第14章高層建筑結構設計

1、1第第14章章 高層建筑結構高層建筑結構2高層建筑發(fā)展的意義：高層建筑發(fā)展的意義：1.1.城市用地緊張、人口高度集中；城市用地緊張、人口高度集中；（國內(nèi)人均（國內(nèi)人均60m10分鐘；2 短周期部分：周期T約為幾秒鐘。為便于分析，常把實際風壓分解為平均風壓（穩(wěn)定風壓）與脈動風壓（不穩(wěn)定風壓）兩部分。因為長周期極大于一般結構的自振周期，114 所以平均風壓相當于靜力作用；脈動風壓周期短，沿高所以平均風壓相當于靜力作用；脈動風壓周期短，沿高度隨時間變化，屬動力性質(zhì)，將引起結構振動，因此風本身度隨時間變化，屬動力性質(zhì)，將引起結構振動，因此風本身既具有動態(tài)、也具有靜態(tài)兩種特性。單廠及多層建筑結構既具有動

2、態(tài)、也具有靜態(tài)兩種特性。單廠及多層建筑結構中，一般僅考慮它的靜力作用效應，而對高層建筑和高聳結中，一般僅考慮它的靜力作用效應，而對高層建筑和高聳結構，則必須考慮風壓脈動對結構的動力作用與影響。實際設構，則必須考慮風壓脈動對結構的動力作用與影響。實際設計中是采用加大風載的辦法（對穩(wěn)定風壓）來考慮這個動力計中是采用加大風載的辦法（對穩(wěn)定風壓）來考慮這個動力效應，即在風壓上乘以一個大于效應，即在風壓上乘以一個大于1的的風振系數(shù)風振系數(shù)。 1152、風荷載標準值、風荷載標準值 風對建筑物表面的作用力大小，與建筑物體型、高度、建筑物所處位置、結構特性有關。 垂直于建筑物表面的單位面積上的風荷載標準值 可

3、按下式計算。 式中， 高層建筑基本風壓值； 風壓高度變化系數(shù)； 風載體型系數(shù)； 風振系數(shù)。KW0WWSZZK0WZSZ116當計算維護結構時 總風荷載 總風荷載是指建筑物各個表面所受風荷載的合力，是沿建筑物高度變化的線荷載。通常按建筑物的主軸方向進行計算。 0WWSZgzK117Z高處建筑物各個表面上承受風壓的合力沿高度的線荷載為:合力作用點即總風載作用點,其位置由靜力平衡條件定。 )cosB.cosBcosB(wwnnsn22s211s10zzz118局部風荷載 高層建筑由于高度大，高空中的局部水平構件如檐口、雨蓬、遮陽板、陽臺所收上浮風載較大，計算時風載體型系數(shù)不宜小于2.0,立面有豎線條

4、擋板引起的比平整墻面大，更為明顯，一般此類表面要增大6%8%，此局部風載應進行構件的局部強度驗算。1193、高層建筑基本風壓值我國建筑結構荷載規(guī)范給出了各地的基本風壓值。是用各地區(qū)空曠平坦地面上離地10m高、統(tǒng)計30年重現(xiàn)期的10分鐘平均風速 （m/s）計算得到的?；撅L壓 = 對于高層建筑，需要考慮重現(xiàn)期為50年的大風，對于特別重要或者有特殊要求的高層建筑，需要考慮重現(xiàn)期為100年的強風。因此要用基本風壓值乘以系數(shù)1.1或1.2后，作為一般高層建筑及特別重要的高層建筑的基本風壓值。0W0V0W)/(1600220mKNV1204、風壓高度變化系數(shù)風速大小不僅與高度有關，一般越靠近地面風速越小

5、，愈向上風速越大，而且風速的變化與地貌及周圍環(huán)境有直接關系。我國建筑結構荷載規(guī)范將地面情況分為A、B、C三類：A類地面粗糙度：指海岸、湖岸、海島及沙漠地區(qū)；B類地面粗糙度：指田野、鄉(xiāng)村、叢林、丘陵以及房屋比較稀疏的中小城鎮(zhèn)和大城市的郊區(qū)；C類地面粗糙度：指平均建筑高度在15m以上、有密集建筑群的大城市市區(qū)。 Z121 風壓高度變化系數(shù)反應了不同高度處和不同地面情況下的風速情況。 1225、風載體型系數(shù) 風載體型系數(shù)是指建筑物表面所受實際風壓與基本風壓的比值。通過實測可以看出，風壓在建筑物表面的分布不是均勻的，如p49圖3.7所示。在風荷載計算時，為簡化計算，一般將建筑物各個表面的風壓看成是均勻

