幕墻培訓(xùn)教程(教材)第一部份.doc

第一部份 幕墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理和方法 第一節(jié) 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 建筑結(jié)構(gòu)的可靠性直接關(guān)系到人民生命財(cái)產(chǎn)安全，歷來(lái)是建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)必須首先面對(duì)和需要審慎解決的重大問(wèn)題。結(jié)構(gòu)的可靠性是指結(jié)構(gòu)在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)、在規(guī)定的條件下、完成預(yù)定功能的能力。結(jié)構(gòu)的可靠度是對(duì)結(jié)構(gòu)可靠性的定量描述，即結(jié)構(gòu)在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)、在規(guī)定的條件下、完成預(yù)定功能的概率。建筑結(jié)構(gòu)可靠度也是一個(gè)國(guó)家綜合性經(jīng)濟(jì)政策問(wèn)題，實(shí)際上是選擇一種安全與經(jīng)濟(jì)相對(duì)的最佳平衡。 結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)使用年限是指設(shè)計(jì)規(guī)定的結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件，不需要進(jìn)行大修即可按其預(yù)定目的使用的時(shí)期。設(shè)計(jì)使用年限是房屋的地基基礎(chǔ)和主體結(jié)構(gòu)“合理使用年限”的具體化，實(shí)際上它與合理使用年限是等同的含義。 建筑結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)GB50068規(guī)定：“結(jié)構(gòu)在規(guī)定的設(shè)計(jì)使用年限內(nèi)應(yīng)具有足夠的可靠度。結(jié)構(gòu)的可靠度可采用以概率理論為基礎(chǔ)的極限狀態(tài)設(shè)計(jì)方法分析確定”。結(jié)構(gòu)在規(guī)定的設(shè)計(jì)使用年限內(nèi)滿足以下功能要求： 1.在正常施工和正常使用時(shí)，能承受可能出現(xiàn)的各種作用； 2.在正常使用時(shí)具有良好的工作性能； 3.在正常維護(hù)下具有足夠的耐久性； 4.在設(shè)計(jì)規(guī)定的偶然事件發(fā)生后，仍然能保持必須的整體穩(wěn)定性。 結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)使用年限如下表： 表1類別設(shè)計(jì)使用年限（年）示例15臨時(shí)性結(jié)構(gòu)225易于替換的結(jié)構(gòu)構(gòu)件350普通房屋和構(gòu)筑物4100紀(jì)念性建筑和特別重的建筑構(gòu)件 為保證建筑結(jié)構(gòu)具有規(guī)定的可靠度，除應(yīng)進(jìn)行必要的設(shè)計(jì)計(jì)算外，還應(yīng)對(duì)結(jié)構(gòu)材料性能、施工質(zhì)量、使用和維護(hù)進(jìn)行相應(yīng)的控制。 結(jié)構(gòu)可靠度與結(jié)構(gòu)的使用年限長(zhǎng)短有關(guān)，GB50068所指的結(jié)構(gòu)可靠度，是對(duì)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)使用年限而言的，當(dāng)結(jié)構(gòu)的使用年限超過(guò)設(shè)計(jì)使用年限后，結(jié)構(gòu)失效概率可能較設(shè)計(jì)預(yù)期值要大。 設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期是為確定可變作用及與時(shí)間有關(guān)的材料性能等級(jí)取值而選用的時(shí)間參數(shù)。它不等同于建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)使用年限。GB50068所考慮的荷載統(tǒng)計(jì)參數(shù)，都是按設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期為50年確定的。 建筑幕墻是建筑物的外圍護(hù)構(gòu)件，它要承受外界施加給它的各種作用。建筑結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)（GB50068）對(duì)結(jié)構(gòu)上的作用給出的定義：“施加在結(jié)構(gòu)上的集中或分布荷載，以及引起結(jié)構(gòu)外加變形或約束變形的原因，均稱為結(jié)構(gòu)上的作用”?！耙鸾Y(jié)構(gòu)外加變形或約束變形的原因系指地震、基礎(chǔ)沉降、溫度變化、焊接等作用”。這就是說(shuō)，作用是指能使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生效應(yīng)（內(nèi)力、變形、應(yīng)力、應(yīng)變、裂縫等）的各種原因的總稱，其中包括施加在結(jié)構(gòu)上的集中力和分布力系，以及形成結(jié)構(gòu)外加變形或約束變形的原因。前一種作用是力（包括集中力和分布力）在結(jié)構(gòu)上的集結(jié)，就是通常說(shuō)的荷載。