荷载与地震作用

1、高层建筑结构高层建筑结构上的主要作用上的主要作用结构构件重量结构构件重量非结构构件重量非结构构件重量楼面活荷载楼面活荷载屋面活荷载屋面活荷载雪荷载雪荷载风荷载风荷载地震作用地震作用温度作用温度作用混凝土收缩徐变混凝土收缩徐变恒载恒载活荷载活荷载荷载荷载非荷载非荷载因素因素一一. .竖向荷载竖向荷载 （一）恒载（一）恒载 为结构自重，装饰层重等。为结构自重，装饰层重等。 结构自重结构自重= =构件设计尺寸材构件设计尺寸材 料单位体积自重料单位体积自重（二）楼面活荷载（二）楼面活荷载 见表见表3 3.1.1 （三）屋面均布活荷载（三）屋面均布活荷载 上人的平屋顶上人的平屋顶 2.0 2.0 kN/

2、mkN/m2 2 不上人的平屋顶不上人的平屋顶 0.5 0.5 kN/mkN/m2 2 直升机的等效均布荷载为直升机的等效均布荷载为 5 5 kN/mkN/m2 2（四）雪荷载（四）雪荷载 kr0SS2 ,48ah m am ha02kN/m0.45(n=50S年）。长沙：长沙：式中式中 Sk 雪荷载标准值雪荷载标准值; r 屋面积雪分布系数；屋面积雪分布系数； S0 基本雪压基本雪压; 二二. .风荷载风荷载 (3-2)式中式中 建筑物表面单位面积上的风载标准值；建筑物表面单位面积上的风载标准值； 风载体形系数；风载体形系数； 风压高度变化系数；风压高度变化系数； 基本风压值；基本风压值；

3、风振系数。风振系数。kzzs0ww kwzzs0w基本风压值及各系数取值与计算：基本风压值及各系数取值与计算： 1. 1.基本风压值基本风压值一般高层建筑最大风压重现期为一般高层建筑最大风压重现期为50年；年； 特别重要或对风荷载比较敏感的高层建筑特别重要或对风荷载比较敏感的高层建筑 按按100年重现期的风压值采用。年重现期的风压值采用。 长沙：长沙：0w02kN/m0.35(n=50w年）02kN/m0.45(n=100w年）2.2.高度变化系数高度变化系数z离地面或海离地面或海平面高度平面高度(m)地面粗糙度类别地面粗糙度类别ABCD51015203040506070801.171.381

4、.521.631.801.922.032.122.202.271.001.001.141.251.421.561.671.771.861.950.740.740.740.841.001.131.671.771.861.950.620.620.620.620.620.730.840.931.021.11表表3.2离地面或海离地面或海平面高度平面高度(m)地面粗糙度类别地面粗糙度类别ABCD901001502002503003504004502.342.402.642.832.993.123.123.123.122.022.092.382.612.802.973.123.123.121.621.7

5、02.032.302.542.752.943.123.121.191.271.611.922.192.452.682.913.123. 3.体形系数体形系数s表表3-3 高层建筑体型系数高层建筑体型系数s序号序号名称名称建筑体型及体型系数建筑体型及体型系数1矩形平面矩形平面2Y形平面形平面3L形平面形平面+0.8-0.6-0.6(0.480.03)HBH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、6-0.6序号序号名称名称建筑体型及体型系数建筑体型及体型系数4U形平面形平面5十字形平面十字形平面6六边形平面六边形平面7圆形平面圆形平面-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+0.84. 4.风振系数风振系数zzz1 (3-3) 式中式中 振型系数，计算时可仅考虑受力方向基本振型的振型系数，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影响；对于质量和刚度沿高度分布比较均匀的弯 剪型结构，