6、分布的。 風荷載體型系數(shù)與高層建筑的體型、平面尺寸等有關。 S1236、風振系數(shù)、風振系數(shù) 空氣在流動時，風速、風向都在不停地改變。建筑物所空氣在流動時，風速、風向都在不停地改變。建筑物所受到的風荷載是不斷波動的。風壓的波動周期一般較長，對受到的風荷載是不斷波動的。風壓的波動周期一般較長，對一般建筑物影響不大，可以按靜載來對待。但是，對于高度一般建筑物影響不大，可以按靜載來對待。但是，對于高度較大或剛度相對較小的高層建筑來講，就不能忽視風壓的動較大或剛度相對較小的高層建筑來講，就不能忽視風壓的動力效應。在設計中，用風振系數(shù)來考慮。力效應。在設計中，用風振系數(shù)來考慮。Z124 對高度大剛度小的高

7、層波動逢會產(chǎn)生不可忽略的動力變流（使建筑物在風壓造成的側(cè)移附近振動）,設計中采用加大風載來來考慮這個動力效應，乘 ，對高度30M且高寬比1.5的高層及其基本自振周期0.25秒的高聳取 =1.0,對高度30M且高寬比 1.5的高層構架、塔架、煙囪等高聳取 Z高處: 其中： 為脈動增大系數(shù)； 為脈動影響系數(shù)； 為振型系數(shù)，由結構動力計算確定，可僅考慮受 方向基本振型，當質(zhì)量與剛度沿高比較均勻時， 也可根據(jù)相對高度Z/H按荷載規(guī)范附錄F確定.zzzzz1z125二、地震作用二、地震作用1 1、地震的基本知識、地震的基本知識 地震：地球在不停地運動，深部巖石的應變超過容許值，巖層將發(fā)生斷裂、錯動和碰撞

8、，從而引發(fā)地面振動。 按成因分類：地震分為天然地震和人工地震兩大類。天然地震主要是構造地震、火山地震、陷落地震等。人工地震是指工業(yè)爆破、地下核爆炸造成的振動，高壓注水以及大水庫蓄水也會誘發(fā)地震。其中90%以上的地震為構造地震。1262 2、地震災害實例、地震災害實例 1976年7月28日 唐山大地震，在唐山（烈度達10度）、天津（8度）、北京（6度）的高層建筑發(fā)生了嚴重的震害。 2008年5月2日14時28分據(jù)國家地震臺網(wǎng)重新核定，北京京時間5月1212日日14時28分，在四川汶川縣（北緯31度，東經(jīng)103.4度)發(fā)生的地震震級為8.0級。 2010年4月14日4月14日7時49分40秒，青海

9、省玉樹藏族自治州玉樹縣發(fā)生7.1級地震，震源深度14千米。震中位于縣城附近（緯度(33.1N)經(jīng)度(96.6E) ） ，其后發(fā)生一千多次余震，導致2698人遇難，270人失蹤。 20132013年年4 4月月2020號號8 8時時0303分，四川雅安市蘆山縣發(fā)生分，四川雅安市蘆山縣發(fā)生7.07.0級地級地震，震源深度震，震源深度1313米。震中位于龍門鄉(xiāng)馬邊溝附近，目前已造米。震中位于龍門鄉(xiāng)馬邊溝附近，目前已造成成193193人死亡，人死亡，2525人失蹤，人失蹤，1200012000多人受傷（截止多人受傷（截止4 4月月2424日），日），目前傷亡人數(shù)還在統(tǒng)計。目前傷亡人數(shù)還在統(tǒng)計。127震

10、源：地殼深處巖層發(fā)生斷裂、錯動和碰撞的地方。震中：震源正上方的地面。震中距：地面上某點至震中的距離，震中距愈遠，所遭受的 地震破壞愈小。地震波：地震以波的形式向四周傳播。 縱波（P波） 體波 地震波 橫波（S波） 面波（L波）對建筑物的影響較大。128 震級：衡量地震釋放能量的等級，用符號M表示。M=lgA M5的地震稱為破壞地震；M7的地震稱為強震或大地震；M8的地震稱為特大地震。 地震烈度：地震時在一定地點震動的強烈程度。中國地震烈度表將地震烈度分為12度，中國地震烈度區(qū)劃圖給出了全國各地地震基本烈度取值。1293、地震作用的特點、地震作用的特點 地震波傳播產(chǎn)生地面運動，通過基礎影響上部結

