1、教学要求：教学要求：熟练掌握熟练掌握风荷载风荷载的计算方法的计算方法;熟练掌握熟练掌握反应谱方法计算水平地震作用反应谱方法计算水平地震作用的方法，理解的方法，理解抗震设防的准则和基本设抗震设防的准则和基本设计方法计方法，反应谱理论反应谱理论;熟悉熟悉高层建筑的高层建筑的设计要求设计要求;掌握掌握荷载效应组合的基本原则，各种工荷载效应组合的基本原则，各种工况的区别及其应用。况的区别及其应用。高层建筑荷载及作用示意图高层建筑高层建筑的荷载荷载包括竖向荷载竖向荷载和水平荷载水平荷载简单简单介绍竖向荷载的计算，因为高层与一般房屋并无区别。主要主要介绍水平荷载风荷载风荷载和地震荷载地震荷载的计算方法。3
2、.1 3.1 水平荷载作用下结构简化计算原则水平荷载作用下结构简化计算原则荷载作用方向荷载作用方向 风荷载和地震作用方向都是随机的，在风荷载和地震作用方向都是随机的，在一般情况下进行结构计算时，假设水平荷载一般情况下进行结构计算时，假设水平荷载分别作用在结构的两个主轴方向。在矩形平分别作用在结构的两个主轴方向。在矩形平面中，对正交的两个主轴面中，对正交的两个主轴x x、y y 方向分别进方向分别进行内力分析如图行内力分析如图3.1(a)3.1(a)及及3.1(b)3.1(b)所示。其他所示。其他形状平面可根据几何形状和尺寸确定主轴方形状平面可根据几何形状和尺寸确定主轴方向。有斜交抗侧力构件的结
3、构，当相交角度向。有斜交抗侧力构件的结构，当相交角度大于大于1515时，应分别计算各抗侧力构件方时，应分别计算各抗侧力构件方向的水平地震作用，如图向的水平地震作用，如图3.1(c)3.1(c)所示。所示。水平荷载作用方向图水平荷载作用方向图平面化假定平面化假定 荷载作用下的房屋结构都是空间受力体系，对框架结构、剪力墙结构及框架-剪力墙结构进行计算时，可以把空间结构简化为平面结构，并作以下两个假定。(1)每榀框架或剪力墙可以抵抗自身平面内的侧每榀框架或剪力墙可以抵抗自身平面内的侧力，平面外刚度很小，可忽略不计。力，平面外刚度很小，可忽略不计。即不考虑框架(剪力墙)参与抵抗平面外的水平作用，当作只
4、抵抗自身平面内水平作用的平面结构。(2)楼盖结构在自身平面内刚度无限大，平面外楼盖结构在自身平面内刚度无限大，平面外刚度很小，可忽略不计。刚度很小，可忽略不计。根据假定根据假定(1)(1)，可分别考虑纵向平面结构，可分别考虑纵向平面结构和横向平面结构的受力情况，即在横向水和横向平面结构的受力情况，即在横向水平分力的作用下，只考虑横向框架平分力的作用下，只考虑横向框架(横向横向剪力墙剪力墙)而忽略纵向框架而忽略纵向框架(纵向剪力墙纵向剪力墙)的的作用，而在纵向水平力作用下，只考虑纵作用，而在纵向水平力作用下，只考虑纵向框架向框架(纵向剪力墙纵向剪力墙)而忽略横向框架而忽略横向框架(横横向剪力墙向
5、剪力墙)的作用。这样可使计算大为简的作用。这样可使计算大为简化。化。2、基础底面零应力区面积的控制2重力荷载效应+1.竖向自振频率不小于4HZ延性：构件和结构屈服后，在承载力基本不降低的前提下（一般取承载力的85%)，结构（构件）的变形能力。FEk结构在水平地震作用下底部总剪力标准值对多层建筑，抗震规范（GB500112001）规定，当采用底部剪力法计算这类建筑的地震作用效应时，宜乘以增大系数3，此增大部分不应向下传递，但与该突出部分相连的构件应予以计入。重力荷载作为水平力作用于各质点上计算结构的弹性侧移曲线，得顶点的以弹性侧移T（单位是m),0为结构基本周期修正系数，取值同前。1、剪力墙、框
6、架剪力墙结构、筒体结构50kN/m2，地面粗糙度为C类，建筑物总长76m，宽5.“小震不坏，中震可修，大震不倒”Fn=nFEk=0.竖向荷载包括恒载、楼面及屋面活荷载、雪荷载。由7度设防查表3-9得：max=0.2重力荷载效应+1.抗震规范以二阶段设计法来实现上述“三水准”抗震设计目标。3.2 3.2 竖向荷载竖向荷载 竖向荷载包括恒载、楼面及屋面活荷载、竖向荷载包括恒载、楼面及屋面活荷载、雪荷载。恒载由构件及装修材料的尺寸和材雪荷载。恒载由构件及装修材料的尺寸和材料重量计算得出，材料自重可查料重量计算得出，材料自重可查建筑结构建筑结构荷载规范荷载规范(GB 50009-2001)(GB 50
