高层建筑 第三章荷载作用与组合

1、第三章第三章 荷载作用与组合荷载作用与组合【本章教学目标本章教学目标】本章主要介绍荷载与作用的概念与分类；本章主要介绍荷载与作用的概念与分类；掌握结构竖向荷载的计算、水平荷载中风掌握结构竖向荷载的计算、水平荷载中风荷载和地震作用计算方法。掌握荷载效应荷载和地震作用计算方法。掌握荷载效应组合的方法和设计要求，掌握结构内力组组合的方法和设计要求，掌握结构内力组合的方法，并能进行内力组合的计算。合的方法，并能进行内力组合的计算。第一节第一节 荷载与作用的概念与分类荷载与作用的概念与分类一、荷载与作用的定义一、荷载与作用的定义 使结构产生内力和变形效应的一切外因统称为作用。结构必须能抵抗外部各种作用。

2、 作用包括建筑物自重、使用荷载、风荷载、地震作用及温度变化、地基不均匀沉降等。 习惯上把直接施加于结构上的外因称为荷载，如自重、活荷载、风雪荷载等直接作用；把间接施加于结构上的外因称为作用，如地基不均匀变形、混凝土收缩、焊接变形、温度变化或地震等间接作用。二、荷载与作用的分类荷载与作用的分类按时间特征：按时间特征：(1) 永久荷载：在结构使用期间，荷载值及 作用位置几乎不随时间而变。如结构自 重、土压力、预应力等。 (2) 可变荷载：在结构使用期间，荷载值随 时间变化。如楼屋面活荷载、积灰荷载、风雪荷载等。(3) 偶然荷载：在结构使用期间不一定出现，一旦出现， 其量值很大且持续时间较短的荷载。

3、如地 震、爆炸力、撞击力等。按作用方向：按作用方向：(1) 竖向荷载：荷载作用方向沿垂直方向的 荷载。如结构自重、楼屋面活荷载等。 (2)水平荷载：荷载作用方向沿水平方向的荷 载。如风荷载、水平地震作用等。与多层建筑相比，高层建筑层数多、高度较大，其竖向荷载的影响是与建筑高度成正比的线性关系，而水平作用所产生的作用效应随建筑高度成非线性的增长。并逐渐成为设计控制指标。三、荷载代表值三、荷载代表值荷载代表值是指为了方便设计给荷载规定以一定的量值。 包括：标准值、组合值、频遇值和准永久值。其中标准值指正常情况下在设计基准期（如50年）内可能出现的最不利荷载值，是荷载的基本代表值，而其他代表值是采用

4、相应的系数乘以其标准值得出。系数查现行建筑结构荷载规范（GB50009-2012）。 永久荷载应采用标准值作为代表值；可变荷载应根据设计要求采用标准值、组合值、频遇值或准永久值作为代表值；偶然荷载应按建筑结构使用特点确定其代表值。 建筑结构设计应根据使用过程中在结构上可能同时出现的荷载，按承载能力极限状态和正常使用极限状态分别进行荷载组合，并应取各自的最不利的效应组合进行设计。 对于承载能力极限状态，应按荷载效应的基本组合或偶然组合进行荷载组合。对于正常使用极限状态，应根据不同的设计要求，采用荷载的标准组合或偶然组合、频遇组合或准永久组合进行荷载组合。下面介绍竖向荷载（恒、活荷载）和水平荷载下

5、面介绍竖向荷载（恒、活荷载）和水平荷载（风荷载、地震作用）标准值的计算方法（风荷载、地震作用）标准值的计算方法第二节第二节 竖向荷载的计算竖向荷载的计算结构自重、楼屋面活荷载、雪荷载、积灰荷载、施工和检修荷载等均属于竖向荷载。一、结构恒载的计算一、结构恒载的计算结构恒载（自重荷载）可由构件和装修的设计尺寸与材料单位体积的自重计算确定。下表摘录了荷载规范的部分材料和构件的自重。二、结构活载的计算二、结构活载的计算 荷载规范给出了各种建筑楼屋面活荷载的标准值及其组合值、频遇值和准永久值系数。楼屋面活荷载、雪荷载、积灰荷载、施工和检修荷载等均可按规范查得。下表给出荷载规范的民用建筑楼面均布活荷载的量

6、值。三、竖向荷载的估算三、竖向荷载的估算通常结构单位楼层面积的平均结构自重标准值（含恒、活荷载）： 砌体结构、钢筋混凝土结构多层建筑：12kN/m2； 钢筋混凝土结构高层建筑：15kN/m2； 钢结构房屋：8kN/m2；竖向荷载估算值在方案设计阶段很有用，可作为地基承载力和结构底部剪力以及构件截面的估算依据。第三节第三节 风荷载风荷载 空气流动形成的风可在建筑物表面产生压力与吸力，称为风荷载。 风作用是不规则的，风压随风速、风向而不停地改变，实际上是一种动力荷载，在高度较大、刚度较小的高层建筑中应考虑风荷载的动力效应影响。 与地震作用相比，风荷载相对较小，持续时间较长，在进行房屋设计时近似把它