7、也可近似采用振型计算点距室外地面剪型结构，也可近似采用振型计算点距室外地面 高度高度Z与房屋高度与房屋高度H比值；比值；z 脉动增大系数，表脉动增大系数，表3.13; 脉动影响系数，外形、质量沿高度比较均匀的结脉动影响系数，外形、质量沿高度比较均匀的结 构可按表构可按表3.14采用。采用。注意：注意：房屋高度大于200m时，宜采用风洞实验来确定建筑物的风荷载；房屋高度大于150m，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。三三. .地震作用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

8、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 我国的地震带分布我国的地震带分布（一）建筑抗震设防分类和设防标准（一）建筑抗震设防分类和设防标准分分 类类建建 筑筑 类类 型型设设 防防 标标 准准甲甲 类类重大建筑、产生次生灾重大建筑、产生次生灾害建筑害建筑高于本地区设防烈度高于本地区设防烈度乙乙 类类不能中断或需尽快恢复不能中断或需尽快恢复建筑建筑计算按本地区设防烈度计算按本地区设防烈度构造高一度构造高一度丙丙 类类一般建筑一般建筑计算和构造均按本地区计算和构造均按本

9、地区设防烈度设防烈度丁丁 类类次要建筑次要建筑计算按本地区设防烈度计算按本地区设防烈度构造适当降低构造适当降低表表3-6（二（二）三水准设防目标和两阶段设计方法三水准设防目标和两阶段设计方法表表3-7目标地震目标地震三个设防标准及三个设防标准及要求结构状态要求结构状态50年超年超越概率越概率与基与基本烈本烈度的度的关系关系设计阶段设计阶段6度度7度度8度度9度度多遇地震多遇地震（小震）（小震） 众值烈度众值烈度（不坏或可不修）（不坏或可不修）63%低一低一度半度半0.040.08(0.12)0.16(0.24)0.32第一阶段：第一阶段：承载力验算。承载力验算。取第一水准取第一水准参数按弹性参

10、数按弹性方法计算内方法计算内力与变形并力与变形并配筋配筋偶遇地震偶遇地震（中震）（中震） 基本烈度基本烈度 （可修）（可修）10%基本基本烈度烈度0.230.450.90罕遇地震罕遇地震（大震）（大震） 大震烈度大震烈度 （不倒）（不倒）2%3%高一高一度度0.50(0.72)0.90(1.20)1.40第二阶段：第二阶段：变形验算变形验算注：括号内数值分别用于设计基本地震加速度为注：括号内数值分别用于设计基本地震加速度为0.150.15g g和和0.300.30g g的地区的地区max框架结构破坏程框架结构破坏程度与房间侧移的度与房间侧移的对应关系对应关系三个水准烈度的三个水准烈度的频率和对

11、应关系频率和对应关系EFf/ hI1.55度 1度150120015500不倒可修不坏众值烈度基本烈度大震烈度0（三）设计地震分组（三）设计地震分组分组的目的：分组的目的：体现震级与震中距的影响。体现震级与震中距的影响。分组：分组：分第一组、第二组和第三组三个分第一组、第二组和第三组三个组。组。湖南省县级及县级以上设防城镇，设计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。地震分组均为第一组。（四）特征周期值（四）特征周期值 （s s）Tg设计地震分组设计地震分组场场 地地 类类 别别IIIIIIIV第一组第一组第二组第二组第三组第三组0.250.300.350.350.400.450

12、.450.550.650.650.750.90（五）基本地震加速度（五）基本地震加速度抗震设防烈度抗震设防烈度6789基本地震加速度值基本地震加速度值0.05g 0.10g（0.15g） 0.20g（0.30g）0.40g 常德市抗震设防烈度为常德市抗震设防烈度为7度，设计基本地震加速度值度，设计基本地震加速度值0.15g； 岳阳、岳阳县、汨罗、湘阴、临澧、澧县、津市、桃源、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安乡、汉寿抗震设防烈度为7度，设计基本地震加速度为度，设计基本地震加速度为0.10g; 长沙、益阳、张家界等抗震设防烈度为长沙、益阳、张家界等抗震设

