第3章 高层建筑结构荷载

1、3.1 3.1 恒荷载及楼面活荷载（竖向荷载）恒荷载及楼面活荷载（竖向荷载）3.2 3.2 风风 荷荷 载（水平荷载）载（水平荷载）3.3 3.3 地震作用（水平荷载）地震作用（水平荷载）v荷载类别：荷载类别：竖向荷载竖向荷载( (包括恒荷载和活荷载包括恒荷载和活荷载) )；水平荷载水平荷载( (风荷载、水平地震作用风荷载、水平地震作用) )；施工荷载施工荷载；由于材料体积变化受阻引起的作用由于材料体积变化受阻引起的作用( (包括温度、混凝土的徐包括温度、混凝土的徐变和收缩所引起的作用变和收缩所引起的作用) )地基不均匀沉地基不均匀沉 降等。降等。v高层建筑的荷载特点：高层建筑的荷载特点： 竖

2、向荷载远大于低层建筑，可引起相当大的结构内力；竖向荷载远大于低层建筑，可引起相当大的结构内力；水平荷载的影响显著增加，成为高层建筑结构设计的主要因水平荷载的影响显著增加，成为高层建筑结构设计的主要因素。特别是，抗震设计对高层建筑结构来说是十分重要的。素。特别是，抗震设计对高层建筑结构来说是十分重要的。 v 结构本身的自重；结构本身的自重；v 附加于结构上的各种永久荷载附加于结构上的各种永久荷载(2)(2) 恒载计算恒载计算v 常用材料和构件的自重可按常用材料和构件的自重可按建筑结构荷载规范建筑结构荷载规范 ( (GB500092012) )取值；取值；(1)(1) 恒载范围恒载范围v施工活荷载

3、一般取施工活荷载一般取1.01.5 kN/m2；v施工中采用附墙塔、爬塔等对结构受力有影响的起重机械或施工中采用附墙塔、爬塔等对结构受力有影响的起重机械或其他施工设备时，应根据具体情况确定对结构产生的施工荷载其他施工设备时，应根据具体情况确定对结构产生的施工荷载表表3-1 规范中未规定的楼面均布活荷载规范中未规定的楼面均布活荷载项项 次次类类 别别标准值标准值(kNm2)准永久值系数准永久值系数(q) 荷载较大时荷载较大时 按实际情况按实际情况l酒吧间、舞厅、酒吧间、舞厅、展销厅展销厅3.0 4.00.5 2屋顶花园屋顶花园4.0一一5.00.8 3贮藏室贮藏室5.0 8.00.84饭店厨房、

4、洗衣房饭店厨房、洗衣房4.0 5.00.5 5健身房、娱乐室健身房、娱乐室3.0一一4.50.5v高层建筑结构的楼面活荷载应按高层建筑结构的楼面活荷载应按荷载规范荷载规范取用；取用；v规范中未规定的楼面均布活荷载可按表规范中未规定的楼面均布活荷载可按表3- -1取值；取值；v 旋转餐厅轨道和驱动设备的自重应按实际情况确定。旋转餐厅轨道和驱动设备的自重应按实际情况确定。v 擦窗机等清洗设备应按其实际情况确定其自重的大小和作用擦窗机等清洗设备应按其实际情况确定其自重的大小和作用位置。位置。 v 直升机平台的活荷载应采用下列两款中能使平台产生最大内直升机平台的活荷载应采用下列两款中能使平台产生最大内

5、力的荷载：力的荷载：1 直升机总重量引起的局部荷载，按由实际最大起飞重量直升机总重量引起的局部荷载，按由实际最大起飞重量决定的局部荷载标准值乘以动力系数确定，对具有液压轮决定的局部荷载标准值乘以动力系数确定，对具有液压轮胎起落架的直升机，动力系数可取胎起落架的直升机，动力系数可取1.4；当没有机型技当没有机型技术资料时，局部荷载标准值及其作用面积可根据直升机类术资料时，局部荷载标准值及其作用面积可根据直升机类型按表下取用。型按表下取用。2 等效均布活荷载等效均布活荷载5kNm2。 v 设计楼面梁、墙、柱及基础时，楼面活荷载标准值应乘以设计楼面梁、墙、柱及基础时，楼面活荷载标准值应乘以荷载规范荷

