【正文】 波在土中傳播時，短周期分量衰減迅速，長周期分量則傳播較遠(yuǎn)。大量震害表明：與低層建筑相比，高層建筑受地震影響的范圍更廣一些，振害后果也更嚴(yán)重一些，特別在軟土地基上，更是如此。所以較確切地估計高層建筑的地震作用，是十分必要的。 當(dāng)根據(jù)動力學(xué)理論計算結(jié)構(gòu)自振周期時，由于所取的計算簡圖及結(jié)構(gòu)剛度很難與實際完全相符，如平面布置、質(zhì)量分布、材料實際性能、施工質(zhì)量、空間整體工作、地基基礎(chǔ)情況等都難以準(zhǔn)確確定，而它們對自振周期都有影響，特別是在框架結(jié)構(gòu)中，一般不計算填充墻的剛度，但實際上影響很大。忽略 填充墻的剛度影響，常常使計算周期偏長。 高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中用于計算地震作用的方法，有底部剪力法、反應(yīng)譜振型分析法和時程分析法三種。底部剪力法是上述三種方法中最簡單的一種實用方法。當(dāng)高度不超過 40m，以剪切變形為主且剛度和質(zhì)量沿高度分布比較均勻的建筑，可采用底部剪力法計算地震作用。 1 雪荷載取 ； 2 樓面活荷載按實際情況計算時取 ；按等效均布活荷載計算時，藏書庫、檔案庫、庫房取 ，一般民用建筑取 。 高規(guī) 條 建筑結(jié)構(gòu)的地震影響系數(shù)應(yīng)根據(jù)烈度、場地類別、設(shè)計地震分組和結(jié)構(gòu)自掁周期 及阻尼比確定。其水平地震影響系數(shù)最大值? max 應(yīng)按表 ；特征周期應(yīng)根據(jù)場地類別和設(shè)計地震分組按表 ，計算 9度罕遇地震作用時，特征周期應(yīng)增加 。 注： 1 周期大于 的高層建筑結(jié)構(gòu)所采用的地震影響系數(shù)應(yīng)做專門研究； 3 巳編制抗震設(shè)防區(qū)劃的地區(qū)，應(yīng)允許按批準(zhǔn)的設(shè)計地震動參數(shù)采用相應(yīng)的地震影響系數(shù)。 表 （高規(guī)表 － 1）水平地震影響系數(shù)最大值? max 地震影響 6 度 7 度 8 度 9 度 多遇地震 () () 罕遇地震 () () 注： 8 度時括號內(nèi)數(shù)值分別用于設(shè)計基本地震加速度為 和 的地區(qū)。 高規(guī)表 － 2 特征周期值 Ts(s) 設(shè)計地震分組 場地類別 Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ 第一組 第二組 第三組 解釋：水平地震影響系數(shù)? 水平地震荷載可以表示為：р＝ G? 式中 G＝ mg― ―建筑物總質(zhì)量 m 的重力； g――重力加速度 ?――水平地震影響系數(shù) 水平地震影響系數(shù)?跟兩類因素有關(guān)：第一類為結(jié)構(gòu)固有的動力特性－自掁頻率和阻尼比；第二類為地面運動水平加速度的大小及隨時間變化的規(guī)律。第二類因素不但取決于地震烈度、建筑物所在場地的類別和震中的遠(yuǎn)近等因素，而且還與實際地震加速度隨時間變化的規(guī)律有關(guān)。但是，每次地震，甚至同一次地震在不同地方所記錄得到的加速度都有不同的變化規(guī)律。設(shè)計規(guī)范根據(jù)國內(nèi)、外強震觀測記錄，通過求最大反應(yīng)分析的結(jié)果（反應(yīng)譜），然后再加以分析處埋，最后給出水平地震影響系數(shù)?