第章风及地震荷载的对比学习教案

1、会计学1第章风及地震荷载第章风及地震荷载(hzi)的对比的对比第一页，共53页。全国(qun u)基本风压分布图（kN/m2）无人区未予记录(jl)0.800.900.900.60第1页/共53页第二页，共53页。第2页/共53页第三页，共53页。两者对环境两者对环境(hunjng)的的要求要求风荷载：地表状况。风荷载：地表状况。 如地面如地面(dmin)粗糙度、是否山峰、山坡、谷地、谷口、山口等粗糙度、是否山峰、山坡、谷地、谷口、山口等地震作用：地震地质构造。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，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

2、场地土的软弱程度，是否山峰、山坡等第3页/共53页第四页，共53页。风荷载风荷载50年年超越超越概率概率重现期重现期最大风压的平均值最大风压的平均值50年年wf(w)第4页/共53页第五页，共53页。地震影响地震影响50年年超越超越概率概率地震重地震重现期现期多遇地震对应的烈多遇地震对应的烈度度众值烈度众值烈度小震小震63.2%50年年设防烈度设防烈度中震中震10%475年年罕遇地震对应的烈度罕遇地震对应的烈度大震大震2-3%1642-2475年年If(I)ImI0Is第5页/共53页第六页，共53页。风风地震地震(dzhn)第6页/共53页第七页，共53页。对于某一地区，高风压而且低烈度对于

3、某一地区，高风压而且低烈度(lid)时，何种时，何种作用对结构起控制作用，需通过详细验算。作用对结构起控制作用，需通过详细验算。第7页/共53页第八页，共53页。第8页/共53页第九页，共53页。1q2q迎风面迎风面压力压力背风面背风面吸力吸力jGiGnGEkFiFnnFFjHiH第9页/共53页第十页，共53页。+0.8+0.4+0.4-0.7-0.7-0.5-0.5-0.5mxkkx第10页/共53页第十一页，共53页。第11页/共53页第十二页，共53页。第12页/共53页第十三页，共53页。对于比较规则的建筑，两者对结构的对于比较规则的建筑，两者对结构的作用分布趋势作用分布趋势(qsh

4、)比较接近（作用力上大比较接近（作用力上大下小，剪力及弯矩上小下大），引起的结构下小，剪力及弯矩上小下大），引起的结构内力也有相近趋势内力也有相近趋势(qsh)。而对于比较复杂的建筑则各有自己的而对于比较复杂的建筑则各有自己的特点。特点。第13页/共53页第十四页，共53页。风荷载除对承力的结构构件进行风荷载除对承力的结构构件进行(jnxng)验算验算外，还对围护构件如玻璃幕墙等进行外，还对围护构件如玻璃幕墙等进行(jnxng)局部强局部强风考虑。风考虑。而地震作用主要对结构构件进行而地震作用主要对结构构件进行(jnxng)设计设计和验算。和验算。第14页/共53页第十五页，共53页。 风荷载

5、作用面积 ：垂直于风向的最大投影面积1. 基本计算公式2. 计算参数 基本风压值 体型系数 高度变化系数 风载作用面积 风振系数先计算各层作用先计算各层作用,再计算总的底部剪力再计算总的底部剪力0wzszkzs0wzLHHLA 第15页/共53页第十六页，共53页。eqEkGF1各楼层的水平各楼层的水平(shupng)地震作用标准值地震作用标准值为：为：)1(1nEknjjjiiiFHGHGF),.2,1(nj 顶部顶部(dn b)附加水平地震作用标准值附加水平地震作用标准值为：为： EknnFF总水平地震作用标准值为：总水平地震作用标准值为： 先先计计算算总总的的底底部部剪剪力力,再再计计算

6、算上上部部各各层层作作用用第16页/共53页第十七页，共53页。风荷载控制下的结构设计，要求结构刚度风荷载控制下的结构设计，要求结构刚度(n d)越大越好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抗侧刚度(n d)采用采用(ciyng)减振（震）措施时，两者的控制目减振（震）措施时，两者的控制目标和采取的手段各不相同标和采取的手段各不相同第17页/共53页第十八页，共53页。空间结构体系与荷载的复杂性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要求在结构设计时必须进行简化计算。计算。一、荷载作用方向一、荷载作用方向实际风