11、構產(chǎn)生的振動稱為結構的地震反應，包括加速度、速度和位移反應。 大多數(shù)結構的設計計算主要考慮水平地震作用，原因如下： 地面水平振動使結構產(chǎn)生移動和擺動； 扭轉(zhuǎn)振動使結構扭轉(zhuǎn)，其對房屋破壞性很大，但目前尚無法計算，主要采用概念設計方法加大結構的抵抗能力，以減少房屋破壞程度； 地面豎向振動只在震中附近的高烈度區(qū)影響房屋結構。130 地面運動的特性可以用三個特征量來描述：地面運動的特性可以用三個特征量來描述：強度（由振強度（由振幅值大小表示）、頻譜和持續(xù)時間幅值大小表示）、頻譜和持續(xù)時間。 強度、頻譜強度、頻譜和和持續(xù)時間持續(xù)時間也被稱為地震動三要素，其原因也被稱為地震動三要素，其原因是：如果地震的加

12、速度或速度幅值很大，但地震時間短，建是：如果地震的加速度或速度幅值很大，但地震時間短，建筑的破壞可能不大；筑的破壞可能不大； 如果地面運動的加速度或速度幅值不太大，但地震波的如果地面運動的加速度或速度幅值不太大，但地震波的卓越周期（頻譜分析中能量占主導地位的頻率成分）與結構卓越周期（頻譜分析中能量占主導地位的頻率成分）與結構物基本周期接近，或者振動時間很長，其將對建筑物造成嚴物基本周期接近，或者振動時間很長，其將對建筑物造成嚴重影響。重影響。131 建筑本身的動力特性對建筑物是否破壞和破壞程度也很建筑本身的動力特性對建筑物是否破壞和破壞程度也很大的影響大的影響。 （建筑物動力特性是指建筑物的自

13、振周期、振型建筑物動力特性是指建筑物的自振周期、振型和阻尼，它們與建筑的質(zhì)量和結構的剛度有關。）和阻尼，它們與建筑的質(zhì)量和結構的剛度有關。） 質(zhì)量大、剛度大、周期短的建筑物在地震作用下的慣質(zhì)量大、剛度大、周期短的建筑物在地震作用下的慣性力較大；性力較大； 剛度小、周期長的建筑物位移較大，但慣性力較??；剛度小、周期長的建筑物位移較大，但慣性力較小； 當?shù)卣鸩ǖ闹芷谂c建筑物自振周期相近時，會引起類當?shù)卣鸩ǖ闹芷谂c建筑物自振周期相近時，會引起類共振，結構的地震反應加劇。共振，結構的地震反應加劇。1324、房屋破壞的直接原因、房屋破壞的直接原因 地震引起的山崩、滑坡、地陷、地面裂縫或錯位地震引起的山崩

14、、滑坡、地陷、地面裂縫或錯位 等地等地面變形，對上部建筑物的直接危害。面變形，對上部建筑物的直接危害。 地震引起的砂土液化，軟土震陷等地基失效，對上部建地震引起的砂土液化，軟土震陷等地基失效，對上部建筑物的破壞。筑物的破壞。 建筑物在地面激發(fā)下產(chǎn)生劇烈震動過程中因結構強度不建筑物在地面激發(fā)下產(chǎn)生劇烈震動過程中因結構強度不足、足、 過大變形、連接破壞，結構失穩(wěn)或整體傾覆而破壞。過大變形、連接破壞，結構失穩(wěn)或整體傾覆而破壞。 1335 5、震害規(guī)律、震害規(guī)律（1 1）房屋體形方面：）房屋體形方面： L L形等復雜平面房屋破壞率顯著增高；形等復雜平面房屋破壞率顯著增高；（2 2）有大底盤的高層建筑群