6、载规范规定的折减系数。规定的折减系数。表表3-2 结构单位面积重力荷载估算表结构单位面积重力荷载估算表结构类型结构类型重力荷载重力荷载 包括活荷载包括活荷载 kN/m2（每层）（每层）框框 架架轻质填充墙轻质填充墙机制砖填充墙机制砖填充墙10121214框架框架-剪力墙剪力墙轻质填充墙轻质填充墙机制砖填充墙机制砖填充墙12141416剪力墙、筒体剪力墙、筒体混凝土墙体混凝土墙体1518v在方案估算阶段，可参考表在方案估算阶段，可参考表3- -2提供的结构单位提供的结构单位面积重量估算竖向荷载。面积重量估算竖向荷载。3.2.1 风荷载的特点风荷载的特点3.2.2 风荷载标准值风荷载标准值wk3.

7、2.3 总风荷载总风荷载3.2.4 等效风荷载等效风荷载(1)(1)动力特性动力特性v波动风压会在建筑物上产生一定的动力效应（用静荷载乘波动风压会在建筑物上产生一定的动力效应（用静荷载乘风振系数风振系数z来考虑）。来考虑）。(2)(2)不均匀性不均匀性v在计算整体作用时，取各个表面的平均风压；在计算整体作用时，取各个表面的平均风压；v在计算局部表面的作用时，采用局部风载体型系数。在计算局部表面的作用时，采用局部风载体型系数。(3)(3)影响因素多影响因素多v近地风的性质、风速、风向有关；近地风的性质、风速、风向有关；v建筑物所在地的地貌及周围环境有关；建筑物所在地的地貌及周围环境有关；v建筑物

8、本身的高度、形状以及表面状况有关。建筑物本身的高度、形状以及表面状况有关。v空气流动形成的风遇到建筑物时，在建筑物表面产生的空气流动形成的风遇到建筑物时，在建筑物表面产生的压力或吸力，即建筑物的风荷载。压力或吸力，即建筑物的风荷载。3.2.2.1 风荷载标准值风荷载标准值wk 及基本风压值及基本风压值w03.2.2.2 风压高度变化系数风压高度变化系数z3.2.2.3 风载体型系数风载体型系数s3.2.2.4 风振系数风振系数z( (1) )风荷载标准值风荷载标准值wkv垂直于建筑物表面单位面积上垂直于建筑物表面单位面积上的风荷载标准值的风荷载标准值Wk按下式计算：按下式计算：wk=zzsw0

9、( (2) )基本风压值基本风压值w0v以当地比较空旷平坦地面上离地以当地比较空旷平坦地面上离地10m高统计所高统计所得的得的50年一遇年一遇10分钟平均年最大风速分钟平均年最大风速V0来确定：来确定：w0 v02/2( (3) )基本风压基本风压w w0 0在取值时应注意的几个问题：在取值时应注意的几个问题：v基本风压基本风压w0应按照现行国家标准应按照现行国家标准建筑结构荷载规范建筑结构荷载规范GB 50009-2012附录的规定采用附录的规定采用 ，但应，但应0.3kNm2；v对风荷载比较敏感的高层建筑，承载力设计时应按基本风压对风荷载比较敏感的高层建筑，承载力设计时应按基本风压的的1.