作為 設(shè)計指標(biāo)。設(shè)計規(guī)范所給出的?值，與結(jié)構(gòu)的自掁周期、地震烈度、場地類別、震中遠(yuǎn)近等四個因素有關(guān)。 建筑結(jié)構(gòu)的地震影響系數(shù)應(yīng)根據(jù)烈度、圽地類別、設(shè)計地震分組和結(jié)構(gòu)自振周期以及阻尼比確定?？拐鹨?guī)范規(guī)定，其水平地震影響系數(shù)最大值應(yīng)按表 。 高規(guī) 高層建筑的場地類別應(yīng)按現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》 GB50011的規(guī)定確定。 高規(guī) 采用底部剪力法計算結(jié)構(gòu)的水平地震作用時，可按本規(guī)程附錄 B 進(jìn)行。 底部剪力法的計算范圍：底部剪力法是最簡單的一種實用方法。當(dāng)高度不超過 40m，以剪切變 形為主且剛度和質(zhì)量沿高度分布比較均勻的建筑，可采用底部剪力法計算結(jié)構(gòu)的水平地震作用。 高規(guī) 水平地震作計算時，結(jié)構(gòu)各樓層對應(yīng)于地震作用標(biāo)準(zhǔn)值的剪力應(yīng)符合下式要求： n V Eki≥λΣ Gj j＝ i 式中 V Eki―――第 i 層對應(yīng)于水平地震作用標(biāo)準(zhǔn)值的剪力； λ――水平地震剪力系數(shù)，不應(yīng)小于表 . 13 規(guī)定的值；對于豎向不規(guī)則結(jié)構(gòu)的薄弱層，尚應(yīng)乘以 增大系數(shù)； Gj― ―第 j 層的重力荷載代表值 N――結(jié)構(gòu)計算總層數(shù) 表 . 13 樓層最小地震剪力系數(shù)值 類別 7 度 8 度 9 度 扭轉(zhuǎn)效應(yīng)明顯或基本周期小于 的結(jié)構(gòu) () () 基本周期大于 的結(jié)構(gòu) () () 注： 1 基本周期介于 和 ，應(yīng)允許線性插入取值； 2 8 度時括號內(nèi)數(shù)值分別用于設(shè)計基本地震加速度為 。 高規(guī) 。 高規(guī) 條 當(dāng)非承重墻體為填充磚墻時，高層建筑結(jié)構(gòu)的計算自振周期折減系數(shù)ψ t 可按下列規(guī)定取值： 1 框架結(jié)構(gòu)可取 ～ ； 2 框架－剪力墻結(jié)構(gòu)可取 ～ ； 3 剪力墻結(jié)構(gòu)可取 ～ 。 對于其他結(jié)構(gòu)體系或采用其他非承重墻體時，可根據(jù)工程情況確定周期折減系數(shù)。 高層分析：結(jié)構(gòu)動力學(xué)基本原理： 一、單層建筑結(jié)構(gòu)的動力性態(tài)：在外加水平力的作用下，其結(jié)構(gòu)體系運動方程為 。 ｍǖ（ｔ ）＋ｃ249。（ｔ）＋ｋ252。（ｔ）＝ P(t) 式中 ｍ－建筑物總質(zhì)量 ｍǖ（ｔ）－建筑物的慣性力 ｋ－樓層的側(cè)移剛度 ｋ252。（ｔ）－結(jié)構(gòu)（樓層）恢復(fù)力 ｃ－結(jié)構(gòu)的阻尼系數(shù) ｃ249。（ｔ）－建筑物的阻尼力 P－外加作用力 249。（ｔ）－建筑的水平位移速度 ǖ（ｔ）－建筑的水平位移加速度 1 自由振動 當(dāng)沒有外加水平力，即 P(t)＝ 0 時，體系可以產(chǎn)生自由振動，其運動方程可寫為： ǖ＋ξω249。