7、看作为静荷载。 作用在建筑物表面单位面积上的风荷载标准值按下式决定： Wk=ZSZWo(KN/)-得到单位面积上的风压值，垂直于表面，正为压力，负为吸力。一、基本风压值一、基本风压值Wo(KN/) Wo=VO2/2计算风压值，VO风速(m/s) Wo值可以查建筑结构荷载规范 (GB5009-2012 ） 南京地区为0.4KN/m2。Wo计算依据：该城市(地区)空旷平坦地面离地10m处，重现期为50年的10分钟平均最大风速作为计算基本风压值的依据。不得小于0.3KN/m2特别重要或对风荷载比较敏感的高层建筑：其基本风压按重现期为100年的风速计算，可查规范表。二、风压高度变化系数二、风压高度变化

8、系数Z：一般而言10m以上高度越大，风速越大，风压也越大，Z用以修正基本风压值，Z的值可见下表离地面或海平面高度5102030405060708090100150200地面粗糙度类别A1.091.281.521.671.791.891.972.052.122.182.232.462.64B1.001.001.231.391.521.621.711.791.871.932.002.252.46C0.650.650.740.881.001.101.201.281.361.431.501.792.03D0.510.510.510.510.600.69077084091098104133158注：A类

9、指近海海面和海岛、海岸、湖岸及沙漠地区；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；C类指有密集建筑群的城市市区；D类指有密集建筑群且房屋较高的城市市区。 三、风载体型系数三、风载体型系数s风流动经过建筑物时，对建筑不同部位会产生不同的效果，有压力，也有吸力。空气流动还会产生涡流，使建筑物局部有较大的压力和吸力。因此风载随建筑物的体型、尺度、表面位置、表面状况而改变，作用力大小和方向可通过实测或风洞试验得到。图中：沿房屋表面的风压值并不均匀，风压作用方向与表面垂直（1)迎风面受正压力。中间偏上为最大，两边及底部最小。（2）背风面全部承受负压力（吸力），两边略大、中间 小，背面

10、负压力分布较均匀。（3）当风平行于建筑物侧面时，两侧承受吸力，近侧 大，远侧小。分布极不均匀。（4）由于风向、风速的随机性，因而迎风面正压、背风 面负压以及两侧负压也随机变化。高层建筑体型系数高层建筑体型系数s设计简化s的值l 方形、矩形、十字形平面建筑物s =1.3，当建筑物的高宽比H/d4 而平面长宽比l/d=1.01.5时，取1.4； l 弧形、V形、Y形、双十字形、井字形、L形和槽形平面s =1.4；l 圆形平面s =0.8 ；l 正多边形平面 其中n为边数。l 作用于V形、槽形平面上正、反方向风力是不同的，可按两向大小相等、符号相反、绝对值取较大值简化。 ns2.18.0l 验算围护

11、构件及其连接强度时，正压区、负压区需注意四、风振系数四、风振系数Z风是不规则的，风速、风向不停变化，从而导致风压不停变化。平均风压使建筑物产生一定侧移，波动风压则使建筑物在平均侧移附近左右摇摆。波动风压效应：对高度大，刚度较小的高层建筑会产生一些不可忽略的动力效应，振幅加大，故在风压值上乘以放大风振系数ZZ=1+Zz)()(Z210( )21/zzzgI BR 振型系数；可采用振型计算点距室外地面高度Z 与房屋高度H的比值 式中：3/421211)1 (6xxR5,301011xkfxw( )1zazxzzBkH 其中：HeHHz60601060/BeBBx50501060/10Ig：峰值因子

12、，可取2.5；：10m高度名义湍流强度，对应A、B、C、D类地面粗糙度，可分别取0.12、0.14、0.23和0.39；WK：地面粗糙度修正系数，对A、B、C、D类地面粗糙度分别取1.28、1.0、0.54和0.26；1：结构阻尼比，钢筋砼取0.05K， 为系数，查规范GB50009-2012表8.4.5-11a五、总体风荷载与局部风荷载五、总体风荷载与局部风荷载总体风荷载指作用在建筑物上的全部风荷载使结构产生的内力和位移。局部效应指风对建筑物某个局部产生的内力与变形。1、总风荷载(KN/m）各表面承受风力的合力，且沿高度变化。W=ZZWo(s1B1cos1+s2B2cos2+snBncosn

13、) n建筑物外围表面数 B1、B2、Bnn个表面宽度 s1，s2snn个表面风载体型系数 1，2，nn个表面法线与风作用方向夹角 总风荷载作用点为各表面风荷载合力作用点。 1=00风压全计入总风载 1=900风压不计入总风载2、局部风载（计算维护结构） 风压在建筑物表面不均匀，在某些风压大的部分，要考虑局部风载不利作用，采用局部风压体型系数。 计算围护结构时：Wk=gZSlZWo正压区局部风压体型系数同总风载，负压区荷载规范有特殊规定。 阳台、雨篷、遮阳板等悬挑构件，验算向上漂浮的风载，超过自重会出现反向弯矩，其局部风压体型系数S取-2.0。 计算围护结构的阵风系数gZ下表：离地面高离地面高度

