高層建筑結(jié)構(gòu)之“荷載與作用”高層建筑結(jié)構(gòu)－－荷載與作用抗震試驗(yàn)1、擬靜力試驗(yàn)2、試驗(yàn)設(shè)備與加載裝置是以一定的荷載或位移作為控制值對試件進(jìn)行低周反復(fù)加載，以獲得結(jié)構(gòu)非線性的荷載—變形特性。加載設(shè)備：雙向千斤頂；反力墻；試驗(yàn)臺(tái)座；荷載架等；如圖示：試驗(yàn)研究是房屋抗震研究的重要手段之一。高層建筑結(jié)構(gòu)－－荷載與作用抗震試驗(yàn)墻體試驗(yàn)裝置梁試驗(yàn)裝置頂部無轉(zhuǎn)動(dòng)抗剪試驗(yàn)高層建筑結(jié)構(gòu)－－荷載與作用抗震試驗(yàn)分配梁懸吊支撐高層建筑結(jié)構(gòu)－－荷載與作用抗震試驗(yàn)1、擬動(dòng)力試驗(yàn)2、優(yōu)缺點(diǎn)是由計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)值分析并控制加載，即由給定地震加速度記錄通過計(jì)算機(jī)進(jìn)行非線性結(jié)構(gòu)動(dòng)力分析，將計(jì)算得到的位移反應(yīng)作為輸入數(shù)據(jù)，以控制加載器對試驗(yàn)結(jié)構(gòu)進(jìn)行試驗(yàn)。可緩慢再現(xiàn)地震反應(yīng)，觀察破壞全過程，可做大模型試驗(yàn)。其缺點(diǎn)是不能再現(xiàn)真實(shí)的地震反應(yīng)，只適用離散質(zhì)量分布的結(jié)構(gòu)，設(shè)備精度要求高。高層建筑結(jié)構(gòu)－－荷載與作用抗震試驗(yàn)3、試驗(yàn)設(shè)備與加載裝置

加載設(shè)備：振動(dòng)臺(tái)；

控制方式：模擬控制與數(shù)字控制；

加載程序：一次加載和多次加載。高層建筑結(jié)構(gòu)－－荷載與作用抗震試驗(yàn)高層建筑結(jié)構(gòu)－－荷載與作用第三章荷載與作用3.3.1一般設(shè)計(jì)原則從經(jīng)濟(jì)上、政治上和社會(huì)上的影響而綜合考慮。