＋ω 2252。＝ 0 式中 ω 2＝ k/m ξ =c/2 ω m 用時間 t 作橫坐標(biāo)，結(jié)構(gòu)水平位移 u 作縱坐標(biāo)，上式解的曲線圖是一條衰減振動曲線，其振幅隨時墻剪力長而逐漸衰減，但周期 T＝ 2л /ω，卻保持定值。而頻率 f 則表示為 f=1/T＝ω， /2л，周期T 通常用秒（ s）作單位，則頻率 f 的單位為赫芝（ Hz），表示每秒振動次數(shù)。ω，＝ 2л /T＝ 2л f則稱為圓頻率，表示 2л秒時間內(nèi)的振動次數(shù)， 結(jié)構(gòu)每振動一次振幅衰減的大小，完全取決于ξ值。當(dāng)不考慮阻尼的影響，即把結(jié)構(gòu)視作無阻尼的理想結(jié)構(gòu)時，ξ＝ 0，則振幅永遠(yuǎn)保持為自由振動開始（ t=0）時的位移252。 0 值。由此可 知，結(jié)構(gòu)的自振圓頻率為ω＝ (k/m)1 ω稱為無阻尼時的自振圓頻率。 實際結(jié)構(gòu)的ξ值一般很小，僅約為 左右。由此可知，結(jié)構(gòu)的自振（圓）頻率和周期等，只是結(jié)構(gòu)本身固有的屬性（決定于側(cè)向剛度 k 和質(zhì)量 m），而與外加的作用干擾力無關(guān)，所以，自振（圓）頻率和自振周期，又稱為固有（圓）頻率和固有周期。 結(jié)構(gòu)基本自振周期的經(jīng)驗公式 （ 1） 高聳結(jié)構(gòu)：一般情況下 T1＝ (～ )H 鋼結(jié)構(gòu)可取高值，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)可取低值。 （ 2） 高層建筑： 1)一般情況 A：鋼結(jié)構(gòu) T1=(～ )n B：鋼筋混凝土結(jié)構(gòu) T1=(～ )n 2)具體結(jié)構(gòu) A：鋼筋混凝土框架和框剪結(jié)構(gòu) T1=+ 103H2/B3 式中 H 房屋總高度 (m) B房屋寬度 (m) 2 阻尼 若ξ≥ 1（正常結(jié)構(gòu)不可能具有這樣大的阻尼），水平位移由初始值252。 0 逐漸衰減為零，而不產(chǎn)生振動，不產(chǎn)生振動的最小ξ值為ξ＝ 1，這種情況稱為臨界阻尼，臨界阻尼系數(shù) Cc＝ (km)1 ξ =C/Cc 故ξ稱為阻尼比，是衡量阻尼大小的一個無綱量比值，常用百分比來表示。 衡 量阻尼大小的另一量值為對數(shù)衰減率δ，它的定義為：相鄰振幅比的自然對數(shù) δ≈ 2лξ 3 周期性干擾力的作用 設(shè)外加水平干擾力為周期性函數(shù)，即 P(t)＝ P0sinΩ t 式中 Ω－作用力的圓頻率 其振動微分方程： ｍǖ＋ｃ249。＋ｋ252。＝ P0sinΩ t 此時結(jié)構(gòu)將以和干擾力同樣的頻率振動。 方程解的物理意義為：即使結(jié)構(gòu)最初處于靜止?fàn)顟B(tài)，但當(dāng)外加作用力引起強迫振動時，一開始就同時激發(fā)了自由振動，結(jié)果使結(jié)構(gòu)的運動狀態(tài)變?yōu)閺娖日駝雍妥杂烧駝酉嗟雍铣桑亲杂烧駝佑捎谧枘嶙饔枚p得很快，往后經(jīng)過頭若干個周期 后，其振幅就小得可以忽略不計，往后就只剩下強迫振動作為結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定狀態(tài)反應(yīng)。