7、荷载以及地震作用方向是随意实际风荷载以及地震作用方向是随意(su y)不定的。结构计算不定的。结构计算常常假定水平作用在结构主轴方向，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对互相正交的主轴进行内力分析。第18页/共53页第十九页，共53页。二、平面结构二、平面结构(jigu)假定假定 任何结构任何结构(jigu)都为一个空间结构都为一个空间结构(jigu)，但是对于多，但是对于多数结构数结构(jigu)而言，可以简化为平面结构而言，可以简化为平面结构(jigu)， 使计算大大简化使计算大大简化。假定：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、一片框架

8、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。整个结构面外刚度很小，可以忽略。整个结构(jigu)可以划分为若干个平面结可以划分为若干个平面结构构(jigu)， 共同抵抗与平面结构共同抵抗与平面结构(jigu)平行的荷载，平行的荷载， 垂直该方向的垂直该方向的结构结构(jigu)不参与受力。不参与受力。 2、连结各个抗侧力结构、连结各个抗侧力结构(jigu)间的楼板在自身平面内很间的楼板在自身平面内很大，大， 平面外很小。平面外很小。第19页/共53页第二十页，共53页。第20页/共53页第二十一页，共53页。三、楼板无限刚性假定三、楼板无限刚性假定 假定楼板在自身假定楼板在

9、自身(zshn)平面内为绝对刚性，在平面外平面内为绝对刚性，在平面外刚度很小可以忽略。刚度很小可以忽略。无扭转时无扭转时 第21页/共53页第二十二页，共53页。什么什么(shn me)是荷是荷载？载？什么什么(shn me)是荷是荷载效应？载效应？第22页/共53页第二十三页，共53页。无地震无地震(dzhn)作用组作用组合时：合时：RS 有地震作用有地震作用(zuyng)组合时：组合时：REEERSS无地震作用组合时构件内力设计值无地震作用组合时构件内力设计值R不考虑地震作用时构件的承载能力设计值不考虑地震作用时构件的承载能力设计值ES有地震作用组合时构件内力设计值有地震作用组合时构件内力

10、设计值ER考虑地震作用时构件的承载能力设计值考虑地震作用时构件的承载能力设计值RE承载力抗震调整系数承载力抗震调整系数一、一、承载力验算承载力验算第23页/共53页第二十四页，共53页。 地震作用属于可变作用或偶然(u rn)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。 抗震承载力调整系数抗震承载力调整系数材料钢筋混凝土结构构件RE 梁轴压比小于0.

11、15的柱轴压比不小于0.15的柱剪力墙各类受剪、偏拉构件0.750.750.800.850.85第24页/共53页第二十五页，共53页。wkwwkQQQGkGSSSS111wkkQGkSSS、1分别为恒荷载、活荷载和风荷载标准值分别为恒荷载、活荷载和风荷载标准值计算的荷载效应；计算的荷载效应；kQk、1分别为恒荷载、活荷载和风荷载标准值分别为恒荷载、活荷载和风荷载标准值的分项系数；的分项系数；wQ、1分别为活荷载和风荷载的组合系数；分别为活荷载和风荷载的组合系数；第25页/共53页第二十六页，共53页。有两种荷载有两种荷载(hzi)工况工况：1、恒载、恒载+活载活载由活荷载控制的组合由活荷载控

12、制的组合(zh)： 1.2x恒载效应恒载效应+1.4x活载效应活载效应由恒荷载由恒荷载(hzi)控制的组合：控制的组合： 1.35x恒载效应活载效应恒载效应活载效应2、恒载、恒载+活载活载+风荷载风荷载多层结构：多层结构： 1.2x恒载效应恒载效应+1.4x活载效应风载效应活载效应风载效应高层结构：高层结构： 1.2x恒载效应恒载效应+1.4x活载效应风载效应活载效应风载效应第26页/共53页第二十七页，共53页。2、有地震作用时的荷载效应组合、有地震作用时的荷载效应组合 所有要求进行所有要求进行(jnxng)地震作用计算的地震作用计算的结构要进行结构要进行(jnxng)有地震作用的荷载组合有

