美國UBC97規(guī)范風(fēng)荷載、地震荷載-沈祖炎

1、美國UBC規(guī)范（1997版）風(fēng)荷載、地震荷載介 紹替哥沈祖炎同濟(jì)大學(xué)一、荷載組合1、用于容許應(yīng)力設(shè)計方法時 基本荷載組合：DD + Z + （£ 譚 S）E1.4Q.9D ± 1.4FD + 0.75 £ + （厶或申 + （誼+）采用此組合時，容許應(yīng)力不增加 另一種基本荷載組合：D + E + （乙或 S）ED + Z +（說一）1.4D+L+S+2D + L + S + 1.4釆用此組合時，當(dāng)有風(fēng)荷載或地震作用，容許應(yīng)力可增加1/3<1>砌沖砸企怡巧.匕曼召-韓瀕辟33 1吊車荷載不必與厶或或-W組合4 2雪荷載<14AkN/m2不必與E組合

2、雪荷載14.4kN/m2時應(yīng)與E組合2、用于荷載抗力系數(shù)設(shè)計法時基本荷載組合：1.4Pl2D + l6£ + 05（厶或S）1.2D +16（厶或 S） + （JL 或 0.3W）1.2D + 1.3W + 齊£ + 0.5（乙或 S） l2D + l0E + （/i£ + ES） 090±（10£或13妙）/1 = 1.0公眾集聚地L>4.9kN/m2% 儲藏室活荷載= 0.5其他活荷載f2 = 0.7積雪的屋面其他屋= 0.23、特殊地震荷載組合l2D + /i£ + l0E力0.9P±1.0Em二、風(fēng)荷載1、基本

3、風(fēng)速采用50年一遇，10m高處，地貌C的最大哩風(fēng)速相當(dāng)于3秒平均風(fēng)速2. 設(shè)計風(fēng)壓P = CeCqqJw5Ce取值高度及陣風(fēng)系數(shù)體型系數(shù)一基本風(fēng)壓重要性系數(shù)高度(m)地貌D地貌C地貌B4.551.391.060.626.011.451.130.677.621.501.190.729.14L541.230.7612.191.621.310.8418.291.731.430.9524.381.811.531.0430.481.881.611.1336.581.931.671.204&772.021.791.31i < 16.7%一 0716.7% < i < 75%一 0

4、.9或0375% < / < 100%0.4i > 100%其他有:構(gòu)件、煙囪、實體塔、構(gòu)架塔、旗桿等幾重要設(shè)施居住建筑1.00其他結(jié)構(gòu)1-00km/h112.7 128.8144.9161177.1 193.220930.604 0.7860.996L226 1.485 L7682.07460.962.101.871.4291.442.232.051.63121.922.342.191.80q<4>3、主要體系基底傾覆力矩M 2/3 x恒載抵抗力矩當(dāng)髙寬比05及加時，傾覆力矩可減小rt1/3 牛噸必地震:荷載1<5>1<#>1、目標(biāo)：防止

5、結(jié)構(gòu)重大破壞，人員死亡，而不是限制損傷或保持功能2、設(shè)計要求(1)當(dāng)風(fēng)荷載效應(yīng)大于地震效應(yīng)時仍應(yīng)遵照抗震的細(xì)部要求和有關(guān)限制(2)使用分類抗震重要系數(shù)Z抗震重要系數(shù)重要設(shè)施危險設(shè)施特殊使用 一般使用(3)場地土分類Sa1.251.501.251.501.001.00硬巖石巖石很緊密土及軟巖石1<#>JE粘性土軟土需專門測定(4)地震分區(qū)分區(qū)2A 2B0.15 0.20030 0-40(5)震源類型震級/n > 7.0斷層滑移SR > 5 mm/yearM<6.5SR <2(6)近震源系數(shù)Na距震源< 2km 5km>lQkmA1.51.21.0B

