高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)-2荷載及設(shè)計(jì)要求

第二章荷載及設(shè)計(jì)要求2.1風(fēng)荷載1單位面積上的風(fēng)荷載值計(jì)算公式：

wk為垂直建筑表面上的單位面積風(fēng)壓值，單位為kN/m2

高度系數(shù)

根據(jù)高度和粗糙度查表。地面粗糙度分ABCD三類。

w0為基本風(fēng)壓，離地10m高、50年重現(xiàn)期、10min平均風(fēng)速計(jì)算得到，按規(guī)范查表獲得。B級和特別重要高層建筑的基本風(fēng)壓應(yīng)乘1.1系數(shù)。取決建筑的平面形狀：圓形、橢圓形取0.8；

正多邊形取

H/B不大于4的矩形、方形、十字形?。?.3其余?。?.4對檐口、雨篷、遮陽板、陽臺等，計(jì)算局部上浮風(fēng)載時(shí)取：-2.0

體型系數(shù)

風(fēng)振系數(shù)考慮風(fēng)的動力效應(yīng)公式：2總風(fēng)荷載與局部風(fēng)荷載Wz——總風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值在z高度上的線荷載（kN/m），轉(zhuǎn)化成集中荷載還須乘層高（分段高度）脈動增大系數(shù)，與w0、T1有關(guān)，T2-4V脈動影響系數(shù)，T2-5振型系數(shù)，當(dāng)框架、剪力墻起主要作用時(shí)，T2-30.72.2地震作用特點(diǎn)和抗震設(shè)計(jì)1地震作用特點(diǎn)地震作用方向：水平與豎向地震反應(yīng)：位移、速度、加速度影響地震作用的因素：地震強(qiáng)度、作用時(shí)間、頻譜特性、場地土性質(zhì)、建筑物的動力特性2抗震設(shè)計(jì)目標(biāo)及方法三水準(zhǔn)抗震目標(biāo)

小震作用下，結(jié)構(gòu)將維持彈性狀態(tài)，保持正常使用——小震不壞中等地震作用下，局部進(jìn)入塑性狀態(tài)，但不允許破壞，震后經(jīng)修復(fù)可以重新使用——中震可修強(qiáng)烈作用地震下，應(yīng)保持結(jié)構(gòu)不倒塌——大震不倒小震：多遇烈度，眾值烈度中震：設(shè)防烈度，超越概率10-~14%大震：罕遇烈度，超越概率1~3%抗震設(shè)計(jì)內(nèi)容：抗震概念設(shè)計(jì)、抗震計(jì)算及抗震構(gòu)造設(shè)計(jì)根據(jù)概念、經(jīng)驗(yàn)的判斷采取的抗震措施，貫穿于設(shè)計(jì)全過程估算地震反應(yīng)，保證結(jié)構(gòu)有足夠的強(qiáng)度和剛度，6度及以上地區(qū)均應(yīng)進(jìn)行小震作用下，按反應(yīng)譜理論計(jì)算地震作用，用彈性方法算內(nèi)力，極限狀態(tài)法設(shè)計(jì)構(gòu)件大震作用下，彈塑性位移驗(yàn)算采用構(gòu)造措施保證結(jié)構(gòu)的延性，以滿足設(shè)防烈度（中震）可修的要求，也要實(shí)現(xiàn)大震不倒的目標(biāo)2.3反應(yīng)譜方法計(jì)算等效地震作用1設(shè)計(jì)反應(yīng)譜曲線反應(yīng)譜：位移、速度、加速度與結(jié)構(gòu)自振周期T的關(guān)系單質(zhì)點(diǎn)體系的運(yùn)動方程位移、速度、加速度反應(yīng)的最大值：sd、sv、sa根據(jù)牛頓定律，得質(zhì)點(diǎn)的最大慣性力為:——地震影響系數(shù)

——?jiǎng)恿ο禂?shù)k——地震系數(shù)當(dāng)阻尼比為0.05時(shí)，η2=1.0γ=0.9η1=0.02當(dāng)阻尼比不等于0.05時(shí)(≥0.55）設(shè)計(jì)反應(yīng)譜曲線由255條地震記錄計(jì)算得到（新規(guī)范）2等效地震荷載計(jì)算方法

反應(yīng)譜底部剪力法適合于H≤40m，沿高度方向質(zhì)量、剛度均勻，以第一振型為主的結(jié)構(gòu)

反應(yīng)譜振型組合法平面分析——j振型i質(zhì)點(diǎn)的水平相對位移——j振型的參與系數(shù)結(jié)構(gòu)第j振型i質(zhì)點(diǎn)的地震作用水平地震效應(yīng)（彎矩、剪力、軸力和位移）Sj——j振型水平地震作用效應(yīng)空間方法（耦聯(lián)分析）按扭轉(zhuǎn)耦聯(lián)振型分解法計(jì)算時(shí)，每個(gè)樓層取兩個(gè)正交位移和一個(gè)轉(zhuǎn)角三個(gè)自由度計(jì)算結(jié)構(gòu)第j振型i質(zhì)點(diǎn)的地震作用——j振型i層的相對水平位移和轉(zhuǎn)角ri——i層的轉(zhuǎn)動半徑——計(jì)入扭轉(zhuǎn)的j振型的參與系數(shù)當(dāng)僅考慮x方向地震作用時(shí)：當(dāng)僅考慮y方向地震作用時(shí)：當(dāng)考慮與x方向有夾角的地震作用時(shí)：單向地震作用下，考慮扭轉(zhuǎn)的地震作用效應(yīng)：——j、k振型的阻尼比——j振型與k振型的耦聯(lián)系數(shù)——k振型與j振型的自振周期比雙向地震作用下，考慮扭轉(zhuǎn)的地震作用效應(yīng)：規(guī)范規(guī)定：由地震作用產(chǎn)生的各樓層的水平剪力應(yīng)滿足3反應(yīng)譜法的優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：考慮了地面運(yùn)動的強(qiáng)弱、場地土性質(zhì)、結(jié)構(gòu)動力特性，計(jì)算簡單，按靜力方法設(shè)計(jì)，表示地震作用下的不利內(nèi)力缺點(diǎn)：1）未考慮地面速度、持續(xù)時(shí)間的影響2）為考慮結(jié)構(gòu)的彈塑性性能3）反應(yīng)譜是從單質(zhì)點(diǎn)中得到的，不能完全反應(yīng)多質(zhì)點(diǎn)的情況4）最大慣性力不一定是結(jié)構(gòu)最危險(xiǎn)的狀態(tài)2.4結(jié)構(gòu)自振周期和振型的計(jì)算1剛度法求多自由度體系的周期和振型結(jié)構(gòu)的自由振動微分方程設(shè)解答為：得：為有非零解，必須頻率方程頻率即為n個(gè)根對應(yīng)的周期為振型為

