1、第三章第三章 荷載作用與組合荷載作用與組合【本章教學目標本章教學目標】本章主要介紹荷載與作用的概念與分類；本章主要介紹荷載與作用的概念與分類；掌握結構豎向荷載的計算、水平荷載中風掌握結構豎向荷載的計算、水平荷載中風荷載和地震作用計算方法。掌握荷載效應荷載和地震作用計算方法。掌握荷載效應組合的方法和設計要求，掌握結構內力組組合的方法和設計要求，掌握結構內力組合的方法，并能進行內力組合的計算。合的方法，并能進行內力組合的計算。第一節第一節 荷載與作用的概念與分類荷載與作用的概念與分類一、荷載與作用的定義一、荷載與作用的定義 使結構產生內力和變形效應的一切外因統稱為作用。結構必須能抵抗外部各種作用。

2、 作用包括建筑物自重、使用荷載、風荷載、地震作用及溫度變化、地基不均勻沉降等。 習慣上把直接施加于結構上的外因稱為荷載，如自重、活荷載、風雪荷載等直接作用；把間接施加于結構上的外因稱為作用，如地基不均勻變形、混凝土收縮、焊接變形、溫度變化或地震等間接作用。二、荷載與作用的分類荷載與作用的分類按時間特征：按時間特征：(1) 永久荷載：在結構使用期間，荷載值及 作用位置幾乎不隨時間而變。如結構自 重、土壓力、預應力等。 (2) 可變荷載：在結構使用期間，荷載值隨 時間變化。如樓屋面活荷載、積灰荷載、風雪荷載等。(3) 偶然荷載：在結構使用期間不一定出現，一旦出現， 其量值很大且持續時間較短的荷載。

3、如地 震、爆炸力、撞擊力等。按作用方向：按作用方向：(1) 豎向荷載：荷載作用方向沿垂直方向的 荷載。如結構自重、樓屋面活荷載等。 (2)水平荷載：荷載作用方向沿水平方向的荷 載。如風荷載、水平地震作用等。與多層建筑相比，高層建筑層數多、高度較大，其豎向荷載的影響是與建筑高度成正比的線性關系，而水平作用所產生的作用效應隨建筑高度成非線性的增長。并逐漸成為設計控制指標。三、荷載代表值三、荷載代表值荷載代表值是指為了方便設計給荷載規定以一定的量值。 包括：標準值、組合值、頻遇值和準永久值。其中標準值指正常情況下在設計基準期（如50年）內可能出現的最不利荷載值，是荷載的基本代表值，而其他代表值是采用

4、相應的系數乘以其標準值得出。系數查現行建筑結構荷載規范（GB50009-2012）。 永久荷載應采用標準值作為代表值；可變荷載應根據設計要求采用標準值、組合值、頻遇值或準永久值作為代表值；偶然荷載應按建筑結構使用特點確定其代表值。 建筑結構設計應根據使用過程中在結構上可能同時出現的荷載，按承載能力極限狀態和正常使用極限狀態分別進行荷載組合，并應取各自的最不利的效應組合進行設計。 對于承載能力極限狀態，應按荷載效應的基本組合或偶然組合進行荷載組合。對于正常使用極限狀態，應根據不同的設計要求，采用荷載的標準組合或偶然組合、頻遇組合或準永久組合進行荷載組合。下面介紹豎向荷載（恒、活荷載）和水平荷載下

5、面介紹豎向荷載（恒、活荷載）和水平荷載（風荷載、地震作用）標準值的計算方法（風荷載、地震作用）標準值的計算方法第二節第二節 豎向荷載的計算豎向荷載的計算結構自重、樓屋面活荷載、雪荷載、積灰荷載、施工和檢修荷載等均屬于豎向荷載。一、結構恒載的計算一、結構恒載的計算結構恒載（自重荷載）可由構件和裝修的設計尺寸與材料單位體積的自重計算確定。下表摘錄了荷載規范的部分材料和構件的自重。二、結構活載的計算二、結構活載的計算 荷載規范給出了各種建筑樓屋面活荷載的標準值及其組合值、頻遇值和準永久值系數。樓屋面活荷載、雪荷載、積灰荷載、施工和檢修荷載等均可按規范查得。下表給出荷載規范的民用建筑樓面均布活荷載的量

6、值。三、豎向荷載的估算三、豎向荷載的估算通常結構單位樓層面積的平均結構自重標準值（含恒、活荷載）： 砌體結構、鋼筋混凝土結構多層建筑：12kN/m2； 鋼筋混凝土結構高層建筑：15kN/m2； 鋼結構房屋：8kN/m2；豎向荷載估算值在方案設計階段很有用，可作為地基承載力和結構底部剪力以及構件截面的估算依據。第三節第三節 風荷載風荷載 空氣流動形成的風可在建筑物表面產生壓力與吸力，稱為風荷載。 風作用是不規則的，風壓隨風速、風向而不停地改變，實際上是一種動力荷載，在高度較大、剛度較小的高層建筑中應考慮風荷載的動力效應影響。 與地震作用相比，風荷載相對較小，持續時間較長，在進行房屋設計時近似把它

