高层建筑结构设计水平地震作用
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二、抗震设计目标及方法
抗震设计三水准:
抗震设计:以等效地震荷载来表示地震作用。 1、小震不坏:50年超越概率63.2%;结构维持在弹性状态,保证正常
使用; 2、中震可修:50年超越概率10%,局部构件可进入塑性,但可修; 3、大震不倒:50年超越概率2~3%,结构有较大的非弹性变形,但控
制在规定的范围内,不能倒塌。
型以剪切变形为主的高层建筑,可以只用基本自振周期确定总底部剪 力。
水平地震力计算:结构总水平地震作用 标准值即底部剪力FEk按下式计算:
FFFinn Fn
当建筑为n层时,各楼层处地震力为Fi 。当结构有高振型影响时,顶 部位移及惯性力加大。在底部剪力法中,用顶部附加 Fn 近似考虑高振 型的影响。顶部等效地震力为 Fn Fn 。 Fi 及 Fn 计算公式如下:
– 质量和刚度明显不均匀、不对称的结构,应考虑水平地震作用的 扭转影响
3、 地震作用的计算方法及其适用范围
地震作 用
结构
方法
使用范围
底部剪力法
高度不超过40m,以剪切变形为主,质量和 刚度分布较均匀
水平
振型分解反 应谱法
不满足底部剪力法应用条件的结构
弹性
甲类建筑、特别不规则的建筑
时程分析法 H>100m,7、8度I、II类场地建筑 (补充计算) H>80m,8度III、IV类场地和9度H>60m建
建筑类别与设防标准:
Байду номын сангаас建筑类别
建筑的重要性
抗震措施 地震作用计算
甲类 乙类 丙类 丁类
特殊要求的建筑
特殊考虑
国家重点抗震城市生命 提高一度(9度
线工程的建筑
适当提高)
甲、乙、丁类以外的一 般建筑
次要的建筑
原设防烈度
降低一度(6度 不降)
特殊考虑 原设防烈度 原设防烈度 原设防烈度
三、地震作用的计算原则和方法:
主体结构顶层附加水平地震作用标准值可按下式计算:
采用底部剪力法计算高层建筑结构水平地震作用时,突出屋面房屋 (楼梯间、电梯间、水箱间等)宜作为一个质点参加计算,计算求得的 水平地震作用应考虑“鞭端效应”乘以增大系数,增大系数n 可按下表
采用。 此增大部分不应往下传递,仅用于突出屋面房屋自身以及与其直接连接 的主体结构构件的设计。需要注意,对于结构基本自振周期的房屋并有 小塔楼的情况,按上式计算的顶层附加水平地震作用标准值应作用于主 体结构的顶层,而不应置于小塔楼的层顶处。
1、计算范围: 水平地震作用:
• 6度区 (除甲类建筑和IV类场地上的较高房屋
外)可不算
• 7-9度区 (除可不进行上部结构抗震验算的房 屋外)均算
竖向地震作用:
•8、9度大跨度结构和长悬臂结构 •9度的高层建筑
2、水平地震作用的计算原则:
– 一般正交布置抗侧力构件的结构,可沿纵横主轴方向分别计算
– 斜交布置抗侧力构件的结构,宜按平行于抗侧力构件方向计算
3、反应谱振型组合
不符合底部剪力法适用条件的其他高层建筑,采用振型组合法确定等 效地震荷载及内力。
多自由度体系,可以按振型分解方法得到多个振型。通常n层结构可 以看成n个振型和n个周期
计算第j个振型,第i层水平等效地震力的公式:
由各振型的水平地震作用Fji可以分别计算各振型的水平地震作用效应(内 力和位移)。总水平地震作用效应可采用平方和开平方法求得:
筑
弹塑 简化方法 性 时程分析法
(略) (略)
竖向 弹性 底部轴力法
需考虑竖向地震作用的结构
四、反应谱方法计算等效地震荷载
根据大量的强震记录,求出不同自振周期的单自由度体系地震最大反 应,取这些反应的包线,称为反应谱。以反应谱为依据进行抗震设计, 则结构在这些地震记录为基础的地震作用下是安全的,这种方法称为反 应谱法。反应谱法是一种拟静力方法。
1、设计反应谱曲线 地震影响系数α是单质点弹性体系的绝对最大加速度与重力加速度的 比值,它除与结构自振周期有关外,还与结构的阻尼比等有关。根据地震烈 度、场地类别、设计地震分组和结构自振周期以及阻尼比的不同,水平 地震影响系数α如下图所示:
2、反应谱底部剪力法 适用条件:结构高度小于40m,沿高度方向质量及刚度分布均匀,振
