第章风及地震荷载的对比
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其承载力。
混凝土房屋结构
二、荷载效应组合及最不利内力
1、无地震作用时的荷载效应组合
无地震作用组合应用于非抗震设计及6度抗震 设防、但不要求作地震作用计算的结构:
S GSGk Q1 S Q1 Q1k w wSwk
SGk、SQ1k、Swk
分别为恒荷载、活荷载和风荷载标准值 计算的荷载效应；
k、 Q1、 k 分别为恒荷载、活荷载和风荷载标准值
混凝土房屋结构
• 分布区域 • 对环境的要求 • 分布特性 • 动力特性 • 能量输入特性 • 高强度时的作用时间长短 • 作用在建筑物上的方式 • 对建筑物的敏感程度 • 建筑物的位移反应及规范要求不同 • 建筑物的内力反应 • 验算对象（整体结构，局部构件，围护构件等） • 计算方法不同 • 采取的应对措施不同（抗侧力体系，减震体系）
无地震作用组合时：
有地震作用组合时：
混凝土房屋结构
无地震作用组合时构件内力设计值 不考虑地震作用时构件的承载能力设计值 有地震作用组合时构件内力设计值 考虑地震作用时构件的承载能力设计值
承载力抗震调整系数
材料
抗震承载力调整系数
结构构件
RE
梁
Leabharlann Baidu0.75
钢筋
轴压比小于0.15的柱
0.75
混凝 土
轴压比不小于0.15的柱
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
采用减振（震）措施时，两者的控制目标和采取 的手段各不相同
混凝土房屋结构
水平荷载与结构计算简化原则
空间结构体系与荷载的复杂性 要求在结构设计时必须 进行简化计算。
一、荷载作用方向 实际风荷载以及地震作用方向是随意不定的。结构计算 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。
迎风面 压力
背风面 吸力
对建筑物的敏感程度
混凝土房屋结构
风荷载作用：外部表面形状与较柔建筑物 的刚度
地震作用：建筑物质量及其整体刚度
-0.7
+0.4
-0.5
x
m
kx
+0.8 -0.5
k
+0.4
-0.5
-0.7
对建筑物的敏感程度
混凝土房屋结构
建筑结构平面布置不同，上下布置 不同（如内部抽柱等），虽外部表面一 致，风荷载大致相同，但引起的地震反 应截然不同。
混凝土房屋结构
二、平面结构假定
任何结构都为一个空间结构，但是对于多数结构而 言，可以简化为平面结构， 使计算大大简化。
假定： 1、一片框架或者墙可以抵抗本身平面内的侧向力，
而在平面外刚度很小，可以忽略。整个结构可以划分为若干 个平面结构， 共同抵抗与平面结构平行的荷载， 垂直该方 向的结构不参与受力。
风荷载分布特性
混凝土房屋结构
– 基本风压呈极值分布 – 符合极值I型
风荷载 最大风压的平均值
50年 超越 重现期 概率
50年
f(w)
w
地震作用分布特性
混凝土房屋结构
– 地震强度呈极值分布 – 烈度符合极值III型
f(I)
地震影响
50年 超越 概率
地震重 现期
多遇地震对应的烈
度——众值烈度 小震
63.2 %
混凝土房屋结构
建筑物的位移反应及规范要求不同
高烈度区结构在风荷载下的位移反应要 远小于地震作用下的位移反应。
高层结构中，除了对建筑结构在风及地 震作用下的弹性层间位移限值进行规定外，还 对结构在罕遇地震作用下的弹塑性层间位移进 行了规定。
对建筑物的作用及内力反应
混凝土房屋结构
对于比较规则的建筑，两者对结构的作 用分布趋势比较接近（作用力上大下小，剪 力及弯矩上小下大），引起的结构内力也有 相近趋势。
– 对于某一地区，高风压而且低烈度时，何种作 用对结构起控制作用，需通过详细验算。
风荷载与地震作用 的高强度持时特性
混凝土房屋结构
平均高风压持续时间大约10分钟， 而地震的持时在60s左右时就会引起大 的破坏。
混凝土房屋结构
作用在建筑物上的方式
风荷载作用：主动，力→位移 地震作用：惯性力作用，位移→力
0.90
0.80
混凝土房屋结构
0.60
无人区未予记录
0.90
全国基本风压分布图（kN/m2）
混凝土房屋结构