7、009-2001)(以下简称以下简称荷荷载规范载规范)。楼面上的活荷载可按。楼面上的活荷载可按荷载规荷载规范范采用，常用民用建筑楼面均布活荷载见采用，常用民用建筑楼面均布活荷载见表表3-13-1。常用民用建筑楼面均布活荷载常用民用建筑楼面均布活荷载 高层建筑多为钢筋混凝土结构，构件截面尺寸高层建筑多为钢筋混凝土结构，构件截面尺寸较大，自重大，设计时往往先估算地基承载力、基较大，自重大，设计时往往先估算地基承载力、基础和结构底部剪力，初步确定结构构件尺寸。根据础和结构底部剪力，初步确定结构构件尺寸。根据工程设计经验，钢筋混凝土高层建筑结构竖向荷载，工程设计经验，钢筋混凝土高层建筑结构竖向荷载，对
8、于对于框架结构框架结构和和框架框架-剪力墙结构剪力墙结构大约为大约为121214kN/m14kN/m2 2，剪力墙和筒中筒结构剪力墙和筒中筒结构约为约为141416kN/m16kN/m2 2。荷载规范荷载规范规定：设计楼面梁、柱及基础时，考规定：设计楼面梁、柱及基础时，考虑到活荷载各层同时满布的可能性极少，因此需要虑到活荷载各层同时满布的可能性极少，因此需要考虑活荷载的折减。而钢筋混凝土高层建筑的恒荷考虑活荷载的折减。而钢筋混凝土高层建筑的恒荷载较大，占竖向荷载的载较大，占竖向荷载的85%85%以上，活荷载相对较小，以上，活荷载相对较小，仅占竖向荷载的仅占竖向荷载的10%10%15%15%。恒
9、载的计算内容恒载的计算内容:1 1、结构构件结构构件(梁、板、柱、墙、支撑梁、板、柱、墙、支撑)的重量的重量 2 2、非结构构件非结构构件(粉灰、饰面材料、填粉灰、饰面材料、填充墙、吊顶等充墙、吊顶等)的重量的重量 这些重量的大小不随时间而改变，又这些重量的大小不随时间而改变，又称为永久荷载。称为永久荷载。恒载标准值等于构件的体积乘以材料恒载标准值等于构件的体积乘以材料的容重。的容重。常用材料的容重为：常用材料的容重为：钢筋混凝土钢筋混凝土25kNm3；钢材钢材78.5kNm3水泥砂浆水泥砂浆20kNm3；混合砂浆混合砂浆17kNm3铝型材铝型材28kNm3；玻璃玻璃25.6kNm3杉木杉木4
10、kNm3；腐殖土腐殖土16kNm3砂土砂土17kNm3；卵石卵石18kNm3其他材料的容重可从其他材料的容重可从建筑结构荷载规范建筑结构荷载规范(GB500092001)中查得。中查得。大量的高层住宅、旅馆、办公楼的楼面活荷载大量的高层住宅、旅馆、办公楼的楼面活荷载较小，在较小，在2.0kN/m2.0kN/m2 2左右。左右。竖向荷载最不利布置：竖向荷载最不利布置：对于高层建筑当活荷载不大于4.0kN/m2，可不考虑，但跨中跨中弯矩要乘以1.11.21.11.2的扩大系数，大于大于4.0kN/m4.0kN/m2，则应考虑最不利布置。高层建筑竖向荷载还要考虑直升飞机平台的荷载高层建筑竖向荷载还要
11、考虑直升飞机平台的荷载3.3 3.3 风荷载风荷载 空气流动形成的风遇到建筑物时，会使空气流动形成的风遇到建筑物时，会使建筑物表面产生建筑物表面产生压力或吸力，压力或吸力，这种作用称为这种作用称为建筑物所受到的建筑物所受到的风荷载风荷载。风的作用是不规则。风的作用是不规则的，风压随风速、风向的变化而的，风压随风速、风向的变化而不断改变不断改变。实际上，风荷载是随时间波动的实际上，风荷载是随时间波动的动力荷载动力荷载，但设计时一般把它视为但设计时一般把它视为静荷载静荷载。长周期的风。长周期的风压使建筑物产生侧移，短周期的脉动风压使压使建筑物产生侧移，短周期的脉动风压使建筑物在平均侧移附近摇摆。建
12、筑物在平均侧移附近摇摆。对于对于高度较大且较柔高度较大且较柔的高层建筑，要的高层建筑，要考虑考虑动力效应动力效应，适当加大风荷载数值。确，适当加大风荷载数值。确定高层建筑风荷载，大多数情况定高层建筑风荷载，大多数情况(高度高度300m300m以下以下)可按照可按照建筑结构荷载规范建筑结构荷载规范规定的方法，少数建筑规定的方法，少数建筑(高度大、对风荷高度大、对风荷载敏感或有特殊情况载敏感或有特殊情况)还要通过风洞试验还要通过风洞试验确定风荷载，以补充规范的不足。确定风荷载，以补充规范的不足。风荷载标准值（风荷载标准值（kN/m）1当计算主要承重结构时：当计算主要承重结构时：0)(zszzk2
13、当计算围护结构时当计算围护结构时：3 基本风压基本风压一般高层建筑取重现期为一般高层建筑取重现期为5050年的风压值计算风荷载，年的风压值计算风荷载，但不得小于但不得小于0.3KN/m0.3KN/m2 2。对于对于风荷载比较敏感风荷载比较敏感的高层建筑，承载力设计时应的高层建筑，承载力设计时应乘以乘以1.11.1的系数。的系数。在进行在进行舒适度舒适度计算时，取重现期为计算时，取重现期为1010年的风压值计年的风压值计算风荷载。算风荷载。0()kgzszz 0 风压高度变化系数z对于平坦或稍有起伏的地形，风压高度变化系数对于平坦或稍有起伏的地形，风压高度变化系数应根据应根据地面租糙度地面租糙度