13、地震作用的荷载组合：wkwwEvkEvEhkEhGEGSSSSSwkEvkEhkGESSSS、分别为地震荷载代表值、水平地震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；、风荷载标准值的荷载效应；wEvEhG、分别为上述各种荷载作用的分项系数分别为上述各种荷载作用的分项系数；w荷载的组合系数，取荷载的组合系数，取0.2。第27页/共53页第二十八页，共53页。有地震有地震(dzhn)作用组合的荷载工作用组合的荷载工况：况：1、对于所用、对于所用(su yn)多层及高层建筑多层及高层建筑：1.2x重力重力(zhngl)荷载效应

14、荷载效应+1.3x水平地震作用效应水平地震作用效应2、对于、对于60m以上高层建筑增加以下一项：以上高层建筑增加以下一项：1.2x重力荷载效应重力荷载效应+1.3x水平地震作用效应风荷载效应水平地震作用效应风荷载效应3、9度设防高层建筑增加以下两项：度设防高层建筑增加以下两项：1.2x重力荷载效应重力荷载效应+1.3x水平地震作用效应水平地震作用效应+0.5x竖向地震作用效应竖向地震作用效应1.2x重力荷载效应重力荷载效应+1.3x竖向地震作用效应竖向地震作用效应4、对于、对于9度设防、且为度设防、且为60m以上高层建筑增加以下一项：以上高层建筑增加以下一项：1.2x重力荷载效应重力荷载效应+

15、 1.3x水平地震作用效应水平地震作用效应+0.5x竖向地震作用效应竖向地震作用效应+1.4x0.2x风荷载效应风荷载效应第28页/共53页第二十九页，共53页。3、高层建筑高层建筑(o cn jin zh)中竖中竖向活荷载的布置向活荷载的布置 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，活荷载不考虑的内力所占比重较小。因此规范规定，活荷载不考虑(kol)最不利布置，而用满布活荷载计算内力。一般对最不利布置，而用满布活荷载计算内力。一般对梁跨中弯矩乘以梁跨中弯矩乘以1.11.2的放大系数来考虑的放大系数来考虑(kol

16、)活荷载活荷载的不利影响。的不利影响。第29页/共53页第三十页，共53页。各国办公楼层承受各国办公楼层承受(chngshu)活荷载的标准值活荷载的标准值2/mkN中国中国美国美国英国英国法德俄法德俄加拿大加拿大日本日本澳大利亚澳大利亚2.02.42.52.02.42.93.0不同不同(b tn)建筑物楼层承受活荷载的标准值建筑物楼层承受活荷载的标准值2/mkN体育体育馆看馆看台台公寓公寓住宅住宅房间房间公寓公寓住宅住宅走廊走廊学校学校教室教室学校学校走廊走廊剧院剧院门厅门厅餐厅餐厅中国中国3.52.02.02.02.53.02.5美国美国4.82.04.82.03.94.84.8第30页/共

17、53页第三十一页，共53页。墙、柱、基础计算截面以上的层数12-34-56-89-2020计算截面以上各楼层活荷载总和的折减系数1（0.9）0.850.70.650.60.55活荷载按楼层活荷载按楼层(lu cn)数的折数的折减系数减系数当楼面梁的从属面积当楼面梁的从属面积(min j)超过超过25m2时，设计楼面梁时的折减系数取时，设计楼面梁时的折减系数取0.9第31页/共53页第三十二页，共53页。4、水平荷载、水平荷载(hzi)的方向的方向简化为简化为第32页/共53页第三十三页，共53页。三、侧移限制三、侧移限制(xinzh)/)/(maxhuhu1/300多高层钢结构1/1000钢筋