14、（度（m）地面粗糙度类别地面粗糙度类别ABCD51.651.702.052.40101.601.702.052.40151.571.662.052.40201.551.631.992.40301.531.591.902.40401.511.571.852.29501.491.551.812.20601.481.541.782.14701.481.521.752.09801.471.511.732.04901.461.501.712.011001.461.501.691.981501.431.471.631.872001.421.451.591.792501.411.431.571.743001

15、.401.421.541.70例例3-1：计算具有下图平面的框架剪力墙结构的风荷载 及合力作用位置。18层房屋总高58m，地区标准 风压WO=0.7KN/，风向为图中箭头所示方向。解：每个表面沿建筑物高度每米的风荷载是 WZ=ZZWoBisicosi首先计算WoBisicosi，按8块表面 积分别计算风力(压力或吸力)在y方向投影值，投影后与y坐标正向相同者取正号，反之取负号。表面序号在中注明，计算如下表，xi为Wi到原点o的距离。序号BisiWocosiWi(KN/m)Xi(m)Wixi128.380.80.7115.8914.19225.52261.00.70.52.1029.8862.7

16、53-60.450.7/2-1.6433.98-55.62428.380.50.70.54.5629.48146.435-60.50.70.5-1.0523.85-25.08660.50.7/21.8222.7941.46728.380.50.70.54.9613.165.04860.50.712.1036.3029.16466.80m1616.2980.466iZZZw)HH(wii29.16KN/m)HH76. 0(iz风力合力作用点距原点：Xo= 框架剪力墙结构基本周期近似值取0.07N，N为层数。 T=0.0718=1.26s, 0.794 1/s, B类地区：H=58m， WZ=33

17、1f14. 001I05. 010 . 1wk187. 0,67. 01akZ=1+Zz)()947. 0(76. 0结果见下表HH76. 0iZZZ(KN/m)WZ层数Hi/m分布图形18580.761.702.4671.717540.701.662.3668.816510.671.632.3067.115480.631.602.2365.014450.581.572.1563.913420.551.542.0962.712390.511.512.0258.911360.471.471.9456.610330.431.431.8654.29300.391.391.7651.98270.361

18、.351.7149.87240.311.301.6146.96210.271.241.5144.05180.231.211.4442.04150.201.181.3840.23120.161.151.3138.2290.121.001.1232.7150.071.001.0731.2第四节第四节 地震作用地震作用一、基本知识一、基本知识地震时地震波产生地面运动，使结构产生震动，称为结构地震反应。包括加速度、速度与位移反应。地震波可使产生竖向与水平振动，一般对房屋的破坏主要由水平振动引起。设计中应该主要考虑水平作用。只有在震中附近高烈度区，才考虑竖向地震作用。地震动三要素：1、强度：反映地震波的

19、幅值。烈度大，强度大。2、频谱：反映地震波的波形。1962年墨西哥地震时，墨 西哥市a=0.05g，但由于地震卓越周期与结构接 近，从而破坏严重。3、持时：反映地震波的持续时间。短则对建筑物影响不 大。地震动影响因素：1、震源2、深度3、震中距4、土壤性质：地震波在传播过程中高频部分易被吸收，软土中更是如此。故震中附近或是岩石等坚硬土中，卓越周期在0.10.3s左右。离震中较远或冲积土等软土中，卓越周期在1.52s左右，对高层建筑不利。5、建筑物本身：包括自振周期、振型与阻尼，与刚度、质量有关，刚度大则周期短，质量大则作用力大。刚度小、质量大，则周期长，位移大，当地震波卓越周期与建筑物自振周期

20、相近时，引起类共振，反映剧烈。抗震设计：以等效地震荷载来表示地震作用。抗震设计三水准：小震不坏：50年超越概率63.2%中震可修：50年超越概率10%，局部构件可进入塑性， 但可修。大震不倒：50年超越概率23%，不能倒塌。抗震设计二阶段方法：设计阶段采用相应于设防烈度的小震作用计算弹性位 移及内力，用极限状态方法设计配筋，并按 延性采取相应抗震措施。验算阶段：用罕遇地震作用计算所设计结构的弹塑性侧移 变形，如层间位移超过允许值，应重新设计， 直至满足大震不倒的要求为止。不计算内力。几个有关抗震的术语及其间的关系：震级表示一次地震释放能量的大小。一次地震只有一个震级。烈度表示某地区遭受地震影响