14、类别按表类别按表3-1确定。确定。地面粗糙度可分为地面粗糙度可分为A、B、C、D四类四类:一一A类类指近海海面和海岛、海岸、湖岸及沙漠指近海海面和海岛、海岸、湖岸及沙漠地区地区;一一B类类指田野、乡村、丛林、丘陵以及房屋比指田野、乡村、丛林、丘陵以及房屋比较稀疏的乡镇和城市郊区较稀疏的乡镇和城市郊区;一一C类类指有密集建筑群的城市市区指有密集建筑群的城市市区;一一D类类指有密集建筑群且房屋较高的城市市区指有密集建筑群且房屋较高的城市市区。风载体型系数 :建筑物各个表面风作用力的平均值与基本风压的比值。s用同样的算法，超越概率2%的大震重现期为2475年。抗震措施应允许仍比本地区抗震设防烈度的要
15、求适当降低，但抗震设防烈度为度时不应降低。FEk结构在水平地震作用下底部总剪力标准值各抗震设防类别建筑的抗震设防标准，应符合下1、理论计算（在采用振型分解反应谱计算时应2、基础底面零应力区面积的控制l）V形、Y形、弧形、双十字形、井字形平面建筑;同样大小的地震，在震中距越小的地方，影响或破坏越重。式中:FEvk结构总竖向地震作用标准值2、防止倒塌层间位移限制高层建筑多为钢筋混凝土结构，构件截面尺寸较大，自重大，设计时往往先估算地基承载力、基础和结构底部剪力，初步确定结构构件尺寸。G，Eh，Ev，W分别为上述各种荷载作用的分项系数；S=GSGk+Q1Q1SQ1k+w w Swk对于平坦或稍有起伏
16、的地形，风压高度变化系数应根据地面租糙度类别按表3-1确定。对下列高层建筑结构应进行罕遇地震作用下薄弱层的弹塑性变形验算。计算计算主体结构的风荷载效应主体结构的风荷载效应时，风荷载体型系数时，风荷载体型系数可按下列可按下列规定采用规定采用:1、圆形平面建筑取、圆形平面建筑取0.8;2、正多边形及截角三角形平面建筑，由下式计算、正多边形及截角三角形平面建筑，由下式计算:式中式中n-多边形的边数。多边形的边数。3、高宽比不大于、高宽比不大于4的矩形、方形、十字形平面建筑取的矩形、方形、十字形平面建筑取1.3;4、下列建筑取、下列建筑取1.4:l）V形、形、Y形、弧形、双十字形、井字形平面建筑形、弧
17、形、双十字形、井字形平面建筑;2）L形、槽形和高宽比形、槽形和高宽比H/B大于大于4的十字形平面建筑的十字形平面建筑;3）高宽比）高宽比H/B大于大于4，长宽比，长宽比L/B不大于不大于1.5的矩形、的矩形、鼓形平鼓形平面建筑。面建筑。5、在需要更细致进行风荷载计算的场合，风荷载体型系数可、在需要更细致进行风荷载计算的场合，风荷载体型系数可按表按表3-3或由风洞试验确定。或由风洞试验确定。sns/2.18.0风振系数风振系数z对于基本自振对于基本自振周期周期大于大于0.25s的工程结构，以及的工程结构，以及高度大于高度大于30m且高宽比大于且高宽比大于1.5的房屋建筑，应的房屋建筑，应考虑考虑
18、风压脉动风压脉动对结构发生对结构发生顺风向风振顺风向风振的影响。的影响。zzz 1z-振型系数振型系数，可由结构动力学计算确定，计算时可仅，可由结构动力学计算确定，计算时可仅考虑受力方向基本振型的影响考虑受力方向基本振型的影响;对于质量和刚度沿高度分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外地面高度z/H的比值的比值;-脉动增大系数脉动增大系数，可按表，可按表3-4采用采用;-脉动影响系数脉动影响系数，外形、质量沿高度比较均匀的结构可，外形、质量沿高度比较均匀的结构可按表按表3-5采用采用;z-风压高度
19、变化系数风压高度变化系数。总体风荷载总体风荷载：建筑物各个表面风荷载的合力，是沿高度变化的分布荷载，用于计算结构侧移和各构件的内力。)coscoscos(2221110nnnszzBBBwW 局部风荷载局部风荷载：用于计算用于计算局部构件、围护构件局部构件、围护构件或或维护构件与主体的连接维护构件与主体的连接。对于檐口、雨蓬、遮阳板、阳台等突出构件的对于檐口、雨蓬、遮阳板、阳台等突出构件的上浮力，取上浮力，取s2.0。对封闭式建筑，内表面按外表面风压的正、负对封闭式建筑，内表面按外表面风压的正、负情况取情况取0.20或或+0.20。风洞试验风洞试验高层规程（高层规程（JGJ3-2010)规定：