15、房頂面與主樓相接處，樓板面積）有大底盤的高層建筑群房頂面與主樓相接處，樓板面積突然減小的樓層破壞程度加重；突然減小的樓層破壞程度加重；（3 3）屋高寬比值較大且上面各層剛度很大的高層建筑底層框）屋高寬比值較大且上面各層剛度很大的高層建筑底層框架柱因地震傾覆力矩引起的巨大壓力而發(fā)生剪壓破壞；架柱因地震傾覆力矩引起的巨大壓力而發(fā)生剪壓破壞；（4 4）防震縫處多因縫的寬度太小而發(fā)生碰撞。）防震縫處多因縫的寬度太小而發(fā)生碰撞。1346 6、結構體系方面、結構體系方面 相對框架體系而言，采用相對框架體系而言，采用“框墻體系框墻體系”（框剪體系）（框剪體系）的房屋破壞程度輕，特別有利于保護填充墻和裝飾免遭

16、破的房屋破壞程度輕，特別有利于保護填充墻和裝飾免遭破壞。壞。 采用采用“填充墻框架填充墻框架”體系的房屋，在鋼筋混凝土框架平體系的房屋，在鋼筋混凝土框架平面內(nèi)嵌砌磚填充墻時，柱上部易發(fā)生剪切破壞，外墻框架柱面內(nèi)嵌砌磚填充墻時，柱上部易發(fā)生剪切破壞，外墻框架柱在窗洞處因受窗下墻的約束而發(fā)生短柱型剪切破壞。在窗洞處因受窗下墻的約束而發(fā)生短柱型剪切破壞。 采用采用“鋼筋混凝土板柱體系鋼筋混凝土板柱體系”的房屋，或因樓板沖切破的房屋，或因樓板沖切破壞，或因樓層側(cè)移過大柱頂、柱腳破壞，各層樓板墜落，重壞，或因樓層側(cè)移過大柱頂、柱腳破壞，各層樓板墜落，重疊在地面上。疊在地面上。 采用采用“框托墻框托墻”體

17、系（框支剪力墻）的房屋，相對柔弱體系（框支剪力墻）的房屋，相對柔弱的底層，破壞程度十分嚴重。的底層，破壞程度十分嚴重。1357、剛度分布方面、剛度分布方面 采用采用L L形、三角形等不對稱平面的建筑，地震時發(fā)生扭形、三角形等不對稱平面的建筑，地震時發(fā)生扭轉(zhuǎn)破壞而使震害加重；轉(zhuǎn)破壞而使震害加重； 矩形平面建筑，電梯間豎筒等抗側(cè)力構件布置存在偏矩形平面建筑，電梯間豎筒等抗側(cè)力構件布置存在偏心時，同樣因扭轉(zhuǎn)而使震害加重。心時，同樣因扭轉(zhuǎn)而使震害加重。 1368、構件形式方面、構件形式方面 鋼筋混凝土多肢剪力墻的窗下墻（連梁）常發(fā)生斜向裂鋼筋混凝土多肢剪力墻的窗下墻（連梁）常發(fā)生斜向裂縫或交叉裂縫。縫

18、或交叉裂縫。 在框架結構中，絕大多數(shù)情況下，柱的破壞程度重于梁在框架結構中，絕大多數(shù)情況下，柱的破壞程度重于梁的板。的板。 鋼筋混凝土框架，如在同一樓層中出現(xiàn)長、短柱并用的鋼筋混凝土框架，如在同一樓層中出現(xiàn)長、短柱并用的情況，短柱破壞嚴重。情況，短柱破壞嚴重。 配筋螺旋箍的鋼筋混凝土柱，當層間位移角達到很大數(shù)配筋螺旋箍的鋼筋混凝土柱，當層間位移角達到很大數(shù)值時，核心混凝土依然保持完好，依然具有較大的豎向承載值時，核心混凝土依然保持完好，依然具有較大的豎向承載力；對于配制方形箍的鋼筋混凝土柱，箍筋繃開，核心混凝力；對于配制方形箍的鋼筋混凝土柱，箍筋繃開，核心混凝土破碎脫落。土破碎脫落。137三、

