第二章风荷载和地震作用

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时间 ➢ 特 征 周 期 的 影 响 : 短 周 期 ( 0.1~0.3s ) , 长 周 期
(1.5~2s)
§2.3 地震作用
三、抗震设防标准、设计目标和设计方法
(1)建筑物重要性分类及抗震设防标准
➢ 甲类建筑:地震破坏会导致严重后果,造成经济上严重 损失或特别重要的建筑物;按照高于本地区抗震设防烈 度计算,其值应按批准的地震安全性评价结果确定
§ 2.2 风荷载
(二)风压高度变化系数 z
(风速大小与高度及所处地貌有关系)
地面粗糙度分类: ➢ A类:近海海面和海岛、海岸、湖岸及沙漠地区 ➢ B类:田野、乡村、丛林、丘陵以及房屋比较稀疏的乡镇和
城市郊区 ➢ C类:有密集建筑群的城市市区 ➢ D类:有密集建筑群且房屋较高的城市市区
可 查 表 , 也 可 通 过 公 式 计 算 z
➢ 由于有较长期的气象观测,大风的重现期很短,所以风力大小的估计比 地震作用大小的估计较为可靠。而且抗风设计具有较大的可靠性。
§ 2.2 风荷载
一、风荷载的成因和影响因素:
1、成因:近地空气流动(即近地 风)在建筑物表面产生的风压 和风吸作用即为建筑物所受到 的风荷载。
2、影响因素:
近地风的性质、风速、风向
结构计算分析及结构构件设计:
步骤一:构件截面初选(估算荷载) 步骤二:汇集荷载及荷载计算(精确计算荷载) ➢ 竖向恒荷载 ➢ 竖向活荷载 ➢ 水平风荷载 ➢ 地震作用 步骤三:构造结构计算简图
第二章 荷载作用和结构设计要求
步骤四:刚度验算 ➢ 侧移不满足要求回到步骤二
步骤五:内力计算分析 ➢ 竖向恒荷载作用下内力计算 ➢ 竖向活荷载作用下内力计算 ➢ 水平风荷载作用下内力计算(左风、右风) ➢ 地震作用下内力计算(左地震、右地震)
§ 2.2 风荷载 ➢ 脉动增大系数 ξ
▪ 主要与结构的周期和基本风压和地面粗糙程度有关
§ 2.2 风荷载
➢ 脉动增大系数 ξ
▪ 主要与结构的周期和基本风压和地面粗糙程度有关
§ 2.2 风荷载
➢ 振型系数 Z
➢ 可由结构动力计算确定,计算时可仅考虑受力方向 基本振型的影响;
➢ 对于质量和刚度沿高度分布比较均匀的弯剪型结构, 也可近似采用振型计算点距室外地面高度Z与房屋高 度H的比值代替振型系数 Z/H
➢ 质量与刚度分布明显不对称、不均匀的结构,应计算双 向水平地震作用下的扭转影响,其他情况应计算单向地 震作用下的扭转影响
➢ 8度和9度抗震设计时,高层建筑中的大跨度和长悬臂结 构应考虑竖向地震作用
➢ 9度抗震设计时应计算竖向地震作用
§ 2.3 地震作用
五、高层建筑结构应根据不同情况采用不同计算方法:
纵向),通过房屋基础影响上部结构,使结构产生振动
二、地震作用特点 ➢ 地震波:竖向振动和水平振动(主要破坏)-P波及S波 ➢ 地震反应:位移、速度、加速度(产生惯性力) ➢ 动力荷载作用,其作用大小除了与地震波本身的特性有
关,还与场地土特性,建筑自身特性有关 ➢ 地震是一种随机振动,其特征包括:振幅、频谱、持续