20、高度大于规定：高度大于200m或有或有下列情况之一的建筑物，宜按风洞试验确定风荷载。下列情况之一的建筑物，宜按风洞试验确定风荷载。1、平面性状不规则、立面形状复杂；平面性状不规则、立面形状复杂；2、立面开洞、连体建筑；立面开洞、连体建筑；3、周围地形和环境复杂的建筑物周围地形和环境复杂的建筑物【例3.1】某某10层现层现浇浇框架框架-剪力墙结构办公楼，其剪力墙结构办公楼，其平面及平面及剖剖面如图面如图3.4所示。当地基所示。当地基本本风风压压为为0.7kN/m2，地面地面粗糙粗糙度为度为A类类，求在图示风向作用下，建筑物各，求在图示风向作用下，建筑物各楼层的风力楼层的风力标准值标准值。解 T1
21、=0.06N=0.0610=0.6(s)w0=0.70kN/m2w0T12=0.700.62=0.252，由表3.4 得=1.324B=50.15，H/B=39.3/50.15=0.783A 类地面，v=0.460（线性插入法）根据地面粗糙度A类和离地高度Hi查表可得相应的z值各楼层位置处的风振系数计算结果见表3-1。风荷载体型系数s=0.8+0.5=1.3各楼层总总风力F=A i ziszi0，计算结果见表3-2。表3-1各楼层位置处的风振系数计算结果0.460.46表3-2各楼层总风力F 计算结果1.30作业：某作业：某9 9层现浇框架层现浇框架-剪力墙结构办公楼，其剪力墙结构办公楼，其平
22、面及剖面同书上例题平面及剖面同书上例题3.13.1，当地基本风压为，当地基本风压为0.50kN/m0.50kN/m2 2，地面粗糙度为，地面粗糙度为C C类，建筑物总长类，建筑物总长7 76m6m，宽，宽5.7+2.4+5.7m,5.7+2.4+5.7m,底层层高底层层高4.6m4.6m，其，其它层它层3.6m3.6m，求在平行于建筑物长向的风荷载作，求在平行于建筑物长向的风荷载作用下，建筑物各楼层的风力标准值。用下，建筑物各楼层的风力标准值。地震作用的特点地震作用的特点地震作用：地震作用：地震时，由于地震波的作用产生地面运动，并通过基础影响上部结构，使结构产生震动。地震效应地震效应:地面运动
23、产生的结构反应，包括加速度、速度、位移反应。地面运动特性的特征量（三要素）地面运动特性的特征量（三要素）：强度（振幅大强度（振幅大小），频谱小），频谱(周期长短周期长短)与持续时间与持续时间。周期：周期：物体作往复运动或物理量作周而复始的变化物体作往复运动或物理量作周而复始的变化时，重复一次所经历的时间。时，重复一次所经历的时间。3.4 3.4 地震作用地震作用震中距的影响建筑物本身的动力特性对建筑破坏程度有很大的影响建筑物的动力特性：主要指建筑物的自振周期、振型和阻尼。自振周期、振型和阻尼。自振周期自振周期:结构按某一振型完成一次自由振动所需要的时间阻尼阻尼:使自由振动衰减的各种摩擦和其他阻
24、碍作用震源震源震中震中等震线等震线震中距震中距地震的几个名词地震的几个名词地面上任何一点到震中的直线距离称为震中距。同样大地面上任何一点到震中的直线距离称为震中距。同样大小的地震，在震中距越小的地方，影响或破坏越重。小的地震，在震中距越小的地方，影响或破坏越重。抗震设防准则和基本方法抗震设防准则和基本方法抗震设防：抗震设防：是对建筑物进行抗震设计并采取一定的抗震措施，以达到结构抗震的效果和目的。抗震设防的目标抗震设防的目标：(三水准三水准)“小震不坏，中震可修，大震不倒小震不坏，中震可修，大震不倒”抗震设计三水准：抗震设计三水准：第三水准：第三水准：大震不倒，大震不倒，5050年超越概率为年超
25、越概率为2 23%3%，地震，地震烈度比基本烈度高，重现期烈度比基本烈度高，重现期20002000年（宜通过概念设计年（宜通过概念设计与构造措施达到具有多道防线）与构造措施达到具有多道防线）第二水准：第二水准：中震可修，中震可修，5050年超越概率为年超越概率为10%10%，地震烈，地震烈度等于基本烈度高，重现期度等于基本烈度高，重现期475475年，规范以此定义基年，规范以此定义基本烈度；本烈度；第一水准：第一水准：小震不坏，小震不坏，5050年超越概率为年超越概率为63%63%，地震烈，地震烈度低于基本烈度一度半，重现期度低于基本烈度一度半，重现期5050年。年。超越概率：超越概率：在一定
