高层建筑结构荷载

ax
/
/g
x0 m
称为 ax 称
为动力系数，表示质点加速度与地面加速度相比的放
大系数；α为地震影响系数，α=kβ。
3、设计反应谱曲线
《抗震规范（GB50011-2001）根据255条地震加速度 记录计算得到的反应谱曲线，经过处理后得到的标准 反应谱——地震影响系数α，作为设计反应谱曲线，
α—地震影响系数；αmax—地震影响系数最大值；T— 结构自振周期；Tg—特征周期；
3、地震对建筑物的影响
地震 地面运动 地面加速度a0 建筑物加速度a
惯性力FE
ma
G
a g
G
二、地震作用的特点
1．间接性——不是直接作用在建筑物上。 2．复杂性——地震波的影响多，运动不规则，是复杂 的三维振动。
3．随机性——地震的时间、地点、大小难以预测。 4．与地基土的动力特性有关。
5．与结构本身的动力特性（自振周期、振型与阻尼） 有关。
3.3 地震作用
一、基本概念
地震是由于地壳构造运动(岩层构造状态的变动)或 其它原因而引起的地面振动的现象。
1．地震的类型 地震按其成因可分为：火山地震，陷落地震和构造
地震。
❖火山地震——由于火山爆发而引起的地震； ❖陷落地震——由于地表或地下岩层突然大规模陷落 和崩塌而造成的地震；
❖构造地震——由于地壳运动，推挤地壳岩层使其薄 弱部位发生断裂错动而引起的地震。
四、等效地震作用（荷载）的计算
（一）计算方法简介
目前在工程上求解结构地震反应的方法大致可以分为 两类。
1．等效荷载法：等效荷载的计算又有静力法和反应谱 法两种：
（1）静力法：把等效地震作用取为常数， F=ma=mg(a/g)=K.G,早期K取为常数（K=0.1）。
（2）反应谱法（拟静力法）：用动力方法计算质点体 系地震反应，建立反应谱，再用加速度反应谱计算结 构的最大惯性力作为结构的等效地震荷载；然后按静 力方法进行结构计算及设计的方法，称为反应谱方法。
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微震——小于2级的地震；
有感地震——2-4级地震，人能感觉到；
破坏性地震——5级以上地震，能引起不同程度的破 坏；
强烈地震——7级以上的地震。
（2）地震烈度：地震烈度是指某一地区的地面和
各类建筑物遭受到一次地震影响的强弱程度。
❖ 对于一次地震，表示地震大小的震级只有一个；
❖ 随距离震中的远近不同，烈度就有差异。
γ— 曲 线 下 降 段 的 衰 减 指 数 ； η1— 直 线 下 降 段 下 降斜率调整系数；η2—阻尼调整系数
3．单质点体系的地震作用计算方法
（1）计算结构自振周期： k / m,T 2 / 2 m / k； （2）由场地类别、设计地震分组查表2-11，得场地特 征周期Tg； （3）由设防烈度查表2-9得水平地震影响系数最大值 αmax； （4）确定、1、2； （5）由T、Tg、αmax按图2-11计算水平地震影响系数 α；
❖结构破坏机理的概念； ❖力学概念；
❖由震害、试验现象等总结提供的各种宏观的和具体 的经验等。
★概念及经验要贯穿在方案确定及结构布置过程中，
★应体现在计算简图或计算结果的处理中，
★对某些薄弱部位的配筋构造起作用。
概念设计带有一定的经验性。但它和抗震计算、构造 设计等是不可分割、互为补充的抗震设计的重要组成 部分。
❖ 评定地震烈度的标准就称为地震烈度表。绝大多数 国家包括我国都采用分成12度的地震烈度表。
❖基本烈度：作为一个地区抗震设防依据的地震烈度， 它是指该地区今后一定时期内，在一般场地土条件 下，可能遭受的最大地震烈度，也就是由国家地震 局制定的全国地震烈度区划图规定的烈度。
❖ 设防烈度：建筑物抗震设防时采用的烈度。
• （2）第二阶段——大震变形：对于重要建筑或有
特殊要求时，除进行第一阶段设计外，还要进行罕 遇地震（大震）作用下薄弱层部位的弹塑性变形验 算和采取相应的构造措施，使薄弱层的水平位移不 超过允许的弹塑性位移，实现第三水准的要求。并
用直接动力方法——时程分析方法补充计算。
4．抗震概念设计： 概念设计——指一些在计算中或在规范中难以作出具 体规定的问题，必须由工程师运用“概念”进行分析， 作出判断，以便采取相应的措施。
前二种地震的影响范围和破坏程度相对较小，而 后一种地震的破坏力大
2、常用术语
（1）地震震级：震级是表示地震本身大小（释放
能量多少）的尺度。目前，国际上比较通用的是里氏
震级，其原始定义为1935年由里克特(Richter)给出，
即地震震级M为
M = logA
震级与震源释放能量的大小有关，震级每差一级， 地震释放的能量将差32倍。
三、抗震设计的原则和方法
抗震设计——用定量方法估计地震反应，采取合理
的构造措施，以保证结构有足够的刚度和抗震承载能 力。
1、抗震设防的范围：6度~9度地区（低于6度可不设 防，高于9度应专门研究）。
2、抗震设防的目标——三水准要求： 所谓的三水准抗震目标，可简单的概括为：
❖小震不坏； ❖中震可修； ❖大震不倒。
反应谱——结构的最大地震反应（u、a、m 等）与 其自震周期T的关系曲线。
2．直接动力分析法：即对动力方程进行直接积分，求 出结构反应与时间变化的关系，得出所谓时程曲线， 故此法亦称时程分析法。
（二）设计反应谱曲线及单质点体系的地震作用
1、单质点体系：等高单层厂房、水塔等。
❖将该结构中参与振动的所有质量全部折算至顶部；
3、抗震设计的方法——两阶段设计方法
我国抗震规范要求建筑结构的抗震设计方法是两阶段 设计方法。
两阶段设计法步骤是：
• （1）第一阶段——小震强度：对绝大多数建筑结
构，应满足第一、二水准的设计要求，即采用第一 水准(多遇地震)的地震动参数，按反应谱理论计算 地震作用，用弹性方法计算内力及位移，并用极限 状态方法进行截面设计，然后采取相应的构造措施， 达到“小震不坏、中震可修”的要求。
❖将墙、柱视作一无重的弹性杆，这样就形成了一个 单质点体系
❖当该体系只作单向振动时，就成为一个单自由度体 系。
2、单质点体系的水平地震作用
F
mS a
x0 max g
Sa x0 max
mg
kG
G
式中：m、G为单质点体系的质量及重量；g为重力加
速度；x0max为地面运动最大加速度；k x0m
地震系数，表示地面运动的相对强度； Sa