第三章2-地震荷载计算
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高层建筑结构－－荷载与作用
地震作用
3.3.2、计算地震作用的反应谱法
相对速度反应谱
Sv
x(t) max
t 0
xg ( )e (t )
sin
(t
)d
max
y g (t ) (ms 2 )
t ( s)
Elcentro 1940 （N-S） 地震记录
高层建筑结构－－荷载与作用
地震作用
3.3.2、计算地震作用的反应谱法
绝对加速度反应谱
Sa
x(t) xg max
t 0
xg ( )e (t )
sin
(t
)d
max
y g (t ) (ms 2 )
t ( s)
Elcentro 1940 （N-S） 地震记录
高层建筑结构－－荷载与作用
地震作用
3.3.2、计算地震作用的反应谱法 地震反应谱的特点：
1.阻尼比对反应谱影响很大 2.对于位移反应谱，幅值随周期增大。
规律复杂的动力 一定规律的动力
高层建筑结构－－荷载与作用
地震作用
一、结构抗震理论的发展
3.反应谱理论---反应谱法 1940年，美国皮奥特提出。 地震作用
F kG
G ---重力荷载代表值 k ---地震系数（反映震级、震中距、地基等的影响） ---动力系数(反映结构的特性,如周期、阻尼等的影响)
高层建筑结构
之 “荷载与作用”
抗震试验
试验研究是房屋抗震研究的重要手段之一。
1、拟静力试验
是以一定的荷载或位移作为控制值对试件进行低周 反复加载，以获得结构非线性的荷载—变形特性。
2、试验设备与加载装置
加载设备：双向千斤顶； 反力墙； 试验台座； 荷载架等；如图示：
高层建筑结构－－荷载与作用
抗震试验
墙顶体部试无验梁转装试动置验抗装剪置试验
高层建筑结构－－荷载与作用
抗震试验
梁P-△柱效节应点试验装置
高层建筑结构－－荷载与作用
抗震试验
分配梁悬吊支撑
高层建筑结构－－荷载与作用
抗震试验
1、拟动力试验
是由计算机进行数值分析并控制加载，即由给定地 震加速度记录通过计算机进行非线性结构动力分析，将 计算得到的位移反应作为输入数据，以控制加载器对试 验结构进行试验。
按静力计算方法计算结构的地震效作用 目前，世界上普遍采用的方法，部分反映动力特性。
高层建筑结构－－荷载与作用
地震作用
一、结构抗震理论的发展
4.直接动力分析理论---时程分析法 将实际地震加速度时程记录（简称地震记录 earthquakerecord）作为动荷载输入，进行结构的地震响应分 析。 常用的方法，较好反映动力特性。 5.非线性静力分析方法 此外，有用随机振动理论来分析结构地震响应统计特征 的，有以地震时输入结构的能量进行设计，使结构所吸 收的能量不致造成结构破坏的理论等。但这些方法还没 有进入抗震设计规范，因此未被抗震设计使用 。 主要考虑地震的不确定性。
高层建筑结构－－荷载与作用
第三章 荷载与作用
3.3 地震作用 3.3.1 一般设计原则
高层建筑结构－－荷载与作用
地震作用
一、结构抗震理论的发展
1. 静力理论阶段---静力法 1920年，日本大森房吉提出，假设建筑物为绝对刚体。
地震作用
m
F
mxg max
G g
xg max
Gk
mxg (t)
k xg max ---地震系数 g
Sv
x(t) max
t 0
xg ( )e (t )
sin
(t
)d
max
最大加速度
Sa
x(t) xg max
t 0
xg ( )e (t )
sin
(t
)d
max
高层建筑结构－－荷载与作用
地震作用
3.3.2、计算地震作用的反应谱法 单自由度体系在给定的地震作用下某个最大反应与
体系自振周期的关系曲线称为该反应的地震反应谱。
yg (t ) (ms 2 )
t(s)
Elcentro 1940 （N-S） 地震记录
高层建筑结构－－荷载与作用
地震作用
3.3.2、计算地震作用的反应谱法
位移反应谱
Sd
1
t 0
xg (
)e (t )
sin
(t
)d
max
y g (t ) (ms 2 )
t ( s)
Elcentro 1940 （N-S） 地震记录
抗震试验
高层建筑结构－－荷载与作用
抗震试验
高层建筑结构－－荷载与作用