7、看作為靜荷載。 作用在建筑物表面單位面積上的風荷載標準值按下式決定： Wk=ZSZWo(KN/)-得到單位面積上的風壓值，垂直于表面，正為壓力，負為吸力。一、基本風壓值一、基本風壓值Wo(KN/) Wo=VO2/2計算風壓值，VO風速(m/s) Wo值可以查建筑結構荷載規范 (GB5009-2012 ） 南京地區為0.4KN/m2。Wo計算依據：該城市(地區)空曠平坦地面離地10m處，重現期為50年的10分鐘平均最大風速作為計算基本風壓值的依據。不得小于0.3KN/m2特別重要或對風荷載比較敏感的高層建筑：其基本風壓按重現期為100年的風速計算，可查規范表。二、風壓高度變化系數二、風壓高度變化

8、系數Z：一般而言10m以上高度越大，風速越大，風壓也越大，Z用以修正基本風壓值，Z的值可見下表離地面或海平面高度5102030405060708090100150200地面粗糙度類別A1.091.281.521.671.791.891.972.052.122.182.232.462.64B1.001.001.231.391.521.621.711.791.871.932.002.252.46C0.650.650.740.881.001.101.201.281.361.431.501.792.03D0.510.510.510.510.600.69077084091098104133158注：A類

9、指近海海面和海島、海岸、湖岸及沙漠地區；B類指田野、鄉村、叢林、丘陵以及房屋比較稀疏的鄉鎮和城市郊區；C類指有密集建筑群的城市市區；D類指有密集建筑群且房屋較高的城市市區。 三、風載體型系數三、風載體型系數s風流動經過建筑物時，對建筑不同部位會產生不同的效果，有壓力，也有吸力。空氣流動還會產生渦流，使建筑物局部有較大的壓力和吸力。因此風載隨建筑物的體型、尺度、表面位置、表面狀況而改變，作用力大小和方向可通過實測或風洞試驗得到。圖中：沿房屋表面的風壓值并不均勻，風壓作用方向與表面垂直（1)迎風面受正壓力。中間偏上為最大，兩邊及底部最小。（2）背風面全部承受負壓力（吸力），兩邊略大、中間 小，背面

10、負壓力分布較均勻。（3）當風平行于建筑物側面時，兩側承受吸力，近側 大，遠側小。分布極不均勻。（4）由于風向、風速的隨機性，因而迎風面正壓、背風 面負壓以及兩側負壓也隨機變化。高層建筑體型系數高層建筑體型系數s設計簡化s的值l 方形、矩形、十字形平面建筑物s =1.3，當建筑物的高寬比H/d4 而平面長寬比l/d=1.01.5時，取1.4； l 弧形、V形、Y形、雙十字形、井字形、L形和槽形平面s =1.4；l 圓形平面s =0.8 ；l 正多邊形平面 其中n為邊數。l 作用于V形、槽形平面上正、反方向風力是不同的，可按兩向大小相等、符號相反、絕對值取較大值簡化。 ns2.18.0l 驗算圍護

11、構件及其連接強度時，正壓區、負壓區需注意四、風振系數四、風振系數Z風是不規則的，風速、風向不停變化，從而導致風壓不停變化。平均風壓使建筑物產生一定側移，波動風壓則使建筑物在平均側移附近左右搖擺。波動風壓效應：對高度大，剛度較小的高層建筑會產生一些不可忽略的動力效應，振幅加大，故在風壓值上乘以放大風振系數ZZ=1+Zz)()(Z210( )21/zzzgI BR 振型系數；可采用振型計算點距室外地面高度Z 與房屋高度H的比值 式中：3/421211)1 (6xxR5,301011xkfxw( )1zazxzzBkH 其中：HeHHz60601060/BeBBx50501060/10Ig：峰值因子

12、，可取2.5；：10m高度名義湍流強度，對應A、B、C、D類地面粗糙度，可分別取0.12、0.14、0.23和0.39；WK：地面粗糙度修正系數，對A、B、C、D類地面粗糙度分別取1.28、1.0、0.54和0.26；1：結構阻尼比，鋼筋砼取0.05K， 為系數，查規范GB50009-2012表8.4.5-11a五、總體風荷載與局部風荷載五、總體風荷載與局部風荷載總體風荷載指作用在建筑物上的全部風荷載使結構產生的內力和位移。局部效應指風對建筑物某個局部產生的內力與變形。1、總風荷載(KN/m）各表面承受風力的合力，且沿高度變化。W=ZZWo(s1B1cos1+s2B2cos2+snBncosn

13、) n建筑物外圍表面數 B1、B2、Bnn個表面寬度 s1，s2snn個表面風載體型系數 1，2，nn個表面法線與風作用方向夾角 總風荷載作用點為各表面風荷載合力作用點。 1=00風壓全計入總風載 1=900風壓不計入總風載2、局部風載（計算維護結構） 風壓在建筑物表面不均勻，在某些風壓大的部分，要考慮局部風載不利作用，采用局部風壓體型系數。 計算圍護結構時：Wk=gZSlZWo正壓區局部風壓體型系數同總風載，負壓區荷載規范有特殊規定。 陽臺、雨篷、遮陽板等懸挑構件，驗算向上漂浮的風載，超過自重會出現反向彎矩，其局部風壓體型系數S取-2.0。 計算圍護結構的陣風系數gZ下表：離地面高離地面高度