26、时期内，工程场地可能遭遇大于或等于给定在一定时期内，工程场地可能遭遇大于或等于给定的地震烈度值或地震动参数值的概率。的地震烈度值或地震动参数值的概率。重现期：重现期：在同一地区内某一震级地震重复发生所需要的时间间在同一地区内某一震级地震重复发生所需要的时间间隔。隔。设地震重现期为设地震重现期为n年，则地震年均发生概率为年，则地震年均发生概率为=1/n。则在。则在年限年限T年内，地震发生的概率年内，地震发生的概率P近似为波松分布：近似为波松分布：一般建筑的设计使用年限为一般建筑的设计使用年限为50年，地震的发生概率也以年，地震的发生概率也以50年为年为基准周期。基本设防地震定为超越概率为基准周期
27、。基本设防地震定为超越概率为10%的地震的地震重现期为重现期为50的地震在使用年限的地震在使用年限50年内的发生概率为年内的发生概率为63%，通，通过下式可以看出：过下式可以看出：用同样的算法，超越概率用同样的算法，超越概率2%的大震重现期为的大震重现期为2475年。年。1.在遭受低于本地区设防烈度低于本地区设防烈度的多遇地震的影响时，建筑物一般不受损坏或不需修理仍可继续使用。（此时建筑物基本上处于弹性阶段,小震）2.在遭受本地区规定的设防烈度本地区规定的设防烈度的地震的影响时，建筑物（包括结构和非结构部分）可能有一定损坏，但不至危及人民生命和生产设备的安全，经一般修理仍可继续使用。（此时建筑
28、物进入弹塑性阶段，中震）3.在遭受高于本地区设防烈度高于本地区设防烈度的预估罕遇地震的影响时，建筑物不致倒塌或发生危及生命的严重破坏。（此时建筑物将产生严重破坏但不至于倒塌，大震）抗震规范以二阶段设计法二阶段设计法来实现上述“三水三水准准”抗震设计目标。抗震设计目标。第一阶段设计第一阶段设计：按小震作用效应和其它荷载效应的基本组合验算结构构件的承载能力，以及小震作用下验算结构的弹性变形，以满足第一、二水准的要求。然后通过概念设计和构造措施来满足第三水准的要求。第二阶段设计第二阶段设计：对于有特殊要求的建筑和地震时容易倒塌的结构，按大震作用下验算结构的弹塑性变形，以满足第三水准的要求。根据地震分
29、组和场地类别查表3-10得到：Tg=0.解：楼层重力荷载标准值：50kN/m2，地面粗糙度为C类，建筑物总长76m，宽5.各抗震设防类别建筑的抗震设防标准，应符合下结构延性比：结构达到极限时顶点位移与屈服时顶点位移的比值。一般建筑的设计使用年限为50年，地震的发生概率也以50年为基准周期。然后按抗震规范中给出的地震所谓概念设计是指一些在计算中或在规范中难以作出具体规定的问题，必须运用概念进行分析，作出 判断，并采取相应的措施(P35),一般包括三部分:(5)9度设防且为60m以上高层建筑则：如果有限个振型参与的等效质量达到总质量的90%，就认为计算满足工程需要了。式中：SE有地震作用荷载效应组
30、合的设计值2、基础底面零应力区面积的控制T1=（0.丁类建筑（适度设防类）：应属于抗震次要建筑。地基基础的抗震措施，应符合有关规定。建筑物的抗震设防类别建筑物的抗震设防类别:建筑应根据其使用功能的重要性分为甲类、乙类、丙类和丁类四个抗震设防类别。甲类建筑（甲类建筑（特殊设防类）特殊设防类）：应属于重大建筑工程和地震时可能发生严重次生灾害的建筑，乙类建筑（乙类建筑（重点设防类重点设防类）：）：应属于地震时使用功能不能中断或需尽快恢复的建筑，包括未成年人学校、医院。丙类建筑（丙类建筑（标准设防类标准设防类）：）：应属于除甲、乙、丁类以外的一般建筑，丁类建筑（丁类建筑（适度设防类适度设防类）：）：应
31、属于抗震次要建筑。各抗震设防类别建筑的抗震设防标准，应符合下列要求：1、特殊设防类、特殊设防类(甲类建筑甲类建筑)：地震作用应高于本地区抗震设防烈度的要求，其值应按批准的地震安全性评价结果确定；抗震措施，当抗震设防烈度为度时，应符合本地区抗震设防烈度提高一度的要求，当为度时，应符合比度抗震设防更高的要求。2、重点设防类、重点设防类(乙类建筑乙类建筑)：地震作用应符合本地区抗震设防烈度的要求；抗震措施，一般情况下，当抗震设防烈度为度时，应符合本地区抗震设防烈度提高一度的要求，当为度时，应符合比度抗震设防更高的要求；地基基础的抗震措施，应符合有关规定。对较小的乙类建筑较小的乙类建筑，当其结构改用抗