后一種作用（如溫度變化、材料的收縮與徐變、地基變形、地震等）不是以力的形式出現(xiàn)的，過(guò)去將施加在結(jié)構(gòu)上的作用統(tǒng)稱為荷載（國(guó)際上也有這個(gè)習(xí)慣），但荷載這個(gè)術(shù)語(yǔ)對(duì)間接作用并不恰當(dāng)，它混淆了兩種不同的作用，而且容易發(fā)生誤解，例如將地震作用當(dāng)作是施加在結(jié)構(gòu)上而與地基和結(jié)構(gòu)本身無(wú)關(guān)的外力。建筑結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)（GB50068）將這兩類作用分別稱為直接作用和間接作用，而荷載僅等同于直接作用，建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范（GB50009）對(duì)直接作用作了規(guī)定。間接作用，除地震作用由建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范（GB50011）作了規(guī)定外，其余間接作用暫時(shí)還沒(méi)有相應(yīng)的規(guī)范。 第二節(jié) 風(fēng)荷載 風(fēng)荷載是作用于幕墻上的一種主要直接作用。它垂直作用于幕墻的表面上。幕墻是一種薄壁外圍護(hù)構(gòu)件，一塊玻璃，一根桿就是一個(gè)受力單元，而且質(zhì)量較輕，在設(shè)計(jì)時(shí)，既需考慮長(zhǎng)期使用過(guò)程中，在一定時(shí)距平均最大風(fēng)速的風(fēng)荷載作用下保證其正常功能不受影響；又必須注意到在陣風(fēng)襲擊下不受損壞，避免安全事故。 建設(shè)部2002年1月10日以建標(biāo)200210號(hào)通知發(fā)布了建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范（GB500092001），從2002年3月1日起施行。建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范GB50009規(guī)定對(duì)垂直于建筑物表面的風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值，當(dāng)計(jì)算主要承重結(jié)構(gòu)時(shí)應(yīng)按下式計(jì)算：WK=ZSZW0 ； （1） 式中：WK風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值，N/m2； Z高度Z處的風(fēng)振系數(shù)； S風(fēng)荷載體型系數(shù)； Z風(fēng)壓高度變化系數(shù) W0基本風(fēng)壓，N/m2。 當(dāng)計(jì)算圍護(hù)結(jié)構(gòu)時(shí)應(yīng)按下式公式計(jì)算： WK=gzsZW0 （2） 式中 ： gz高度Z處的陣風(fēng)系數(shù)（JGJ102和JGJ133規(guī)定取為2 .25）。 S風(fēng)荷載體型系數(shù)(JGJ102和JGJ133規(guī)定取為1.5)； 風(fēng)荷載的組合值、頻遇值和準(zhǔn)永久值系數(shù)可分別取0.6 、0.4 和 0。一. 基本風(fēng)壓:GB50009規(guī)定的基本風(fēng)壓是根據(jù)全國(guó)氣象臺(tái)站歷年來(lái)的最大風(fēng)速紀(jì)錄，按基本風(fēng)速的標(biāo)準(zhǔn)要求，將不同風(fēng)速儀高度和時(shí)距的年最大風(fēng)速，統(tǒng)一換算為離地10m高、自記10min平均年最大風(fēng)速（m/s）。根據(jù)該風(fēng)速數(shù)據(jù)（選取最大風(fēng)速數(shù)據(jù)，一般應(yīng)有25年以上的資料；當(dāng)無(wú)法滿足時(shí)，至少不少于10年的風(fēng)速資料）經(jīng)統(tǒng)計(jì)分析確定重現(xiàn)期為50年的最大風(fēng)速，作為當(dāng)?shù)氐幕撅L(fēng)速V0。再按伯努力公式：W0=1/2v02確定基本風(fēng)速。= /g，為空氣重力密度，g為重力加速度，以= /g代入W0=/2g*v02。以往國(guó)內(nèi)的風(fēng)速記錄大多數(shù)根據(jù)風(fēng)壓板的觀測(cè)結(jié)果，刻度所反映的風(fēng)速，實(shí)際上是統(tǒng)一根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)的空氣密度=1.25Kg/m3按上述公式反算而得，因此在按該風(fēng)速確定風(fēng)壓時(shí)，可統(tǒng)一按W0=V02/1600（KN/m2）計(jì)算。當(dāng)前各氣象站已積累了根據(jù)風(fēng)杯式自記風(fēng)速儀記錄的10min平均最大風(fēng)速數(shù)據(jù)，因此在這次數(shù)據(jù)處理時(shí)基本上是以自記的數(shù)據(jù)為依據(jù)。所以在確定風(fēng)壓時(shí)，必須考慮各臺(tái)站觀測(cè)當(dāng)時(shí)的空氣密度，當(dāng)缺乏資料時(shí)也可參考有關(guān)規(guī)定采用。GB50009將基本風(fēng)壓的重現(xiàn)期由以往的30年改為50年，這樣在標(biāo)準(zhǔn)上將與國(guó)外大部份國(guó)家取得一致，經(jīng)修改后各地的風(fēng)壓并不是在原有的基礎(chǔ)上提高10%，而是根據(jù)新的風(fēng)速觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析后重新確定的。