19、三、 高層建筑結構的抗震設防高層建筑結構的抗震設防1 1、基本烈度：、基本烈度：該地區(qū)在未來一定時期內(nèi)（如該地區(qū)在未來一定時期內(nèi)（如5050年）在一般年）在一般場地條件下可能遭遇的最大地震烈度。一般采用建筑物所在場地條件下可能遭遇的最大地震烈度。一般采用建筑物所在地區(qū)的基本烈度。對于重要和特別重要的建筑加以調(diào)整。地區(qū)的基本烈度。對于重要和特別重要的建筑加以調(diào)整。2 2、建筑根據(jù)其、建筑根據(jù)其使用功能的重要性使用功能的重要性分為：分為：甲類建筑甲類建筑重大建筑工程和地震時可能發(fā)生嚴重次生災害重大建筑工程和地震時可能發(fā)生嚴重次生災害的建筑；的建筑；乙類建筑乙類建筑地震時使用功能不能中斷或需要盡快恢

20、復的建地震時使用功能不能中斷或需要盡快恢復的建筑；筑；丙類建筑丙類建筑除甲、乙、丁類以外的一般建筑；除甲、乙、丁類以外的一般建筑；丁類建筑丁類建筑抗震次要的建筑。抗震次要的建筑。1383 3、設防烈度的取值、設防烈度的取值 除甲類外，其他建筑取本地區(qū)基本烈度作為計算設防烈除甲類外，其他建筑取本地區(qū)基本烈度作為計算設防烈度。度。 確定建筑的抗震構造措施時，除甲類有特殊的規(guī)定外，確定建筑的抗震構造措施時，除甲類有特殊的規(guī)定外，對于乙類建筑按基本烈度提高一度作為設防烈度（對于乙類建筑按基本烈度提高一度作為設防烈度（9 9度適當度適當增強措施），對于丙類建筑，按原基本烈度，對于丁類建增強措施），對于丙

21、類建筑，按原基本烈度，對于丁類建筑，則降低一度設防。筑，則降低一度設防。 國家抗震文件規(guī)定，國家抗震文件規(guī)定，6 6度區(qū)內(nèi)度區(qū)內(nèi)100100萬以上人口大城市萬以上人口大城市的高的高層建筑，抗震計算和構造按層建筑，抗震計算和構造按7 7度設防。度設防。1394 4、江蘇各個城市的抗震設防標準：、江蘇各個城市的抗震設防標準：1405 5、抗震設防的三個水準目標、抗震設防的三個水準目標 抗震設防的目標和要求，是根據(jù)一個國家的經(jīng)濟力量、抗震設防的目標和要求，是根據(jù)一個國家的經(jīng)濟力量、科技水平、建筑材料和設計、施工現(xiàn)狀等綜合制定的，并會科技水平、建筑材料和設計、施工現(xiàn)狀等綜合制定的，并會隨著經(jīng)濟和科學水

22、平的發(fā)展而改變。隨著經(jīng)濟和科學水平的發(fā)展而改變?，F(xiàn)階段，我國的房屋建筑采用三個水準抗震設防目標，即現(xiàn)階段，我國的房屋建筑采用三個水準抗震設防目標，即“小震不壞，中震可修，大震不倒小震不壞，中震可修，大震不倒”。 在小震作用下，房屋應該不需修理并可繼續(xù)使用；在小震作用下，房屋應該不需修理并可繼續(xù)使用； 在中震作用下，允許結構局部進入屈服階段，經(jīng)過一般在中震作用下，允許結構局部進入屈服階段，經(jīng)過一般修理即可繼續(xù)使用；修理即可繼續(xù)使用； 在大震作用下，構件可能嚴重屈服，結構破壞，但房屋在大震作用下，構件可能嚴重屈服，結構破壞，但房屋不應倒塌、不應出現(xiàn)危及生命財產(chǎn)的嚴重破壞。不應倒塌、不應出現(xiàn)危及生命

23、財產(chǎn)的嚴重破壞。141 三個設防水準的建筑的破壞程度與層間位移角的大三個設防水準的建筑的破壞程度與層間位移角的大致對應關系如圖所示：致對應關系如圖所示：142 小、中、大震是指概率統(tǒng)計意義上的地震烈度小、中、大震是指概率統(tǒng)計意義上的地震烈度大?。捍笮。?小震小震是指該地區(qū)是指該地區(qū)50年內(nèi)超越概率約為年內(nèi)超越概率約為63的地震烈度，的地震烈度，即眾值烈度，又稱多遇地震。即眾值烈度，又稱多遇地震。 中震中震是指該地區(qū)是指該地區(qū)50年內(nèi)超越概率約為年內(nèi)超越概率約為10的地震烈度，的地震烈度，又稱基本烈度或設防烈度。又稱基本烈度或設防烈度。 大震大震是指該地區(qū)是指該地區(qū)50年內(nèi)超越概率約為年內(nèi)超越概