32、震性能较好的结构类型时，应允许仍按本地区抗震设防烈度的要求采取抗震措施。3、标准设防类、标准设防类（丙类建筑），地震作用和抗震措施均应符合本地区抗震设防烈度的要求。4、适度设防类、适度设防类（丁类建筑），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；抗震措施应允许仍比本地区抗震设防烈度的要求适当降低，但抗震设防烈度为度时不应降低。抗震设防烈度为度时，除抗震规范有具体规定外，对乙、丙、丁类建筑可不进行地震作用的计算。抗震计算理论抗震计算理论计算地震作用的方法可分为静力法、反应谱方法（拟计算地震作用的方法可分为静力法、反应谱方法（拟静力法）和时程分析法（直接动力法）。静力法）和时程分析法（
33、直接动力法）。1 1、反应谱理论、反应谱理论反应谱反应谱：单质点弹性体系在一单质点弹性体系在一定的地面运动作用下，其最大反定的地面运动作用下，其最大反应（加速度，速度和位移反应）应（加速度，速度和位移反应）与体系自振周期之间的变化曲线与体系自振周期之间的变化曲线（谱曲线）。（谱曲线）。单质点体系在地震水平运动作用单质点体系在地震水平运动作用下将产生地面的水平运动，此时下将产生地面的水平运动，此时质点上作用有三种力。质点上作用有三种力。单质点体系的地震作用根据其自振周期对应的反应谱值由下式计算得到：F=mSa=（mg）k=G 式中m：质量；Sa：地震反应谱；k：地震系数；：动力系数；G：质点重量
34、 ：地震影响系数2、直接动力理论、直接动力理论用地震波（加速度时程）作为地面运动输入，直接计算并输出结构随时间而变化的地震反应。地震波的选取：采用弹塑性动力分析方法进行薄弱层验算时，宜符合以下要求：1、应按建筑场地类别和设计地震分组选用不少于两组实际地震波和一组人工模拟的地震波的加速度时程曲线；2、地震波按持续时间不宜少于12s计算，数值化时距可取为0.01s或0.02s 3 输入地震波的最大加速度，可按下表采用：(用于0.15g和0.3g的地区）抗震设防烈度7度8度9度Amax(cm/s2)220(310)400(510)620设计反应谱 地震影响系数地震影响系数：地震作用地震作用：最大加速
35、度Sa，k地震系数，g重力加速度 地震影响系数，k；是动力系数G质点的重量，Gmg；因此计算地震作用大小的关键在于确定值。其直接变量为结构自振周期，另外还和场地特征周期和结构阻尼比有关。然后按抗震规范中给出的地震地震影响系数影响系数曲线确定自振周期自振周期T:结构按某一振型完成一次自由振动所需要的时间kgSa/GFTg(特征周期值特征周期值)是地震影响曲线下降段起始点对应的周期值，与土质的坚硬度有关，场地土愈软，Tg值越大1、除有专门规定外，钢筋混凝土结构的阻尼比阻尼比应取0.05，此时，阻尼调整系数2=1；曲线下降段衰减指数=0.9，直线下降段的下降斜率调整系数1=0.02 2、当建筑结构的
36、阻尼比按有关规定不等于0.05时：55.005.09.08/)05.0(02.017.106.005.0122 阻尼调整系数，当小于0.55时，应取0.55水平地震影响系数最大值水平地震影响系数最大值maxmax 应按表3-8取值；特征周期应根据场地类别和设计地震分组按表3-9取值。设防烈度对应的多遇地震和罕遇地震的设防烈度对应的多遇地震和罕遇地震的maxmax水平地震作用计算水平地震作用计算A、底部剪力法底部剪力法:1 1 适用范围：适用范围：高度不超过40m,以剪切变形为主且质量和刚度沿高度分布比较均匀的结构。2 2 结构的底部总剪力标准值结构的底部总剪力标准值按下列公式计算：FEk结构在
37、水平地震作用下底部总剪力标准值1 相应于结构基本自振周期的水平地震影响系数。Geq结构总重力荷载，单质点应取总重力荷载代表值，多质点可取总重力荷载代表值的85%。重力荷载代表值重力荷载代表值：应取结构和构配件应取结构和构配件自重标准值自重标准值和和可变荷载可变荷载组合值组合值之之和，见和，见P68eqEkGF1ieqGG85.0Fi质点i的水平地震作用标准值Hi，Hj分别为质点i，j的计算高度n为了考虑高振型的影响，顶部附加地震作为了考虑高振型的影响，顶部附加地震作用系数用系数，多层钢筋混凝土和钢结构房屋按表3-12基本周期T11.4Tg时，高振型影响小，不考虑顶部附加水平力，n=0；基本周期