3.3地震作用抗震次要建筑丁類

除甲乙丁類以外的一般建筑丙類

地震時(shí)使用功能不能中斷需盡快恢復(fù)的建筑乙類

重大建筑工程和地震時(shí)可能發(fā)生嚴(yán)重次生災(zāi)害的建筑甲類

設(shè)防分類高層建筑結(jié)構(gòu)－－荷載與作用第三章荷載與作用3.3.1一般設(shè)計(jì)原則

3.3地震作用高層建筑結(jié)構(gòu)－－荷載與作用地震作用一、結(jié)構(gòu)抗震理論的發(fā)展1.靜力理論階段---靜力法1920年，日本大森房吉提出，假設(shè)建筑物為絕對剛體。地震作用---地震系數(shù)將F作為靜荷載，按靜力計(jì)算方法計(jì)算結(jié)構(gòu)的地震效應(yīng)動(dòng)力靜力高層建筑結(jié)構(gòu)－－荷載與作用地震作用一、結(jié)構(gòu)抗震理論的發(fā)展2.定函數(shù)理論蘇聯(lián)扎夫里耶夫首先提出的，他認(rèn)為地震地面運(yùn)動(dòng)可用余弦函數(shù)來描述，也即地面位移。地震作用規(guī)律復(fù)雜的動(dòng)力一定規(guī)律的動(dòng)力高層建筑結(jié)構(gòu)－－荷載與作用地震作用一、結(jié)構(gòu)抗震理論的發(fā)展3.反應(yīng)譜理論---反應(yīng)譜法1940年，美國皮奧特提出。地震作用按靜力計(jì)算方法計(jì)算結(jié)構(gòu)的地震效作用目前，世界上普遍采用的方法，部分反映動(dòng)力特性。---重力荷載代表值---地震系數(shù)（反映震級、震中距、地基等的影響）---動(dòng)力系數(shù)(反映結(jié)構(gòu)的特性,如周期、阻尼等的影響)高層建筑結(jié)構(gòu)－－荷載與作用地震作用二、各類型結(jié)構(gòu)相應(yīng)的地震作用分析方法1.不超過40m的規(guī)則結(jié)構(gòu)：底部剪力法；2.一般的規(guī)則結(jié)構(gòu)：兩個(gè)主軸的振型分解反應(yīng)譜法；3.質(zhì)量和剛度分布明顯不對稱結(jié)構(gòu)：考慮扭轉(zhuǎn)或雙向地震作用的振型分解反應(yīng)譜法；4.當(dāng)8、9度時(shí)的大跨、長懸臂結(jié)構(gòu)和9度的高層建筑：考慮豎向地震作用；5.特別不規(guī)則、甲類和超過規(guī)定范圍的高層建筑：一維或二維時(shí)程分析法的補(bǔ)充計(jì)算。結(jié)構(gòu)規(guī)則、地震作用不大簡單近似方法結(jié)構(gòu)復(fù)雜、地震作用較大更精確的方法高層建筑結(jié)構(gòu)－－荷載與作用地震作用3.3.2、計(jì)算地震作用的反應(yīng)譜法運(yùn)動(dòng)方程最大相對速度最大加速度最大相對位移高層建筑結(jié)構(gòu)－－荷載與作用地震作用3.3.2、計(jì)算地震作用的反應(yīng)譜法單自由度體系在給定的地震作用下某個(gè)最大反應(yīng)與體系自振周期的關(guān)系曲線稱為該反應(yīng)的地震反應(yīng)譜。Elcentro1940（N-S）地震記錄高層建筑結(jié)構(gòu)－－荷載與作用地震作用3.3.2、計(jì)算地震作用的反應(yīng)譜法相對速度反應(yīng)譜Elcentro1940（N-S）地震記錄高層建筑結(jié)構(gòu)－－荷載與作用地震作用3.3.2、計(jì)算地震作用的反應(yīng)譜法Elcentro1940（N-S）地震記錄絕對加速度反應(yīng)譜高層建筑結(jié)構(gòu)－－荷載與作用地震作用3.3.2、計(jì)算地震作用的反應(yīng)譜法地震反應(yīng)譜的特點(diǎn)：1.阻尼比對反應(yīng)譜影響很大4.對于加速度反應(yīng)譜，當(dāng)結(jié)構(gòu)周期小于某個(gè)值時(shí)幅值隨周期急劇增大，大于某個(gè)值時(shí)，快速下降。3.對于速度反應(yīng)譜，當(dāng)結(jié)構(gòu)周期小于某個(gè)值時(shí)幅值隨周期增大，隨后趨于常數(shù)。2.對于位移反應(yīng)譜，幅值隨周期增大。高層建筑結(jié)構(gòu)－－荷載與作用地震作用3.3.2、計(jì)算地震作用的反應(yīng)譜法單自由度體系的水平地震作用對于單自由度體系，把慣性力看作反映地震對結(jié)構(gòu)體系影響的等效力，用它對結(jié)構(gòu)進(jìn)行抗震驗(yàn)算。結(jié)構(gòu)在地震持續(xù)過程中經(jīng)受的最大地震作用為：---水平地震影響系數(shù)高層建筑結(jié)構(gòu)－－荷載與作用地震作用3.3.2、計(jì)算地震作用的反應(yīng)譜法抗震設(shè)計(jì)反應(yīng)譜高層建筑結(jié)構(gòu)－－荷載與作用地震作用3.3.2、計(jì)算地震作用的反應(yīng)譜法例：單層單跨框架。屋蓋剛度為無窮大，質(zhì)量集中于屋蓋處。已知設(shè)防烈度為8度，設(shè)計(jì)地震分組為二組，Ⅰ類場地；屋蓋處的重力荷載代表值G=700kN，框架柱線剛度,阻尼比為0.05。試求該結(jié)構(gòu)多遇地震時(shí)的水平地震作用。