10、1倍采用。倍采用。 v基本风压值不是风对建筑物表面的压力；基本风压值不是风对建筑物表面的压力；v荷载规范（荷载规范（GB50009-2012GB50009-2012）附录可查出重现期为附录可查出重现期为1010年、年、5050年、年、100100年的年的w w0 0值。值。( (1) )与离地面或海平面高度及地面粗糙度类别有关。当与离地与离地面或海平面高度及地面粗糙度类别有关。当与离地面高度为面高度为1010米，且地面粗糙度类别为米，且地面粗糙度类别为B B类的类的z z为为1.001.00。(2)(2)不同地面粗糙度的风速沿高度的变化曲线见教材。不同地面粗糙度的风速沿高度的变化曲线见教材。(

11、3)(3)地面粗糙度可分为地面粗糙度可分为A、B、C、D四类：四类：vA A类指近海海面和海岛、海岸、湖岸及沙漠地区；类指近海海面和海岛、海岸、湖岸及沙漠地区；vB B类指田野、乡村、丛林、丘陵以及房屋比较稀疏类指田野、乡村、丛林、丘陵以及房屋比较稀疏的乡镇和城市郊区；的乡镇和城市郊区；vC C类指有密集建筑群的城市市区；类指有密集建筑群的城市市区；vD D类指有密集建筑群且房屋较高的城市市区。类指有密集建筑群且房屋较高的城市市区。(4)(4)位于山峰和山坡地的高层建筑物，其风压高度变化系数亦位于山峰和山坡地的高层建筑物，其风压高度变化系数亦应考虑进行修正。应考虑进行修正。(5)(5)风压高度

12、变化系数风压高度变化系数见表见表3- -3(pp61表表3-1)。v 它描述的是建筑物表面在稳定风压作用下的静态压力的它描述的是建筑物表面在稳定风压作用下的静态压力的分布规律，主要与建筑物的体型和尺度有关，也与周围分布规律，主要与建筑物的体型和尺度有关，也与周围环境和地面粗糙度有关；环境和地面粗糙度有关；v 当多个建筑物，特别是群集的高层建筑，相互间距较近当多个建筑物，特别是群集的高层建筑，相互间距较近时，宜考虑风力相互干扰的群体效应；一般可将单独建时，宜考虑风力相互干扰的群体效应；一般可将单独建筑物的体型系数乘以相互干扰增大系数，该系数可参考筑物的体型系数乘以相互干扰增大系数，该系数可参考类

13、似条件的试验资料确定；必要时宜通过风洞试验得出。类似条件的试验资料确定；必要时宜通过风洞试验得出。v 风荷载体型系数是指风作用在建筑物表面上所引起的实风荷载体型系数是指风作用在建筑物表面上所引起的实际压力（或吸力）与际压力（或吸力）与基本风压基本风压w0的比值。的比值。v计算主体结构的风荷载效应时，风荷载体型系数计算主体结构的风荷载效应时，风荷载体型系数 s按下列规定采用：按下列规定采用：1 圆形平面建筑取圆形平面建筑取0.8；2 正多边形及截角三角形平面建筑，由下式计算正多边形及截角三角形平面建筑，由下式计算(式中式中n是是多边形的变数多边形的变数)： 3 高宽比高宽比H/B不大于不大于4的

14、矩形、方形、十字形平面建筑取的矩形、方形、十字形平面建筑取1.3;4 下列建筑取下列建筑取1.4：1) V形、形、Y形、弧形、双十字形、井字形平面建筑；形、弧形、双十字形、井字形平面建筑；2) L形、槽形和高宽比形、槽形和高宽比H/B大于大于4的十字形平面建筑；的十字形平面建筑；3) 高宽比高宽比H/B大于大于4，长宽比，长宽比L/B不大于不大于1.5的矩形、鼓形平的矩形、鼓形平面建筑。面建筑。v在需要更细致进行风荷载计算的场合，风荷载体型在需要更细致进行风荷载计算的场合，风荷载体型系数可按表系数可按表3-4 (pp62表表3-2)采用，或由风洞试验确定。采用，或由风洞试验确定。 迎风面为压力