38、T11.4Tg时，n与Tg有关EknnnEknjjjiiiFFFHGHGF)1(1表表3-10场地场地特征周期（特征周期（Tg)各地区处于哪一组可在地震规范中查到，其中桂林各地区处于哪一组可在地震规范中查到，其中桂林等广西县级以上城镇均属第一组，全国大部分属第等广西县级以上城镇均属第一组，全国大部分属第一组一组 设计地震分组反映了震中距的影响，在相同烈度下，震中距离远近不同和震级大小不同的地震产生的震害是不同的。例如，同样是7 度，如果距离震中较近，则地面运动的频率成分中短周期成分多，场地卓越周期短，对刚性结构造成的震害大，长周期的结构反应较小；如果距离震中远，短周期振动衰减比较多，场地卓越周
39、期比较长，则高柔的结构受地震的影响大。抗震规范用设计地震分组粗略地反映这一宏观现象。分在第三组的城镇，由于特征周期Tg较大，长周期结构的地震作用会较大。土的类型土的类型岩土名称和性状岩土名称和性状土层剪切波速范围土层剪切波速范围m/s坚硬土或岩石坚硬土或岩石I稳定岩石，密实的碎石土稳定岩石，密实的碎石土se500中硬土中硬土II中密，稍密的碎石土，密实中中密，稍密的碎石土，密实中密的砾，粗中砂密的砾，粗中砂fak200的粘性的粘性土和粉土，坚硬黄土土和粉土，坚硬黄土500se250中软土中软土III稍密的砾，粗中砂，除松散外稍密的砾，粗中砂，除松散外的粉细砂，的粉细砂，fak200的粘性土和的
40、粘性土和粉土，粉土，fak130的填土，可塑黄的填土，可塑黄土。土。250se140软弱土软弱土IV淤泥和淤泥质土，松散的砂，淤泥和淤泥质土，松散的砂，新近沉积的粘性土和粉土，新近沉积的粘性土和粉土，fak130的填土，流塑黄土。的填土，流塑黄土。se140场地土类别的划分场地土类别的划分 T0(场地卓越周期值场地卓越周期值)是根据覆盖层厚度与土层剪切波速按公式T0=4H/计算的周期，表示场地土最主要的振动特性。覆盖土层愈厚，剪切波速愈小，场地土愈差，基本周期就愈长，一般来说就愈接近高层建筑的自震周期，其地震效应愈大。许多规范中场地覆盖层厚度指地表面至剪切波速大于500ms坚硬土层顶面的距离。
41、当建筑物的自振周期与场地土的卓越周期相等或接近时，会产生共振，建筑物的震害较严重。鞭端（鞘）效应鞭端（鞘）效应:当建筑物有突出屋面的小建筑物，如屋顶间、女儿墙等时，由于这些建筑物的质量和刚度突然变小，地震反应随之加大。这种现象称为“鞭端效应”。对多层建筑，抗震规范（GB500112001）规定，当采用底部剪力法底部剪力法计算这类建筑的地震作用效应时，宜乘以增大系数3，此增大部分不应向下传递，但与该突出部分相连的构件应予以计入。对于高层建筑，增大系数应按高规（JGJ32002)附录之规定选用。nFnFiF1nFB B、振型分解反应谱法、振型分解反应谱法 因结构计算模型分为水平结构和空间结构，振型
42、组合也有两种方法。这里主要介绍：1、平面结构振型分解反应谱法平面结构振型分解反应谱法 结构j振型i质点的水平地震作用标准值，应按下列公式确定：Fij=jjXjiGi（i=1,2n,j=1,2m）式中：Fji j振型i质点的水平地震作用标准值j相应于j振型自振周期的地震影响系数 Xjij振型i质点的水平相对位移jj振型的参与系数 Gi集中于i质点的重力荷载代表值。N个质点就有n个振型，而且每个方向都有，空间分析即有3n个振型，平面分析时2n 个振型2。niijiniijijGXGX121振型的参与系数振型的参与系数：表示表示每个振型地震时对建筑物每个振型地震时对建筑物作用大小的影响。作用大小的影
43、响。2 2、振型组合、振型组合 水平地震作用效应（弯矩、剪力、轴力和变形），应按下式确定：2jEkSSSEk水平地震作用标准值的效应Sjj振型水平地震作用标准值的效应，可只取前23个振型，当基本自振周期大于1.5s或房屋高宽比大于5时，振型个数应适当增加。振型参与等效质量振型参与等效质量(重量）公式：重量）公式：一般结构总是由前几个振型起主要作用，工程设计中，只需要有限个振型计算内力和位移。如果有限个振型参与的等效质量达到总质量的90%，就认为计算满足工程需要了。振型组合：振型组合：各振型产生各振型产生的内力和位移不一定在的内力和位移不一定在同一时间达到最大值，同一时间达到最大值，不能简单地将
44、个振型的不能简单地将个振型的内力和位移相加，而是内力和位移相加，而是通过概率统计将各振型通过概率统计将各振型的内力和位移组合起来。的内力和位移组合起来。振型参与等效质量重量：振型参与等效质量重量：表示计算需要多少个振表示计算需要多少个振型来考虑其对建筑物的型来考虑其对建筑物的影响影响C、验算、验算抗震验算时，结构任一楼层的水平地震剪力应符合下式要求：式中：VEki第i层对应于水平地震作用标准值的楼层剪力；剪力系数，不应小于表3-13规定的楼层最小地震剪力系数值，对竖向不规则结构的薄弱层，尚应乘以1.15的增大系数；Gj第j层的重力荷载代表值;n-结构计算总层数。nijjEkiGV表3-13 楼