13、防烈度为6度，设计基本度，设计基本地震加速度为地震加速度为0.05g.（六）设计反映谱曲线六）设计反映谱曲线mk 单质点体系运动方程为：单质点体系运动方程为： 式中式中: m,c,k 质量、阻尼系数和刚度系数；质量、阻尼系数和刚度系数； , , 质点的位移、速度、加速度；质点的位移、速度、加速度； 地面运动加速度。地面运动加速度。x xx 0 x 0mckmxxxx （3-4） 式中，式中， m,Gm,G单质点体系的质量及重量；单质点体系的质量及重量； g, kg, k重力加速度及地震系数；重力加速度及地震系数； 为动力系数；为动力系数； 地震影响系数地震影响系数 如地面运动如地面运动 已知，

14、便可求出质点的位移、速度、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有了质点最大加速度反应 后，由牛顿定律可得最后，由牛顿定律可得最大惯性力为：大惯性力为：0max0maxgaaxsFmsmgk GGx（3-5）asdsvsas)(0tx （七）地震作用计算方法（七）地震作用计算方法1.1.水平地震作用计算水平地震作用计算底部剪力法：底部剪力法： 当结构高度小于当结构高度小于4040m m，沿高度方向质量及刚度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，分布比较的均匀，并以剪切变形为主的高层建筑

15、，可采用底部剪力法计算等效地震作用。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，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：结构的水平地震作用标准值按下列公式计算：Ek1eqFGiiiE knjjj=1(1)nG HFFG HnnEkFF（39）（310）（311）nnFFiFEkFnGiGjGiHjH 相应于结构基本自振周期的水平地相应于结构基本自振周期的水平地 震影响系数值；震影响系数值； 结构等效总重力荷载，对多质点体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系应取总重力荷载代表值的85%85%； 顶部

16、附加地震作用系数，多层钢筋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混凝土和钢结构房屋可按表3-103-10采采 用，多层内框架砖房可采用用，多层内框架砖房可采用0.20.2，其，其 他房屋可采用他房屋可采用0 0。1eqGn式中式中 : :0.00.350.55表表3-10 计算式计算式ng( )Ts1g1.4TT1g1.4TT0.350.5510.080.07T 10.080.01T 10.080.02T 结构基本自振周期结构基本自振周期 可按下式计算：可按下式计算：1TT1.7Tu(312） 式中：式中： 计算结构基本自振周期用的结构顶点假想计算结构基本自振周期用的结构顶点

17、假想 位移（位移（m)，即假想把集中在各层楼面处的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重力荷载代表值作为水平荷载算得的顶点 位移；位移；结构基本自振周期考虑非承重砖墙影响的结构基本自振周期考虑非承重砖墙影响的 折减系数。折减系数。 框架结构框架结构 框剪结构框剪结构 剪力墙结构剪力墙结构TuTT0.6 0.7T0.7 0.8T0.9 1.0求结构的重力荷载时，求结构的重力荷载时，各荷载的组合值系数按表各荷载的组合值系数按表3-113-11采用。采用。表表3-11可变荷载种类可变荷载种类组合值系数组合值系数雪荷载雪荷载0.5屋面积灰荷载屋面积灰荷载0.5屋面活荷载屋面

18、活荷载不考虑不考虑按实际情况考虑的楼面活载按实际情况考虑的楼面活载1.0按等效均布荷载考虑按等效均布荷载考虑 的楼面活载的楼面活载藏书库、档案库藏书库、档案库0.8其它民用建筑其它民用建筑0.5吊车悬吊重力吊车悬吊重力硬钩吊车硬钩吊车0.3软钩吊车软钩吊车不考虑不考虑 振型分解反应谱法振型分解反应谱法（1 1）适应范围）适应范围 除底部剪力法以外的所有建筑，宜采用振型分解除底部剪力法以外的所有建筑，宜采用振型分解 法。法。（2 2）计算方法）计算方法 n n个自由度体系有个自由度体系有n n个基本振型，如：个基本振型，如：A.A.第第j j振型振型i i质点的水平地震作用的标准值质点的水平地震