然而，也有這樣的情況：結(jié)構(gòu)的最大動力反應(yīng)發(fā)生在頭若干個周期內(nèi)，這時疊加上自由振動項就不能被忽略了。 動力系數(shù) D＝ umax/uvt 式中 umax――最大動力位移 umax =P0/[（ kmΩ 2） 2+c2Ω 2]1 uvt――最大的靜力位移 uvt＝ P0/ k＝ P0/mω 2 頻率比ρ ρ＝Ω /ω 當(dāng)作用力頻率Ω和自振頻率 /ω相等時，產(chǎn)生共振現(xiàn)象。振幅（或動力系數(shù)）在這一區(qū)域達(dá)到高峰。由于阻尼的存 在，準(zhǔn)確的峰值位置為ρ＝（ 1－ 2ξ 2）－ 1 當(dāng)ξ＝ 1 時由共振引起的峰值消失了，實用上可取ρ＝ 1 時作為峰值位置，經(jīng)計算得到產(chǎn)生共振時動力系數(shù)的實用公式： D＝ 1/2ξ 4 任意干擾力的作用 實際工程中的外加干擾力 P(t)，往往是不規(guī)則的和非周期性的。作用在建筑物上的風(fēng)荷載和地震荷載，便屬地此類。任意干擾力 P(t)可看作由一列很短暫作用的沖量組成。把所有沖量引起的振動疊 加起來，便得到結(jié)構(gòu)的總反應(yīng)。 5 地震－地面運動的作用 地震作用是由于地震的地面運動引起的，承受地面水平加速度的激擾與承受外加作用力兩種情況 所導(dǎo)致的結(jié)構(gòu)運動微分方程是完全相同的。所以－ｍǖ g（ｔ）稱為等效地震力。地震作用通過水平地震影響系數(shù)?來確定。 高規(guī) 4 結(jié)構(gòu)設(shè)計的基本規(guī)定 高規(guī) 一般規(guī)定 高規(guī) 條 高層建筑鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)可采用框架、剪力墻、框架－剪力墻、筒體和板柱－剪力墻結(jié)構(gòu)體系。 1．框架結(jié)構(gòu)體系 框架結(jié)構(gòu)在水平力作用下的受力特點：其側(cè)移由兩部分組成：第一部分側(cè)移由剪力引起的柱和梁的彎曲產(chǎn)生。柱和梁上有反彎點，使整個結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)剪切型變形?？蚣芟虏扛鲗映惺艿募袅Υ螅瑢娱g位移亦大，上部各層剪力較小，層間位移也較小。第二部分側(cè)移 由整個框架的懸臂作用在柱中產(chǎn)生軸向變形引起。第一部分側(cè)移是主要的，因而框架結(jié)構(gòu)以剪切型變形為主?？蚣芙Y(jié)構(gòu)的主要缺點是側(cè)向剛度小，變形大，這限制了框架結(jié)構(gòu)的建造高度。 框架結(jié)構(gòu)通過合理設(shè)計，可具有良好的延性，亦即所謂實現(xiàn)“延性框架”設(shè)計。 2．剪力墻結(jié)構(gòu)體系 利用建筑物墻體作為建筑的豎向承重體系，并用它抵抗水平力，這種結(jié)構(gòu)稱為剪力墻結(jié)構(gòu)體系。這種體系在 10∽ 30 層的建筑中廣泛應(yīng)用。剪力墻能滿足延性系數(shù)μ〉 3∽ 5的要求。當(dāng)墻的底層做成框架時，稱為框支－剪力墻結(jié)構(gòu)。 3．框架－剪力墻結(jié)構(gòu)體系 當(dāng)框架單獨承受水平力 時為剪切型變形，當(dāng)剪力墻單獨承受水平力時為彎曲型變形，兩者通過樓板連在一起使變形協(xié)調(diào)一致，形成彎剪型變形。一般情況下，剪力墻可擔(dān)負(fù)約 80%左右的水平力 ,有時甚至更多些。