對(duì)于風(fēng)荷載比較敏感的高層建筑和高聳建筑，仍要求將基本風(fēng)壓提高10%，這相當(dāng)于將重現(xiàn)期提高到100年左右。對(duì)于圍護(hù)結(jié)構(gòu)，其重要性與主體結(jié)構(gòu)相比要低些，仍可取50年一遇的基本風(fēng)壓?；撅L(fēng)壓應(yīng)按GB50009規(guī)范附錄D4附表D.4給出的50年一遇的風(fēng)壓（其中136個(gè)城市基本風(fēng)壓見(jiàn)本教材表2）或全國(guó)基本風(fēng)壓分布圖(見(jiàn)GB50009附圖D5.3)采用，但不得低于0.3KN/m2。 全國(guó)136個(gè)城市基本風(fēng)壓值與基本雪壓值 表2序號(hào)城市名基本風(fēng)壓W0（Pa）基本雪壓S0（Pa）序號(hào)城市名基本風(fēng)壓W0（Pa）基本雪壓S0（Pa）1北京4504002天津5004003上海5502004重慶40005石家莊3503006邢臺(tái)3003507張家口5502508承德4003009秦皇島45025010唐山40035011保定40035012滄州40030013大同55025014太原40035015陽(yáng)泉40035016臨汾40025017包頭55025018呼和浩特55040019通遼55030020阜新60040021朝陽(yáng)55045022錦州60040023鞍山50040024沈陽(yáng)55050025本溪45055026營(yíng)口60040027丹東55040028大連65040029四平55035030長(zhǎng)春65035031吉林50045032通化50080033齊劉哈爾45040034鶴崗40065035綏化55050036佳木斯65065037哈爾濱55045038牡丹江50060039德州45035040煙臺(tái)55040041威海65045042濟(jì)南45030043泰安40035044濰坊40035045青島60020046袞州40035047萊陽(yáng)40025048徐州35035049淮陰40040050南京40050051南通45025052常州40035053杭州45045054舟山85050055金華35055056衢州35050057寧波50030058溫州60035059蚌埠35045060六安35055061合肥35055062安慶40035063黃山35045064贛州30035065九江35040066景德鎮(zhèn)35035067南昌45045068樟樹30040069邵武30035070南平35071福州70072龍巖35073廈門80074延安35025075寶雞35020076西安35025077漢中30020078安康45015079灑泉55030080張掖50010081蘭州30015082平?jīng)?0025083天水35020084銀川65020085格爾本40020086西寧35020087玉樹30020088伊寧600100089烏魯木齊60080090庫(kù)爾勒45025091哈密70020092安陽(yáng)45040093新鄉(xiāng)40030094三門峽40020095洛陽(yáng)40035096鄭州45040097許昌40040098開(kāi)封45030099南陽(yáng)350450100駐馬店400450101商邱350450102棗陽(yáng)400400103恩施300200104宜昌300300105天門300350106武漢350500107黃石350350108岳陽(yáng)400550109吉首300300110常德400500111衡陽(yáng)400350112郴州300300113長(zhǎng)沙350450114韶關(guān)350115梅縣300116廣州500117汕頭800118深圳750119堪江800120桂林300121柳州300122梧州300123南寧350124北海700125?？?50126三亞850127綿陽(yáng)300128成都300100129內(nèi)江400130涪陵300131遵義300150132貴陽(yáng)300200133大理650134昆明300135麗江300300136玉溪3002風(fēng)壓高度變化系數(shù)：在大氣邊界層內(nèi)，風(fēng)速隨離地面高度變化而增大。當(dāng)氣壓場(chǎng)隨高度不變時(shí)，速度隨高度增大的規(guī)律，主要取決于地面粗糙度和溫度垂直梯度。通常認(rèn)為在離地面高度為300500m時(shí)風(fēng)速不再受地面粗糙度的影響，也即達(dá)到所謂“梯度風(fēng)速”，該高度稱之梯度風(fēng)高度。地面粗糙度等級(jí)低的地區(qū)，其梯度風(fēng)高度比等級(jí)高的地區(qū)為低。原規(guī)范將地面粗糙度等級(jí)由過(guò)去的陸、海兩類改成A、B、C三類，但隨我國(guó)建設(shè)事業(yè)的蓬勃發(fā)展，城市房屋的高度和密度日益增大，因此，對(duì)大城市中心地區(qū)，其粗糙程度也有不同程度的提高?？紤]到大多數(shù)發(fā)達(dá)國(guó)家，諸如美、英、日等國(guó)家的規(guī)范，以及國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)ISO4354和歐洲統(tǒng)一規(guī)范EN1991-2-4都將地面粗糙度等級(jí)劃分為四類，甚至于五類（日本）。為適應(yīng)當(dāng)前發(fā)展形勢(shì)，這次修訂也將由三類改成四類，其中A、B兩類的有關(guān)參數(shù)不變，C類指有密度建筑群的城市市區(qū)，其粗糙度指數(shù)由0.2改為0.22，梯度風(fēng)高度HG仍取400m；新增添的D類，指有密集建筑群且有大量高層建筑的大城市市區(qū)，其粗糙度指數(shù)取0.3，HG取450m。