地震动三要素: 1、强度:反应地震波的幅值,烈度大,强度大。 2、频谱:反应地震波的波形,1962年墨西哥地震时,墨西哥市a=0.05g,
但由于地震卓越周期与结构接近,从而破坏严重。 3、持时:反应地震波的持续时间,短则对结构影响不大。
地震动影响因素:
1、震源 2、深度 3、震中距 4、场地性质:地震波在传播过程中,高频部分易被吸收,软土中更是 如此,故震中附近或在岩石等坚硬土中,卓越周期在0.1~0.3s左右。离震 中较远或冲积土层很厚等软土中,卓越周期在1.5~2.0s左右,对高层建筑 不利。 5、建筑物本身:包括自振周期、振型与阻尼,与刚度质量有关,刚度 质量大,则周期短,作用力大,刚度、质量小,则周期常,位移大,当 地震波卓越周期与建筑物的自振周期接近时,引起类共振,反应剧烈。
4、楼层水平剪力最小值
由于地震影响系数在长周期段下降较快,对于基本周期大于3s的结构,由此计 算所得的水平地震作用下的结构效应可能偏小。而对于长周期结构,地震地面运 动速度和位移可能对结构的破坏具有更大影响,但振型反应谱法或底部剪力尚无 法对此作出估计。出于结构安全的考虑,《高层规程》规定了结构各楼层水平地 震剪力最小值的要求,给出了不同烈度下的楼层地震剪力系数(即剪重比),结 构的水平地震作用效应应据此进行相应的调整。
高层建筑结构设计
水平荷载与结构计算简化原则
第二节 地震作用
一、特点
地震时,地震波产生地面运动,通过房屋基础使上部结构产生振动, 这就是地震作用。地震作用使结构产生的运动称为地震反应,包括位移、 速度、与加速度,加速度将使结构产生惯性力,过大的惯性力将会影响 结构的正常使用,甚至造成结构的破坏。
地震波使建筑房屋产生竖向振动和水平振动,一般对房屋的破坏主要 由水平振动造成。设计中主要考虑水平地震作用,只有震中附近的高烈 度区域才考虑竖向地震作用。
抗震设计两阶段设计方法:
设计阶段:采用相应于设防烈度的小震作用计算弹性位移及内力,用极 限状态方法设计配筋,并按延性采取相应的抗震措施。6度设防区Ⅰ、Ⅱ、 Ⅲ类场地上高层建筑可不计算,但应取抗震措施; 验算阶段:用罕遇地震作用计算所设计结构的弹塑性侧移变形,如层间
位移超过允许值,应重新设计,直至满足大震不倒的要求为止。
抗震设计三水准:
抗震设计:以等效地震荷载来表示地震作用。 1、小震不坏:50年超越概率63.2%;结构维持在弹性状态,保证正常
使用; 2、中震可修:50年超越概率10%,局部构件可进入塑性,但可修; 3、大震不倒:50年超越概率2~3%,结构有较大的非弹性变形,但控
制在规定的范围内,不能倒塌。
型以剪切变形为主的高层建筑,可以只用基本自振周期确定总底部剪 力。
水平地震力计算:结构总水平地震作用 标准值即底部剪力FEk按下式计算:
FFFinn Fn
当建筑为n层时,各楼层处地震力为Fi 。当结构有高振型影响时,顶 部位移及惯性力加大。在底部剪力法中,用顶部附加 Fn 近似考虑高振 型的影响。顶部等效地震力为 Fn Fn 。 Fi 及 Fn 计算公式如下:
– 质量和刚度明显不均匀、不对称的结构,应考虑水平地震作用的 扭转影响
3、 地震作用的计算方法及其适用范围
地震作 用
结构
方法
使用范围
底部剪力法
高度不超过40m,以剪切变形为主,质量和 刚度分布较均匀
水平
振型分解反 应谱法
不满足底部剪力法应用条件的结构
弹性
甲类建筑、特别不规则的建筑
时程分析法 H>100m,7、8度I、II类场地建筑 (补充计算) H>80m,8度III、IV类场地和9度H>60m建
建筑类别与设防标准:
Байду номын сангаас建筑类别
建筑的重要性
抗震措施 地震作用计算
甲类 乙类 丙类 丁类
特殊要求的建筑
特殊考虑
国家重点抗震城市生命 提高一度(9度
线工程的建筑
适当提高)
甲、乙、丁类以外的一 般建筑
次要的建筑
原设防烈度
降低一度(6度 不降)
特殊考虑 原设防烈度 原设防烈度 原设防烈度
三、地震作用的计算原则和方法:
主体结构顶层附加水平地震作用标准值可按下式计算:
采用底部剪力法计算高层建筑结构水平地震作用时,突出屋面房屋 (楼梯间、电梯间、水箱间等)宜作为一个质点参加计算,计算求得的 水平地震作用应考虑“鞭端效应”乘以增大系数,增大系数n 可按下表