14、（度（m）地面粗糙度類別地面粗糙度類別ABCD51.651.702.052.40101.601.702.052.40151.571.662.052.40201.551.631.992.40301.531.591.902.40401.511.571.852.29501.491.551.812.20601.481.541.782.14701.481.521.752.09801.471.511.732.04901.461.501.712.011001.461.501.691.981501.431.471.631.872001.421.451.591.792501.411.431.571.743001

15、.401.421.541.70例例3-1：計算具有下圖平面的框架剪力墻結構的風荷載 及合力作用位置。18層房屋總高58m，地區標準 風壓WO=0.7KN/，風向為圖中箭頭所示方向。解：每個表面沿建筑物高度每米的風荷載是 WZ=ZZWoBisicosi首先計算WoBisicosi，按8塊表面 積分別計算風力(壓力或吸力)在y方向投影值，投影后與y坐標正向相同者取正號，反之取負號。表面序號在中注明，計算如下表，xi為Wi到原點o的距離。序號BisiWocosiWi(KN/m)Xi(m)Wixi128.380.80.7115.8914.19225.52261.00.70.52.1029.8862.7

16、53-60.450.7/2-1.6433.98-55.62428.380.50.70.54.5629.48146.435-60.50.70.5-1.0523.85-25.08660.50.7/21.8222.7941.46728.380.50.70.54.9613.165.04860.50.712.1036.3029.16466.80m1616.2980.466iZZZw)HH(wii29.16KN/m)HH76. 0(iz風力合力作用點距原點：Xo= 框架剪力墻結構基本周期近似值取0.07N，N為層數。 T=0.0718=1.26s, 0.794 1/s, B類地區：H=58m， WZ=33

17、1f14. 001I05. 010 . 1wk187. 0,67. 01akZ=1+Zz)()947. 0(76. 0結果見下表HH76. 0iZZZ(KN/m)WZ層數Hi/m分布圖形18580.761.702.4671.717540.701.662.3668.816510.671.632.3067.115480.631.602.2365.014450.581.572.1563.913420.551.542.0962.712390.511.512.0258.911360.471.471.9456.610330.431.431.8654.29300.391.391.7651.98270.361

18、.351.7149.87240.311.301.6146.96210.271.241.5144.05180.231.211.4442.04150.201.181.3840.23120.161.151.3138.2290.121.001.1232.7150.071.001.0731.2第四節第四節 地震作用地震作用一、基本知識一、基本知識地震時地震波產生地面運動，使結構產生震動，稱為結構地震反應。包括加速度、速度與位移反應。地震波可使產生豎向與水平振動，一般對房屋的破壞主要由水平振動引起。設計中應該主要考慮水平作用。只有在震中附近高烈度區，才考慮豎向地震作用。地震動三要素：1、強度：反映地震波的

19、幅值。烈度大，強度大。2、頻譜：反映地震波的波形。1962年墨西哥地震時，墨 西哥市a=0.05g，但由于地震卓越周期與結構接 近，從而破壞嚴重。3、持時：反映地震波的持續時間。短則對建筑物影響不 大。地震動影響因素：1、震源2、深度3、震中距4、土壤性質：地震波在傳播過程中高頻部分易被吸收，軟土中更是如此。故震中附近或是巖石等堅硬土中，卓越周期在0.10.3s左右。離震中較遠或沖積土等軟土中，卓越周期在1.52s左右，對高層建筑不利。5、建筑物本身：包括自振周期、振型與阻尼，與剛度、質量有關，剛度大則周期短，質量大則作用力大。剛度小、質量大，則周期長，位移大，當地震波卓越周期與建筑物自振周期

20、相近時，引起類共振，反映劇烈。抗震設計：以等效地震荷載來表示地震作用。抗震設計三水準：小震不壞：50年超越概率63.2%中震可修：50年超越概率10%，局部構件可進入塑性， 但可修。大震不倒：50年超越概率23%，不能倒塌。抗震設計二階段方法：設計階段采用相應于設防烈度的小震作用計算彈性位 移及內力，用極限狀態方法設計配筋，并按 延性采取相應抗震措施。驗算階段：用罕遇地震作用計算所設計結構的彈塑性側移 變形，如層間位移超過允許值，應重新設計， 直至滿足大震不倒的要求為止。不計算內力。幾個有關抗震的術語及其間的關系：震級表示一次地震釋放能量的大小。一次地震只有一個震級。烈度表示某地區遭受地震影響