➢ 风力受到建筑物周围环境影响较大,处于高层建筑群中的高层建筑,有 时会出现受力更为不利的情况(紊流)
➢ 风力作用具有静力、动力两重性质。
➢ 风力在建筑物表面的分布很不均匀,在角区和建筑物内收的局部区域, 会产生较大的风力。
➢ 与地震作用相比,风力作用持续时间较长,其作用更接近于静力,但建 筑物的使用期限出现较大风力的次数较多。
➢ 一般悬臂型结构(构架、塔架、烟囱等高耸结构),高度 大于30m,高宽比大于1.5且可以忽略扭转影响的高层建筑, 按照下式计算:
§ 2.2 风荷载
Z
1 Z Z
Z- 振 型 系 数 , 可 近 似 取 Z= ZH - 脉 动 增 大 系 数 , 与 0, T1及 粗 糙 度 有 关 - 脉 动 影 响 系 数 , 与 HB, 粗 糙 度 和 总 高 H有 关
建筑物所在地的地貌和周边环境
建筑物本身的特性-高度、形状 及表面状况
这些影响因素通过 Wk z s zw0中的参数综合考虑
§ 2.2 风荷载
❖ “森拉克”肆虐浙闽 防波堤
被冲垮百米 [ 2003年7月28
日 12:43 ] 由于16号“森
拉克”台风的袭击,投资1.2
亿元、总长达1837米的玉环县
结构体系
框架结构 框-剪结构 框筒结构 剪力墙结构
平均重度(kN/m2) 0.9~1.2
1.1~1.4
1.3~1.5
1.4~1.7
注:H>100(或>30层)取上限,H<60(或>20层)取下限
§ 2.2 风荷载
风对高层建筑结构有如下的特点
➢ 风力作用与建筑物外形有直接关系,圆形与正方形受到的风力较合理
步骤十:构造要求
第二章 荷载作用和结构设计要求
荷载作用
➢ 竖向荷载 ◆恒荷载 ◆活荷载
➢ 风荷载 ➢ 地震作用
§ 2.1 竖向荷载(尽量做到“轻”、“准” )
一、恒荷载:结构自重、附加永久荷载 隔墙、装饰、设备管道等(规范附录A)
二、活荷载 荷载规范:GB50009—2001 多层:应考虑活荷载不利分布 高层:可以不考虑活荷载不利布置(因为:占在竖向荷载 中所占比重小,另外对于框架梁其水平荷载引起内 力更大)
、档案库、库房活荷载)
二、水平地震影响系数(反应谱曲线)
根据设防烈度、场地类别、地震分组、结构自振周期T和阻
尼比确定,由下式计算:
当T≤Tg时 =max 当T>Tg时 =max
§ 2.3.1 水平地震作用计算
三、反应谱底部剪力法 (1)结构总水平地震作用的标准值计算公式:
FEK1Geq
1——相应于结构基本自振周期T1的值 Geq——结构等效总重力荷载代表值Geq=0.85 GE Gj——第j层重力荷载代表值 考虑高层建筑弯曲振型的影响,顶层附加水平地震作用标准
z=(1Z0)2
ψ-地面粗糙度及梯度风高度影响系数 Z -计算点离地高度(标高) α-地面粗糙度指数
A
ψ
1.397
α
0.12
地面粗糙度
B
C
1
0.616
0.16
0.22
D 0.318
0.3
§ 2.2 风荷载
(三)风荷载体型系数 s
风对建筑表面的作用力并不等于基本风压值,而是随建筑物的 体型、尺度、表面位置等而改变,其大小由实测或风洞试验确定
结构形式
高 层
结构方案优选 结构体系