6、131.01.0C1.01.01.0近震源系數(shù)NyW 2km5km10km2 15kmA2.01.61.21.0B1.61.21.01.0C1.01.01.01.0(7)地震響應(yīng)系數(shù)C°z = 0.0750.150.20.30.4S/0.060.120.160.240.32 NaSb0.080.150.200.300.40 NaSc0.090.180.240.330.40 ?VflSd0.120.220.280.360.44 7VaSe0.190.30.340.360.36 7Vfl地震響應(yīng)系數(shù)C,Z = 0.0750.150.200.30.4S/0.060.120.160.2403

7、2 NvSb0.080.150.200.300.40 ?VKSc0.130.250.320.450.567V?Sq0.180.320.400.540.64 Nv0.260.500.640.84096NySf(8)結(jié)構(gòu)特征豎向不規(guī)則結(jié)構(gòu)(a)剛度不規(guī)則軟弱層軟弱層岡IJ度 070上層岡I度或0.80上三層平均剛度(b)重量不規(guī)則任何層的有效質(zhì)量15鄰層的有效質(zhì)量(c) 豎向幾何不規(guī)則任何層抗側(cè)力系統(tǒng)的水平尺寸A 13鄰層的(d) 豎向抗側(cè)力構(gòu)件的平面內(nèi)不連續(xù)(e) 承載力不連一薄弱層薄弱層的強度V 08上層的強度平面不規(guī)則結(jié)構(gòu)(a) 扭轉(zhuǎn)不規(guī)則結(jié)構(gòu)一端的橫向最大層間位移12該層兩 端層間位移平均

8、值(b) 內(nèi)凹角結(jié)構(gòu)超出凹角015結(jié)構(gòu)的尺寸(c) 橫膈不連續(xù)開孔面積A橫膈總面積 橫膈有效剛度兩層間的剛度相差50%(d) 側(cè)力傳遞錯位(e) 豎向抗側(cè)力構(gòu)件不平行或不對稱于抗側(cè)力系統(tǒng)的主軸對分區(qū)1的結(jié)構(gòu)和分區(qū)2中使用類別屬一般的結(jié)構(gòu)只需0.考慮豎向不規(guī)則中的(e)和平面不規(guī)則中的(來)(9)結(jié)構(gòu)體系(a)承重墻體系承重墻承重及抗側(cè)力(b)房屋框架體系框架承重，剪力墻或支撐框<10><#>架抗側(cè)力(c)抗彎矩框架體系框架承重，抗彎矩框架抗<#><#>側(cè)力(d)雙重體系一一框架承重，剪力墻或支撐框架和 抗彎矩框架(SMRF、IMRF、 MMRW

9、或 SteelOMRF)抗側(cè) 力，且抗彎矩框架應(yīng)按抵抗25% 基底剪力進(jìn)行設(shè)計，兩種體系應(yīng)按其相對剛度分擔(dān)側(cè)力未定義結(jié)構(gòu)體系(g)非房屋結(jié)構(gòu)體系<#>（10）高度限值（適用于分區(qū)3和分區(qū)4）體系架體系1 輕型框架墻R4.5Q o2.8限高(m)19.82 混凝土和磚剪力墻4.52.848.83 帶拉撐的輕型鋼框架墻2.82.219.84 帶撐的鋼框架4.42.248.85 帶撐的混凝土框架2.82.21 鋼偏心支撐框架（EBF）7.02.873.22 輕型框架墻5.02.819.83 混凝土剪力墻5.52.873.24 砌體剪力墻5.52.848.85 帶常規(guī)支撐的鋼框架5.62.