21、的强弱程度。抗震设防烈度：该地区50年可能遭遇的超越概率10%的地 震烈度，由国家颁布。设计基本地震加速度：50年设计基准期超越概率10%的地 震地震加速度的设计取值。ME5 . 18 .111010)(5 . 15 . 18 .115 . 18 .111212121010101010MMMMEE321000105 . 112EE震级和烈度只在特定条件下存在大致对应关系。对于浅源地震（震源深度在10-30km）震级与震中烈度Io的关系： M1+2/3Io1976年唐山7.8级地震，当时规范定的是6度区，当时规范规定7度开始设防。北川，安县，绵竹，汶川，都江堰抗震设防烈度规范定为7度，现改为8度

22、。震级M与地震释放能量E之间的关系： lgE=11.8+1.5M 震级相差一级,震原定为7.8级，后修正为8.0级，释放的能量相差2.0倍。 唐山大地震释放的能量相当于400颗广岛原子弹。,能量相差约32倍；汶川地gg20. 010. 0278gg05. 010. 0276gg15. 010. 02759. 7gg30. 010. 02759. 8)(/3310. 02255. 1galscmg )(/19610. 0221galscmg 抗震设防烈度与设计基本地震加速度的关系：规定一：规定一：设计基本地震地面运动加速度为0.10g的地区，其抗震设防烈度为7度，地面运动加速度每增加（或降低）一

23、倍，则抗震设防烈度增加(或降低)约1度。规定二：规定二：多遇地震的烈度比设计基本烈度约低1.55度；罕遇地震的烈度比设计基本烈度约高1度。6度区为： 7.59度区为： 8.59度区为： 7度区多遇地震： 7度区罕遇地震：8度区的地面运动加速度为：二、地震作用计算二、地震作用计算 1、地震作用计算的一般规定（1）计算原则各抗震设防类别建筑的抗震设防标准应符合下列要求：甲类建筑：地震作用高于本地区抗震设防烈度，按地震安全性 评价，抗震措施68度时抗震设防烈度提高一度， 9度适当提高；乙类建筑：地震作用符合本地区抗震设防烈度，抗震措施68 度时抗震设防烈度提高一度，9度适当提高；较小 的乙类建筑，结

24、构抗震性能好的结构类型，抗震措 施允许不提高；丙类建筑：地震作用和抗震措施应符合本地区抗震设防烈度；丁类建筑：地震作用符合本地区抗震设防烈度，抗震措施允许 适当降低，但6度时不应降低抗震设防烈度为6度时，除规范具体规定外，乙、丙、丁类建筑可不进行地震作用计算。一般情况下，应允许在建筑结构的两个主轴方向分别计算水平地震作用，并进行抗震验算，各方向的水平地震作用应由该方向抗侧力构件承担。有斜交抗侧力构件的结构，当相交角度大于15时，应分别计算各抗侧力构件方向的水平地震作用。质量和刚度分布明显不对称的结构，应计入双向水平地震作用下的扭转影响，其他情况，应允许采用调整地震作用效应的方法计入扭转影响。8

25、、9度时的大跨度和长悬臂结构及9度时的高层建筑，应计算竖向地震作用。注: 8、9度时采用隔震设计的建筑结构应按有关规定计算竖向地震作用。(2) 各类结构适用的抗震计算方法 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，以及近似于单质点体系的结 构，可采用底部剪力法等简化方法。 除1款外的建筑结构，宜采用振型分解反应谱法。特别不规则的建筑、甲类建筑和规范规定高度范围的高 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。计算罕遇地震下结构的变形，采用简化的弹塑性分析方 法或弹塑性时程分析法。11/

26、EkeqaeqaeqeqFm Sm g SgGG2 2、结构地震影响系数的确定、结构地震影响系数的确定在地震作用下，将结构等效为单质点体系，其所受到的水平地震作用为：式中： 等效单质点体系地震加速度反应谱值 (等效单质点体系地震加速度绝对最大值） -相应于结构基本自振周期T1的水平地震 影响系数值。建筑结构的地震影响系数应根据烈度、场地类别、设计地震分组和结构自振周期以及阻尼比确定。其水平地震影响系数最大值max应按抗规表5.1.4-1采用；特征周期应根据场地类别和设计地震分组按下表5.1.4-2采用,计算8、9度罕遇地震作用时，特征周期应增加0.05s。aS1建筑结构地震影响系数曲线(图5.