24、率約為23的地震烈的地震烈度，又稱為罕遇地震。度，又稱為罕遇地震。143 各個地區(qū)和城市的設防烈度是由國家規(guī)定的。某地區(qū)的各個地區(qū)和城市的設防烈度是由國家規(guī)定的。某地區(qū)的設防烈度，是指基本烈度，也就是指中震。小震烈度大約比設防烈度，是指基本烈度，也就是指中震。小震烈度大約比基本烈度低基本烈度低1.55度，大震烈度大約比基本烈度高度，大震烈度大約比基本烈度高1度。度。144 對建筑抗震的三個水準設防要求，是通過對建筑抗震的三個水準設防要求，是通過“兩階段設計兩階段設計”來實現(xiàn)。來實現(xiàn)。（1）第一階段）第一階段 采用第一水準烈度的地震動參數(shù)，先計算出結構在彈采用第一水準烈度的地震動參數(shù)，先計算出結

25、構在彈性狀態(tài)下的地震作用效應，與風、重力等荷載效應組合，并性狀態(tài)下的地震作用效應，與風、重力等荷載效應組合，并引入承載力抗震調(diào)整系數(shù)，進行構件截面設計，從而滿足第引入承載力抗震調(diào)整系數(shù)，進行構件截面設計，從而滿足第一水準的強度要求；一水準的強度要求； 采用同一地震動參數(shù)計算出結構的彈性層間位移角，使采用同一地震動參數(shù)計算出結構的彈性層間位移角，使其不超過規(guī)定的限值。其不超過規(guī)定的限值。 同時采取相應的抗震構造措施，保證同時采取相應的抗震構造措施，保證結構具有足夠的延續(xù)、變形能力和塑性耗能，從而自動滿足結構具有足夠的延續(xù)、變形能力和塑性耗能，從而自動滿足第二水準的變形要求。第二水準的變形要求。1

26、45（2 2）第二階段）第二階段 采用第三水準烈度的地震動參數(shù)，計算出結構（特別是采用第三水準烈度的地震動參數(shù)，計算出結構（特別是柔弱樓層和抗震薄弱環(huán)節(jié)）的彈塑性層間位移角，使之小于柔弱樓層和抗震薄弱環(huán)節(jié)）的彈塑性層間位移角，使之小于抗震規(guī)范抗震規(guī)范限值。并結合采取必要的抗震構造措施，從而限值。并結合采取必要的抗震構造措施，從而滿足第三水準的防倒塌要求。滿足第三水準的防倒塌要求。 可采用的計算方法：可采用的計算方法： 簡化計算方法簡化計算方法 彈塑性時程分析法彈塑性時程分析法146四、水平地震作用計算四、水平地震作用計算 計算地震作用的方法可以分為計算地震作用的方法可以分為靜力法靜力法、反應譜

27、法反應譜法（擬靜（擬靜力法，分為力法，分為底部剪力法和震型分解反應譜法底部剪力法和震型分解反應譜法）和）和時程分析法時程分析法（直接動力法）三大類。（直接動力法）三大類。 我國我國抗震規(guī)范抗震規(guī)范要求在設計階段按照反應譜方法計算要求在設計階段按照反應譜方法計算地震作用，少數(shù)情況才需要采用時程分析法進行補充計算。地震作用，少數(shù)情況才需要采用時程分析法進行補充計算。規(guī)范要求進行第二階段驗算的建筑是少數(shù)，第二階段驗算采規(guī)范要求進行第二階段驗算的建筑是少數(shù)，第二階段驗算采用彈塑性靜力分析或彈塑性時程分析方法。用彈塑性靜力分析或彈塑性時程分析方法。1471、反應譜方法、反應譜方法 反應譜理論是采用反應譜

28、確定地震作用的理論。反應譜理論是采用反應譜確定地震作用的理論。20世世紀紀40年代開始，世界上結構抗振理論開始進入反應譜理論階年代開始，世界上結構抗振理論開始進入反應譜理論階段，是抗震理論的一大飛越，到段，是抗震理論的一大飛越，到20世紀世紀50年代末已基本取代年代末已基本取代了靜力理論。了靜力理論。 反應譜是通過反應譜是通過單自由度彈性體系的地震反應單自由度彈性體系的地震反應計算得到的計算得到的譜曲線，對于單自由度體系，把慣性力看作反映地震對結構譜曲線，對于單自由度體系，把慣性力看作反映地震對結構體系影響的等效力，用它對結構進行抗震驗算。體系影響的等效力，用它對結構進行抗震驗算。 。 目前我