10、24&86 帶常規(guī)支撐的混凝土框架5.62.27 帶特殊中心支撐的鋼框架6.42.273.21.SMRF（鋼、混凝土）8.52,8N.L.2.MMRWF砌體 MR 墻 F6.52.848.83.IMRF混凝土中間MRF5.52.84.OMRF常規(guī) MRF(鋼)4.52.848.85OMRF（混凝土）3.52.8a承重墻b房屋框C.MRF（戀紘<12>d雙重體1 .剪力墻一混凝土+SMRF8.5 2.8 N.L系+OMRFF4.22.848.8+IMRF 混6.52.848.8凝土砌體+SMRF5.52.848.8+OMRF鋼4.22.848.8+IMRF 混4.22.8凝土

11、+MMRWF6.02.848.82鋼 EBF+鋼 SMRF8.52.8N.L+鋼 jmBf4.22.848.83 常規(guī)支撐框架一鋼+鋼6.52.8N.LSMRF十鋼OMRF4.22.848.8混+混SMRF6.52.8+混 IMRF4.22.84 特殊中心支撐框架一鋼+鋼7.52.8N.LSMRF+鋼4.52.848.8OMRF<13>2.2 2.0 10.7<14><#>房屋體系f.剪力墻+框架體系一混凝土5.5 2.8 48.8<#><#>3、側(cè)向力計算方法選擇(1) 簡化靜力一用于一般用途S 3層并釆用輕型框架V 2層其余結(jié)構(gòu)(

12、2) 靜力 一用于(a)分區(qū)1的結(jié)構(gòu)及分區(qū)2的一般用途結(jié)構(gòu)(b) 高度 73.2m ,并具有上節(jié)結(jié)構(gòu)體 系的常規(guī)結(jié)構(gòu)(c) 髙度S 5層或198加的不規(guī)則結(jié)構(gòu)(d) 下部剛性，上部柔性，上下部各自 均為規(guī)則，下部剛度A 10倍上部剛度，整體周期1.1±部周期動力 用于(a)高度n 13.2m的結(jié)構(gòu)(b)具有豎向不規(guī)則何、(b)、(c)的結(jié) 構(gòu)以及上節(jié)(8)中未規(guī)定的不規(guī)則結(jié) 構(gòu)(c)分區(qū)3、4中髙度層或198加并沿高度結(jié)構(gòu)體系有不一樣的結(jié)構(gòu)(d)處于場地土Sy,自振周期A0.7S的結(jié)構(gòu)4、側(cè)向力最小設(shè)計值<15><#>(1)地震荷載E = pEh + EvEh

13、由基底剪力引起的地震荷載7或設(shè)計側(cè)向力Ev由地震豎向分量引起的荷載效應(yīng)，在恒載效應(yīng)Q上另加0.5CJP釆用容許應(yīng)力法時，可取為零0。地震力放大系數(shù) p可靠系數(shù)max最大構(gòu)件一層剪力比<#><#>rz：第'層構(gòu)件一層剪力比2篤高度內(nèi)的最心<#><#>對于支撐框架：7；為一個支撐構(gòu)件的水平分力與層剪力之比對于抗彎矩框架：耳為兩相鄰柱的最大剪力之和與層剪力之比 中間柱可取0.7對于剪力墻：右為剪力墻與3.05/,之最大乘積與層剪力之比，為剪力ID<16><#>墻之長度對于雙重體系：巧為各抗側(cè)力構(gòu)件中的最大p應(yīng)ni.o且&

14、lt;1.5,為結(jié)構(gòu)的底層對于SMRF(雙重體系中除外)p <1.25 當(dāng)計算層間位移或當(dāng)結(jié)構(gòu)處于分區(qū)0、1、2時，p = W地震恒重全部恒重+倉庫等n 025活重隔墻重A 0.48kN/m2A !A4kN/m2積雪區(qū)雪重>0.75積雪重永久設(shè)備全部(2)建模要求RC應(yīng)考慮開裂截面的影響鋼MRF應(yīng)考慮節(jié)點域變形對層間位移的影響 效應(yīng)評定結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定時應(yīng)考慮P效應(yīng)產(chǎn)生的構(gòu)件內(nèi)力和層間位移/VA性<0.10時，不必考慮P效應(yīng) 匕hi對分區(qū)3、4,當(dāng)層位移比V0.02/A時，不必考慮M效應(yīng)靜力法(1) 設(shè)計基底剪力yRTRV>Q.CaIW對分區(qū)4,另有T自振周期方法4 &qu