21、的強弱程度。抗震設防烈度：該地區50年可能遭遇的超越概率10%的地 震烈度，由國家頒布。設計基本地震加速度：50年設計基準期超越概率10%的地 震地震加速度的設計取值。ME5 . 18 .111010)(5 . 15 . 18 .115 . 18 .111212121010101010MMMMEE321000105 . 112EE震級和烈度只在特定條件下存在大致對應關系。對于淺源地震（震源深度在10-30km）震級與震中烈度Io的關系： M1+2/3Io1976年唐山7.8級地震，當時規范定的是6度區，當時規范規定7度開始設防。北川，安縣，綿竹，汶川，都江堰抗震設防烈度規范定為7度，現改為8度

22、。震級M與地震釋放能量E之間的關系： lgE=11.8+1.5M 震級相差一級,震原定為7.8級，后修正為8.0級，釋放的能量相差2.0倍。 唐山大地震釋放的能量相當于400顆廣島原子彈。,能量相差約32倍；汶川地gg20. 010. 0278gg05. 010. 0276gg15. 010. 02759. 7gg30. 010. 02759. 8)(/3310. 02255. 1galscmg )(/19610. 0221galscmg 抗震設防烈度與設計基本地震加速度的關系：規定一：規定一：設計基本地震地面運動加速度為0.10g的地區，其抗震設防烈度為7度，地面運動加速度每增加（或降低）一

23、倍，則抗震設防烈度增加(或降低)約1度。規定二：規定二：多遇地震的烈度比設計基本烈度約低1.55度；罕遇地震的烈度比設計基本烈度約高1度。6度區為： 7.59度區為： 8.59度區為： 7度區多遇地震： 7度區罕遇地震：8度區的地面運動加速度為：二、地震作用計算二、地震作用計算 1、地震作用計算的一般規定（1）計算原則各抗震設防類別建筑的抗震設防標準應符合下列要求：甲類建筑：地震作用高于本地區抗震設防烈度，按地震安全性 評價，抗震措施68度時抗震設防烈度提高一度， 9度適當提高；乙類建筑：地震作用符合本地區抗震設防烈度，抗震措施68 度時抗震設防烈度提高一度，9度適當提高；較小 的乙類建筑，結

24、構抗震性能好的結構類型，抗震措 施允許不提高；丙類建筑：地震作用和抗震措施應符合本地區抗震設防烈度；丁類建筑：地震作用符合本地區抗震設防烈度，抗震措施允許 適當降低，但6度時不應降低抗震設防烈度為6度時，除規范具體規定外，乙、丙、丁類建筑可不進行地震作用計算。一般情況下，應允許在建筑結構的兩個主軸方向分別計算水平地震作用，并進行抗震驗算，各方向的水平地震作用應由該方向抗側力構件承擔。有斜交抗側力構件的結構，當相交角度大于15時，應分別計算各抗側力構件方向的水平地震作用。質量和剛度分布明顯不對稱的結構，應計入雙向水平地震作用下的扭轉影響，其他情況，應允許采用調整地震作用效應的方法計入扭轉影響。8

25、、9度時的大跨度和長懸臂結構及9度時的高層建筑，應計算豎向地震作用。注: 8、9度時采用隔震設計的建筑結構應按有關規定計算豎向地震作用。(2) 各類結構適用的抗震計算方法 高度不超過40m ，以剪切變形為主且質量和剛度沿高 度分布比較均勻的結構，以及近似于單質點體系的結 構，可采用底部剪力法等簡化方法。 除1款外的建筑結構，宜采用振型分解反應譜法。特別不規則的建筑、甲類建筑和規范規定高度范圍的高 層建筑，應采用時程分析法進行多遇地震下的補充計 算，可取多條時程曲線計算結果的平均值與振型分解反 應譜法計算結果的較大值。計算罕遇地震下結構的變形，采用簡化的彈塑性分析方 法或彈塑性時程分析法。11/

26、EkeqaeqaeqeqFm Sm g SgGG2 2、結構地震影響系數的確定、結構地震影響系數的確定在地震作用下，將結構等效為單質點體系，其所受到的水平地震作用為：式中： 等效單質點體系地震加速度反應譜值 (等效單質點體系地震加速度絕對最大值） -相應于結構基本自振周期T1的水平地震 影響系數值。建筑結構的地震影響系數應根據烈度、場地類別、設計地震分組和結構自振周期以及阻尼比確定。其水平地震影響系數最大值max應按抗規表5.1.4-1采用；特征周期應根據場地類別和設計地震分組按下表5.1.4-2采用,計算8、9度罕遇地震作用時，特征周期應增加0.05s。aS1建筑結構地震影響系數曲線(圖5.