采用。 此增大部分不应往下传递,仅用于突出屋面房屋自身以及与其直接连接 的主体结构构件的设计。需要注意,对于结构基本自振周期的房屋并有 小塔楼的情况,按上式计算的顶层附加水平地震作用标准值应作用于主 体结构的顶层,而不应置于小塔楼的层顶处。
1、计算范围: 水平地震作用:
• 6度区 (除甲类建筑和IV类场地上的较高房屋
外)可不算
• 7-9度区 (除可不进行上部结构抗震验算的房 屋外)均算
竖向地震作用:
•8、9度大跨度结构和长悬臂结构 •9度的高层建筑
2、水平地震作用的计算原则:
– 一般正交布置抗侧力构件的结构,可沿纵横主轴方向分别计算
– 斜交布置抗侧力构件的结构,宜按平行于抗侧力构件方向计算
3、反应谱振型组合
不符合底部剪力法适用条件的其他高层建筑,采用振型组合法确定等 效地震荷载及内力。
多自由度体系,可以按振型分解方法得到多个振型。通常n层结构可 以看成n个振型和n个周期
计算第j个振型,第i层水平等效地震力的公式:
由各振型的水平地震作用Fji可以分别计算各振型的水平地震作用效应(内 力和位移)。总水平地震作用效应可采用平方和开平方法求得:
筑
弹塑 简化方法 性 时程分析法
(略) (略)
竖向 弹性 底部轴力法
需考虑竖向地震作用的结构
四、反应谱方法计算等效地震荷载
根据大量的强震记录,求出不同自振周期的单自由度体系地震最大反 应,取这些反应的包线,称为反应谱。以反应谱为依据进行抗震设计, 则结构在这些地震记录为基础的地震作用下是安全的,这种方法称为反 应谱法。反应谱法是一种拟静力方法。
1、设计反应谱曲线 地震影响系数α是单质点弹性体系的绝对最大加速度与重力加速度的 比值,它除与结构自振周期有关外,还与结构的阻尼比等有关。根据地震烈 度、场地类别、设计地震分组和结构自振周期以及阻尼比的不同,水平 地震影响系数α如下图所示:
2、反应谱底部剪力法 适用条件:结构高度小于40m,沿高度方向质量及刚度分布均匀,振
地震动三要素: 1、强度:反应地震波的幅值,烈度大,强度大。 2、频谱:反应地震波的波形,1962年墨西哥地震时,墨西哥市a=0.05g,
但由于地震卓越周期与结构接近,从而破坏严重。 3、持时:反应地震波的持续时间,短则对结构影响不大。
地震动影响因素:
1、震源 2、深度 3、震中距 4、场地性质:地震波在传播过程中,高频部分易被吸收,软土中更是 如此,故震中附近或在岩石等坚硬土中,卓越周期在0.1~0.3s左右。离震 中较远或冲积土层很厚等软土中,卓越周期在1.5~2.0s左右,对高层建筑 不利。 5、建筑物本身:包括自振周期、振型与阻尼,与刚度质量有关,刚度 质量大,则周期短,作用力大,刚度、质量小,则周期常,位移大,当 地震波卓越周期与建筑物的自振周期接近时,引起类共振,反应剧烈。
4、楼层水平剪力最小值
由于地震影响系数在长周期段下降较快,对于基本周期大于3s的结构,由此计 算所得的水平地震作用下的结构效应可能偏小。而对于长周期结构,地震地面运 动速度和位移可能对结构的破坏具有更大影响,但振型反应谱法或底部剪力尚无 法对此作出估计。出于结构安全的考虑,《高层规程》规定了结构各楼层水平地 震剪力最小值的要求,给出了不同烈度下的楼层地震剪力系数(即剪重比),结 构的水平地震作用效应应据此进行相应的调整。
高层建筑结构设计
水平荷载与结构计算简化原则
第二节 地震作用
一、特点
地震时,地震波产生地面运动,通过房屋基础使上部结构产生振动, 这就是地震作用。地震作用使结构产生的运动称为地震反应,包括位移、 速度、与加速度,加速度将使结构产生惯性力,过大的惯性力将会影响 结构的正常使用,甚至造成结构的破坏。
地震波使建筑房屋产生竖向振动和水平振动,一般对房屋的破坏主要 由水平振动造成。设计中主要考虑水平地震作用,只有震中附近的高烈 度区域才考虑竖向地震作用。
抗震设计两阶段设计方法:
设计阶段:采用相应于设防烈度的小震作用计算弹性位移及内力,用极 限状态方法设计配筋,并按延性采取相应的抗震措施。6度设防区Ⅰ、Ⅱ、 Ⅲ类场地上高层建筑可不计算,但应取抗震措施; 验算阶段:用罕遇地震作用计算所设计结构的弹塑性侧移变形,如层间
位移超过允许值,应重新设计,直至满足大震不倒的要求为止。