15、ot;G(/U%Ci系數(shù)對于鋼0-0853混MRF0.0731EBF0.07310.0488其他房屋混、砌體剪力墻0.0743/石<18><#>Ac=YA0.2 + (De/hn)2<#>De/hn < 0.9Ae底層剪力墻的最小截面積De底層剪力墻沿作用力方向的 長度hn從底腳到第層的高度nn方法b：卩“邛尹劇七斗斶fi第z層的側(cè)力m由/力作用產(chǎn)生的水平位移 叱第Z層的恒重Tb < 1.3Ta 份區(qū) 4)<1.4Ta(分區(qū) 1、2、3)(2) 簡化設(shè)計基底剪力用于一般用途V 3層并釆用輕型框架S 2層其余結(jié)構(gòu)3 0C基底剪力V = a_W

16、3 0C剪力豎向分布代二駕鳥匕R6、地震系數(shù)的確定見結(jié)構(gòu)體系(2)R_表示抗側(cè)力體系的整體韌性能力的系數(shù)，見結(jié)構(gòu)體系7、結(jié)構(gòu)體系的組合豎向組合(a)任意層設(shè)計用的/?±層R不用于：該層以上恒重10%全部恒重(b)設(shè)計時用最小的計算整個結(jié)構(gòu)或采用扭階段法上部柔性部分單獨用上部的R和p設(shè)計下部剛性部分單獨用下部的和p設(shè)計 上部反力X船作用與下部沿不同軸組合(a) 在分區(qū)3、4中，沿一個方向為承重墻時，垂直方向的2?應(yīng)不大于承重墻的(b)高度48.8加時，各種體系可組合 (c)在分區(qū)3、4中，高度 48.8/n時，只允許用雙重體系與SMRF組合沿同一軸組合在分區(qū)0, 1,雙重體系和SWIF

17、體系外的其余體系 組合時，取最小的8、靜力法中的力的豎向分布<21>7=爲(wèi)+耳1Ft = 0.077V < 0.25K當(dāng) T < 0.07s 時，F(xiàn)t=0wxhxr XnE wihi1剪力水平分布按抗剪力結(jié)構(gòu)的剛度，并應(yīng)考慮5%房屋尺寸的偏心水平扭矩除剪力產(chǎn)生外，還應(yīng)考慮偶然偏心<1S><1S>矩。當(dāng)存在扭轉(zhuǎn)不規(guī)則時，偶然偏心矩應(yīng)乘放大系數(shù)/兀1嘰2S3.0<1S><1S>9、層間側(cè)移最大非彈性位移響應(yīng)As與設(shè)計地震力相應(yīng)的位移，按彈性分析10層間側(cè)移限值m < 0.025/z< 0.020/z當(dāng) T v 0.

18、7s當(dāng) T > 0.7s<1S><1S>11、分區(qū)3、4中水平懸臂構(gòu)件應(yīng)按07如齊 的向上力設(shè)計<1S>12、動力分析法(1)地面運動(a)彈性設(shè)計反應(yīng)譜50年超越概率10%,不考慮的減少Ts=Cv/(2.5Ca)縱坐標(biāo)需乘gT. = 0.27；(b)場地特定的彈性設(shè)計反應(yīng)譜，阻尼比=0.05(c) 特定場地的地面運動時程，其反應(yīng)譜應(yīng)與(b)接近(d) 場地土 »中還應(yīng)考慮結(jié)構(gòu)一土共同作用的放大系數(shù)(e) 地面運動豎向分量=2/3水平加速度當(dāng)M “叫應(yīng)采用場地特定的豎向反應(yīng)譜(2)分析方法之一反恢譜分析法(a)釆用彈性設(shè)計反應(yīng)譜，計算彈性內(nèi)力