27、1.5)的阻尼調整和形狀參數應符合下列要求：1）、除有專門規定外，建筑結構的阻尼比應取0.05，地震影響系數曲線的阻尼調整系數應按1.0采用，形狀參數應符合下列規定：（1）直線上升段，周期小于0.1s的區段。（2)水平段，自0.1s至特征周期區段，應取最大值max。（3)曲線下降段，自特征周期至5倍特征周期區段，衰減 指數應取0.9。（4)直線下降段，自5倍特征周期至6s區段，下降斜率調 整系數應取0.02。 2）、當建筑結構的阻尼比按有關規定不等于0.05時，地震影響系數曲線的阻尼調整系數和形狀參數應符合下列規定：曲線下降段的衰減指數應按下式確定： 式中： 曲線下降段得衰減指數 阻尼比直線下

28、降段的下降斜率調整系數應按下式確定： （3-58) 式中： 直線下降段的下降斜率調整系數，小于 零時取零阻尼調整系數應按下式確定： （3-59) 式中： 阻尼調整系數，當小于0.55時取0.55。805. 002. 0117 . 106. 005. 012255 . 005. 09 . 0（3-57)從圖5.1.5可以看出： 點的自振周期為零，即頻率無限高，說明該結構為剛體，所以其運動和地面的相同，其最大加速度即地面運動的加速度，由圖中可見，點的地震影響系數為.45 max 。抗震規范規定時程分析所用7 度區多遇地震的地震加速度時程曲線最大值為35cm/s2 ,它應該等于0.45maxg，即：

29、0.45 max980cm/s2=35cm/s2，由此可算得max =0.0794，抗震規范規定的7 度區多遇地震max =0.08。 段結構當進入彈塑性階段，其剛度降低，自振周期加長，地震作用加大，對抗震很不利，結構物的自振周期不宜設計在該區域。BC平臺段為共振區，結束點C對應的周期為特征周期，特征周期反映了設計地震分組和場地類別的影響，特征周期的大小將決定平臺的長度，故場地條件越差，特征周期越長，共振區就越長；由于共振，地震作用本應該是無限大，但由于阻尼力的存在以及地震時間短，使得地震作用不再放大，形成平臺。BC 段的中點所對應的周期基本上是場地土的自振周期。由于上述原因，結構的自振周期應

30、該設計在Tg以后，即影響系數曲線的下降段，下降段隨結構自振周期的增大，地震作用減小，對抗震有利。但如果結構的自振周期過大，則結構過柔，變形過大，使人沒有安全感，故結構的自振周期應該設計在Tg5Tg之間為最宜。由表5.1.4-2還可見，特征周期隨設計地震分組的增大而增大，這是因為在震中附近，短周期成分占主導地位，而距離震中較遠的地區，由于短周期成分被吸收較多，長周期占主導地位。由表5.1.4-2還可見，場地土的特征周期小于等于0.9s，而高層建筑結構的第I自振周期一般均大于1s，所以高層建筑結構的第1自振周期一般均處在地震影響系數曲線的下降段。但對于IV類場地上1020層的高層建筑，結構的剛度應

31、盡量設計得弱些，才能避開共振區。3、水平地震作用計算、水平地震作用計算 由于地震地面運動的隨機性與復雜性、結構體系的多樣性、結構破壞機理與地基基礎相互作用的復雜性等因素決定了無論用什么方法計算地震作用，都只能是一種近似的估計。水平地震作用的確定方法主要有底部剪力法、振型分解反應譜法、時程分析法等。（1 1）. .底部剪力法底部剪力法采用底部剪力法時，各樓層可僅取一個自由度，結構的水平地震作用標準值，應按下列公式確定(圖5.2.1)：式中：FEK結構總水平地震作用標準值； 1相應于結構基本自振周期的水平地震影響系數值，應按圖5.1.5確定，多層砌體房屋、底部框架和多層內框架磚房，宜取水平地震影響

32、系數最大值；eqEKGF1Geq結構等效總重力荷載，單質點應取總重力荷載代表值，多質點可取總重力荷載代表值的85%；即單質點結構: 多質點結構: kkEeqQGGG5 . 0)5 . 0(85. 085. 01kikiniEeqQGGG 可變荷載種類組合值系數 雪荷載 0.5 屋面積灰荷載 0.5 屋面活荷載 不計入 按實際情況考慮的樓面活荷載 1.0 按等效均布活荷 載考慮的樓面活 荷載 藏書庫、檔案庫 0.8 其它民用建筑 0.5 吊車懸吊物重力 硬鉤吊車 0.3 軟鉤吊車 不計入重力荷載代表值組合值系數1(1)iiiE knnjjjGHFFGHnnE kFF各質點水平地震作用標準值：主體

33、結構頂層附加水平地震作用標準值：Fi質點i的水平地震作用標準值； Gi，Gj分別為集中于質點i、j的重力荷載代表值； Hi，Hj分別為質點i、j的計算高度； n頂部附加地震作用系數，多層內框架磚房可 采用0.2；其他房屋可采用0.0； Fn頂部附加水平地震作用。Tg(s)T11.4 TgT11.4 Tg0.350.08 T1+0.070.00.350.550.08 T1+0.010.550.08 T1-0.02頂部附加地震作用系數n注：T1為結構基本自振周期。 TTT7 . 11對于質量和剛度沿房屋高度較均勻分布的框架結構、框剪結構和剪力墻結構的高層建筑，其基本自振周期T1（s）可按下式計算：