h=5m（1）求結(jié)構(gòu)體系的自振周期高層建筑結(jié)構(gòu)－－荷載與作用地震作用3.3.2、計(jì)算地震作用的反應(yīng)譜法（2）求水平地震影響系數(shù)查表確定地震影響系數(shù)最大值（阻尼比為0.05）1.400.90(1.20)0.50(0.72)-----罕遇地震0.320.16(0.24)0.08(0.12)0.04多遇地震9876地震影響烈度查表確定地震特征周期分組的特征周期值（s）0.900.650.450.35第三組0.750.550.400.30第二組0.650.450.350.25第一組ⅣⅢⅡⅠ場地類別高層建筑結(jié)構(gòu)－－荷載與作用地震作用3.3.2、計(jì)算地震作用的反應(yīng)譜法（3）計(jì)算結(jié)構(gòu)水平地震作用高層建筑結(jié)構(gòu)－－荷載與作用地震作用3.3.2、計(jì)算地震作用的反應(yīng)譜法多自由度體系的水平地震作用ii+1m1m2mimn高層建筑結(jié)構(gòu)－－荷載與作用地震作用3.3.2、計(jì)算地震作用的反應(yīng)譜法多自由度體系的水平地震作用運(yùn)動(dòng)方程---j振型廣義質(zhì)量---j振型廣義荷載---j振型廣義剛度高層建筑結(jié)構(gòu)－－荷載與作用地震作用3.3.2、計(jì)算地震作用的反應(yīng)譜法多自由度體系的水平地震作用11.61810.618m1m2振型正交性的應(yīng)用1.檢驗(yàn)求解出的振型的正確性。2.對耦聯(lián)運(yùn)動(dòng)微分方程組作解耦運(yùn)算等等.折算體系高層建筑結(jié)構(gòu)－－荷載與作用地震作用3.3.3、水平地震作用計(jì)算多自由度體系的水平地震作用--計(jì)算步驟2.求廣義質(zhì)量、廣義荷載;3.求組合系數(shù);4.按下式求位移：1.求振型、頻率：高層建筑結(jié)構(gòu)－－荷載與作用地震作用3.3.3、水平地震作用計(jì)算例一.求圖示體系的穩(wěn)態(tài)振幅.解:EI高層建筑結(jié)構(gòu)－－荷載與作用地震作用3.3.3、水平地震作用計(jì)算解:EI高層建筑結(jié)構(gòu)－－荷載與作用地震作用3.3.3、水平地震作用計(jì)算解:EI從結(jié)果看,低階振型貢獻(xiàn)大。一般不需要用全部振型疊加,用前幾個(gè)低階振型疊加即可。高層建筑結(jié)構(gòu)－－荷載與作用地震作用3.3.3、水平地震作用計(jì)算運(yùn)動(dòng)方程有阻尼多自由度體系的水平地震作用--計(jì)算步驟--第j振型阻尼比(由試驗(yàn)確定).計(jì)算步驟:2.求廣義質(zhì)量、廣義荷載;4.求組合系數(shù);5.求位移;3.確定振型阻尼比;高層建筑結(jié)構(gòu)－－荷載與作用地震作用3.3.3、水平地震作用計(jì)算運(yùn)動(dòng)方程有阻尼多自由度體系的水平地震作用--計(jì)算步驟---j振型的振型參與系數(shù)高層建筑結(jié)構(gòu)－－荷載與作用地震作用3.3.3、水平地震作用計(jì)算有阻尼多自由度體系的水平地震作用--計(jì)算步驟---t時(shí)刻第j振型i質(zhì)點(diǎn)的水平地震作用---體系j振型i質(zhì)點(diǎn)水平地震作用標(biāo)準(zhǔn)值計(jì)算公式相對加速度高層建筑結(jié)構(gòu)－－荷載與作用地震作用3.3.3、水平地震作用計(jì)算---體系j振型i質(zhì)點(diǎn)水平地震作用標(biāo)準(zhǔn)值計(jì)算公式---相應(yīng)于j振型自振周期的地震影響系數(shù)；---j振型i質(zhì)點(diǎn)的水平相對位移；---j振型的振型參與系數(shù)；---i質(zhì)點(diǎn)的重力荷載代表值。一般只取2-3個(gè)振型，當(dāng)基本自振周期大于1.5s或房屋高寬比大于5時(shí)，振型個(gè)數(shù)可適當(dāng)增加。高層建筑結(jié)構(gòu)－－荷載與作用地震作用3.3.3、水平地震作用計(jì)算地震作用效應(yīng)（彎矩、位移等）--j振型地震作用產(chǎn)生的地震效應(yīng)；m--選取振型數(shù)高層建筑結(jié)構(gòu)－－荷載與作用例：試用振型分解反應(yīng)譜法計(jì)算圖示框架多遇地震時(shí)的層間剪力?？拐鹪O(shè)防烈度為8度，Ⅱ類場地，設(shè)計(jì)地震分組為第二組。解：（1）求體系的自振周期和振型（2）計(jì)算各振型的地震影響系數(shù)1.400.90(1.20)0.50(0.72)-----罕遇地震0.320.16(0.24)0.08(0.12)0.04多遇地震9876地震影響烈度地震影響系數(shù)最大值（阻尼比為0.05）查表得地震特征周期分組的特征周期值（s）0.900.650.450.35第三組0.750.550.400.30第二組0.650.450.350.25第一組ⅣⅢⅡⅠ場地類別高層建筑結(jié)構(gòu)－－荷載與作用第一振型第二振型第三振型（2）計(jì)算各振型的地震影響系數(shù)查表得高層建筑結(jié)構(gòu)－－荷載與作用（3）計(jì)算各振型的振型參與系數(shù)第一振型第二振型第三振型高層建筑結(jié)構(gòu)－－荷載與作用（4）計(jì)算各振型各樓層的水平地震作用第一振型第二振型第三振型第一振型第二振型第三振型高層建筑結(jié)構(gòu)－－荷載與作用（5）計(jì)算各振型的地震作用效應(yīng)（層間剪力）第一振型1振型第二振型2振型第三振型3振型高層建筑結(jié)構(gòu)－－荷載與作用（6）計(jì)算地震作用效應(yīng)（層間剪力）組合后各層地震剪力1振型2振型3振型高層建筑結(jié)構(gòu)－－荷載與作用地震作用3.3.3、水平地震作用計(jì)算一、底部剪力法j振型的底部剪力為G—結(jié)構(gòu)的總重力荷載代表值第j振型組合后的結(jié)構(gòu)底部剪力—高振型影響系數(shù)(規(guī)范取0.85)高層建筑結(jié)構(gòu)－－荷載與作用地震作用3.3.3、水平地震作用計(jì)算一、底部剪力法地震作用下各樓層水平地震層間剪力為H1G1GkHk高層建筑結(jié)構(gòu)－－荷載與作用地震作用3.3.3、水平地震作用計(jì)算二、頂部附加地震作用的計(jì)算