27、1.5)的阻尼调整和形状参数应符合下列要求：1）、除有专门规定外，建筑结构的阻尼比应取0.05，地震影响系数曲线的阻尼调整系数应按1.0采用，形状参数应符合下列规定：（1）直线上升段，周期小于0.1s的区段。（2)水平段，自0.1s至特征周期区段，应取最大值max。（3)曲线下降段，自特征周期至5倍特征周期区段，衰减 指数应取0.9。（4)直线下降段，自5倍特征周期至6s区段，下降斜率调 整系数应取0.02。 2）、当建筑结构的阻尼比按有关规定不等于0.05时，地震影响系数曲线的阻尼调整系数和形状参数应符合下列规定：曲线下降段的衰减指数应按下式确定： 式中： 曲线下降段得衰减指数 阻尼比直线下

28、降段的下降斜率调整系数应按下式确定： （3-58) 式中： 直线下降段的下降斜率调整系数，小于 零时取零阻尼调整系数应按下式确定： （3-59) 式中： 阻尼调整系数，当小于0.55时取0.55。805. 002. 0117 . 106. 005. 012255 . 005. 09 . 0（3-57)从图5.1.5可以看出： 点的自振周期为零，即频率无限高，说明该结构为刚体，所以其运动和地面的相同，其最大加速度即地面运动的加速度，由图中可见，点的地震影响系数为.45 max 。抗震规范规定时程分析所用7 度区多遇地震的地震加速度时程曲线最大值为35cm/s2 ,它应该等于0.45maxg，即：

29、0.45 max980cm/s2=35cm/s2，由此可算得max =0.0794，抗震规范规定的7 度区多遇地震max =0.08。 段结构当进入弹塑性阶段，其刚度降低，自振周期加长，地震作用加大，对抗震很不利，结构物的自振周期不宜设计在该区域。BC平台段为共振区，结束点C对应的周期为特征周期，特征周期反映了设计地震分组和场地类别的影响，特征周期的大小将决定平台的长度，故场地条件越差，特征周期越长，共振区就越长；由于共振，地震作用本应该是无限大，但由于阻尼力的存在以及地震时间短，使得地震作用不再放大，形成平台。BC 段的中点所对应的周期基本上是场地土的自振周期。由于上述原因，结构的自振周期应

30、该设计在Tg以后，即影响系数曲线的下降段，下降段随结构自振周期的增大，地震作用减小，对抗震有利。但如果结构的自振周期过大，则结构过柔，变形过大，使人没有安全感，故结构的自振周期应该设计在Tg5Tg之间为最宜。由表5.1.4-2还可见，特征周期随设计地震分组的增大而增大，这是因为在震中附近，短周期成分占主导地位，而距离震中较远的地区，由于短周期成分被吸收较多，长周期占主导地位。由表5.1.4-2还可见，场地土的特征周期小于等于0.9s，而高层建筑结构的第I自振周期一般均大于1s，所以高层建筑结构的第1自振周期一般均处在地震影响系数曲线的下降段。但对于IV类场地上1020层的高层建筑，结构的刚度应

31、尽量设计得弱些，才能避开共振区。3、水平地震作用计算、水平地震作用计算 由于地震地面运动的随机性与复杂性、结构体系的多样性、结构破坏机理与地基基础相互作用的复杂性等因素决定了无论用什么方法计算地震作用，都只能是一种近似的估计。水平地震作用的确定方法主要有底部剪力法、振型分解反应谱法、时程分析法等。（1 1）. .底部剪力法底部剪力法采用底部剪力法时，各楼层可仅取一个自由度，结构的水平地震作用标准值，应按下列公式确定(图5.2.1)：式中：FEK结构总水平地震作用标准值； 1相应于结构基本自振周期的水平地震影响系数值，应按图5.1.5确定，多层砌体房屋、底部框架和多层内框架砖房，宜取水平地震影响

32、系数最大值；eqEKGF1Geq结构等效总重力荷载，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%；即单质点结构: 多质点结构: kkEeqQGGG5 . 0)5 . 0(85. 085. 01kikiniEeqQGGG 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 不计入 按实际情况考虑的楼面活荷载 1.0 按等效均布活荷 载考虑的楼面活 荷载 藏书库、档案库 0.8 其它民用建筑 0.5 吊车悬吊物重力 硬钩吊车 0.3 软钩吊车 不计入重力荷载代表值组合值系数1(1)iiiE knnjjjGHFFGHnnE kFF各质点水平地震作用标准值：主体

33、结构顶层附加水平地震作用标准值：Fi质点i的水平地震作用标准值； Gi，Gj分别为集中于质点i、j的重力荷载代表值； Hi，Hj分别为质点i、j的计算高度； n顶部附加地震作用系数，多层内框架砖房可 采用0.2；其他房屋可采用0.0； Fn顶部附加水平地震作用。Tg(s)T11.4 TgT11.4 Tg0.350.08 T1+0.070.00.350.550.08 T1+0.010.550.08 T1-0.02顶部附加地震作用系数n注：T1为结构基本自振周期。 TTT7 . 11对于质量和刚度沿房屋高度较均匀分布的框架结构、框剪结构和剪力墙结构的高层建筑，其基本自振周期T1（s）可按下式计算：

34、其中框架结构取 T = 0.6-0.7，框架剪力墙结构可取0.7-0.8,剪力墙结构可取 0.9-1.0 。 （2）.振型分解反应谱法振型分解反应谱法用集中质量法，把n层结构简化为n个质点组成的n个自由的体系，求得其振型。不考虑扭转偶联振动影响时，结构第 j振型i质点水平地震作用标准值： Fji=jjXjiGi j第j个振型周期Tj对应的地震影响系数 Xjij振型i质点的振幅系数jj振型参与系数 j=n1ii2jin1iijiGXGX 用Fji分别求出第j个振型下结构的内力和位移，通过振型组合法计算结构各处的内力和位移，振型组合时采用平方和的平方根方法(SRSS) SEK=m1jj2S Sj第

