主要可变荷载，风荷载为次要可变荷载时： 1.21.2恒载效应恒载效应+1.4+1.41.01.0活载效应活载效应+1.4+1.40.60.6风载效应风载效应 2.有地震作用时的效应组合有地震作用时的效应组合： 一般表达式为： SE=GSGE+EhSEhk+EvSEvk+wwSwk 式中：S SE E有地震作用荷载效应组合的设计值 S SGE GE，S SEhkEhk，S SEvkEvk，S SWkWk分别为重力荷载代表值、水平地震作用标准值和竖 向地震作用标准值、风荷载标准值的荷载效应； G G，Eh Eh， Ev Ev， W W分别为上述各种荷载作用的分项系数； W W风荷载的组合系数，一般结构取0.00.0，风荷载起控制作用的高