根據(jù)地面粗糙度指數(shù)及梯度風(fēng)高度，即可得出風(fēng)壓變化系數(shù)如下： zA=1.379(Z/10)0. 24 (3a) zB=1.000(Z/10)0. 32 (3b) zC=0.616(Z/10)0.44 (3c) zD=0.318(Z/10)0. 60 (3d)在確定城區(qū)的粗糙度類別時(shí),若無(wú)的實(shí)測(cè)資料,可按下述原則近似確定：(一) 以擬建房屋為中心，2km為半徑的迎風(fēng)半園影響范圍內(nèi)的房屋高度和密集度來(lái)區(qū)分粗糙度類別，風(fēng)向原則上應(yīng)以該地區(qū)最大風(fēng)的風(fēng)向?yàn)闇?zhǔn)，但也可取其主導(dǎo)風(fēng)向；(二) 以半園影響范圍內(nèi)建筑物的平均高度h來(lái)劃分地面粗糙度類別：當(dāng)h18m，為D類，9mh18m，為C類，h9m，為B類；(三) 影響范圍內(nèi)不同高度的面域可按下述原則確定，即每座建筑物向外延伸距離為其高度的面域內(nèi)均為該高度，當(dāng)不同高度的面域相交時(shí)，交疊部分的高度取大者；(四) 平均高度h取各面域面積為權(quán)數(shù)計(jì)算。當(dāng)直接以高度Z來(lái)描述風(fēng)壓高度變化系數(shù)時(shí)：由 （Z/10）0.24=0.575Z0.24 則 ZA=1.3790.575Z0.24=0.794Z0.24 (4a)由 (Z/10)0.32=0.479Z0.32 則 uZB=0.479Z0.32 (4b)由 (Z/10)0.44=0.363Z0.44 則 uZC=0.6160.363Z0.44=0.224Z0.44 (4c)由 (2/10)0.60=0.251Z0.60 則 uZD=0.3180.251Z0.60=0.08Z0.60 (4d) 表3 風(fēng)壓高度變化系數(shù)Z 離地面或海平面高度(m) 地面粗糙度類別 A B C D5101520304050607080901001502002503003504004501.171.381.521.631.801.922.032.122.202.272.342.402.642.832.993.123.123.123.121.001.001.141.251.421.561.671.771.861.952.022.092.382.612.802.973.123.123.120.740.740.740.841.001.131.251.351.451.541.621.702.032.302.542.752.943.123.120.620.620.620.620.620.730.840.931.021.111.191.271.611.922.192.452.682.913.12 例1求A類地區(qū)高度45m處風(fēng)壓高度變化系數(shù)。 解： uZA=1.379*(45/10)0.24=1.988 或 uZA=0.794*450.24=1.98 例2求B類地區(qū)高度75m處風(fēng)壓高度變化系數(shù) 解： uZB=(75/10)0.32=1. 906 或 uZB=0.479*750.32=1.907例3求C類地區(qū)高度125m處風(fēng)壓高度變化系數(shù) 解： uZC=0.616*(125/10)0.44=1.87 或 uZA=0.224*1250.44=1.87例4求D類地區(qū)高度150m處風(fēng)壓高度變化系數(shù) 解： uZD=0.318*(150/10)0.6=1.615 或 uZD=0.08*1500.6=1.617 三風(fēng)荷載體型系數(shù)。 風(fēng)荷載體型系數(shù)是指風(fēng)作用在建筑物表面上所引起的實(shí)際壓力（或吸力）與來(lái)流風(fēng)的速度壓的比值，它描述的是建筑物表面在穩(wěn)定風(fēng)壓的作用下的靜壓力的分布規(guī)律，主要與建筑物的體型和尺度有關(guān)，也與周圍環(huán)境和地面粗糙度有關(guān)。由于涉及的是固體和流體相互作用的流體力學(xué)問(wèn)題，對(duì)于不規(guī)則形狀的固體，問(wèn)題尤為復(fù)雜；無(wú)法得出理論上的結(jié)果。一般均應(yīng)由試驗(yàn)確定，鑒于真型的實(shí)側(cè)方法對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的不現(xiàn)實(shí)性，目前只能采用相似原理，在邊界層風(fēng)洞內(nèi)對(duì)擬建的建筑物模型進(jìn)行測(cè)試。GB50009表7.3.1列出38項(xiàng)不同類型的建筑物和各類結(jié)構(gòu)體型及其體型系數(shù)，這些都是根據(jù)國(guó)內(nèi)外的試驗(yàn)資料和外國(guó)規(guī)范中的建議性規(guī)定整理而成。當(dāng)建筑物與表中列出的體型數(shù)同時(shí)，可按該表的規(guī)定采用；當(dāng)建筑物與表中的體型不同時(shí)，可參考有關(guān)資料采用；當(dāng)建筑物與表中的體型不同且無(wú)有關(guān)資料可以借鑒時(shí)，宜由風(fēng)洞試驗(yàn)確定；對(duì)于重要且體型復(fù)雜的建筑物應(yīng)由風(fēng)洞試驗(yàn)確定。 當(dāng)建筑群，尤其是高層建筑群，房屋相互間距較近時(shí)，由于旋渦的相互干擾，房屋某些部位的局部風(fēng)壓會(huì)顯著增大，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)予注意，對(duì)比較重要的高層建筑，在風(fēng)洞試驗(yàn)中要考慮周圍建筑物的干擾因素。