结构布置

构造结构计算简图
结 构
结构计算分 析及结构构 件设计
内力计算分析及内力调整 罕遇地震下薄弱层弹塑性变形验算

构件截面配筋计算

轴压比,剪压比等参数控制要求
流 程
抗震构造措施 配筋率,加密区等参数控制要求 钢筋连接及锚固构造要求
……
第二章 荷载作用和结构设计要求
§ 2.2 风荷载
二、风荷载的计算参数:
Wk zszw0
W k :风荷载标准值(kN/m2)
§ 2.2 风荷载
(一)基本风压 0
空旷平坦地面、距地10m、50年一遇、10min平均最大风速 0 计算。(单位:kN/m2)
0 02 /1600
一般高层建筑考虑50年一遇,特别重要或者有特殊要求的高层 建筑考虑100年一遇
➢ 大震不倒:在罕遇地震(大震),即相当于高于本地区设防 烈度1~1.5度的地震作用下,结构严重损坏,但要求不倒塌。
为了实现三 水准的抗震
设计目标
概念抗震 计算抗震 构造抗震
§2.3 地震作用
(3)两阶段的抗震设计方法
➢ 第一阶段:承载力和使用状态下的变形验算。取 小震的地震动参数,按弹性方法进行承载力和变 形验算(小震不坏),并通过抗震构造措施满足 中震的抗震延性要求(中震可修)。
§ 2.2 风荷载
➢ 脉动影响系数
➢ 与房屋总高度、粗糙度类别、H/B有关,查表。 ➢ 注意:B为迎风面宽度
§ 2.2 风荷载
(五)总风荷载
各个表面承受风力的合力,沿高度变化的分布荷载
ZZ0 (S 1 B 1 c1 o s S B n n cn o )
:建筑物表面法线与风作用方向的夹角 =0:风力作用方向与建筑表面垂直,风压全部计算 =90:风力作用方向与建筑表面平行,风压不算 0< <90:风力的分量,注意风力分解时区别风力为压力
(1)甲类高层建筑结构
(2)刚度与质量沿竖向分布特别不均匀的高层建筑结构
(3)表中所示的乙、丙类高层建筑结构
设防烈度、场地类别 8度I、II类场地和7度
8度III、IV类场地 9度
建筑高度范围 >100m >80m >60m
F G § 2.3.1 水平地震作用计算
一、重力荷载代表值:
EK
1 eq
100%恒荷载+50%雪荷载+50%楼面活荷载(80%藏书库
➢ 乙类建筑:地震时必须维持正常使用和救灾需要的建筑 物,人员大量集中的公共建筑物或其他重要的建筑物; 应按本地区抗震设防烈度计算
➢ 丙类建筑物:除上述以外的一般高层建筑;应按本地区 抗震设防烈度计算
➢ 丁类建筑物:次要建筑,一般情况下地震作用仍应符合 本地区抗震设防烈度的要求,抗震措施应允许比本地区 抗震设防烈度的要求适当降低,但抗震设防烈度为6度时 不应降低。
➢ 对质量和刚度不对称、不均匀的结构和高度超过100m的 高层建筑应采用考虑扭转耦连振动影响的反应谱振型分 解反应谱法
➢ 高度不超过40m、以剪切变形为主的且质量和刚度沿高度 分布较均匀的高层建筑结构,可采用反应谱底部剪力法
➢ 7~9度设防的高层建筑,下列情况宜采用弹性时程分析 法进行多遇地震作用下的补充计算:
➢ 第二阶段:弹塑性变形验算。对特别重要、不规 则复杂结构以及存在抗震薄弱层地震时易倒塌的 结构应进行大震作用下结构薄弱层的弹塑性层间 变形验算(大震不倒)。
§2.3 地震作用
四、高层建筑结构应按下列原则考虑地震作用: ➢ 一般情况下,计算两个主轴方向的地震作用;有斜交抗
侧力构件(角度大于15度)时应分别计算各抗侧力构件 方向的地震作用
s = 垂直于建筑表面的平均风作用力/基本风压值
§ 2.2 风荷载 (三)风荷载体型系数 s
典型风荷载体型系数举例(压力为正号,吸力为负号)
§ 2.2 风荷载
典型风荷载体型系数举例(压力为正号,吸力为负号)
§ 2.2 风荷载
局部风压体型系数: ➢ 正压区:同上取法 ➢ 负压区:
◆ 墙面:-1.0 ◆ 墙角边:-1.8 ◆ 屋面局部部位(周边和屋面坡度大于100的屋脊部位): -2.2 ◆ 檐口、雨篷、遮阳板等突出构件:-2.0
§ 2.2 风荷载
(四)风振系数 Z (高度Z处风振系数)
风分为平均风(即稳定风)和脉动风(常称阵风脉动) ➢ 平均风——静力 ➢ 脉动风——动力
§ 2.2 风荷载
(四)风振系数 Z (高度Z处风振系数)
➢ 与结构的自振特性有关,(包括自振周期、振型等, 也与结构的高度有关)
➢ 基本自振周期T1Hale Waihona Puke Baidu 0.25 S的工程结构,高度大于30m且高宽 比大于1.5的高柔房屋,考虑风压脉动对结构发生顺风向风 振的影响。风振计算按照随机振动理论进行,结构自振周 期按照结构动力学计算
坎门渔港防波堤遭受严重的损
坏。渔港西堤被巨浪冲垮2个
缺口,造成防波堤砌面下滑,
总长达100多米。险情发生后
,当地政府组织公安、边防、
民兵应急分队和群众及时进行
抢修,力争将损失降低到最低



§ 2.2 风荷载
§ 2.2 风荷载
广州大道南一栋五层厂房
近1000平方米的2块铁皮被卷起后砸中附近五金厂, 100多名工人侥幸逃过大难
步骤六:控制截面及控制截面内力调整 ➢ 梁柱轴线端内力调整至构件边缘端 ➢ 竖向荷载梁端出现塑铰产生的塑性内力重分布
第二章 荷载作用和结构设计要求
步骤七:内力组合、确定最不利内力 ➢ 梁柱轴线端内力调整至构件边缘端 ➢ 竖向荷载梁端出现塑铰产生的塑性内力重分布 步骤八:截面配筋设计
步骤九:延性设计调整
§2.3 地震作用
(2)三水准抗震设计目标——小震不坏,中震可修,大震不倒
➢ 小震不坏:建筑遭遇本地区多遇地震(小震),即相当于低 于本地区设防烈度1.5度的地震作用下,结构处于弹性工作状 态。
➢ 中震可修:在偶遇地震(中震),即设防烈度的地震作用下, 结构局部进入弹塑性状态(局部损坏),震后经修理可继续 使用。
或吸力
开始

计算W0,确定粗糙度,μs
荷 载
计算ξ,ν
计 算
计算各层地μZ,ψZ,βZ
步 骤
计算各层的Wk
计算各层的Pk
结束
§ 2.2 风荷载 (六)局部风荷载计算
1、计算外挑构件——阳台、雨篷(风向上地浮力)
2、围蔽构件计算——窗、幕墙等(局部风压)
§2.3 地震作用
一、地震的成因 ➢ 地震发生时,由于地震波的作用产生地面运动(横向和
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