平面振型

每個(gè)質(zhì)點(diǎn)僅有一個(gè)自由度x，質(zhì)量矩陣中的元素為樓層質(zhì)量，剛度矩陣須在桿單元?jiǎng)偠染仃嚨幕A(chǔ)上縮聚

空間振型

每個(gè)質(zhì)點(diǎn)有三個(gè)自由度2周期的近似計(jì)算基本自振周期可用手算的近似方法

頂點(diǎn)位移法步驟：將各樓層的重量Gi作為第i層的水平荷載，求出頂點(diǎn)位移，即得基本周期注意：的單位為

m

能量法兩種方法均適用于以剪切變形為主的框架結(jié)構(gòu)框架-剪力墻結(jié)構(gòu)的周期3理論計(jì)算周期的修正理論計(jì)算簡圖和結(jié)構(gòu)剛度與實(shí)際情況難以完全吻合，將對周期產(chǎn)生影響，因此需要修正理論計(jì)算時(shí)一般只考慮主體結(jié)構(gòu)的剛度，忽略了非主體結(jié)構(gòu)，周期偏長，會導(dǎo)致地震荷載偏小。修正系數(shù)：框架結(jié)構(gòu)框架-剪力墻結(jié)構(gòu)剪力墻結(jié)構(gòu)周期隨剛度增加而減少4計(jì)算結(jié)構(gòu)周期的經(jīng)驗(yàn)公式經(jīng)驗(yàn)公式根據(jù)實(shí)測結(jié)構(gòu)自振周期回歸得到實(shí)測周期的方法：脈動法、激震法、強(qiáng)振記錄地震烈度不同、激振力不同實(shí)測的周期會發(fā)生變化經(jīng)驗(yàn)公式：

框架、框架-剪力墻結(jié)構(gòu)

剪力墻結(jié)構(gòu)橫墻間距較密時(shí)橫墻間距較疏時(shí)

高振型周期當(dāng)為剪切型振動時(shí)當(dāng)為彎曲型振動時(shí)當(dāng)為彎剪型振動時(shí)，介于上二式之間2.5荷載效應(yīng)組合及設(shè)計(jì)要求1荷載效應(yīng)組合無地震作用組合有地震作用組合重力荷載代表值：100%自重標(biāo)準(zhǔn)值，50%雪載標(biāo)準(zhǔn)值，50~80%樓面活荷載（書庫檔案庫中取80%）2設(shè)計(jì)要求1）極限承載能力的驗(yàn)算不考慮地震作用的組合內(nèi)力考慮地震作用的組合內(nèi)力

承載力抗震調(diào)整系數(shù)2）位移限制層間相對位移舒適度要求：H>150m，順風(fēng)向或橫風(fēng)向頂點(diǎn)最大加速度不超過T2-15。H≤150m，T2-4H≥250m，取1/500150<H<250m，插值3）構(gòu)造延性等級要求將結(jié)構(gòu)根據(jù)設(shè)防烈度、結(jié)構(gòu)類型及結(jié)構(gòu)高度劃分延性等級，采取不同的構(gòu)造措施在中等強(qiáng)度地震作用下，允許結(jié)構(gòu)的某些部位進(jìn)入屈服狀態(tài)，形成塑性鉸，結(jié)構(gòu)在塑性變形的過程中耗散地震能。結(jié)構(gòu)發(fā)生塑性變形而不破壞的能力稱為延性。延性等級分為特一級、一級、二級、三級、四級。查表前，需先調(diào)整設(shè)防烈度，查表T2-17。乙類建筑Ⅱ-Ⅳ類場地土提高1度丙類建筑Ⅰ類場地土降低1度4）罕遇地震下的變形驗(yàn)算——第二階段設(shè)計(jì)罕遇地震作用下彈塑性層間位移計(jì)算方法：時(shí)程分析法、簡化方法控制罕遇地震作用下薄弱層間彈塑性位移小于限值驗(yàn)算條件：

1）7-9度樓層屈服強(qiáng)度系數(shù)ξy小于0.5的框架結(jié)構(gòu)；

2）T2-11高度范圍內(nèi)且豎向不規(guī)則結(jié)構(gòu)；

3）采用隔震和消能減震技術(shù)的結(jié)構(gòu)；

4）7-9度甲類建筑和9度時(shí)的乙類2.6高層建筑結(jié)構(gòu)計(jì)算的基本假定和計(jì)算簡圖彈性工作狀態(tài)的假定

高層建筑結(jié)構(gòu)的內(nèi)力和位移按彈性方法進(jìn)行計(jì)算