驗(yàn)算圍護(hù)構(gòu)件及連接的強(qiáng)度時(shí)，可按下列規(guī)定采用局部風(fēng)荷載體型系數(shù)。1 外表面 1）正壓區(qū) 按GB50009表7.3.1采用 2）負(fù)壓區(qū) 對(duì)墻面取-1.0 對(duì)墻角邊取-1.8 對(duì)屋面局部部位（周邊和屋面坡度大于10度的屋脊部位）取-2.2 對(duì)檐口、雨蓬、遮陽(yáng)板等突出構(gòu)件，取-2.0注：對(duì)墻角邊和屋面局部部位的作用寬度為房屋寬度的0.1或房屋平均高度的0.4。取其小者，但不小于1.5m2 內(nèi)表面對(duì)封閉式建筑物按外表面風(fēng)壓的正負(fù)情況取-0.2或0.2四陣風(fēng)系數(shù) 計(jì)算圍護(hù)結(jié)構(gòu)的風(fēng)荷載時(shí)，陣風(fēng)系數(shù)按下述公式確定：gz=K（1+2f） （5a）式中：K地面粗糙度調(diào)整系數(shù)。對(duì)A、B、C、D四種類型分別取0.92、0.89、0.85、0.80； f脈動(dòng)系數(shù)。f=0.5351.8（-0.16）（Z/10）- (5b)式中：地面粗糙度指數(shù)對(duì)應(yīng)于A、B、C、D四類地貌，分別取0.12、0.16、0.22和0.30。將K、系數(shù)代入后，各類地區(qū)陣風(fēng)系數(shù)計(jì)算公式為：gzA=0.92*(1+2fA) fA=0.387(Z/10)-0.12 (5c) gzB=0.89*(1+2fB) fB=0.5(Z/10)-0.16 (5d) gzC=0.85*(1+2fC) fC=0.734(Z/10)-0.22 (5e) gzD=0.80*(1+2fD) fD=1.2248(Z/10)-0.3 (5f) 根據(jù)上海風(fēng)速實(shí)測(cè)資料證明了以上取值的可行性。8081年通過(guò)在四次臺(tái)風(fēng)過(guò)程中對(duì)上海電視塔20m186m七個(gè)高度處瞬時(shí)風(fēng)速和十分鐘平均最大風(fēng)速的觀測(cè)數(shù)據(jù)得出陣風(fēng)系數(shù)的近似計(jì)算公式： gz=e0.7/ (z/10) (5g) 由此式可算出,在10m、20m、50m、100m及150m處陣風(fēng)系數(shù)為2.01、1.74、1.51、1.38和1.33。 上海金茂大廈根據(jù)歷年0500m各高程風(fēng)速資料進(jìn)行風(fēng)洞試驗(yàn)得出的設(shè)計(jì)風(fēng)荷載和按GB50009計(jì)算結(jié)果相吻合。 上海金茂大廈設(shè)計(jì)風(fēng)荷載與按GB50009計(jì)算結(jié)果對(duì)照表 表4 N/m2層數(shù)標(biāo)高（m）地面粗糙度類別zgzWk風(fēng)洞試驗(yàn)結(jié)果31125.55B2.24711.48375502.24711.48371.5=27502500C1.87531.56525501.87531.56521.5=2422D1.45121.71745501.45121.71741.5=205653213.80B2.66441.43525502.66441.43521.5=31553000C2.37021.48625502.37021.48621.5=2906D1.97721.58205501.97721.58201.5=258182316.10B3.01961.40225503.01961.40221.5=34933500C2.81521.43375502.81521.43371.5=3330D2.52541.49545502.52541.49541.5=311588340.00B3.09081.39625503.09081.39621.5=35604000C2.90691.42455502.90691.42451.5=3416D2.63821.48045502.63821.48041.5=3222 陣風(fēng)系數(shù)gz 表5離地面高度m地面粗糙度類別ABCD51.691.882.303.21101.631.782.102.76151.601.721.992.54201.581.691.922.39301.541.641.832.21401.521.601.772.09501.511.581.732.01601.491.561.691.94 701.481.541.661.89801.471.531.641.85901.471.521.621.81 1001.461.511.601.781501.431.471.541672001.421.441.501.602501.401.421.461.553001.391.411.441.51例5計(jì)算A類地區(qū)高度45m處陣風(fēng)系數(shù)。 解： fA=0.387（45/10）-0.12=0.323 gzA=0.92（1+20.323）=1.514例6計(jì)算B類地區(qū)高度75m處陣風(fēng)系數(shù)。 解： fB=0.5（75/10）-0.16=0.3622 gzB=0.89（1+20.3622）=1.535例7計(jì)算C類地區(qū)高度125m處陣風(fēng)系數(shù)。 解： fC=0.734（125/10）-0.22=0.421 gzC=0.85（1+20.421）=1.5657例8計(jì)算D類地區(qū)高度150m處陣風(fēng)系數(shù)。 解： fD=1.2248（150/10）-0.3=0.5435 gzD=0.80（1+20.5435）=1.6689例9 廈門市一建筑幕墻位于濱海大道上，計(jì)算高度160m處風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值。 