35、j振型等效地震荷载的效应值， 可为弯矩、剪力、位移等。 SEK水平地震作用标准值组合后的效应值。 m参加组合的振型数，一般2-3个， 沿高度刚度不均匀可取5-6个。kcmxg、 （3 3）、时程分析法）、时程分析法房屋高度较高，地震烈度较高，或沿房屋高度方向刚度与质量极不均匀，要采用时程分析法来进行补充分析注意：建筑物顶部突出的小塔楼(楼电梯间，烟囱等)刚 度比主体结构小很多，会产生明显的鞭稍效应。 计算时顶点附加水平力Fn不再向下传递，仅作 用于主体顶部。 底部剪力法将分配到小塔楼质点上等效地震力增 大，放大3倍。 振型分析法小塔楼多取n个质点，而且多取一些振 型数，则鞭稍效应通过高振型参与

36、反 映出来。 时程分析法无须处理已知，一步步求xgXmkxxcxm EVKn1jjjF HGHGiin1jVFj4 4、竖向地震作用计算、竖向地震作用计算竖向地震会改变墙、柱等构件的轴向力。抗震规范规定竖向地震作用一般只在9度设防区的建筑物中考虑；但在长悬臂及跨度很大的梁中，竖向地震的作用不容忽视，在8度及9度设防时都应计算基底总轴向力标准值：FEVK=v,maxGeqv,max竖向地震影响系数，取多遇地震下水平地震 影响系数的0.65倍。Geq结构等效重力荷载，Geq=0.75GE第i层竖向总轴力Nvi=求得Nvi后，将其按柱、墙承受的重力荷载值大小分配到柱、墙上，进行荷载组合，Nvi可为正

37、，也可为负，按不利的值取用。(2-23) 第i层等效竖向地震作用标准值：Fvi=第五节第五节 荷载效应组合及设计要求荷载效应组合及设计要求一、荷载效应组合一、荷载效应组合结构设计时，要考虑可能发生的各种荷载的最大值以及它们同时作用在结构上产生的综合效应，荷载不同，其发生的概率和对结构的作用也不同，荷载规范规定必须采用荷载效应组合的方法来考虑结构的荷载的作用。荷载效应：在某种荷载作用下结构的内力和位移。通常，对各种不同的荷载作用分别进行结构分析，得到内力和位移后，再用分项系数与组合系数加以组合。无地震作用效应组合时，荷载效应组合的设计值公式：S= o (GSGK+QQSQK+WWSWK) =o(

38、GCGGK+Q1CQ1Q1K+Q2CQ2Q2K+WWCWGW)其中：o重要性系数，根据建筑物重要性相应取为 1.1或1.0 CGGK、CQ1Q1K、CQ2Q2K永久荷载、使用荷载、 雪荷载等标准值产生的荷载效应。 CWGW风荷载标准值产生的荷载效应 G，Q1，Q2，W与上述各种荷载相应的荷载分项系数。承载力计算时：永久荷载分项系数G，当其效应对结构不利时，由可变荷载效应控制的组合应取1.2，由永久荷载效应控制的组合应取1.35，当其效应对结构有利时应取1.0。 楼面活荷载分项系数Q一般情况下应取1.4。 风荷载分项系数应W取1.4。Q 、w分别为楼面活荷载组合值系数和风荷载组合值系数。当永久荷

39、载效应控制时分别取0.7和0.0,当可变荷载效应控制时取1.0和0.6或0.7和1.0。 位移计算时公式中各分项系数均应取1.0。有地震作用效应组合时，荷载效应组合的设计值公式： SE=GSGE+EhSEhK+EVSEVK+WWSWK =GCGGE+EhCEhEhK+EVCEVEVK+WWCWWh其中：CGGE抗震计算时重力荷载标准值产生的荷载效应，重力荷载包括全部自重、50%雪荷载、50%80%使用荷载。 CEhEhk，CEvEvk水平荷载作用以及竖向地震作用产生的荷载效应。 Eh，Ev水平和竖向地震作用分项系数。其中：有地震作用组合，承载力计算时荷载效应和地震作用效应的分项系数按下表采用。

40、风荷载组合值系数W应取0.2。但重力荷载效应对结构承载力有利时，下表中G不应大于1.0。注意：注意：内力组合计算，各分项系数用表中的值，位移效应组合，各分项系数取为1.0。高层建筑：无地震作用效应组合和1、4项是基本组合情况，2、3、5中考虑了竖向地震作用，只有在9度设防区才需要考虑，在6度设防区，除了类场地以外，可以不进行抗震计算，此时不需要与地震作用效应组合。当选定可能出现的几种可能的组合情况后，要选最不利的S值作为构件设计值。归纳高层结构荷载组合计算公式：（有利、无风荷载）无地震作用效应组合时的常规状况：Sd= GSGK+LQQSQK+WWSWK永久荷载控制： Sd= 1.35SGK+0

