超高层建筑的抗风抗震设计下
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第三节 地震作用
• 3.1 地震作用的特点 • 3.2 抗震设防准则及基本方法 • 3.3 抗震计算理论 • 3.4 设计反应谱 • 3.5 水平地震作用计算 • 3.6 竖向地震作用 • 3.7 实例 —金茂大厦
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• 3.1 地震作用的特点
• 地震波传播产生地面运动，通过基础影响上部结构，上部结 构产生的振动称为结构的地震反应，包括加速度、速度和位 移反应。由于地震作用是间接施加在结构上的，不应称为地 震荷载。
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• α为地震影响系数，是多次地震作用下不同周期T， 相同阻尼比ζ的理想简化的单质点体系的结构加速 度反应与重力加速度之比，是多次地震反应的包
络线，是所谓标准反应谱或平均反应谱。它是两 项的乘积即地震系数k（地震动峰值加速度与重力 加速度之比）和结构物加速度的放大倍数β（结构 反应加速度反应谱 与地震动最大加速度 之比）。
• 1．抗震设防的3水准目标
• 我国房屋建筑采用3水准设防目标，即“小震不坏，中震可 修，大震不倒”。小震指该地区50年内超越概率约为63%的 地震烈度，即众值烈度，又称多遇地震；中震是指该地区50 年内超越概率为10%的地震烈度，又称基本烈度或设防烈度； 大震是指该地区50年内超越概率为2%~3%的地震烈度，又 称罕遇地震。
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• 2．抗震设计的两阶段方法
• 第一阶段为结构设计阶段。在初步设计及技术设计时，就要 按有利于抗震的做法去确定结构方案和结构布置，然后进行 抗震计算及抗震构造设计。在此阶段，用相应于该地区设防 烈度的小震作用计算结构的弹性位移和构件的内力，并进行 结构变形验算，用极限状态方法进行截面承载力验算，按延 性和耗能要求进行截面配筋及构造设计，采取相应的抗震构 造措施。
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• 3.4 设计反应谱
• 1．反应谱曲线
• 我国制定《抗震规范》规定的反应谱时，收集了国内外不同 场地上255条7度以上（包括少部分6度）的地震加速度记录，
计算得到了不同场地的 谱曲 线，经过处理得到标准 谱曲
线，计入 值后k 形成 谱曲线，即规范给出的地震影响系数
曲线，如图3－7所示。由图可见，确定结构地震作用大小的
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。它既考虑了地震的振幅、 频率和持续时间3要素，又考虑了结构的动力特性。 计算结果可以得到结构地震反应的全过程，包括每 一时刻的内力、位移、屈服位置、塑性变形等，也 可以得到反应的最大值，是一种先进的直接动力计 算方法。
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地震影响系数 值分 为4个线段，其直接变量为结构自振周 期 ，T由 计T算 值， 代入下计算地震作用。
F
mSa
x0,max g
Sa mg x0,max
kG
G
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α——地震影响系数； αmax——地震影响系数最大值；γ——衰减指数； η1——直线下降段的下降斜率调整系数；η2——阻尼调整系数； T——结构自振周期；Tg——场地特征周期。
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• 自振周期:是结构本身的动力特性。与结构的高度 H,宽度B有关。当自振周期与地 震作用的周期接 近时,共振发生,对建筑造成很大影响，加大震害。 特征周期：是建筑场地自身的周期，抗震规范中 是通过地震分组和地震烈度查表确定的。”
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• 3.2 抗震设防准则及基本方法
• 地震波可以分解为6个振动分量：两个水平分量，一个竖向 分量和3个转动分量。
• （1）大多数结构的设计计算主要考虑水平地震作用。 • （2）8度、9度抗震设计时，高层建筑中的大跨度和长悬臂
结构应考虑竖向地震作用。
• （3）9度抗震设计时应计算竖向地震作用。
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• 建筑本身的动力特性对建筑物是否发生破坏以及破 坏程度也有很大的影响。建筑物动力特性是指建筑 物自振周期、振型与阻尼，它们与建筑物的质量和 结构的刚度有关。质量大、刚度大、周期短的建筑 物在地震作用下惯性力较大；刚度小、周期长的建 筑物位移较大，但惯性力较小。特别是当地震波的 卓越周期与建筑物的自振周期相近时，会引起类共 振，导致结构的地震反应加剧。