解: W0=800N/m2 (7501.1) ZA=1.379（160/10）0.24=2.6826 fA=0.387（160/10）-0.12=0.27747 gzA=0.92（1+20.27747）=1.4305墻面區(qū)： Wk=1.43052.826(1+0.2)800=3881N/m2墻角區(qū)： Wk=1.43052.826(1.8+0.2)800=6468N/m2按JGJ102和133規(guī)定計(jì)算Wk=2.252.8261.57501.1=7869N/m2例10 求上海中心區(qū)一幕墻高度220m處風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值。 解： W0=550N/m2 (550*1.1) ZD=0.318（220/10）0.6=2.032 （50009） ZC=0.713（220/10）0.4=2.455（JGJ102） fD=1.2248（220/10）-0.30=0.4845 gzD=0.80（1+20.4845）=1.5752墻面區(qū)： Wk=1.57522.032(1+0.2)550=2113N/m2墻角區(qū)： Wk=1.57522.032(1.8+0.2)550=3521N/m2按JGJ102和133規(guī)定計(jì)算Wk=2.252.4551.55501.1=5013N/m2例11 求常州市一幕墻高度90m處風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值。 解： W0=400N/m2 （3501.1） ZB=（90/10）0.32=2.02 fB=0.5（90/10）-0.16=0.3518 gzB=0.89（1+20.3518）=1.5162墻面區(qū)： Wk=1.51622.02(1+0.2)400=1470N/m2墻角區(qū)： Wk=1.51622.02(1.8+0.2)400=2450N/m2按JGJ102和133規(guī)定計(jì)算Wk=2.252.021.53501.1=2625N/m2例12 求合肥市一幕墻高度120m處風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值。 解： W0=350N/m2 (3001.1) ZC=0.616（120/10）0.44=1.838 (50009) ZC=0.713（120/10）0.40=1.926 (JGJ102) fC=0.734（120/10）-0.22=0.4249 gzC=0.85（1+20.4249）=1.5723墻面區(qū):： Wk=1.57231.838(1+0.2)350=1214N/m2墻角區(qū)： Wk=1.57231.838(1.8+0.2)350=2023N/m2按JGJ102和133規(guī)定計(jì)算Wk=2.251.9261.53001.1=2145N/m2 第三節(jié) 地震作用 一震級(jí)和烈度 地震是一種突發(fā)性自然災(zāi)害，目前科學(xué)技術(shù)還達(dá)不到控制地震發(fā)生的水平，但是可以預(yù)防和減輕地震災(zāi)害。人類在長(zhǎng)期與地震災(zāi)害的斗爭(zhēng)中，積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人們通過(guò)地震臺(tái)站網(wǎng)監(jiān)測(cè)紀(jì)錄和現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，積累了不少地震資料，對(duì)這些資料的分析和經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，人們對(duì)地震作用規(guī)律有了初步認(rèn)識(shí)。地震是一種自然現(xiàn)象，地殼中巖層發(fā)生斷裂或錯(cuò)動(dòng)，以及火山爆發(fā)都可能導(dǎo)致地面發(fā)生程度不同的震動(dòng)，這種現(xiàn)象稱為地震。隨每次地震強(qiáng)烈程度不同，釋放出的能量大小是不同的，所引起的地震災(zāi)害也是不同的。地震的強(qiáng)弱在地震工程學(xué)中是以震級(jí)來(lái)表示的，它直接取決于一次地震中所釋放出的能量大小，所以每次地震都有一確定的震級(jí)。震級(jí)是對(duì)地震大小的相對(duì)度量。GB/T177401999地震震級(jí)的規(guī)定是地震震級(jí)M的測(cè)定方法和使用的規(guī)定。 地震烈度則是用以描述某一地區(qū)地面和建筑物遭受到一次地震影響的強(qiáng)弱程度。顯然對(duì)于距震中遠(yuǎn)近不同的地區(qū)所受的震害是不同的。一般說(shuō)來(lái)，距震中越遠(yuǎn)，地震烈度就越低。地震烈度是指地震引起的地面震動(dòng)及其影響的強(qiáng)弱程度。GB/T177421999中國(guó)地震烈度表規(guī)定了地震烈度從度到度的在地面上人的感覺(jué)、房屋震害程度、其它震害現(xiàn)象、水平向地面峰值加速度、峰值速度的評(píng)定指標(biāo)和使用說(shuō)明，適用于地震烈度評(píng)定。中國(guó)地震烈度表見(jiàn)表6。 