采用底部剪力法計(jì)算高層建筑結(jié)構(gòu)水平地震作用時(shí)，突出屋面房屋（樓梯間、電梯間、水箱間等）宜作為一個(gè)質(zhì)點(diǎn)參加計(jì)算，計(jì)算求得的水平地震作用應(yīng)考慮“鞭端效應(yīng)”乘以增大系數(shù)。

此增大部分不應(yīng)往下傳遞，僅用于突出屋面房屋自身以及與其直接連接的主體結(jié)構(gòu)構(gòu)件的設(shè)計(jì)。

計(jì)算的頂層附加水平地震作用標(biāo)準(zhǔn)值應(yīng)作用于主體結(jié)構(gòu)的頂層，而不應(yīng)置于小塔樓的層頂處高層建筑結(jié)構(gòu)－－荷載與作用地震作用3.3.3、水平地震作用計(jì)算三、底部剪力法的適用范圍底部剪力法適用于一般的多層磚房等砌體結(jié)構(gòu)、內(nèi)框架和底部框架抗震墻磚房、單層空曠房屋、單層工業(yè)廠房及多層框架結(jié)構(gòu)等低于40m以剪切變形為主的規(guī)則房屋。

以“剪切變形”為主：在結(jié)構(gòu)側(cè)移曲線中，樓蓋出平面轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生的側(cè)移所占的比例較小。高層建筑結(jié)構(gòu)－－荷載與作用地震作用3.3.3、水平地震作用計(jì)算三、底部剪力法的適用范圍

“規(guī)則房屋”：

1.相鄰層質(zhì)量的變化不宜過大；

2.避免采用層高特別高或特別矮的樓層，相鄰層和連續(xù)三層的剛度變化平緩。

3.出屋面小建筑的尺寸不宜過大（寬度b大于高度h

且出屋面高度與總高度之比滿足h/H<1/5），局部縮進(jìn)的尺寸也不宜大（縮進(jìn)后的寬度B1與總寬度

B之比滿足）；高層建筑結(jié)構(gòu)－－荷載與作用地震作用3.3.3、水平地震作用計(jì)算三、底部剪力法的適用范圍

“規(guī)則房屋”：

4.樓層內(nèi)抗側(cè)力構(gòu)件的布置和質(zhì)量的分布要基本對稱；

5.抗側(cè)力構(gòu)件在平面內(nèi)呈正交（夾角大于75度）分布，以便在兩個(gè)主軸方向分別進(jìn)行抗震分析；

6.平面局部突出的尺寸不大（局部伸出部分在長度方向的尺寸l大于寬度方向的尺寸b，且寬度b與總寬度B之比滿足b/B<1/5-1/4）；高層建筑結(jié)構(gòu)－－荷載與作用地震作用3.3.3、水平地震作用計(jì)算三、底部剪力法的適用范圍