45、层最小地震剪力系数值 注：1 基本周期介于3.5s和5.0s之间的结构，可插入取值；2 括号内数值分别用于设计基本地震加速度为0.15g和0.30g的地区【例3.2】某工程为8层框架结构，梁柱现浇、楼板预制，设防烈度为7度，II类场地土，地震分组为第二组，尺寸如图3.10所示。现已计算出结构自振周期T1=0.58s；集中在屋盖和楼盖的恒载为顶层5400kN，27层5000kN，底层6000kN；活载为顶层600kN，17层1000kN，按底部剪力法计算各楼层地震作用标准值与剪力。解：解：楼层重力荷载标准值：顶层：G8=5400+0 0600=5400kN27层：G27=5000+50%1000
46、=5500kN1 层：G1=6000+50%1000=6500kN总重力荷载代表值：G=Gi=5400+55006+6500=44900kN总地震作用标准值。总地震作用标准值。根据地震分组和场地类别查表3-10得到：Tg=0.4s；由7度设防查表3-9得：max=0.08；钢筋混凝土结构的阻尼比=0.05，则衰减指数=0.9，Tg T1=0.58s5Tg。结构等效总重力荷载代表值为：Geq=0.85GE=0.8544900=38165 kN总地震作用标准值为：0.057338165=2186.85 kN0.91max10.40.080.05730.58gTT1EKeqFG 各楼层地震作用标准值
47、。由于T1=0.58s1.4Tg=1.40.4=0.56，应考虑顶部附加水平地震作用查表3-12 得：n=0.08T1+0.01=0.080.58+0.01=0.0564Fn=nFEk=0.05642186.85=123.34kN 计算结果如表3-15和图3.11所示。【例3.3】如图3.12所示的3层钢筋混凝土框架结构，各部分尺寸如图3.12(a)所示。各楼层重力荷载代表值为G1=1200kN，G2=1000kN，G3=650kN(如图3.12(b)所示)，场地土II类，设防烈度8度，地震分组在第二组。现算得前3个振型的自振周期为T1=0.68s，T2=0.24s，T3=0.16s，振型分别
48、如图3.3(c)3.3(e)所示。试用振型分解反应谱法求该框架结构的层间地震剪力标准值。计算各质点的水平地震作用。计算各质点的水平地震作用。各振型的地震影响系数：根据场地类型、设防烈度、地震分组，查表得Tg=0.40s，max=0.16；钢筋混凝土结构的阻尼比=0.05，则衰减指数=0.9，TgT1=0.68s5Tg；根据各振型的自振周期T1、T2、T3，可以得到3种振型下的地震影响系数0.911max0.40.160.100.68gTT23max0.1623max0.16各振型参与系数：11222211.000 1200 1.735 10002.148 6500.6011.0001200 1
49、.73510002.148650njiiinjiiiX GXG同理可得：各质点的水平地震作用 ，按公式计算得：20.29130.193jiFjijjjiiFx G 结构自振周期的计算结构自振周期的计算 计算方法：理论计算、半理论半经验公式和经验公式。1、理论计算、理论计算（在采用振型分解反应谱计算时应用）：有刚度法和柔度法理论方法得到的周期比结构的实际周期长，原因是计算中没有考虑填充墙等非结构构件对刚度的增大作用，实际结构的质量分布、材料性能、施工质量等也不像计算模型那么理想。若直接用理论周期值计算地震作用，则地震作用可能偏小，因此必须对周期值(包括高振型周期值)作修正。刚度增大后周期折减系数
50、（P74）：框架：框架：0.60.60.70.7，框架，框架剪力墙：剪力墙：0.70.70.80.8 剪力墙剪力墙:0.8:0.81.0 1.0 框架框架核心筒：核心筒：0.80.80.90.92 2，半理论半经验公式，半理论半经验公式（采用底部剪力法时应用）：1）顶点位移法TT017.1 重力荷载作为水平力作用于各质点上计算结构的弹性侧移曲线，得顶点的以弹性侧移T（单位是m),0为结构基本周期修正系数，取值同前。2）能量法计算步骤：以重力荷载作为水平力作用于各质点上 计算结构的弹性侧移曲线，得各质点的弹性侧移iNiiiNiiiGgGT112012 3 3、经验公式、经验公式（仅用于估算）（仅