19、及位移，并用R折減成彈性設(shè)計反應(yīng)參數(shù)，得到設(shè)計基底剪力n靜力法的7(b) 對于規(guī)則結(jié)構(gòu)，采用彈性設(shè)計反應(yīng)譜時，設(shè)計基底剪力0.9x靜力法的7(b)對于規(guī)則結(jié)構(gòu)采用場地特定彈性設(shè)計反應(yīng)譜時,設(shè)計基底剪力靜力法的(3) 分析方法之二時程分析法(a)至少要有3條時程。對每條時程應(yīng)做場地特定譜的SRSS(平方和的平方根)，并使SRSS譜在0.2T到1.5T 范內(nèi)作為設(shè)計基礎(chǔ)的地震反應(yīng)譜.當(dāng)釆用3條時程時,設(shè)計反應(yīng)值用最大一次的值 當(dāng)釆用7條以上時,設(shè)計反應(yīng)值用平均值(b)彈性時程分析從彈性反應(yīng)參數(shù)得到彈性設(shè)計反應(yīng)參數(shù)與反應(yīng)譜分 析法一樣。(c) 非彈性時程分析最大非彈性位移響應(yīng)不應(yīng)折減，而且應(yīng)符合層間

20、側(cè) 移限值規(guī)定，釆用非線性時程分析證明結(jié)構(gòu)設(shè)計 時，應(yīng)由一個獨立的工程組織對抗側(cè)力體系進(jìn)行設(shè)計調(diào)查，檢查內(nèi)容至少應(yīng)包括：i) 地面運動時程ii) 抗側(cè)力體系的初步設(shè)計iii) 抗側(cè)力體系的最終設(shè)計13結(jié)構(gòu)構(gòu)件、結(jié)構(gòu)的非結(jié)構(gòu)構(gòu)件和設(shè)備的側(cè)向力總則需計算：結(jié)構(gòu)構(gòu)件及其附件永久性非結(jié)構(gòu)構(gòu)件及其附件 為結(jié)構(gòu)支承的永久性設(shè)備做的附屬物包括錨 固和支撐不需計算：樓板上的附屬無W<181kg家具總設(shè)計側(cè)向地震力Fp=CaIpWp或耳=5（1+劭爐PFp>CaIpWp< 4C/p爐”（3）傳遞Fp到抗側(cè)力體系的構(gòu)件和連接應(yīng)按Fp設(shè)計，并取P = 1.0 O四、我國荷載規(guī)范與美國UBC規(guī)范關(guān)于

21、荷載組合、風(fēng)荷載、 地震荷載的比較1關(guān)于荷載組合我國釆用荷載分項系數(shù)及荷載組合系數(shù)荷載分項系數(shù):可變荷載處系數(shù):2)永久荷載1.2（不利）10（有利）0.9（傾覆、滑移） 可變荷載14（ 一般）13（樓面荷載>4kN/m<23><#>風(fēng)荷載組合時06（第二及以后荷載）<#>無風(fēng)荷載組合時10框架、排架 風(fēng)荷載組合時0.85其它10地震組合為：1.2D +1.3 Eh + 1.0E, + 0.2 x 1.4 爐(1.0)1.2D + 1.0Ea +13& + 0.2 x 1.4FF(1.0)美國UBC規(guī)范荷載分項系數(shù)根據(jù)組合內(nèi)容而變永久荷載1.21.4（不利）09（有利）屋面、樓面荷載0.5-1.6風(fēng)荷載0.813地震荷載10結(jié)論：無可比性荷載規(guī)范與設(shè)計規(guī)范必須配套實用，不得混用2 風(fēng)荷載我國荷載規(guī)范的風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值計算公式為:美國UBC規(guī)范為：P = CeCqqJw(1) “