其總趨勢是房屋上部，框架承擔(dān)大部分水平力，而在下部大部分剪力由剪力墻承擔(dān)，從而提高了整個結(jié)構(gòu)的抗側(cè)力強度。 框架和剪力墻協(xié)同工作還有利于減少層間變形，減少頂點位移，提高結(jié)構(gòu)的剛度?？蚣芗袅Y(jié)構(gòu) (或稱框架內(nèi)筒結(jié)構(gòu) )適用于 20∽ 40 層的高層建筑，特別適用于塔式建筑。 4．筒體結(jié)構(gòu)體系 超出 30∽ 40 層的高層建筑最好采用筒體結(jié)構(gòu)抵抗側(cè)向力。它比剪 力墻或框架剪力墻結(jié)構(gòu)具有更大的強度和剛度。根據(jù)筒體不同的組成方式分為三種類型。 （ 1）框筒結(jié)構(gòu)：墻體上開洞形成的空腹筒體又稱框筒。開洞以后，由于橫梁變形使剪力傳遞存在滯后現(xiàn)象，使柱中正應(yīng)力分布呈拋物線狀，稱為剪力滯后現(xiàn)象。剪力滯后現(xiàn)象使框筒結(jié)構(gòu)的角柱應(yīng)力集中。通常將與水平力平行方向的框架稱為腹板框架，將與水平力方向垂直的框架稱為翼緣框架。翼緣框架承受拉壓軸力可以抵抗相漢當(dāng)大的傾覆力矩，腹板框架則主要通過梁柱彎曲抵抗水平剪力。筒體結(jié)構(gòu)中框筒的布置原則為：為了保證密排柱和窗裙梁的尺寸，門窗孔洞面積一般不大于建筑 立面面積的 50%，立柱中距一般為 ∽ 米，也可擴大到 ，橫梁高度一般為 ∽ 米，寬 ∽ 。筒中筒結(jié)構(gòu)的外框筒與內(nèi)筒間的距離以 10∽ 16 米為宜，內(nèi)筒面積占整個筒體面積的比例與結(jié)構(gòu)的層數(shù)和高度有關(guān)。筒體結(jié)構(gòu)的平面形狀宜接近方形，長寬比不應(yīng)超過 2。 （ 2）筒中筒結(jié)構(gòu)：國外一些超過 50 層的高層建筑一般都采用這種結(jié)構(gòu)形式。 （ 3）多筒結(jié)構(gòu)： 高層建筑結(jié)構(gòu)布置原則 1． 應(yīng)滿足建筑使用要求，便于施工。 2. 提高結(jié)構(gòu)的總體剛度減少位移。高層建筑控制位移是主要矛盾。除選擇合理的結(jié)構(gòu)體系外， 還應(yīng)從平面體型和立面變化等方面考慮有利于減少結(jié)構(gòu)的側(cè)移。在布置結(jié)構(gòu)時，應(yīng)加強結(jié)構(gòu)的整體性，提高結(jié)構(gòu)的抗側(cè)剛度。如加強樓蓋的整體性及剛度；加強構(gòu)件的連接；加強基礎(chǔ)的整體性，以減小由于基礎(chǔ)平移或轉(zhuǎn)動對結(jié)構(gòu)側(cè)移的影響。還應(yīng)注意加強結(jié)構(gòu)的薄弱部位和應(yīng)力復(fù)雜部位。應(yīng)增加結(jié)構(gòu)體系抵抗傾復(fù)力矩的有效寬度。增加結(jié)構(gòu)寬度，也可減小側(cè)向位移，并且當(dāng)其他條件不變時，變形與寬度的三次方成反比。宜對高寬比 H/B 加以限制。 3 .在地震區(qū)應(yīng)滿足抗震的要求。應(yīng)使結(jié)構(gòu)各部分剛度對稱均勻，各結(jié)構(gòu)單元的平面形狀應(yīng)力求簡單規(guī)則。復(fù)雜、不規(guī)則、不 對稱的結(jié)構(gòu)必然會帶來難于計算和處理的復(fù)雜地震應(yīng)力，如應(yīng)力集中和扭轉(zhuǎn)等，這對抗震不利。因此，應(yīng)盡量使地震力作用中心與剛度中心重合，通常偏心距 e（