两者对环境的要求
混凝土房屋结构
风荷载：地表状况。
如地面粗糙度、是否山峰、山坡、谷地、谷口、山口等
地震作用：地震地质构造。
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
0.80
剪力墙
0.85
各类受剪、偏拉构件
0.85
混凝土房屋结构
地震作用属于可变作用或偶然作用，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
2、连结各个抗侧力结构间的楼板在自身平面内很 大， 平面外很小。
混凝土房屋结构
混凝土房屋结构
三、楼板无限刚性假定 假定楼板在自身平面内为绝对刚性，在平面外刚度
很小可以忽略。
无扭转时
§3 设计要求及荷载效应组合
混凝土房屋结构
什么是荷载？ 什么是荷载效应？
§3 设计要求及荷载效应组合 一、承载力验算
而对于比较复杂的建筑则各有自己的特 点。
验算对象
混凝土房屋结构
风荷载除对承力的结构构件进行验算外，还对 围护构件如玻璃幕墙等进行局部强风考虑。
而地震作用主要对结构构件进行设计和验算。
计算方法不同
混凝土房屋结构
• 风荷载作用面积 ：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 • 风振系数
风载作用面积
先计算各层作用,再计算总的底部剪力
混凝土房屋结构
计算方法不同(底部剪力法)
先
计
• 总水平地震作用标准值为：
算 总
的
底
部
• 各楼层的水平地震作用标准值为：
剪 力
,
再
计
算
上
部
• 顶部附加水平地震作用标准值为：
各
层
作
用
采取的应对措施不同
混凝土房屋结构
风荷载控制下的结构设计，要求结构刚度越大越 好
50年
设防烈度 中震
10% 475年
罕遇地震对应的烈度 大震
2-3%
16422475年
Im
I0
Is
I
混凝土房屋结构
风荷载与地震作用的频谱特性
– 波动风的长周期成分较多 – 地震波的周期相对于风的周期较短，频率较高
风
地震
混凝土房屋结构
风荷载与地震作用的能量特性
– 风作用的能量输入相对平缓，输入能量较小 – 地震动的能量输入较为剧烈，输入能量较大
混凝土房屋结构
二、荷载效应组合及最不利内力
1、无地震作用时的荷载效应组合
无地震作用组合应用于非抗震设计及6度抗震 设防、但不要求作地震作用计算的结构:
S GSGk Q1 S Q1 Q1k w wSwk
SGk、SQ1k、Swk
分别为恒荷载、活荷载和风荷载标准值 计算的荷载效应；
k、 Q1、 k 分别为恒荷载、活荷载和风荷载标准值
混凝土房屋结构
• 分布区域 • 对环境的要求 • 分布特性 • 动力特性 • 能量输入特性 • 高强度时的作用时间长短 • 作用在建筑物上的方式 • 对建筑物的敏感程度 • 建筑物的位移反应及规范要求不同 • 建筑物的内力反应 • 验算对象（整体结构，局部构件，围护构件等） • 计算方法不同 • 采取的应对措施不同（抗侧力体系，减震体系）
无地震作用组合时：
有地震作用组合时：
混凝土房屋结构
无地震作用组合时构件内力设计值 不考虑地震作用时构件的承载能力设计值 有地震作用组合时构件内力设计值 考虑地震作用时构件的承载能力设计值
承载力抗震调整系数
材料
抗震承载力调整系数
结构构件
RE
梁
Leabharlann Baidu0.75
钢筋
轴压比小于0.15的柱
0.75
混凝 土
轴压比不小于0.15的柱
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
采用减振（震）措施时，两者的控制目标和采取 的手段各不相同
混凝土房屋结构
水平荷载与结构计算简化原则
空间结构体系与荷载的复杂性 要求在结构设计时必须 进行简化计算。
一、荷载作用方向 实际风荷载以及地震作用方向是随意不定的。结构计算 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。
迎风面 压力
背风面 吸力
对建筑物的敏感程度
混凝土房屋结构
风荷载作用：外部表面形状与较柔建筑物 的刚度
地震作用：建筑物质量及其整体刚度
-0.7
+0.4
-0.5
x
m
kx