41、.7X1.4XSQK活荷载控制： Sd= 1.2SGK+1.4XSQK+0.6X1.4XSWK风荷载控制： Sd= 1.2SGK+0.7X1.4XSQK+1.0X1.4XSWK有地震作用效应组合时：（中震1.2X0.5，大震1.0X0.5) Sd=GSGE+EhSEhK+EVSEVK+WWSWK =1.2SGE+1.3SEhK+0.2X1.4XSWK（最后一项仅用于60m以上高层建筑）二、二、 结构设计要求结构设计要求1、设计要求、设计要求（1）、一般结构设计相同，多、高层建筑结构设计应保证在荷载作用下结构具有足够的承载能力和刚度，保证结构的安全与正常作用。（2）、在使用荷载及风荷载作用下，多

42、、高层建筑结构应处于弹性阶段或仅有微小的裂缝出现，结构应满足承载能力及限制侧向位移的要求。（3）、地震作用下，用两阶段设计方法设计，要求要达到三水准目标(本章第4节)。第一阶段：采用相应设防烈度小震参数进行设计，除了要满足承载力及侧向位移限制要求外，还要通过采取一系列抗震措施来满足延性要求。第二阶段：采用相应设防烈度大震参数进行设计，要求结构满足弹塑性层间变形的限制要求。2、承载力计算、承载力计算按极限状态设计的要求，承载力验算的一般表达式为：无地震作用组合时：SR。其中： S采用本节一中的公式，通过荷载效应组合后的 构件内力； R无地震作用组合时构件的承载能力，不同的构件，要采用不同的承载能

43、力计算公式，如：抗弯承载力、抗剪承载力等。可以参考有关钢筋混凝土基本构件计算以及钢结构构件计算的有关教材。有地震作用组合时：SERE/RE其中：SE采用第一节中的公式，考虑地震作用通过 荷载效应组合后的构件内力； RE地震作用下构件的承载能力，由于在地震 作用下，构件要受到反复作用力及变形， 构件的承载力要降低，其计算公式将在后面章节中给出。 RE抗震承载力调整系数。主要是考虑到地震作用是一种偶然作用，而且作用时间很短，材料性能也静力作用下不同，因此，根据可靠度理论，对抗震设计的承载能力作用相应的调整，规范给出的抗震承载力调整系数见下表。3、侧移变形限制、侧移变形限制结构的刚度要求用限制侧向变

44、形的形式表达，即： /h/h其中：结构层间变形 h结构层高上面公式均是在使用状态下的设计要求，因此，是荷载标准值产生的位移组合效应，即组合时取分项系数为1.0，上述公式右端为限制值。限制结构水平变形主要原因有：限制结构水平变形主要原因有：（1）、过大的侧向变形会使人不舒服，影响正常使用。（2）、过大的侧向变形，特别是过大的层间变形会使填充墙以及一些建筑装修出现裂缝或损坏，同时也会使电梯轨道变形或玻璃破损。（3）、过大的侧向变形会使主体结构出现裂缝甚至破损，限制结构裂缝宽度就要限制结构的侧向变形及层间变形。（4）、过大的侧向变形会使结构产生附加内力，严重时会加速倒塌，这是因为侧移后，建筑物上的垂

45、直荷载会造成附加弯矩，侧移越大，附加弯矩就越大。上述各种因素对不同的结构体系，不同材料的结构的作用不尽相同，前面已给出高层建筑结构设计规程上规定的层间位移限制值，它是通过总结过去的设计经验及综合各种要求得到的。4、抗震措施、抗震措施在中等地震烈度下，允许结构的某些部位进入屈服状态，形成塑性铰，此时结构进入弹塑性阶段，结构变形加大，但在这个阶段，结构可以通过塑性变形耗散地震能量，但是必须保证结构的承载能力，结构不能破坏，这种性能被称为延性。延性越好，抗震能力越强。延性影响因素：截面的应力性质、构件材料及截面配筋量、配筋构造等。延性在设计中的体现：对结构或构件采取一系列抗震措施，可分为四个等级，称

46、为抗震等级。一级最高，二、三、四级要求依次减少，一般而言，抗震设防烈度高，建筑物高度高，抗震等级也高，可能出现较大变形的结构，抗震等级也相应提高，比较重要的建筑，抗震等级也相应提高。下表为根据抗震措施烈度规定的抗震措施等级：4.建筑场地为III、IV类时，对设计基本地震加速度为0.15g和0.30g的地区， 分别按8度和9度采取抗震构造措施。5、罕遇地震作用下的变形验算、罕遇地震作用下的变形验算一般情况下，经过小震地震作用计算后，采用若干抗震措施即可满足“大震不倒”这个第三水准设计目标。需要进行罕遇地震作用下的变形计算的情况：（1）、79度设防的、楼层屈服强度系数y小于0.5的框架。屈服强度系