34、其中框架結構取 T = 0.6-0.7，框架剪力墻結構可取0.7-0.8,剪力墻結構可取 0.9-1.0 。 （2）.振型分解反應譜法振型分解反應譜法用集中質量法，把n層結構簡化為n個質點組成的n個自由的體系，求得其振型。不考慮扭轉偶聯振動影響時，結構第 j振型i質點水平地震作用標準值： Fji=jjXjiGi j第j個振型周期Tj對應的地震影響系數 Xjij振型i質點的振幅系數jj振型參與系數 j=n1ii2jin1iijiGXGX 用Fji分別求出第j個振型下結構的內力和位移，通過振型組合法計算結構各處的內力和位移，振型組合時采用平方和的平方根方法(SRSS) SEK=m1jj2S Sj第

35、j振型等效地震荷載的效應值， 可為彎矩、剪力、位移等。 SEK水平地震作用標準值組合后的效應值。 m參加組合的振型數，一般2-3個， 沿高度剛度不均勻可取5-6個。kcmxg、 （3 3）、時程分析法）、時程分析法房屋高度較高，地震烈度較高，或沿房屋高度方向剛度與質量極不均勻，要采用時程分析法來進行補充分析注意：建筑物頂部突出的小塔樓(樓電梯間，煙囪等)剛 度比主體結構小很多，會產生明顯的鞭稍效應。 計算時頂點附加水平力Fn不再向下傳遞，僅作 用于主體頂部。 底部剪力法將分配到小塔樓質點上等效地震力增 大，放大3倍。 振型分析法小塔樓多取n個質點，而且多取一些振 型數，則鞭稍效應通過高振型參與

36、反 映出來。 時程分析法無須處理已知，一步步求xgXmkxxcxm EVKn1jjjF HGHGiin1jVFj4 4、豎向地震作用計算、豎向地震作用計算豎向地震會改變墻、柱等構件的軸向力。抗震規范規定豎向地震作用一般只在9度設防區的建筑物中考慮；但在長懸臂及跨度很大的梁中，豎向地震的作用不容忽視，在8度及9度設防時都應計算基底總軸向力標準值：FEVK=v,maxGeqv,max豎向地震影響系數，取多遇地震下水平地震 影響系數的0.65倍。Geq結構等效重力荷載，Geq=0.75GE第i層豎向總軸力Nvi=求得Nvi后，將其按柱、墻承受的重力荷載值大小分配到柱、墻上，進行荷載組合，Nvi可為正

37、，也可為負，按不利的值取用。(2-23) 第i層等效豎向地震作用標準值：Fvi=第五節第五節 荷載效應組合及設計要求荷載效應組合及設計要求一、荷載效應組合一、荷載效應組合結構設計時，要考慮可能發生的各種荷載的最大值以及它們同時作用在結構上產生的綜合效應，荷載不同，其發生的概率和對結構的作用也不同，荷載規范規定必須采用荷載效應組合的方法來考慮結構的荷載的作用。荷載效應：在某種荷載作用下結構的內力和位移。通常，對各種不同的荷載作用分別進行結構分析，得到內力和位移后，再用分項系數與組合系數加以組合。無地震作用效應組合時，荷載效應組合的設計值公式：S= o (GSGK+QQSQK+WWSWK) =o(

38、GCGGK+Q1CQ1Q1K+Q2CQ2Q2K+WWCWGW)其中：o重要性系數，根據建筑物重要性相應取為 1.1或1.0 CGGK、CQ1Q1K、CQ2Q2K永久荷載、使用荷載、 雪荷載等標準值產生的荷載效應。 CWGW風荷載標準值產生的荷載效應 G，Q1，Q2，W與上述各種荷載相應的荷載分項系數。承載力計算時：永久荷載分項系數G，當其效應對結構不利時，由可變荷載效應控制的組合應取1.2，由永久荷載效應控制的組合應取1.35，當其效應對結構有利時應取1.0。 樓面活荷載分項系數Q一般情況下應取1.4。 風荷載分項系數應W取1.4。Q 、w分別為樓面活荷載組合值系數和風荷載組合值系數。當永久荷

39、載效應控制時分別取0.7和0.0,當可變荷載效應控制時取1.0和0.6或0.7和1.0。 位移計算時公式中各分項系數均應取1.0。有地震作用效應組合時，荷載效應組合的設計值公式： SE=GSGE+EhSEhK+EVSEVK+WWSWK =GCGGE+EhCEhEhK+EVCEVEVK+WWCWWh其中：CGGE抗震計算時重力荷載標準值產生的荷載效應，重力荷載包括全部自重、50%雪荷載、50%80%使用荷載。 CEhEhk，CEvEvk水平荷載作用以及豎向地震作用產生的荷載效應。 Eh，Ev水平和豎向地震作用分項系數。其中：有地震作用組合，承載力計算時荷載效應和地震作用效應的分項系數按下表采用。