第三章 荷载与作用
3.3 地震作用
3.3.1 一般设计原则 从经济上、政治上和社会上的影响而综合考虑。
设 甲类 防 乙类 分 丙类 类 丁类
重大建筑工程和地震时可能发生严重次生灾害的建筑 地震时使用功能不能中断需尽快恢复的建筑 除甲乙丁类以外的一般建筑 抗震次要建筑
结构复杂、地震作用较大 更精确的方法
高层建筑结构－－荷载与作用
地震作用
3.3.2、计算地震作用的反应谱法
运动方程 mx cx kx mxg
m x(t)
m(x xg ) m
cx kx
xg (t)
最大相对位移
Sd
x(t) max
1
t 0
xg ( )e (t )
sin
(t
)d
max
百度文库大相对速度
2、优缺点
可缓慢再现地震反应，观察破坏全过程，可做大 模型试验。其缺点是不能再现真实的地震反应，只适 用离散质量分布的结构，设备精度要求高。
高层建筑结构－－荷载与作用
抗震试验 3、试验设备与加载装置
➢ 加载设备：振动台； ➢ 控制方式：模拟控制与数字控制； ➢ 加载程序：一次加载和多次加载。
高层建筑结构－－荷载与作用
3.对于速度反应谱，当结构周期小于某 个值时幅值随周期增大，随后趋于常数。
4.对于加速度反应谱，当结构周期小于某个值时幅 值随周期急剧增大，大于某个值时，快速下降。
高层建筑结构－－荷载与作用
地震作用
二、各类型结构相应的地震作用分析方法
1.不超过40m的规则结构：底部剪力法； 2.一般的规则结构：两个主轴的振型分解反应谱法 ； 3.质量和刚度分布明显不对称结构：考虑扭转或双向地 震作用的振型分解反应谱法； 4.当8、9度时的大跨、长悬臂结构和9度的高层建筑：考 虑竖向地震作用； 5.特别结不构规规则则、、甲地类震和作超用过不规大定范简围单的近高似层方建法筑：一维 或二维时程分析法的补充计算。
xg (t)
将F作为静荷载，按静力计算方法计算结构的地震效应
动力 静力
高层建筑结构－－荷载与作用
地震作用
一、结构抗震理论的发展
2.定函数理论 苏联扎夫里耶夫首先提出的，他认为地震地面运动可用 余弦函数来描述，也即地面位移。 地震作用
xg (t) a cost
n
xg (t) aieit sin it i 1
地震作用
3.3.2、计算地震作用的反应谱法
相对速度反应谱
Sv
x(t) max
t 0
xg ( )e (t )
sin
(t
)d
max
y g (t ) (ms 2 )
t ( s)
Elcentro 1940 （N-S） 地震记录
高层建筑结构－－荷载与作用
地震作用
3.3.2、计算地震作用的反应谱法
绝对加速度反应谱
Sa
x(t) xg max
t 0
xg ( )e (t )
sin
(t
)d
max
y g (t ) (ms 2 )
t ( s)
Elcentro 1940 （N-S） 地震记录
高层建筑结构－－荷载与作用
地震作用
3.3.2、计算地震作用的反应谱法 地震反应谱的特点：
1.阻尼比对反应谱影响很大 2.对于位移反应谱，幅值随周期增大。
规律复杂的动力 一定规律的动力
高层建筑结构－－荷载与作用
地震作用
一、结构抗震理论的发展
3.反应谱理论---反应谱法 1940年，美国皮奥特提出。 地震作用
F kG
G ---重力荷载代表值 k ---地震系数（反映震级、震中距、地基等的影响） ---动力系数(反映结构的特性,如周期、阻尼等的影响)
高层建筑结构
之 “荷载与作用”
抗震试验
试验研究是房屋抗震研究的重要手段之一。
1、拟静力试验
是以一定的荷载或位移作为控制值对试件进行低周 反复加载，以获得结构非线性的荷载—变形特性。
2、试验设备与加载装置
加载设备：双向千斤顶； 反力墙； 试验台座； 荷载架等；如图示：
高层建筑结构－－荷载与作用
抗震试验
墙顶体部试无验梁转装试动置验抗装剪置试验
高层建筑结构－－荷载与作用
抗震试验
梁P-△柱效节应点试验装置
高层建筑结构－－荷载与作用
抗震试验
分配梁悬吊支撑
高层建筑结构－－荷载与作用
抗震试验
1、拟动力试验
是由计算机进行数值分析并控制加载，即由给定地 震加速度记录通过计算机进行非线性结构动力分析，将 计算得到的位移反应作为输入数据，以控制加载器对试 验结构进行试验。