“規(guī)則房屋”：

7.對于不滿足規(guī)則要求的建筑結(jié)構(gòu)，則不宜將底部剪力法作為設(shè)計(jì)依據(jù)。否則，要采取相應(yīng)的調(diào)整，使計(jì)算結(jié)果合理化。高層建筑結(jié)構(gòu)－－荷載與作用地震作用3.3.3、水平地震作用計(jì)算三、底部剪力法的適用范圍例：試用底部剪力法計(jì)算圖示框架多遇地震時(shí)的層間剪力。已知結(jié)構(gòu)的基本周期T1=0.467s,抗震設(shè)防烈度為8度,Ⅱ類場地,設(shè)計(jì)地震分組為第二組。10.5m7.0m3.5m解：（1）計(jì)算結(jié)構(gòu)等效總重力荷載代表值高層建筑結(jié)構(gòu)－－荷載與作用地震作用3.3.3、水平地震作用計(jì)算三、底部剪力法的適用范圍（2）計(jì)算水平地震影響系數(shù)查表得1.400.90(1.20)0.50(0.72)-----罕遇地震0.320.16(0.24)0.08(0.12)0.04多遇地震9876地震影響烈度地震影響系數(shù)最大值（阻尼比為0.05）地震特征周期分組的特征周期值（s）0.900.650.450.35第三組0.750.550.400.30第二組0.650.450.350.25第一組ⅣⅢⅡⅠ場地類別高層建筑結(jié)構(gòu)－－荷載與作用地震作用3.3.3、水平地震作用計(jì)算三、底部剪力法的適用范圍（3）計(jì)算結(jié)構(gòu)總的水平地震作用標(biāo)準(zhǔn)值高層建筑結(jié)構(gòu)－－荷載與作用地震作用3.3.3、水平地震作用計(jì)算三、底部剪力法的適用范圍（4）頂部附加水平地震作用頂部附加地震作用系數(shù)高層建筑結(jié)構(gòu)－－荷載與作用地震作用3.3.3、水平地震作用計(jì)算三、底部剪力法的適用范圍（5）計(jì)算各層的水平地震作用標(biāo)準(zhǔn)值高層建筑結(jié)構(gòu)－－荷載與作用地震作用3.3.3、水平地震作用計(jì)算三、底部剪力法的適用范圍（5）計(jì)算各層的層間剪力振型分解反應(yīng)譜法結(jié)果高層建筑結(jié)構(gòu)－－荷載與作用地震作用3.3.3、水平地震作用計(jì)算四、突出屋面附屬結(jié)構(gòu)地震內(nèi)力的調(diào)整震害表明，突出屋面的屋頂間（電梯機(jī)房、水箱間）、女兒墻、煙囪等，它們的震害比下面的主體結(jié)構(gòu)嚴(yán)重。原因是由于突出屋面的這些結(jié)構(gòu)的質(zhì)量和剛度突然減小，地震反應(yīng)隨之增大。---鞭端效應(yīng)。《抗震規(guī)范》規(guī)定：采用底部剪力法時(shí)，突出屋面的屋頂間、女兒墻、煙囪等的地震作用效應(yīng)，宜乘以增大系數(shù)3。此增大部分不應(yīng)向下傳遞，但與該突出部分相連的構(gòu)件應(yīng)計(jì)入。高層建筑結(jié)構(gòu)－－荷載與作用地震作用3.3.4、結(jié)構(gòu)自振周期計(jì)算3.3.5、豎向地震作用計(jì)算豎向地震運(yùn)動(dòng)是可觀的：根據(jù)觀測資料的統(tǒng)計(jì)分析，在震中距小于200km范圍內(nèi)，同一地震的豎向地面加速度峰值與水平地面加速度峰值之比av/ah平均值約為1/2，甚至有時(shí)可達(dá)1.6。豎向地震作用的影響是顯著的：根據(jù)地震計(jì)算分析，對于高層建筑、高聳及大跨結(jié)構(gòu)影響顯著。結(jié)構(gòu)豎向地震內(nèi)力NE/與重力荷載產(chǎn)生的內(nèi)力NG的比值沿高度自下向上逐漸增大，烈度為8度時(shí)為50%至90%，9