α：地震影响系数，α（T）=S a（T）=K ×β （T）， S a（T）为加速度设计反应谱，K为地 震系数K=a/g，β（T）为放大系数谱。
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• 2．影响地震反应系数的因素 • 场地特征周期Tg，与场地类型（土的软硬及覆盖层厚度）
及地震分组（震中距的影响）有关。 • 结构自振周期T由三种方法确定。其中经验法的确定如下图。 • 结构的阻尼比 ： 阻尼是结构的动力特性之一，是描述结
• 第二阶段为验算阶段。一些重要的或特殊的结构，经过第一 阶段的设计后，要求用与该地区设防烈度相应的大震作用进 行弹塑性变形验算，以检验是否达到了大震不倒的目标。
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• 3．抗震设防范围
• 我国现行的《建筑抗震设计规范》（GB 50011－2001）规 定，在基本烈度为6度及6度以上地区内的建筑结构，应当抗 震设防。现行《抗震规范》适用于设防烈度为6~9度地区的 建筑抗震设计。10度地区建筑的抗震设计，按专门规定执行。 我国设防烈度为6度和6度以上的地区约占全国总面积的60%。
构在振动过程中 某种能量耗散的术语 。钢结构的阻尼比一
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• 3.3 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 （拟静力法）和时程分析法（直接动力法）3大类。 我国《抗震规范》要求在设计阶段按照反应谱方法 计算地震作用，少数情况下需要时程分析法进行补 充计算。规范要求进行第二阶段验算的建筑也是少 数，第二阶段采用弹塑性静力分析或弹塑性时程分 析方法。
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• 1．反应谱理论
• 反应谱理论是采用反应谱确定地震作用的理论。反应谱是通 过单自由度弹性体系的地震反应计算得到谱曲线。如图3－5 所示的单自由度弹性体系在地面加速度运动作用下，质点的 运动方程如下：
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ห้องสมุดไป่ตู้
• 2．直接动力理论（时程分析法） • 时程分析法是一种动力计算方法，用地震波（加速
• 3.1 地震作用的特点 • 3.2 抗震设防准则及基本方法 • 3.3 抗震计算理论 • 3.4 设计反应谱 • 3.5 水平地震作用计算 • 3.6 竖向地震作用 • 3.7 实例 —金茂大厦
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• 3.1 地震作用的特点
• 地震波传播产生地面运动，通过基础影响上部结构，上部结 构产生的振动称为结构的地震反应，包括加速度、速度和位 移反应。由于地震作用是间接施加在结构上的，不应称为地 震荷载。
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• α为地震影响系数，是多次地震作用下不同周期T， 相同阻尼比ζ的理想简化的单质点体系的结构加速 度反应与重力加速度之比，是多次地震反应的包
络线，是所谓标准反应谱或平均反应谱。它是两 项的乘积即地震系数k（地震动峰值加速度与重力 加速度之比）和结构物加速度的放大倍数β（结构 反应加速度反应谱 与地震动最大加速度 之比）。
• 1．抗震设防的3水准目标
• 我国房屋建筑采用3水准设防目标，即“小震不坏，中震可 修，大震不倒”。小震指该地区50年内超越概率约为63%的 地震烈度，即众值烈度，又称多遇地震；中震是指该地区50 年内超越概率为10%的地震烈度，又称基本烈度或设防烈度； 大震是指该地区50年内超越概率为2%~3%的地震烈度，又 称罕遇地震。
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• 2．抗震设计的两阶段方法
• 第一阶段为结构设计阶段。在初步设计及技术设计时，就要 按有利于抗震的做法去确定结构方案和结构布置，然后进行 抗震计算及抗震构造设计。在此阶段，用相应于该地区设防 烈度的小震作用计算结构的弹性位移和构件的内力，并进行 结构变形验算，用极限状态方法进行截面承载力验算，按延 性和耗能要求进行截面配筋及构造设计，采取相应的抗震构 造措施。
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• 3.4 设计反应谱
• 1．反应谱曲线
• 我国制定《抗震规范》规定的反应谱时，收集了国内外不同 场地上255条7度以上（包括少部分6度）的地震加速度记录，
计算得到了不同场地的 谱曲 线，经过处理得到标准 谱曲
线，计入 值后k 形成 谱曲线，即规范给出的地震影响系数