+0.8 -0.5
k
+0.4
-0.5
-0.7
对建筑物的敏感程度
混凝土房屋结构
建筑结构平面布置不同，上下布置 不同（如内部抽柱等），虽外部表面一 致，风荷载大致相同，但引起的地震反 应截然不同。
混凝土房屋结构
二、平面结构假定
任何结构都为一个空间结构，但是对于多数结构而 言，可以简化为平面结构， 使计算大大简化。
假定： 1、一片框架或者墙可以抵抗本身平面内的侧向力，
而在平面外刚度很小，可以忽略。整个结构可以划分为若干 个平面结构， 共同抵抗与平面结构平行的荷载， 垂直该方 向的结构不参与受力。
风荷载分布特性
混凝土房屋结构
– 基本风压呈极值分布 – 符合极值I型
风荷载 最大风压的平均值
50年 超越 重现期 概率
50年
f(w)
w
地震作用分布特性
混凝土房屋结构
– 地震强度呈极值分布 – 烈度符合极值III型
f(I)
地震影响
50年 超越 概率
地震重 现期
多遇地震对应的烈
度——众值烈度 小震
63.2 %
混凝土房屋结构
建筑物的位移反应及规范要求不同
高烈度区结构在风荷载下的位移反应要 远小于地震作用下的位移反应。
高层结构中，除了对建筑结构在风及地 震作用下的弹性层间位移限值进行规定外，还 对结构在罕遇地震作用下的弹塑性层间位移进 行了规定。
对建筑物的作用及内力反应
混凝土房屋结构
对于比较规则的建筑，两者对结构的作 用分布趋势比较接近（作用力上大下小，剪 力及弯矩上小下大），引起的结构内力也有 相近趋势。
– 对于某一地区，高风压而且低烈度时，何种作 用对结构起控制作用，需通过详细验算。
风荷载与地震作用 的高强度持时特性
混凝土房屋结构
平均高风压持续时间大约10分钟， 而地震的持时在60s左右时就会引起大 的破坏。
混凝土房屋结构
作用在建筑物上的方式
风荷载作用：主动，力→位移 地震作用：惯性力作用，位移→力
0.90
0.80
混凝土房屋结构
0.60
无人区未予记录
0.90
全国基本风压分布图（kN/m2）
混凝土房屋结构
两者对环境的要求
混凝土房屋结构
风荷载：地表状况。
如地面粗糙度、是否山峰、山坡、谷地、谷口、山口等
地震作用：地震地质构造。
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
0.80
剪力墙
0.85
各类受剪、偏拉构件
0.85
混凝土房屋结构
地震作用属于可变作用或偶然作用，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
2、连结各个抗侧力结构间的楼板在自身平面内很 大， 平面外很小。
混凝土房屋结构
混凝土房屋结构
三、楼板无限刚性假定 假定楼板在自身平面内为绝对刚性，在平面外刚度
很小可以忽略。
无扭转时
§3 设计要求及荷载效应组合
混凝土房屋结构
什么是荷载？ 什么是荷载效应？
§3 设计要求及荷载效应组合 一、承载力验算
而对于比较复杂的建筑则各有自己的特 点。
验算对象
混凝土房屋结构
风荷载除对承力的结构构件进行验算外，还对 围护构件如玻璃幕墙等进行局部强风考虑。
而地震作用主要对结构构件进行设计和验算。
计算方法不同
混凝土房屋结构
• 风荷载作用面积 ：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 • 风振系数
风载作用面积
先计算各层作用,再计算总的底部剪力
混凝土房屋结构
计算方法不同(底部剪力法)
先
计
• 总水平地震作用标准值为：
算 总
的
底
部
• 各楼层的水平地震作用标准值为：
剪 力
,
再
计
算
上
部
• 顶部附加水平地震作用标准值为：
各
层
作
用
采取的应对措施不同
混凝土房屋结构
风荷载控制下的结构设计，要求结构刚度越大越 好
50年
设防烈度 中震
10% 475年
罕遇地震对应的烈度 大震
2-3%
16422475年
Im
I0
Is
I
混凝土房屋结构
风荷载与地震作用的频谱特性
– 波动风的长周期成分较多 – 地震波的周期相对于风的周期较短，频率较高
风
地震
混凝土房屋结构
风荷载与地震作用的能量特性
– 风作用的能量输入相对平缓，输入能量较小 – 地震动的能量输入较为剧烈，输入能量较大