40、風荷載組合值系數W應取0.2。但重力荷載效應對結構承載力有利時，下表中G不應大于1.0。注意：注意：內力組合計算，各分項系數用表中的值，位移效應組合，各分項系數取為1.0。高層建筑：無地震作用效應組合和1、4項是基本組合情況，2、3、5中考慮了豎向地震作用，只有在9度設防區才需要考慮，在6度設防區，除了類場地以外，可以不進行抗震計算，此時不需要與地震作用效應組合。當選定可能出現的幾種可能的組合情況后，要選最不利的S值作為構件設計值。歸納高層結構荷載組合計算公式：（有利、無風荷載）無地震作用效應組合時的常規狀況：Sd= GSGK+LQQSQK+WWSWK永久荷載控制： Sd= 1.35SGK+0

41、.7X1.4XSQK活荷載控制： Sd= 1.2SGK+1.4XSQK+0.6X1.4XSWK風荷載控制： Sd= 1.2SGK+0.7X1.4XSQK+1.0X1.4XSWK有地震作用效應組合時：（中震1.2X0.5，大震1.0X0.5) Sd=GSGE+EhSEhK+EVSEVK+WWSWK =1.2SGE+1.3SEhK+0.2X1.4XSWK（最后一項僅用于60m以上高層建筑）二、二、 結構設計要求結構設計要求1、設計要求、設計要求（1）、一般結構設計相同，多、高層建筑結構設計應保證在荷載作用下結構具有足夠的承載能力和剛度，保證結構的安全與正常作用。（2）、在使用荷載及風荷載作用下，多

42、、高層建筑結構應處于彈性階段或僅有微小的裂縫出現，結構應滿足承載能力及限制側向位移的要求。（3）、地震作用下，用兩階段設計方法設計，要求要達到三水準目標(本章第4節)。第一階段：采用相應設防烈度小震參數進行設計，除了要滿足承載力及側向位移限制要求外，還要通過采取一系列抗震措施來滿足延性要求。第二階段：采用相應設防烈度大震參數進行設計，要求結構滿足彈塑性層間變形的限制要求。2、承載力計算、承載力計算按極限狀態設計的要求，承載力驗算的一般表達式為：無地震作用組合時：SR。其中： S采用本節一中的公式，通過荷載效應組合后的 構件內力； R無地震作用組合時構件的承載能力，不同的構件，要采用不同的承載能

43、力計算公式，如：抗彎承載力、抗剪承載力等。可以參考有關鋼筋混凝土基本構件計算以及鋼結構構件計算的有關教材。有地震作用組合時：SERE/RE其中：SE采用第一節中的公式，考慮地震作用通過 荷載效應組合后的構件內力； RE地震作用下構件的承載能力，由于在地震 作用下，構件要受到反復作用力及變形， 構件的承載力要降低，其計算公式將在后面章節中給出。 RE抗震承載力調整系數。主要是考慮到地震作用是一種偶然作用，而且作用時間很短，材料性能也靜力作用下不同，因此，根據可靠度理論，對抗震設計的承載能力作用相應的調整，規范給出的抗震承載力調整系數見下表。3、側移變形限制、側移變形限制結構的剛度要求用限制側向變

44、形的形式表達，即： /h/h其中：結構層間變形 h結構層高上面公式均是在使用狀態下的設計要求，因此，是荷載標準值產生的位移組合效應，即組合時取分項系數為1.0，上述公式右端為限制值。限制結構水平變形主要原因有：限制結構水平變形主要原因有：（1）、過大的側向變形會使人不舒服，影響正常使用。（2）、過大的側向變形，特別是過大的層間變形會使填充墻以及一些建筑裝修出現裂縫或損壞，同時也會使電梯軌道變形或玻璃破損。（3）、過大的側向變形會使主體結構出現裂縫甚至破損，限制結構裂縫寬度就要限制結構的側向變形及層間變形。（4）、過大的側向變形會使結構產生附加內力，嚴重時會加速倒塌，這是因為側移后，建筑物上的垂

45、直荷載會造成附加彎矩，側移越大，附加彎矩就越大。上述各種因素對不同的結構體系，不同材料的結構的作用不盡相同，前面已給出高層建筑結構設計規程上規定的層間位移限制值，它是通過總結過去的設計經驗及綜合各種要求得到的。4、抗震措施、抗震措施在中等地震烈度下，允許結構的某些部位進入屈服狀態，形成塑性鉸，此時結構進入彈塑性階段，結構變形加大，但在這個階段，結構可以通過塑性變形耗散地震能量，但是必須保證結構的承載能力，結構不能破壞，這種性能被稱為延性。延性越好，抗震能力越強。延性影響因素：截面的應力性質、構件材料及截面配筋量、配筋構造等。延性在設計中的體現：對結構或構件采取一系列抗震措施，可分為四個等級，稱

46、為抗震等級。一級最高，二、三、四級要求依次減少，一般而言，抗震設防烈度高，建筑物高度高，抗震等級也高，可能出現較大變形的結構，抗震等級也相應提高，比較重要的建筑，抗震等級也相應提高。下表為根據抗震措施烈度規定的抗震措施等級：4.建筑場地為III、IV類時，對設計基本地震加速度為0.15g和0.30g的地區， 分別按8度和9度采取抗震構造措施。5、罕遇地震作用下的變形驗算、罕遇地震作用下的變形驗算一般情況下，經過小震地震作用計算后，采用若干抗震措施即可滿足“大震不倒”這個第三水準設計目標。需要進行罕遇地震作用下的變形計算的情況：（1）、79度設防的、樓層屈服強度系數y小于0.5的框架。屈服強度系