按静力计算方法计算结构的地震效作用 目前，世界上普遍采用的方法，部分反映动力特性。
高层建筑结构－－荷载与作用
地震作用
一、结构抗震理论的发展
4.直接动力分析理论---时程分析法 将实际地震加速度时程记录（简称地震记录 earthquakerecord）作为动荷载输入，进行结构的地震响应分 析。 常用的方法，较好反映动力特性。 5.非线性静力分析方法 此外，有用随机振动理论来分析结构地震响应统计特征 的，有以地震时输入结构的能量进行设计，使结构所吸 收的能量不致造成结构破坏的理论等。但这些方法还没 有进入抗震设计规范，因此未被抗震设计使用 。 主要考虑地震的不确定性。
高层建筑结构－－荷载与作用
第三章 荷载与作用
3.3 地震作用 3.3.1 一般设计原则
高层建筑结构－－荷载与作用
地震作用
一、结构抗震理论的发展
1. 静力理论阶段---静力法 1920年，日本大森房吉提出，假设建筑物为绝对刚体。
地震作用
m
F
mxg max
G g
xg max
Gk
mxg (t)
k xg max ---地震系数 g
Sv
x(t) max
t 0
xg ( )e (t )
sin
(t
)d
max
最大加速度
Sa
x(t) xg max
t 0
xg ( )e (t )
sin
(t
)d
max
高层建筑结构－－荷载与作用
地震作用
3.3.2、计算地震作用的反应谱法 单自由度体系在给定的地震作用下某个最大反应与
体系自振周期的关系曲线称为该反应的地震反应谱。
yg (t ) (ms 2 )
t(s)
Elcentro 1940 （N-S） 地震记录
高层建筑结构－－荷载与作用
地震作用
3.3.2、计算地震作用的反应谱法
位移反应谱
Sd
1
t 0
xg (
)e (t )
sin
(t
)d
max
y g (t ) (ms 2 )
t ( s)
Elcentro 1940 （N-S） 地震记录
抗震试验
高层建筑结构－－荷载与作用
抗震试验
高层建筑结构－－荷载与作用
第三章 荷载与作用
3.3 地震作用
3.3.1 一般设计原则 从经济上、政治上和社会上的影响而综合考虑。
设 甲类 防 乙类 分 丙类 类 丁类
重大建筑工程和地震时可能发生严重次生灾害的建筑 地震时使用功能不能中断需尽快恢复的建筑 除甲乙丁类以外的一般建筑 抗震次要建筑
结构复杂、地震作用较大 更精确的方法
高层建筑结构－－荷载与作用
地震作用
3.3.2、计算地震作用的反应谱法
运动方程 mx cx kx mxg
m x(t)
m(x xg ) m
cx kx
xg (t)
最大相对位移
Sd
x(t) max
1
t 0
xg ( )e (t )
sin
(t
)d
max
百度文库大相对速度
2、优缺点
可缓慢再现地震反应，观察破坏全过程，可做大 模型试验。其缺点是不能再现真实的地震反应，只适 用离散质量分布的结构，设备精度要求高。
高层建筑结构－－荷载与作用
抗震试验 3、试验设备与加载装置
➢ 加载设备：振动台； ➢ 控制方式：模拟控制与数字控制； ➢ 加载程序：一次加载和多次加载。
高层建筑结构－－荷载与作用
3.对于速度反应谱，当结构周期小于某 个值时幅值随周期增大，随后趋于常数。
4.对于加速度反应谱，当结构周期小于某个值时幅 值随周期急剧增大，大于某个值时，快速下降。
高层建筑结构－－荷载与作用
地震作用
二、各类型结构相应的地震作用分析方法
1.不超过40m的规则结构：底部剪力法； 2.一般的规则结构：两个主轴的振型分解反应谱法 ； 3.质量和刚度分布明显不对称结构：考虑扭转或双向地 震作用的振型分解反应谱法； 4.当8、9度时的大跨、长悬臂结构和9度的高层建筑：考 虑竖向地震作用； 5.特别结不构规规则则、、甲地类震和作超用过不规大定范简围单的近高似层方建法筑：一维 或二维时程分析法的补充计算。
xg (t)
将F作为静荷载，按静力计算方法计算结构的地震效应
动力 静力
高层建筑结构－－荷载与作用
地震作用
一、结构抗震理论的发展
2.定函数理论 苏联扎夫里耶夫首先提出的，他认为地震地面运动可用 余弦函数来描述，也即地面位移。 地震作用
xg (t) a cost
n
xg (t) aieit sin it i 1