15、迎风面为压力( (表表3-43-4中中体型系数用体型系数用“”号表示号表示) )；侧风面及背风面为吸力侧风面及背风面为吸力( (表表3-4中体型系数用中体型系数用“” 号表示号表示) )；各面上的风压分布并不均匀各面上的风压分布并不均匀( (风压分布见图风压分布见图3-1) )，计算主体，计算主体结构时，采用各个表面的平均风载体型系数；结构时，采用各个表面的平均风载体型系数；风压风压( (吸吸) )力方向都垂直于该表面；力方向都垂直于该表面；计算风荷载对某个局部表面的作用时，采用局部风载体型系计算风荷载对某个局部表面的作用时，采用局部风载体型系数数檐口、雨篷、遮阳板、阳台等水平构件，计算局部上

16、檐口、雨篷、遮阳板、阳台等水平构件，计算局部上浮风荷载时，风荷载体型系数从不宜小于浮风荷载时，风荷载体型系数从不宜小于2.0。v风荷载体型系数在取值时应注意以下几点：风荷载体型系数在取值时应注意以下几点：(2)(2)风作用不规则，风压随着风速、风向而不停地改变。风作用不规则，风压随着风速、风向而不停地改变。(3)(3)通常把风作用的平均值看成稳定风压，即平均风压。通常把风作用的平均值看成稳定风压，即平均风压。(4)(4)实际风压是在平均风压上下波动，实际风压是在平均风压上下波动，见图见图3-23-2。( (5) )考虑的方法是采用风振系数考虑的方法是采用风振系数z，设计时用它加大风荷载，设计时

17、用它加大风荷载，仍然按照静力作用计算风载效应。仍然按照静力作用计算风载效应。(1)(1)风振系数是用来考虑风压脉动影响风振系数是用来考虑风压脉动影响的的。( (6) )对于高度大于对于高度大于30m且高宽比大于且高宽比大于1.5的房屋和基本自振周期的房屋和基本自振周期T1大于大于0.25s的各种高耸结构以及大跨度屋盖结构，均应考虑的各种高耸结构以及大跨度屋盖结构，均应考虑风压脉动对结构发生顺风向风振的影响。风压脉动对结构发生顺风向风振的影响。(7)高度大于高度大于30m，高宽比大于，高宽比大于1.5且可忽略扭转影响的高层建筑，且可忽略扭转影响的高层建筑，均可仅考虑第一振型的影响，按下式计算顺风

18、向风振系数。均可仅考虑第一振型的影响，按下式计算顺风向风振系数。)(110niiihwHp(8)对于横风向风振作用效应明显的高层建筑，宜考虑横风向对于横风向风振作用效应明显的高层建筑，宜考虑横风向风振的影响。风振的影响。(9)顺风向风振系数和横风向风振影响的计算参见顺风向风振系数和横风向风振影响的计算参见建筑结构建筑结构荷载规范荷载规范 GB 50009-2012。v房屋高度大于房屋高度大于200m或有下列情况之一时，宜进或有下列情况之一时，宜进行风洞试验判断确定建筑物的风荷载行风洞试验判断确定建筑物的风荷载：1 平面形状或立面形状复杂；平面形状或立面形状复杂；2 立面开洞或连体建筑；立面开洞

19、或连体建筑；3 周围地形和环境较复杂。周围地形和环境较复杂。v 通常按通常按x、y两个互相垂直的主轴方向分别计算总风荷载。两个互相垂直的主轴方向分别计算总风荷载。v 按下式计算按下式计算z高度处高度处1m高度的总风荷载标准值：高度的总风荷载标准值：Wk=zzw0(s1B1cos1+s2B2cos2+snBncosn)(2)(2)区别是风压力还是风吸力，以便作矢量相加；区别是风压力还是风吸力，以便作矢量相加；(3)(3)各表面风荷载的合力作用点，即总风荷载作用点。各表面风荷载的合力作用点，即总风荷载作用点。(1)(1)总风荷载为建筑物各个表面承受风力的合力，总风荷载为建筑物各个表面承受风力的合力