曲线，如图3－7所示。由图可见，确定结构地震作用大小的
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。它既考虑了地震的振幅、 频率和持续时间3要素，又考虑了结构的动力特性。 计算结果可以得到结构地震反应的全过程，包括每 一时刻的内力、位移、屈服位置、塑性变形等，也 可以得到反应的最大值，是一种先进的直接动力计 算方法。
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地震影响系数 值分 为4个线段，其直接变量为结构自振周 期 ，T由 计T算 值， 代入下计算地震作用。
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x0,max g
Sa mg x0,max
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α——地震影响系数； αmax——地震影响系数最大值；γ——衰减指数； η1——直线下降段的下降斜率调整系数；η2——阻尼调整系数； T——结构自振周期；Tg——场地特征周期。
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• 自振周期:是结构本身的动力特性。与结构的高度 H,宽度B有关。当自振周期与地 震作用的周期接 近时,共振发生,对建筑造成很大影响，加大震害。 特征周期：是建筑场地自身的周期，抗震规范中 是通过地震分组和地震烈度查表确定的。”
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• 3.2 抗震设防准则及基本方法
• 地震波可以分解为6个振动分量：两个水平分量，一个竖向 分量和3个转动分量。
• （1）大多数结构的设计计算主要考虑水平地震作用。 • （2）8度、9度抗震设计时，高层建筑中的大跨度和长悬臂
结构应考虑竖向地震作用。
• （3）9度抗震设计时应计算竖向地震作用。
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• 建筑本身的动力特性对建筑物是否发生破坏以及破 坏程度也有很大的影响。建筑物动力特性是指建筑 物自振周期、振型与阻尼，它们与建筑物的质量和 结构的刚度有关。质量大、刚度大、周期短的建筑 物在地震作用下惯性力较大；刚度小、周期长的建 筑物位移较大，但惯性力较小。特别是当地震波的 卓越周期与建筑物的自振周期相近时，会引起类共 振，导致结构的地震反应加剧。
α：地震影响系数，α（T）=S a（T）=K ×β （T）， S a（T）为加速度设计反应谱，K为地 震系数K=a/g，β（T）为放大系数谱。
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• 2．影响地震反应系数的因素 • 场地特征周期Tg，与场地类型（土的软硬及覆盖层厚度）
及地震分组（震中距的影响）有关。 • 结构自振周期T由三种方法确定。其中经验法的确定如下图。 • 结构的阻尼比 ： 阻尼是结构的动力特性之一，是描述结
• 第二阶段为验算阶段。一些重要的或特殊的结构，经过第一 阶段的设计后，要求用与该地区设防烈度相应的大震作用进 行弹塑性变形验算，以检验是否达到了大震不倒的目标。
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• 3．抗震设防范围
• 我国现行的《建筑抗震设计规范》（GB 50011－2001）规 定，在基本烈度为6度及6度以上地区内的建筑结构，应当抗 震设防。现行《抗震规范》适用于设防烈度为6~9度地区的 建筑抗震设计。10度地区建筑的抗震设计，按专门规定执行。 我国设防烈度为6度和6度以上的地区约占全国总面积的60%。
构在振动过程中 某种能量耗散的术语 。钢结构的阻尼比一
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• 3.3 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 （拟静力法）和时程分析法（直接动力法）3大类。 我国《抗震规范》要求在设计阶段按照反应谱方法 计算地震作用，少数情况下需要时程分析法进行补 充计算。规范要求进行第二阶段验算的建筑也是少 数，第二阶段采用弹塑性静力分析或弹塑性时程分 析方法。
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• 1．反应谱理论
• 反应谱理论是采用反应谱确定地震作用的理论。反应谱是通 过单自由度弹性体系的地震反应计算得到谱曲线。如图3－5 所示的单自由度弹性体系在地面加速度运动作用下，质点的 运动方程如下：
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• 2．直接动力理论（时程分析法） • 时程分析法是一种动力计算方法，用地震波（加速