18、混凝土框支层1/1000钢筋混凝土剪力墙、筒中筒1/800钢筋混凝土框架-剪力墙、板柱-剪力墙、框架-核心筒1/550钢筋混凝土框架结构类型e正常使用情况下的/hu的限制值第33页/共53页第三十四页，共53页。2、防止倒塌层间位移、防止倒塌层间位移(wiy)限制（大震作用限制（大震作用下）下）1/50多高层钢结构1/120钢筋混凝土框支层1/120钢筋混凝土剪力墙、筒中筒1/100钢筋混凝土框架-剪力墙、板柱-剪力墙、框架-核心筒1/50钢筋混凝土框架结构类型e罕遇地震作用下的弹塑性层间位移/hu的限制值第34页/共53页第三十五页，共53页。四、舒适度要求四、舒适度要求(yoqi) 在风荷

19、载作用下，高度超过在风荷载作用下，高度超过150m的高层建筑的高层建筑，应满足人使用的舒适度要求。此时，按照重现，应满足人使用的舒适度要求。此时，按照重现期为期为10年的风荷载计算结构顶点加速度，或由风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：应满足下列要求：max住宅、公寓：住宅、公寓：2max/15. 0sm 办公、旅馆：办公、旅馆：2max/25. 0sm 第35页/共53页第三十六页，共53页。五、稳定五、稳定(wndng)和抗倾和抗倾覆覆 由于高层钢筋混凝土结构由于高层钢筋混凝土结构(j

20、igu)的等效抗侧刚度的等效抗侧刚度大小不等，需进行大小不等，需进行P-效应的计算。效应的计算。 同时，尽可能减轻建筑物自重，对于减小地震反同时，尽可能减轻建筑物自重，对于减小地震反应、降低应、降低P-效应产生的破坏有重要意义。效应产生的破坏有重要意义。第36页/共53页第三十七页，共53页。1、延性、延性(ynxng)结构结构的概念的概念延性延性是指构件和结构屈服后，具有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，即塑性变形能力的大小(dxio)。塑。

21、塑性变形和耗散地震能量，大部分抗震结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在中震作用下都进入塑性状态而耗能。第37页/共53页第三十八页，共53页。MyMu0 fMMuMyfy fur 增加后期构件构件(gujin)延性比：延性比：yuff结构结构(jigu)延性比：延性比：yuyyPu0 PPy后期第38页/共53页第三十九页，共53页。抗震建筑的延性可通过以下条件来保证：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；合理选择结构体系；合理布置合理布置(bzh)结构；结构；对构件和连接采用合理的构造措施；对构件和连接采用合理的构造措施；保证施工质量保证

22、施工质量不是通过计算达到的不是通过计算达到的 因此，通过设立因此，通过设立(shl)抗震结构的抗震结构的抗震等级要求、加强构造措施的方法保抗震等级要求、加强构造措施的方法保证结构的延性。证结构的延性。第39页/共53页第四十页，共53页。第40页/共53页第四十一页，共53页。欧洲抗震规范欧洲抗震规范EC-8从四个方面来体现延性：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、非线性设计反映谱及其延性系数2、局部延性水准、局部延性水准(shuzhn)校核校核3、能力设计、能力设计4、构造措施、构造措施希腊抗震规范希腊抗震规范NEAK-1995(New Greek Aseismic Co

23、de)，这本规范编的简洁实用，希腊是个多地震，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。洲规范相同，只是更加实用，使用方便。台湾台湾1999年的耐震设计规范考虑了：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、非线性设计反映谱及其延性系数2、构造措施、构造措施第41页/共53页第四十二页，共53页。2、概念设计及抗震、概念设计及抗震(kngzhn)等级等级(1)选择延性材料：钢结构选择延性材料：钢结构延性好延性好 砖石结构砖石结构延性很差延性很差 钢筋混凝土结构钢筋

24、混凝土结构介于两者之间，需合理设介于两者之间，需合理设计计(2)进行结构概念设计：选择对抗震有利的结构方案和布置进行结构概念设计：选择对抗震有利的结构方案和布置(bzh)； 采取减少扭转和加强抗扭刚度的措施；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；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；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。避免设计静定结构，采取二道防线措施。(3)选择延性结构：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：钢筋混凝土结构的抗震构造措施及

25、抗震等级：第42页/共53页第四十三页，共53页。划分划分(hu fn)结构抗震等级的意义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）程中增加特一级抗震等级）结构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。一