中國(guó)地震烈度表 表6烈度在地面上人的感覺(jué)房屋震害程度其它震害現(xiàn)象水平向地面運(yùn)動(dòng)震害現(xiàn)象平均震害指數(shù)峰值加速度m/s2峰值速度m/s無(wú)感室內(nèi)個(gè)別靜止中人有感覺(jué)室內(nèi)少數(shù)靜止中人有感覺(jué)門窗輕微作響懸掛物微動(dòng)室內(nèi)多數(shù)人、室外少數(shù)人有感覺(jué)，少數(shù)人夢(mèng)中驚醒門窗作響懸掛物明顯擺動(dòng)，器皿作響室內(nèi)普遍、室外多數(shù)人有感覺(jué)，多數(shù)人夢(mèng)中驚醒門窗、屋頂，屋架顫動(dòng)作響，灰土掉落，抹灰出現(xiàn)細(xì)小裂縫，有檐瓦掉落，個(gè)別屋頂煙囪掉落不穩(wěn)定器物搖動(dòng)或翻倒0.31(0.220.44)0.03(0.020.04)多數(shù)人站立不穩(wěn)，少數(shù)人驚逃戶外損壞墻體出現(xiàn)裂縫，檐瓦掉落，少數(shù)屋頂煙囪裂縫、掉落00.10河岸和松軟土出現(xiàn)裂縫,飽和砂層出現(xiàn)噴砂冒水;有的獨(dú)立磚煙囪輕度裂縫0.63(0.450.89)0.06(0.050.09)大多數(shù)人驚逃戶外，騎自行車的人有感覺(jué)，行駛中的汽車駕乘人員有感覺(jué)輕度破壞局部破壞，開(kāi)裂，小修或不需要修理可繼續(xù)使用0.110.30河岸出現(xiàn)坍方;飽和砂層常見(jiàn)噴砂冒水,松軟土地上地裂縫較多;大多數(shù)獨(dú)立磚煙囪中等破壞1.25(0.901.77)0.13(0.100.18)多數(shù)人搖晃顛簸行走困難中等破壞結(jié)構(gòu)破壞需要修復(fù)才能使用0.310.50干硬土上亦出現(xiàn)裂縫;大多數(shù)獨(dú)立磚煙囪嚴(yán)重破壞;樹稍折斷;房屋破壞倒致人畜傷亡2.50(1.783.53)0.25(0.190.35)行動(dòng)的人摔倒嚴(yán)重破壞結(jié)構(gòu)嚴(yán)重破壞，局部倒塌，修復(fù)困難0.510.70干硬土上出現(xiàn)許多地方有裂縫;基巖可能出現(xiàn)裂縫、錯(cuò)動(dòng);滑坡坍方常見(jiàn)；獨(dú)立磚煙囪許多倒塌5.0(3.547.07)0.50(0.360.71)騎自行車的人會(huì)摔倒，處不穩(wěn)狀態(tài)的人會(huì)摔離原地，有拋起感大多數(shù)倒塌0.710.90山崩和地震斷裂出現(xiàn)；基巖石上拱橋破壞；大多數(shù)獨(dú)立磚煙囪從根部破壞或倒毀10.00(7.0814.14)1.00(0.721.41)普遍倒塌0.911.00地震斷裂延續(xù)很長(zhǎng);大量山崩滑坡地面劇烈變化,山河改觀注:表中的數(shù)量詞：“個(gè)別”為10%以下；“少數(shù)”為10%50%；“多數(shù)”為50%70%；“大多數(shù)”為70%90%；“普遍”為90%以上使用說(shuō)明1 用本標(biāo)準(zhǔn)評(píng)定烈度時(shí)，度以地面上人的感覺(jué)及其它震害現(xiàn)象為主；度以房屋震害和其它震害現(xiàn)象綜合考慮為主，人的感覺(jué)僅供參考；度以地表震害現(xiàn)象為主。2 在高樓上人的感覺(jué)要比地面上室內(nèi)人的感覺(jué)明顯，應(yīng)適當(dāng)降低評(píng)定值。3 表中房屋為未經(jīng)抗震設(shè)計(jì)或加固的單層或數(shù)層磚混和磚木房屋。相對(duì)建筑質(zhì)量特別差或特別好以及地基特別差或特別好的房屋，可根據(jù)具體情況，對(duì)表中各烈度相應(yīng)的震害程度和平均震害指數(shù)予以提高或降低。4 平均震害指數(shù)可以在調(diào)查區(qū)域內(nèi)用普查或隨機(jī)抽查的方法確定。5 在農(nóng)村可按自然村為單位，在城鎮(zhèn)可按街區(qū)進(jìn)行烈度的評(píng)定，面積以1km2左右為宜。6 凡有地面強(qiáng)震記錄資料的地方，表列水平向地面峰值加速度和峰值速度可作為綜合評(píng)定烈度的依據(jù)。 震級(jí)和烈度的關(guān)系可用以下公式來(lái)描述： 震中烈度 I0=0.24+1.26M （6） 影響烈度 IX（X=1、2、3。）=0.92+1.63M-3.49lgR （7）式中： M震級(jí)； R距震中距離的半徑（km）； X1、2、3-（取R/100的整數(shù)）例14 某地發(fā)生7級(jí)地震，求震中烈度與影響烈度。震中： I0=0.24+1.267=9.05度 距震中100km處： I1=0.92+1.637-3.49Ig100=5.35度 距震中200km處:： I2=0.92+1.637-3.49Ig200=4.30度二設(shè)防烈度與地震動(dòng)峰值加速度JGJ/T9795工程抗震術(shù)語(yǔ)標(biāo)準(zhǔn)將抗震設(shè)防烈度定義為：“按國(guó)家批準(zhǔn)權(quán)限審定，作為一個(gè)地區(qū)抗震設(shè)防依據(jù)的地震烈度。”（1） 基本烈度 basic intensity 在50年期限內(nèi)，一般場(chǎng)地條件下，可能遭遇的超越概率為10%的地震烈度值，相當(dāng)474年一遇的烈度值。（2） 多遇地震烈度 intensity of frequently occurred earthqrake 在50年期限內(nèi)，一般場(chǎng)地條件下，可能遭遇的超越概率為63%的地震烈度值，相當(dāng)于50年一遇的烈度值。（3）罕遇地震烈度 intensity of seldomly occurred earthquake 在50年期限內(nèi)，一般場(chǎng)地條件下，可能遭遇的超越概率為2%3%的地震烈度值，相當(dāng)于16002500年一遇的烈度值?！?建設(shè)部2001年7月20日以建標(biāo)2001156號(hào)通知發(fā)布了建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范（GB500112001）從2002年1月1日起施行。GB50011條文說(shuō)明第5.1.2條指出：“不同的結(jié)構(gòu)采用不同的分析方法在各國(guó)抗震規(guī)范中均有體現(xiàn)，底部剪力法和振型分解反應(yīng)譜法仍是基本方法，時(shí)程分析法作為補(bǔ)充計(jì)算方法，對(duì)特別不規(guī)則、特別重要的和較高的高層建筑才要求采用。”