29、國抗震設計都是采用加目前我國抗震設計都是采用加速度反應譜速度反應譜計算地震作計算地震作用。用。1482、反應譜的底部剪力法、反應譜的底部剪力法 底部剪力法只考慮結構的基本振型，適用于高度不超過底部剪力法只考慮結構的基本振型，適用于高度不超過40m、以剪切變形為主且質(zhì)量和剛度沿高度分布比較均勻的、以剪切變形為主且質(zhì)量和剛度沿高度分布比較均勻的結構。結構。 框架、框架框架、框架-剪力墻剪力墻結構是比較典型的以剪切變形為主的結構是比較典型的以剪切變形為主的結構。結構。 用底部剪力法計算地震作用時，將多自由度體系等效成用底部剪力法計算地震作用時，將多自由度體系等效成單自由度體系，只考慮結構的基本自振周

30、期計算總水平地震單自由度體系，只考慮結構的基本自振周期計算總水平地震力，然后再按一定規(guī)律分配到各個樓層。力，然后再按一定規(guī)律分配到各個樓層。149（1）結構總水平地震作用）結構總水平地震作用標準值計算公式：標準值計算公式：EeqeqEKGGGF85. 011-水平地震影響系數(shù)水平地震影響系數(shù)EkF-地震作用標準值地震作用標準值eqG-結構等效總重力荷載結構等效總重力荷載 代表值代表值EG-結構總重力荷載結構總重力荷載 代表值代表值150（2 2）重力荷載代表值）重力荷載代表值 應取應取恒荷載標準值和可變荷載組合值恒荷載標準值和可變荷載組合值之和?？勺兒奢d的之和。可變荷載的組合值系數(shù)見下表。組合

31、值系數(shù)見下表。 niikQikQGG1 不考慮不考慮 軟鉤吊車軟鉤吊車 0.3 硬鉤吊車硬鉤吊車 0.5 其它民用建筑其它民用建筑 0.8 藏書庫、檔案庫藏書庫、檔案庫 1.0按實際情況考慮的樓面活荷載按實際情況考慮的樓面活荷載 不考慮不考慮 屋面活荷載屋面活荷載 0.5屋面積灰荷載屋面積灰荷載 0.5 雪荷載雪荷載組合值系數(shù)組合值系數(shù)可變荷載種類可變荷載種類按等效均布荷載考慮按等效均布荷載考慮的樓面活荷載的樓面活荷載吊車懸吊物重力吊車懸吊物重力組合值系數(shù)組合值系數(shù)151（3 3）地震影響系數(shù)）地震影響系數(shù) 取決于場地類別、建筑物的自振周期和阻尼比等諸多取決于場地類別、建筑物的自振周期和阻尼比

32、等諸多因素，反映這些因素與地震影響系數(shù)的關系曲線稱為因素，反映這些因素與地震影響系數(shù)的關系曲線稱為反應譜反應譜曲線。曲線。)(sT01 . 0gTgT50 . 6max2max45. 0max2)(TTgmax12)5(2 . 0gTT152-地震影響系數(shù)；地震影響系數(shù)；max-地震影響系數(shù)最地震影響系數(shù)最 大值；大值；T-結構周期；結構周期；地震影響系數(shù)最大值（阻尼比為地震影響系數(shù)最大值（阻尼比為0.050.05）1.400.90(1.20)0.50(0.72)-罕遇地震罕遇地震0.320.16(0.24)0.08(0.12)0.04多遇地震多遇地震 9 8 7 6地震影響地震影響烈度烈度

33、括號數(shù)字分別對應于設計基本加速度括號數(shù)字分別對應于設計基本加速度0.15g0.15g和和0.30g0.30g地區(qū)的地震影響系數(shù)地區(qū)的地震影響系數(shù))(sT01 . 0gTgT50 . 6max2max45. 0max2)(TTgmax12)5(2 . 0gTT153gT-特征周期；特征周期；-曲線下降段的衰減指數(shù)；曲線下降段的衰減指數(shù)；1-直線下降段的斜率調(diào)整直線下降段的斜率調(diào)整系數(shù)；系數(shù)；2-阻尼調(diào)整系數(shù)，小于阻尼調(diào)整系數(shù)，小于 0.550.55時，應取時，應取0.550.55。地震特征周期分組的特征周期值（地震特征周期分組的特征周期值（s s）0.90 0.65 0.450.35第三組第三組