26、级对抗震要求最高，以下逐渐降低。第43页/共53页第四十四页，共53页。结构类型结构类型烈度烈度6度度7度度8度度9度度框架框架结构结构高度（高度（m)3030 3030 3030 25框架框架四四三三三三二二二二一一一一剧场、体育馆等大剧场、体育馆等大跨度公共建筑跨度公共建筑三三二二一一一一框架框架-抗抗震墙结震墙结构构高度高度(m) 6060 6060 6060 50框架框架四四三三三三二二二二一一一一抗震墙抗震墙三三二二一一一一一一抗震墙抗震墙结构结构高度高度(m) 8080 8080 8080 60抗震墙抗震墙四四三三三三二二二二一一一一部分框部分框支抗震支抗震墙结构墙结构抗震墙抗震墙

27、三三二二二二一一框支层框架框支层框架二二二二一一一一（此表摘自抗震规范（此表摘自抗震规范(gufn)中对部分结构形式的规定，未含全部）中对部分结构形式的规定，未含全部）第44页/共53页第四十五页，共53页。例例3：已知一钢筋混凝土单层框架及其在恒载、活载、地震作：已知一钢筋混凝土单层框架及其在恒载、活载、地震作用下的弯矩、轴力（均为标准值），结构、荷载均对称。用下的弯矩、轴力（均为标准值），结构、荷载均对称。要求：计算要求：计算A-A及及B-B截面的内力组合设计值。截面的内力组合设计值。（注：（注：1、按实际情况考虑的楼面活荷载标准值为、按实际情况考虑的楼面活荷载标准值为2/0 . 4mkN

28、2、内力组合时，应考虑有地震作用和无地震作用的情况、内力组合时，应考虑有地震作用和无地震作用的情况）内力组合时，不考虑无活荷载的情况，组合值系数取内力组合时，不考虑无活荷载的情况，组合值系数取1。A500400 x1200450 x45030001500030005200700ABB第45页/共53页第四十六页，共53页。地震作用弯矩图（地震作用弯矩图（kN.m)第46页/共53页第四十七页，共53页。解：解：1、无地震作用情况、无地震作用情况由荷载规范知，在仅考虑恒载和活载两项时：由荷载规范知，在仅考虑恒载和活载两项时：kQQkGGQCGCS1112 . 1G3 . 11Q当活荷载标准值不小

29、于当活荷载标准值不小于2/0 . 4mkN时时（1）A-A截面，mkNM4 .5911903 . 12872 . 1（2）B-B截面，mkNM9 .262853 . 11272 . 1kNN8072703 . 13802 . 12、有地震作用情况、有地震作用情况由荷载规范知，在仅考虑重力荷载和水平地震作用时：由荷载规范知，在仅考虑重力荷载和水平地震作用时：hkEhEhEGGECGCS2 . 1G3 . 1Eh 重力荷载代表值按抗震规范考虑，即恒荷载用标准值，重力荷载代表值按抗震规范考虑，即恒荷载用标准值，活荷载用组合值（组合值系数与标准值的乘积）。按实际情活荷载用组合值（组合值系数与标准值的乘

30、积）。按实际情况考虑的楼面活荷载的组合值系数为况考虑的楼面活荷载的组合值系数为1.0。第47页/共53页第四十八页，共53页。（1）A-A截面，截面，（2）B-B截面，截面，mKNM9 .7081053 . 1)190287(2 . 1左震：左震：右震：右震：mKNM9 .4351053 . 1)190287(2 . 1mKNM9 .3901053 . 1)85127(2 . 1KNN2 .798143 . 1)270380(2 . 1左震：左震：右震：右震：mKNM9 .1171053 . 1)85127(2 . 1KNN8 .761143 . 1)270380(2 . 1第48页/共53页第四十九页，共53页。重重 点点 内内 容容 风荷载及计算风荷载及计算 地震作用地震作用 地震影响系数曲线地震影响系数曲线 底部剪力法的适用条件及底部剪力法的适用条件及计算方法计算方法 结构结构(jigu)抗震验算抗震验算1、截