47、數 y=樓層剪力載，由彈性計算得到的按罕遇地震作用等效荷受剪承載力強度標準值計算的樓層按構件實際配筋和材料（2）、79度設防的、高度較大且沿高度結構的剛度和質量分布很不均勻的高層建筑。（3）、特別重要的建筑。罕遇地震作用下，大多數結構都已進入彈塑性狀態，變形加大，主要要驗算結構層間變形是否超過限值，計算方法有如下兩種：反應譜方法：反應譜方法：采用底部剪力法或者振型分解法來計算彈塑性層間變形。適用范圍：不超過12層，且沿高度剛度無突變的框架結構。計算方法：采用表5.1.4-1中給出的罕遇地震作用下的amax值，用底部剪力法或者振型分解法求出結構樓層層剪力。首先找出框架結構的薄弱層，再對薄弱層的層

48、間變形進行驗算。薄弱層為底層或者是屈服強度最小或相對較小的樓層。然后計算薄弱層的層間彈塑性位移： up=pue 其中： ue在罕遇地震的等效地震荷載下，由彈性 計算得到的層間位移。 p彈塑性位移增大系數，當薄弱層的屈服強 度系數不小于相鄰層該系數的0.8時，按 下表取值。當不大于相鄰層該系數的0.5時，按下表中數值的1.5倍取值，在0.50.8之間時，可用插入法求出p。最后驗算是否滿足規范限值的要求。框架結構：up/h1/50，其中h薄弱層層高、時程分析法： 通過逐步積分，求解結構運動微分方程來進行結構的彈塑性分析。 適用范圍：適用于所有的結構情況。 計算方法：根據結構的質量和剛度，把結構簡化

49、為多自由度的振動體系，列出如下的運動微分方程：gXmkxxcxm 通過在基底處輸入地面運動加速度波gX 很短的t時間，對動力方程進行逐步積分，得到各點的 位移、速度和加速度反應，然后在各層位移反應中找到最大的層間反應。 注意：當結構進入彈塑性以后，要考慮結構彈塑性性 能，因此在進行分析時，應每一步要改變結構的剛度。 上述方法需要由計算機進行計算。，將時間分隔為三、三、 內力組合及最不利內力內力組合及最不利內力對各種荷載(恒載、活載、風荷載及地震作用）分別計算內力后，進行荷載效應組合時，往往需要按一種以上的組合情況(工況)進行組合。這是因為在結構使用期限內，可能出現多種的組合情況，也即對于同一個

50、構件或者同一個截面，多種組合產生的不同內力都可能出現，設計時要按照可能的最不利原則進行挑選，找出最不利內力進行構件截面設計，不同構件的最不利內力并不一定來自同一個組合，因此，如何選擇構件截面的設計內力是內力組合的關鍵。1、控制截面及最不利內力類型、控制截面及最不利內力類型 構件設計：需要先找出控制截面，然后找出控制截面上的最不利內力，以此作為配筋設計的依據。控制截面：通常是內力最大的截面，但是，不同的內力(如彎矩、剪力)并不一定在同一個截面達到最大值，因此一個構件很有可能同時有幾個控制截面。框架橫梁：兩個支座截面以及跨中截面一般為最大正彎矩作用截面，內力組合時要找出構件上是正彎矩和最大負彎矩，

51、用以計算上部及下部配筋，還要找到最大剪力，用以計算斜截面承載力，配置箍筋。柱子：由框架彎矩圖可以知道，彎矩最大值都在上、下兩個端截面，剪力和軸力在同一層中變化也不大，因此各層柱的控制截面可以取兩個端截面。柱子是偏壓構件，可能出現大偏壓破壞，也可能出現小偏壓破壞，大偏壓情況下，彎矩越大越不利，小偏壓情況下，彎矩越小越不利，所以，對柱子要組合幾種不利內力，從中判斷出最不利內力作為配筋的依據，有時要用試算才能找出最大配筋。由于柱子一般為對稱配筋，因此組合時只需找出絕對值最大的彎矩，不利內力可以歸納為如下四種： (1)、 與相應的N ( 2)、Nmax與相應的MmaxM(3)、Nmin與相應的M (4)、M對最大或最小)；有時，絕對最大或最小的內力不見得是最不利的，對于大偏心受壓構件，彎矩越大，配筋越多，但對于小偏心受壓構件，雖然N不是最大，但相應的彎矩M比較大時，配筋也會多一些，所以組合時要找到這種情況，而且往往這種情況控制配筋。為了驗算斜截面承載力，柱也要組合Vmax注意：注意：在進行截面配筋計算時應采用構件端部截面的內力，而不是軸線處的內力。比較大(不是最大)。但N比較小或比較大(不是絕由上圖可以看出，梁端彎矩較軸線處彎矩小(柱端情況一樣)