3高层建筑荷载与地震作用

• 计算公风式：振系数z计算方法
风荷载标准值计算
• 垂直于建筑物表面
总的风荷载
所有的作用面的合力
风荷载计算例题
建筑物剖面图: 基本条件： 基本风压值:0=0.35kN/m2 地面粗糙度B类 结构基本周期0.76s
平面图
计算公式：
已知：0=0.35kN/m2 风荷载体型系数：迎风面0.8，背风面-0.5 风压高度变化系数，根据高度查表插值计算 风振系数，《荷载规范》规定，高度大于30米，高宽比大于1.5， 可忽略扭转影响的高层建筑，可仅考虑第一振型影响，按下面 公式计算。
• 丙类：除了上述以外的一般高层建筑
抗震设防标准
• 甲类建筑：地震作用应高于本地区抗震设 防烈度的要求，抗震措施应比本地区设防 烈度提高1度要求。
• 乙类建筑：地震作用按本地区抗震设防烈 度的要求，抗震措施应比本地区设防烈度 提高1度要求。
• 丙类建筑:地震作用和抗震措施按本地区设 防烈度要求。
抗震设计的目标
与风速有关的基本风压值0
《荷载规范》给出
下列因素相关：
风速，50年一遇10min平均最大风速
空旷地面上
10米高度处
50年一遇
具体计算公式
0=v02/1600
风速变化与高度有关
风压高度变化系数z
1. 风速变化与高度有关 （离地面高度或海平面高度） 2. 风速变化与地貌有关 3. 风速变化与周围环境有关
1 规范规定的结构抗震计算方法 2 是一种拟静力方法 3 底部剪力法，振型分解法 4 抗震规范给出了标准的设计反应谱曲线，确 定地震影响系数
设计反应谱曲线
• 设计反应谱是通过单质点体系的动力计算得到的。
地面运动与质点最大加速度关系
• 质点运动方程：
地面运动加速度
如果地面运动已知，质点的位移，速度，加速度反应 就可以求出。当单质点的自振周期改变时，就会得到不同 的最大反应值。最大反应值与质点自振周期的关系称为位 移反应谱，速度反应谱，加速度反应谱。
地震波特性有关，与场地土特性有关，场 地土类别（软土，坚硬土质，覆盖层厚度）
与房屋的动力特性有关，自振周期，振型， 阻尼，结构的质量和刚度
抗震设防标准
• 功能重要性分类： • 甲类：地震破坏导致严重后果，造成严重
损伤，建筑物特别重要。
• 乙类：地震时须维持正常使用的建筑物 （医院），人员大量集中的公共建筑。
地面粗糙度类别
A，海面，沙漠，空旷，空 气无阻挡
地面粗糙度类别 A,B,C,D
B，田野，乡村，丘陵，房屋稀 疏，大城市郊区
C，密集建筑物的大城市
D，密集建筑物群，且房屋较高
与建筑物平面形状有关
风 荷 载 体 型 系 数s
• 建筑物上各个面的风压分布并不均匀 • 迎风面一般是压力作用（体型系数用+表示） • 侧风面和背风面一般为吸力（体型系数用—表示） • 通过实测可以得到建筑物表面的实际风压 • 实际风压是指基本风压值乘以体型系数 • 实际计算风荷载对建筑物的作用时，是按照各个
• 地震作用
地震波作用，产生地面运动，通过房屋基础影响上 部结构，使结构产生振动，这就是地震作用。
• 作用方式
产生竖向振动和水平振动，破坏主要有水平振动造 成的，一般仅考虑水平振动，震中附近高烈度区或 者竖向振动产生严重影响时才考虑竖向振动。
地震反应
• 地震反应
位移，速度，加速度，引起内力，变形
• 影响因素
抗震设计的要点
• 概念设计 • 抗震计算 • 构造措施
概念设计
• 结构方案选型 • 结构布置 • 由于设计者的经验对结构薄弱环节的加强
抗震计算
•用定量的方法计算地震反应，保证结构有足够的刚度和承载能力 •规范要求采用二阶段的设计方法
承载力和使用状态下的变形验算
采用第一水准烈度的地震动参数，先计算出结构在弹性状态下的地震作用 效应，与风、重力等荷载效应组合，并引入承载力抗震调整系数，进行构ຫໍສະໝຸດ Baidu 截面设计，从而满足第一水准的强度要求；
（1）小震不坏：建筑物使用期间可能遇到的多遇地 震，相当于比设防烈度低1.5度的地震作用。建筑 物应该保持弹性作用不损坏，按这种受力状态进 行内力计算和截面设计。
（2）中震可修：出现设防烈度相同的地震作用，结 构可以出现损坏，局部进入塑性状态，经过维修 后可以使用。
（3）大震不倒：遭遇千年一遇的罕遇地震，超出设 防烈度1~1.5倍，要求不倒塌，保证生命安全。
弹塑性变形验算
采用同一地震动参数计算出结构的弹性层间位移角，使其不超过规定的限值。 同时采取相应的抗震构造措施，保证结构具有足够的延续、变形能力和塑性 耗能，从而自动满足第二水准的变形要求。
抗震构造措施
• 保证结构的延性 • 实现在罕遇地震下避免倒塌
3 地震作用的计算方法
• 时程分析法 • 反应谱法
表面的平均风压计算的平均风压系数，称为风荷 载体型系数
风压分布特点
规范规定
与风向变化有关的系数
风振系数z
什么是风振系数？
变化的风压值对高层建筑的动力效应
什么时候考虑？
高度较高，刚度较小的建筑，必须考虑
如何考虑？
其实质是乘以一个大于1的系数，仍然按照 静力作用计算风荷载效应，对于大于200
米的高层，最好进行风洞试验
地震加速度与设防烈度
• 一般情况下，设防烈度可采用中国地震烈度区划 图中的地震基本烈度
• 也可以采用设计地震基本加速度值对应的烈度值。 • 设计基本地震加速度定义为：50年设计基准期超
越概率10%的地震加速度设计取值。
小，中，大震概念
小、中、大震是指概率统计意义上的地震烈度大小：
小震是指该地区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年内超越概率约为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年内超越概率约为2％～3％的地 震烈度，又称为罕遇地震。
用不同的阻尼比得到不用的加速度反应谱，反应谱曲线 中，最大值对应的周期就是该地震波的特征周期，也称为 卓越周期。
风振系数计算公式
脉动影响系数：对于结构迎风面宽度较大时，可根据总高度与 迎风面宽度的比值，查表确定。迎风面H/B=0.435，粗糙度B类。 查表V=0.42。
具体计算过程
• 具体计算时，可取平面图中某一轴线的一品框架，例如③ 轴线，其负载宽度是7.2米，则沿高度分布的风荷载是：
2 地震作用特点和抗震设计目标