19、作用的标准值 jijjjiiFX G （313） 式中：式中： 相应于第相应于第j振型周期振型周期 的地震影响系数；的地震影响系数； Xji j振型振型i质点的水平相对位移；质点的水平相对位移； 振型的参与系数；振型的参与系数； Gi 第第i质点的重力荷载代表值。质点的重力荷载代表值。jjjTj ii1j2j ii1niniXGXG（314） 一般情况下可只取前一般情况下可只取前2323个振型，当基本自振周期大于个振型，当基本自振周期大于1.51.5秒或房秒或房 屋高宽比大于屋高宽比大于5 5时，振型个数应适当增加时，振型个数应适当增加 为计算各振型为计算各振型 所用的自振周期所用的自振周期也

20、应按也应按 考虑考虑. . 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 用和作用效应用和作用效应B.B.水平地震作用效应（内力和位移）计算水平地震作用效应（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（根方法（SRSSSRSS法）计算：法）计算： 2EKj1mjSS（315）jTjjTT1.7Tu(3)(3)时程分析法时程分析法反应谱法的缺陷：反应谱法的缺陷：1、设计反应

21、谱主要依据的是加速度反应谱，未反映速、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。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、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。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、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。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、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。些薄弱部位的各种危险

22、状态。 特别不规则的建筑、甲类建筑和表特别不规则的建筑、甲类建筑和表3-3-1212所列高度范围内高层建筑，应采用时程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。解反应谱法计算结果的较大值。表表3-123-12 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：多自由度

23、体系在地面运动作用下的振动方程式为： gMXCXKXMI X （315） gXttTdT0采用时程分析法计算时：采用时程分析法计算时：u宜输入本地区在设防烈度时记录到的地震波进行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，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程曲线计算。u弹性时程分析时，每条时程曲线求得的底部剪力弹性时程分析时，每条时程曲线求得的底部剪力不应小于振型分解反应

24、谱法求得的底部剪力的不应小于振型分解反应谱法求得的底部剪力的65%65%，多条时程曲线计算所得结构底部剪力的平均值不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应小于振型分解反应谱法计算结果的80%80%。注：注：2. 2.竖向地震作用计算竖向地震作用计算(1)(1)需进行竖向地震作用计算的范围：需进行竖向地震作用计算的范围： 9度设防时度设防时; 8度和度和9度设防时水平长悬臂构件和度设防时水平长悬臂构件和大跨度结构。大跨度结构。（2）竖向地震作用计算：）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：结构总竖向地震作用的标准值按下式计算：EvkVmax

25、eqFG(316)结构竖向地震作用计算图形结构竖向地震作用计算图形vnFviFiGnGEvkFiH 质点的竖向地震作用标准值：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。荷载代表值比例分配。iiviEvkjj1njG HFFG HeqE0.75GGmaxmax0.65V（318）（319）（320）式中式中结构总竖向地震作用标准值；结构总竖向地震作用标准值；竖向地震影响系数的最大值。竖向地震影响系数的最大值。EvkFVmax3.3.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竖向地

26、震作用水平长悬臂构件和大跨度结构考虑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时，竖向地震作用的标准值在8 度和度和9度设防时，度设防时，可分别取该结构所承受重力荷载代表值的可分别取该结构所承受重力荷载代表值的10%和和20%进行计算。进行计算。设计基本地震加速度为设计基本地震加速度为0.3g时，可取该结构、构时，可取该结构、构件重力荷载代表值的件重力荷载代表值的15%。（八）地震作用考虑原则八）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，虑水平地震作用计算，有斜交抗侧力构件的结构，当相交角度大于当相交角度大于 时，应分别计算各抗侧力构件时，应分别计算各抗侧力构件方向的水平地震作用。方向的水平地震作用。015质量与刚度分布明显不对称、不均匀的结构，应计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；计算单向水平地震作用下的扭转影响； 计