高层建筑结构与抗震辅导材料一

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1、《高层建筑结构与抗震》辅导材料一荷载与作用(一)学习目标1.了解竖向荷载、水平荷载对高层建筑的影响;2.了解地震波的传播及类型、地震震级、基本烈度和设防烈度;3.掌握地震作用的确定方法-反应谱法;4.掌握单自由度弹性体系地震反应分析方法。学习重点1.竖向荷载、水平荷载和地震作用;2.地震的传播及类型,地震震级,基本烈度和设防烈度;3.反应谱法;4.单自由度弹性体系地震反应分析。一、荷载作用于高层房屋的荷载有两种:竖向荷载与水平荷载,竖向荷载包括结构自重和楼(屋)盖上的均布荷载,水平荷载包括风荷载和地震作用。在多层房屋中,往往以竖向荷

2、载为主,但也要考虑水平荷载的影响,特别是地震作用的影响。随着房屋高度的增加,水平荷载产生的内力越来越大,会直接影响结构设计的合理性、经济性,成为控制荷载。因此在非地震区,风荷载和竖向荷载的组合将起控制作用,而在地震区,则往往是地震作用与竖向荷载组合起控制作用。1.竖向荷载竖向荷载中的结构自重和楼面均布活荷载均应按照《建筑结构荷载规范》(GB50009)(以下简称《荷载规范》)确定。楼面均布活荷载是按“楼板内弯矩等效”的原则,将实际荷载换算为等效均布荷载。对于作用在楼面上的活荷载,并不是所给的等效均布荷载同时布满在所有楼面上。因此在设

3、计梁、墙、柱和基础时,应考虑实际荷载沿楼面分布的变异性。在确定梁、墙、柱和基础的荷载标准值时,还应按现行《荷载规范》对楼面活荷载标准值乘以折减系数。2.风荷载风受到地面上各种建筑物的阻碍和影响,风速会改变,并在建筑物表面上形成压力或吸力,这种风力的作用称为风荷载。风力在整个建筑物表面的分布情况随房屋尺寸的大小、体积和表面情况的不同而异,并随风速、风向和气流的不断变化而不停地改变着。风荷载实质上是一种随时间变化的动力荷载,它使建筑结构产生动力反应。在实际工程设计中,通常将风荷载看成等效静力荷载,但在高度较大的建筑中要考虑动力效应影响。

4、(1)基本风压值基本风压值系以当地比较空旷平坦地面上离地10m高统计所得的重现期为50年一遇10min平均最大风速(m/s)为标准,按=/1600确定的风压值。它应根据现行《荷载规范》中“全国基本风压分布图”采用,但不得小于0.3kN/㎡。对一般的高层建筑,按《荷载规范》中所给的采用;对于特别重要或对风荷载比较敏感的高层建筑,应考虑100年重现期的风压值。当没有100年一遇的风压资料时,也可近似将50年一遇的基本风压值乘以1.1后采用。(2)风载体型系数8风载体型系数是指实际风压与基本风压的比值。它描述的是建筑物表面在稳定风压作用下

5、静态压力的分布规律,主要与建筑物的体型与尺度有关,也与周围环境和地面粗糙度有关。当风流经建筑物时,对建筑物不同部位会产生不同的效果,即产生压力和吸力。(3)风压高度变化系数风压高度变化系数,应根据地面粗糙度类别按《荷载规范》确定。(4)风振系数风对建筑结构的作用是不规则的,通常把风作用的平均值看成稳定风压(即平均风压),实际风压是在平均风压上下波动的。平均风压使建筑物产生一定的侧移,而波动风压使建筑物在平均侧移附近振动。对于高度较大、刚度较小的高层建筑,波动风压会产生不可忽略的动力效应,使振幅加大,在设计中必须考虑。目前采用加大风载

6、的办法来考虑这个动力效应,在风压值上乘以风振系数。二、地震与抗震设防1.地震波、震级和烈度(1)地震波当震源岩层发生断裂、错动时,岩层所积蓄的变形能突然释放,它以波的形式从震源向四周传播,这种波就称为地震波。地震波按其在地壳传播的位置不同,可将其分为体波和面波。(2)震级地震的震级是衡量一次地震释放能量大小的等级,震级可用公式表达如下:(2-1)式中即是上述标准地震记录仪在距震中100km处记录到的最大振幅。例如,在距震中100km处标准地震记录仪记录到的最大振幅=100mm=100000m,则,即这次地震为5级。地震发生时不可能正

7、好在100km处记录,而且所使用的仪器不尽相同,为此应根据震中距和使用的仪器对实测的震级进行适当的修正。震级与地震释放能量之间有如下关系:(2-2)根据式(2-2),可计算各级地震所释放的能量,震级差一级,能量就要差32倍之多。根据震级可将地震划分为:微震(2级以下,人一般感觉不到,只有仪器才能记录到),有感地震(2~4级),破坏性地震(5级以上),强烈地震(7级以上)。(3)地震烈度地震烈度是指地震时在一定地点振动的强烈程度。对于一次地震,表示地震大小的震级只有一个,但它对不同地点的影响程度是不一样,即不同地点的烈度不同。国家地震

8、局和建设部于1992年联合发布了新的《中国地震烈度区划图(1990)》。该图给出了全国各地地震基本烈度的分布。2.地震基本烈度与抗震设防(1)基本烈度一个地区的基本烈度是指该地区今后50年时期内,在一般场地条件下可能遭遇超越概率为10

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