34、0.75 0.55 0.400.30第二組第二組0.65 0.45 0.35 0.25第一組第一組 場地類別場地類別55 . 005. 09 . 07 . 106. 005. 0128/ )05. 0(02. 01-阻尼比阻尼比)(sT01 . 0gTgT50 . 6max2max45. 0max2)(TTgmax12)5(2 . 0gTT1543、振型分解反應譜法、振型分解反應譜法 較高的結構，除基本振型的影響外，高振型的影響較較高的結構，除基本振型的影響外，高振型的影響較大，因此一般高層建筑都要用振型分解反應譜法考慮多個振大，因此一般高層建筑都要用振型分解反應譜法考慮多個振型的組合。一般可

35、將質(zhì)量集中在樓層的位置，型的組合。一般可將質(zhì)量集中在樓層的位置，n個樓層為個樓層為n個個質(zhì)點，有質(zhì)點，有n個振型。在組合前要分別計算每個振型的水平地個振型。在組合前要分別計算每個振型的水平地震作用及其效應（震作用及其效應（M,V,N, 等），然后進行內(nèi)力與位移的振等），然后進行內(nèi)力與位移的振型組合。型組合。 1554、平面結構振型分解反應譜法、平面結構振型分解反應譜法 按平面結算時，按平面結算時，X,Y兩個水平方向分布計算，一個水平兩個水平方向分布計算，一個水平方向每個樓層有一個平移自由度，方向每個樓層有一個平移自由度，n個樓層有個樓層有n個自由度、個自由度、n個頻率和個頻率和n個振型。平面結

36、構的振型如下圖所示。個振型。平面結構的振型如下圖所示。第一振型第一振型第二振型第二振型第第 j 振型振型第第 n 振型振型計算振型計算振型計算地震影響系數(shù)和振型參與系數(shù)計算地震影響系數(shù)和振型參與系數(shù)計算振型地震作用計算振型地震作用計算振型地震效應計算振型地震效應振型組合振型組合156 平面結構平面結構第第j振型，振型，i質(zhì)點質(zhì)點的等效水平地震力為的等效水平地震力為ijijjjiGXFn1i2jiin1ijiijXGXGiGjixj相應與相應與 j 振型自振周期振型自振周期 的地震響應系數(shù)的地震響應系數(shù)jT第第 j 振型振型 i 質(zhì)點的振幅系數(shù)質(zhì)點的振幅系數(shù)第第 i 層（層（i 質(zhì)點）重力荷載代

37、表值質(zhì)點）重力荷載代表值jj振型的振型參與系數(shù)：振型的振型參與系數(shù)：157 每個振型的等效地震力與每個振型的等效地震力與上圖上圖給出的振幅方向相同，每給出的振幅方向相同，每個振型都可由等效地震力計算得出結構的位移和各構件的彎個振型都可由等效地震力計算得出結構的位移和各構件的彎矩、剪力和軸力。矩、剪力和軸力。 因為采用了反應譜，由各振型的地震影響系數(shù)得到的等因為采用了反應譜，由各振型的地震影響系數(shù)得到的等效地震力是振動過程中的最大值，其產(chǎn)生的內(nèi)力和位移也是效地震力是振動過程中的最大值，其產(chǎn)生的內(nèi)力和位移也是最大值，實際上各振型的內(nèi)力和位移達到最大值的時間一般最大值，實際上各振型的內(nèi)力和位移達到最大值的時間一般并不相同，因此，并不相同，因此，不能簡單地將各振型的內(nèi)力和位移直接相不能簡單地將各振型的內(nèi)力和位移直接相加，而是通過概率統(tǒng)計將各個振型的內(nèi)力和位移組合起來加，而是通過概率統(tǒng)計將各個振型的內(nèi)力和位移組合起來，這就是這就是振型組合振型組合。158 對于平面結構，根據(jù)隨機振動理論，地震作用下的內(nèi)力對于平面結構，根據(jù)隨機振動理論，地震作用下的內(nèi)力和位移由各