20、，是沿建筑物高度变化的线荷载（图是沿建筑物高度变化的线荷载（图3-5）。）。v 当按沿建筑高度当按沿建筑高度H的不同点确定的不同点确定z、z时，总风荷载的实际时，总风荷载的实际分布，如图（分布，如图（a）；）；v 如果沿如果沿H分段取分段取z、z为常数，则总风荷载可简化为阶梯形为常数，则总风荷载可简化为阶梯形分布，如图（分布，如图（b）；）；v 工程中为计算方便，常工程中为计算方便，常按建筑物底部弯矩相等按建筑物底部弯矩相等的原则，将阶的原则，将阶梯形分布荷载简化为梯形分布荷载简化为沿主体建筑沿主体建筑H的等效均布荷载的等效均布荷载, 如图如图（c）以便于利用图表近似计算结构的内力、侧移等。以

21、便于利用图表近似计算结构的内力、侧移等。M0=p0H2/2=W1h1h1/2+W2h2(h1+h2/2)+Wihi(h1+h2+hi-1+hi/2) + 得：得：(1)(1)主体建筑上的等效均布风荷载主体建筑上的等效均布风荷载小塔楼上风荷载的简化小塔楼上风荷载的简化niiiHFHq1max2v突出屋面的楼（电）梯间、水箱、女儿墙等的风荷载，突出屋面的楼（电）梯间、水箱、女儿墙等的风荷载，按对按对主体结构顶部位移相等主体结构顶部位移相等的原则，简化为作用在主体结的原则，简化为作用在主体结构顶部的集中力构顶部的集中力P。v经简化后，作用在高层建筑上的风荷载，结构分析经简化后，作用在高层建筑上的风荷

22、载，结构分析时可只取主体结构参与计算（图时可只取主体结构参与计算（图3-6）。）。等效集中荷载示意图等效集中荷载示意图v小塔楼上风荷载小塔楼上风荷载的简化的简化P=P2H3/ 3EI ；m1 1=m1 1H2/ 2EI ；令令P =m1，得：，得： P2=3m1/ 2H =3P1hn+1/ 4H P=P1+P2=P1+3P1hn+1/ 4H =P11+3hn+1/ 4H =Wn+1hn+11+3hn+1/ 4H 3.3 3.3 地震作用地震作用多质点体系水平地震作用简化后的计算简图如图，简化后的计算简图如图，图中图中G Gi i为第为第i i层质点的重层质点的重力荷载代表值。力荷载代表值。1、

23、结构体系的简化、结构体系的简化n一般把各层质量集中在一般把各层质量集中在楼层处；楼层处；nn n个楼层即形成个楼层即形成n n个质点。个质点。n每一楼面标高位置的重量每一楼面标高位置的重量( (称重力荷载代表值称重力荷载代表值) )由以下由以下几部分组成：几部分组成：恒荷载（本层楼面结构及上、下各半层墙、柱）的全部；恒荷载（本层楼面结构及上、下各半层墙、柱）的全部；雪荷载的雪荷载的5050；一般楼面活荷载的一般楼面活荷载的5050，藏书库、档案库活荷载的，藏书库、档案库活荷载的8080。 多质点体系的水平地震作用分布特点：多质点体系的水平地震作用分布特点：当质量、刚当质量、刚度沿高度分布较均匀

24、（度沿高度分布较均匀（GiGj）时，）时，Fi与与Hi成正比。成正比。 3 3、水平地震作用的简化、水平地震作用的简化 （1 1）主体结构）主体结构: :高层建筑主体结构上的水平地震作用高层建筑主体结构上的水平地震作用力可按底部弯矩相等的原则，简化为倒三角形分布，力可按底部弯矩相等的原则，简化为倒三角形分布， 2 2、反应谱底部剪力法计算水平地震作用、反应谱底部剪力法计算水平地震作用niiiHFM10（a) 实际地震作用： （b） 简化后： 2max031HqM niiiHFHq12max3niiiHFHqV1max021（2 2）顶部小塔楼：）顶部小塔楼：按主体结构顶部侧移相等的原则，按主体结构顶部侧移相等的原则，简化为作用在主体结构顶部的水平力。简化为作用在主体结构顶部的水平力。取取: P1=Fn+1, m1