47、数 y=楼层剪力载，由弹性计算得到的按罕遇地震作用等效荷受剪承载力强度标准值计算的楼层按构件实际配筋和材料（2）、79度设防的、高度较大且沿高度结构的刚度和质量分布很不均匀的高层建筑。（3）、特别重要的建筑。罕遇地震作用下，大多数结构都已进入弹塑性状态，变形加大，主要要验算结构层间变形是否超过限值，计算方法有如下两种：反应谱方法：反应谱方法：采用底部剪力法或者振型分解法来计算弹塑性层间变形。适用范围：不超过12层，且沿高度刚度无突变的框架结构。计算方法：采用表5.1.4-1中给出的罕遇地震作用下的amax值，用底部剪力法或者振型分解法求出结构楼层层剪力。首先找出框架结构的薄弱层，再对薄弱层的层

48、间变形进行验算。薄弱层为底层或者是屈服强度最小或相对较小的楼层。然后计算薄弱层的层间弹塑性位移： up=pue 其中： ue在罕遇地震的等效地震荷载下，由弹性 计算得到的层间位移。 p弹塑性位移增大系数，当薄弱层的屈服强 度系数不小于相邻层该系数的0.8时，按 下表取值。当不大于相邻层该系数的0.5时，按下表中数值的1.5倍取值，在0.50.8之间时，可用插入法求出p。最后验算是否满足规范限值的要求。框架结构：up/h1/50，其中h薄弱层层高、时程分析法： 通过逐步积分，求解结构运动微分方程来进行结构的弹塑性分析。 适用范围：适用于所有的结构情况。 计算方法：根据结构的质量和刚度，把结构简化

49、为多自由度的振动体系，列出如下的运动微分方程：gXmkxxcxm 通过在基底处输入地面运动加速度波gX 很短的t时间，对动力方程进行逐步积分，得到各点的 位移、速度和加速度反应，然后在各层位移反应中找到最大的层间反应。 注意：当结构进入弹塑性以后，要考虑结构弹塑性性 能，因此在进行分析时，应每一步要改变结构的刚度。 上述方法需要由计算机进行计算。，将时间分隔为三、三、 内力组合及最不利内力内力组合及最不利内力对各种荷载(恒载、活载、风荷载及地震作用）分别计算内力后，进行荷载效应组合时，往往需要按一种以上的组合情况(工况)进行组合。这是因为在结构使用期限内，可能出现多种的组合情况，也即对于同一个

50、构件或者同一个截面，多种组合产生的不同内力都可能出现，设计时要按照可能的最不利原则进行挑选，找出最不利内力进行构件截面设计，不同构件的最不利内力并不一定来自同一个组合，因此，如何选择构件截面的设计内力是内力组合的关键。1、控制截面及最不利内力类型、控制截面及最不利内力类型 构件设计：需要先找出控制截面，然后找出控制截面上的最不利内力，以此作为配筋设计的依据。控制截面：通常是内力最大的截面，但是，不同的内力(如弯矩、剪力)并不一定在同一个截面达到最大值，因此一个构件很有可能同时有几个控制截面。框架横梁：两个支座截面以及跨中截面一般为最大正弯矩作用截面，内力组合时要找出构件上是正弯矩和最大负弯矩，

51、用以计算上部及下部配筋，还要找到最大剪力，用以计算斜截面承载力，配置箍筋。柱子：由框架弯矩图可以知道，弯矩最大值都在上、下两个端截面，剪力和轴力在同一层中变化也不大，因此各层柱的控制截面可以取两个端截面。柱子是偏压构件，可能出现大偏压破坏，也可能出现小偏压破坏，大偏压情况下，弯矩越大越不利，小偏压情况下，弯矩越小越不利，所以，对柱子要组合几种不利内力，从中判断出最不利内力作为配筋的依据，有时要用试算才能找出最大配筋。由于柱子一般为对称配筋，因此组合时只需找出绝对值最大的弯矩，不利内力可以归纳为如下四种： (1)、 与相应的N ( 2)、Nmax与相应的MmaxM(3)、Nmin与相应的M (4)、M对最大或最小)；有时，绝对最大或最小的内力不见得是最不利的，对于大偏心受压构件，弯矩越大，配筋越多，但对于小偏心受压构件，虽然N不是最大，但相应的弯矩M比较大时，配筋也会多一些，所以组合时要找到这种情况，而且往往这种情况控制配筋。为了验算斜截面承载力，柱也要组合Vmax注意：注意：在进行截面配筋计算时应采用构件端部截面的内力，而不是轴线处的内力。比较大(不是最大)。但N比较小或比较大(不是绝由上图可以看出，梁端弯矩较轴线处弯矩小(柱端情况一样)