第5.1.4條又指出：“彈性反應(yīng)譜理論仍是現(xiàn)階段抗震設(shè)計(jì)的最基本理論，規(guī)范所采用的反應(yīng)譜以地震影響系數(shù)曲線的形式給出?！盇 標(biāo)準(zhǔn)反應(yīng)譜由于地震的隨機(jī)性，即使同一地點(diǎn)、同一烈度，每次地震地面的加速度紀(jì)錄也很不一致。因此需要根據(jù)大量強(qiáng)震紀(jì)錄算出對(duì)應(yīng)于每一條強(qiáng)震紀(jì)錄反應(yīng)譜曲線，然后統(tǒng)計(jì)求出最有代表性的平均曲線作為設(shè)計(jì)依據(jù)，這種曲線稱為標(biāo)準(zhǔn)反應(yīng)譜曲線。圖1為根據(jù)1940年埃爾森特羅地震地面加速度紀(jì)錄繪出的T曲線，由圖可見(jiàn)，隨著T值的增長(zhǎng)，值很快波動(dòng)到峰值，其后又逐漸下降。同時(shí)值隨著阻尼比的增大而減小，可以看出即使不大的阻尼比，也能使峰點(diǎn)下降很多。根據(jù)分析，反應(yīng)譜的形狀取決于一系列因素，諸如場(chǎng)地條件、震級(jí)及震中距離等。在平均反應(yīng)譜曲線中最大值max當(dāng)阻尼比=0.05時(shí)平均為2.15。此峰值所對(duì)應(yīng)的結(jié)構(gòu)自振周期大致與該結(jié)構(gòu)所在地點(diǎn)場(chǎng)地特征周期相一致，這就是說(shuō)結(jié)構(gòu)的自振周期與場(chǎng)地的特征周期接近時(shí)，結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)最大。這種現(xiàn)象與結(jié)構(gòu)在動(dòng)荷載作用下的共振相似。故在結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)中應(yīng)使結(jié)構(gòu)的自振周期遠(yuǎn)離場(chǎng)地的特征周期，以免發(fā)生上述現(xiàn)象。對(duì)于地質(zhì)松軟的場(chǎng)地, 譜曲線主要峰點(diǎn)偏于較長(zhǎng)的周期，地質(zhì)堅(jiān)硬時(shí)，則一般偏于較短的周期，同時(shí)場(chǎng)地土愈松軟，且該土層愈厚, 譜值就愈大（圖4a）。至于震級(jí)和震中距的影響，一般在烈度相同的情況下，震中距遠(yuǎn)時(shí)加速度反應(yīng)譜的峰點(diǎn)偏于較長(zhǎng)的周期，而近時(shí)偏于較短的周期，圖4b即為在同等烈度下，當(dāng)震中距不同時(shí)的加速度反應(yīng)譜曲線，所以在離大地震震中較遠(yuǎn)的地方，高柔結(jié)構(gòu)因周期較長(zhǎng)，所受的地震破壞將比在同樣烈度下較小或中等地震震中區(qū)所受破壞更重。而剛性結(jié)構(gòu)則相反。GB18306有關(guān)名詞的定義如下：1、 地震動(dòng)區(qū)劃以地震動(dòng)峰值加速度和地震動(dòng)反應(yīng)譜特征周期為指標(biāo)，將國(guó)土劃分的不同設(shè)防要求的區(qū)域。2、 地震動(dòng)峰值加速度與地震動(dòng)加速度反應(yīng)譜最大值相應(yīng)的水平加速度。3、 地震動(dòng)反應(yīng)譜特征周期地震動(dòng)加速度反應(yīng)譜開(kāi)始下降點(diǎn)的周期。 圖1B 設(shè)計(jì)用反應(yīng)譜 GB50011采用相對(duì)于重力加速度的單質(zhì)點(diǎn)絕對(duì)最大加速度與體系自振周期T之間的關(guān)系作為設(shè)計(jì)反應(yīng)譜。地震影響系數(shù)曲線見(jiàn)圖6，其形狀參數(shù)要求如下：1） 直線上升段，周期小于0.1S的區(qū)段；2） 水平段，自0.1S至特征周期（Tg）區(qū)段，應(yīng)取最大值(max)；3） 曲線下降段，自特征周期（Tg）至5倍特征周期（5Tg）區(qū)段，裒減系數(shù)應(yīng)取0.9；4） 直線下降段，自5倍特征周期（5Tg）至6S區(qū)段，下降斜率調(diào)整系數(shù)應(yīng)取0.02。 圖2例：上海類場(chǎng)地，即第一組類場(chǎng)地，特征周期Tg=0.45S（5Tg=2.25 S）結(jié)構(gòu)自振周期 A. 0.09S(0.1S) 取0.45+10(2-0.45)max B. 0.4S（ 0.1S，0.45S) 取max C. 2.2S(0.45S, 2.25 S) =(0.45/2.2)2max D. 4S(2.25S, 6S) =20.2-1(4-2.25) max如果改為類場(chǎng)地,特征周期Tg=0.35S(5Tg=1.75S)結(jié)構(gòu)自振周期 A. 0.09S(0.1S) 取0.45+10(2-0.45)max B. 0.4S （ 0.35S) =(0.35/0.4)2max C. 2.2S(1.75S, 6S ) =20.2-1(2.2-1.75) max D. 4S(1.75S, 6S) =20.2-1(4-1.75) max 建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范（GB500112001）規(guī)定：建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范與中國(guó)地震動(dòng)參數(shù)區(qū)劃圖（GB183062000）配套實(shí)施。中國(guó)地震動(dòng)參數(shù)區(qū)劃圖（GB183062000）給出了中國(guó)地震