同济大学高层建筑第二章2.3

1、第二章第二章 结构荷载计算及设计要求结构荷载计算及设计要求 地震作用：地震作用：是指地面震动在结构上产生动力荷载，俗称是指地面震动在结构上产生动力荷载，俗称为地震荷载为地震荷载 地震作用效应地震作用效应：地震作用产生结构的内力和变形：地震作用产生结构的内力和变形 结构动力特性结构动力特性：结构的自振周期、阻尼、振型等。：结构的自振周期、阻尼、振型等。 结构的地震反应：结构的地震反应：结构的结构的 位移、速度、加速度位移、速度、加速度 及内力和及内力和变形变形 。 结构的地震反应分析：结构的地震反应分析：是结构地震作用的计算方法是结构地震作用的计算方法2.4 2.4 地震作用地震作用第二章第二章

2、 结构荷载计算及设计要求结构荷载计算及设计要求等等 效效 静静 力力 法法简简 化化 的的 底底 部部 剪剪 力力 法法振振 型型 分分 解解 反反 应应 谱谱 法法反反 应应 谱谱 理理 论论静静 态态 分分 析析 （ 最最 不不 利利 状状 态态 分分 析析 ）弹弹 性性 全全 过过 程程 分分 析析弹弹 塑塑 性性 全全 过过 程程 分分 析析动动 态态 分分 析析 （ 全全 过过 程程 时时 程程 分分 析析 ）确确 定定 性性 方方 法法非非 确确 定定 性性 方方 法法 随随 机机 振振 动动 分分 析析地地 震震 作作 用用 下下 结结 构构 的的 计计 算算 方方 法法本科生学

3、习内容本科生学习内容第二章第二章 结构荷载计算及设计要求结构荷载计算及设计要求根据已有的大量地震地面运动的记录，再运用结构动根据已有的大量地震地面运动的记录，再运用结构动力学中弹性振动理论，通过力学中弹性振动理论，通过计算结构的地震反应计算结构的地震反应来确定来确定地震作用。地震作用。（将计算结果以地震反应随结构自振周期的变化规律（将计算结果以地震反应随结构自振周期的变化规律曲线的方式表达，供设计时查用。有曲线的方式表达，供设计时查用。有最大加速度反应谱、最大加速度反应谱、最大速度反应谱、最大位移反应谱等。最大速度反应谱、最大位移反应谱等。）1.1.反应谱理论反应谱理论2 . 1 结 构 设

4、计 步 骤第二章第二章 结构荷载计算及设计要求结构荷载计算及设计要求地震反应谱示例（地震反应谱示例（ ElcentroElcentro波波 ）（计算从略）（计算从略）周 期 （ ）速 度 （）速速度度反反应应谱谱周 期 （）加 速 度 （）加加速速度度反反应应谱谱位 移 （ ）周 期 （）位位移移反反应应谱谱岩 石坚 硬 场 地厚 无 粘 性 土层软 土 层场场地地影影响响第二章第二章 结构荷载计算及设计要求结构荷载计算及设计要求0mxcxkxmx 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

5、动加速度。地面运动加速度。单质点体系运动方程为：单质点体系运动方程为：0 x x x x第二章第二章 结构荷载计算及设计要求结构荷载计算及设计要求如地面运动如地面运动 已知，便可求出质点的位移、速度、加已知，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，由牛顿定律可得最大后，由牛顿定律可得最大惯性力为：惯性力为：0maxaa0maxxsFmsmgk GGgx 式中：式中：m，G 单质点体系的质量及重量；单质点体系的质量及重量； g， 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；

6、为动力系数； 地震影响系数地震影响系数dsvsas(t)x as第二章第二章 结构荷载计算及设计要求结构荷载计算及设计要求 水平地震影响系数水平地震影响系数 根据烈度、场地类别、设计地震分组、结构自振周期根据烈度、场地类别、设计地震分组、结构自振周期T和阻尼比确定，由下式计算：和阻尼比确定，由下式计算：当当TTg时时 maxmax，当当TTg时时 maxmax)(sT01 . 0gTgT50 . 6max2max45. 0max2)(TTgmax12)5(2 . 0gTT 地震影响系数曲线地震影响系数曲线第二章第二章 结构荷载计算及设计要求结构荷载计算及设计要求Tg为特征周期值，与场地类别和地

7、震分组有关。为特征周期值，与场地类别和地震分组有关。第二章第二章 结构荷载计算及设计要求结构荷载计算及设计要求1、水平地震作用计算、水平地震作用计算 （1）底部剪力法：）底部剪力法： 当结构高度小于当结构高度小于40m，沿高度方向质量及刚度分，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荷载。用底部剪力法计算等效地震荷载。 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：2.2.等效地震

8、荷载计算方法等效地震荷载计算方法第二章第二章 结构荷载计算及设计要求结构荷载计算及设计要求nnEkFF 式中：式中： 相应于结构基本自振周期的水平地震影响系数值；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，结构等效总重力荷载， 对单质点体系应取总重力荷载代表值的对单质点体系应取总重力荷载代表值的85%； 顶部附加水平地震作用系数，当基本自振周期顶部附加水平地震作用系数，当基本自振周期T11.4Tg时，时， 取为取为0；当基本自振周期；当基本自振周期T11.4Tg时，按照表中采用。时，按照表中采用。1 eqGn Ek1eqFG iiiEknnjjj=1G HFF( 1)G

9、H nnFF iFEkFnGiGjGiHjHnnFF iFEkFnGiGjGiHjH第二章第二章 结构荷载计算及设计要求结构荷载计算及设计要求 计算式计算式ngT ( s )1gT1.4T 1gT1.4T 0.35 0.55 10.08T0.07 10.08T0.01 10.08T0.02 第二章第二章 结构荷载计算及设计要求结构荷载计算及设计要求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：1TT1.7Tu1T式中：式中： 计算结构基本自振周期用的结构顶点计算结构基本自振周期用的结构顶点假想位移（假想位移（m)， 即假想把集中在各层楼面处的重力荷载代即假想把集中在各层楼面处的

10、重力荷载代表值作为水平荷载算得的顶点位移；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结构基本自振周期考虑非承重砖墙影响的折减系数。的折减系数。TuT第二章第二章 结构荷载计算及设计要求结构荷载计算及设计要求自振周期的修正自振周期的修正计算中未考虑砌体填充墙的刚度影响，计算周期较实计算中未考虑砌体填充墙的刚度影响，计算周期较实际周期长，地震作用偏于不安全，故际周期长，地震作用偏于不安全，故 应乘以周期应乘以周期折减系数折减系数T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T0.60.7 T0.70.8 T0.91.0 第二章第二章 结构荷载计算及设计要求结构荷载计算及设计要求求建筑的重力荷载时，各荷载的组合值系数按下表采用。求建筑的重力荷载时，各荷载的组合值系数按下表采用。第二章第二章 结构荷载计算及设计要求结构荷载计算及设计要求屋面小塔楼地震力屋面小塔楼地震力小塔楼：突出屋面的楼梯间、水箱等，一般小塔楼：突出屋面的楼梯间、水箱等，一般12层，层，高度小体积小，小塔楼作为一个质点。高度小体积小，小塔楼作为一个质点。鞭梢效应：屋面塔楼的刚度和质量比主体结构小得多，鞭梢效应：屋面塔楼的刚度和质量比主体结构小得多，受到经过