高层建筑结构荷载PPT课件

1、高层建筑结构设计原理高层建筑结构设计原理 Design Principles of Highris Building第第3 3章章 高层建筑结构荷载高层建筑结构荷载风场风场第1页/共73页高层建筑结构设计原理高层建筑结构设计原理 Design Principles of Highris Building第第3 3章章 高层建筑结构荷载高层建筑结构荷载（风的破坏力风的破坏力） v“森拉克”肆虐浙闽 防波堤被冲垮百米2003 七月 28 12:43 由于16号“森拉克”台风的袭击，投资1.2亿元、总长达1837米的玉环县坎门渔港防波堤遭受严重的损坏。渔港西堤被巨浪冲垮2个缺口，造成防波堤砌面下滑，

2、总长达100多米。险情发生后，当地政府组织公安、边防、民兵应急分队和群众及时进行抢修，力争将损失降低到最低限度 。 ( 施 兵 摄 影 报 道 ) 第2页/共73页高层建筑结构设计原理高层建筑结构设计原理 Design Principles of Highris Building第第3 3章章 高层建筑结构荷载高层建筑结构荷载（风的破坏力风的破坏力） 第3页/共73页高层建筑结构设计原理高层建筑结构设计原理 Design Principles of Highris Building第第3 3章章 高层建筑结构荷载高层建筑结构荷载（风的破坏力风的破坏力） 第4页/共73页高层建筑结构设计原理高层

3、建筑结构设计原理 Design Principles of Highris Building第第3 3章章 高层建筑结构荷载高层建筑结构荷载（风的破坏力风的破坏力） 第5页/共73页高层建筑结构设计原理高层建筑结构设计原理 Design Principles of Highris Building第第3 3章章 高层建筑结构荷载高层建筑结构荷载（风的破坏力风的破坏力） 广州大道南一栋五层厂房近1000平方米的2块铁皮被卷起后砸中附近五金厂，100多名工人侥幸逃过大难 第6页/共73页高层建筑结构设计原理高层建筑结构设计原理 Design Principles of Highris Buildi

4、ng第第3 3章章 高层建筑结构荷载高层建筑结构荷载塔科马桥的风毁塔科马桥的风毁 1940年11月7日上午，刮起了不算大的暴风，美国一座刚建成不久的悬索桥却开始恐怖地晃动起来。4个月前，就在大桥开通典礼时，此桥还被评价为：是可以经受住任何风暴的经典的工程杰作。但是，就在时速不过67.2KM/每小时(18米/秒)的风力下，桥的中部却开始剧烈地晃动起来。开始，人们还以为风大时会晃动，桥设计时就是这样设计的。起先只是觉得好奇，但事实并非如此。大约一个小时后，桥开始更加剧烈的晃动并扭曲起来，只有几个胆大的人勉强过了桥。风势减弱后，悬索吊着的部位还象海浪一样颠簸起伏着。这时，人们已感觉到是桥梁工程设计的

5、失误。整个桥梁进入到一种另人难以置信的疯狂的状态之中。终于，桥崩塌 了第7页/共73页高层建筑结构设计原理高层建筑结构设计原理 Design Principles of Highris Building第第3 3章章 高层建筑结构荷载高层建筑结构荷载风毁事故风毁事故第8页/共73页高层建筑结构设计原理高层建筑结构设计原理 Design Principles of Highris Building第第3 3章章 高层建筑结构荷载高层建筑结构荷载第9页/共73页高层建筑结构设计原理高层建筑结构设计原理 Design Principles of Highris Building第第3 3章章 高层建

6、筑结构荷载高层建筑结构荷载第10页/共73页高层建筑结构设计原理高层建筑结构设计原理 Design Principles of Highris Building第第3 3章章 高层建筑结构荷载高层建筑结构荷载第11页/共73页高层建筑结构设计原理高层建筑结构设计原理 Design Principles of Highris Building第第3 3章章 高层建筑结构荷载高层建筑结构荷载第12页/共73页高层建筑结构设计原理高层建筑结构设计原理 Design Principles of Highris Building第第3 3章章 高层建筑结构荷载高层建筑结构荷载第13页/共73页高层建筑结

7、构设计原理高层建筑结构设计原理 Design Principles of Highris Building第第3 3章章 高层建筑结构荷载高层建筑结构荷载第14页/共73页高层建筑结构设计原理高层建筑结构设计原理 Design Principles of Highris Building第第3 3章章 高层建筑结构荷载高层建筑结构荷载第15页/共73页高层建筑结构设计原理高层建筑结构设计原理 Design Principles of Highris Building第第3 3章章 高层建筑结构荷载高层建筑结构荷载第16页/共73页高层建筑结构设计原理高层建筑结构设计原理 Design Prin

8、ciples of Highris Building第第3 3章章 高层建筑结构荷载高层建筑结构荷载第17页/共73页高层建筑结构设计原理高层建筑结构设计原理 Design Principles of Highris Building第第3 3章章 高层建筑结构荷载高层建筑结构荷载第18页/共73页高层建筑结构设计原理高层建筑结构设计原理 Design Principles of Highris Building第第3 3章章 高层建筑结构荷载高层建筑结构荷载第19页/共73页高层建筑结构设计原理高层建筑结构设计原理 Design Principles of Highris Building第

9、第3 3章章 高层建筑结构荷载高层建筑结构荷载3.1 风荷载风荷载 风在建筑物表面产生压力和吸力称为风荷载。 影响因素： 风速、风向 建筑物的高度、形状第20页/共73页高层建筑结构设计原理高层建筑结构设计原理 Design Principles of Highris Building第第3 3章章 高层建筑结构荷载高层建筑结构荷载确定风荷载的方法确定风荷载的方法 按规范方法计算 风洞试验+计算（高柔建筑、特殊建筑） 单位面积上的风荷载标准值 总体风荷载标准值第21页/共73页高层建筑结构设计原理高层建筑结构设计原理 Design Principles of Highris Building第

10、第3 3章章 高层建筑结构荷载高层建筑结构荷载风荷载形成风荷载形成第22页/共73页高层建筑结构设计原理高层建筑结构设计原理 Design Principles of Highris Building第第3 3章章 高层建筑结构荷载高层建筑结构荷载单位面积上的风荷载标准值单位面积上的风荷载标准值 W k = z s z W0 垂直作用于建筑物表面单位面积 上的风荷载标准值Wk W。基本风压值，单位：kNm2； s风载体型系数； z一风压高度变化系数； zz高度处的风振系数。第23页/共73页高层建筑结构设计原理高层建筑结构设计原理 Design Principles of Highris Bu

11、ilding第第3 3章章 高层建筑结构荷载高层建筑结构荷载1） 基本风压值基本风压值W。 由建筑结构荷载规范得到； 荷载规范给出了各地区、各城市的基本风压值W。第24页/共73页高层建筑结构设计原理高层建筑结构设计原理 Design Principles of Highris Building第第3 3章章 高层建筑结构荷载高层建筑结构荷载规范确定基本风压值的方法规范确定基本风压值的方法 取该地区（城市）空旷平坦地面上离地10m处、重现期为50年(或100年)的10分钟平均最大风速v0（ms） 计算基本风压值。 W。=v021600 一般高层建筑：重现期50年 特殊高层建筑：重现期100年第

12、25页/共73页高层建筑结构设计原理高层建筑结构设计原理 Design Principles of Highris Building第第3 3章章 高层建筑结构荷载高层建筑结构荷载2）风压高度变化系数）风压高度变化系数z （表（表3-1） 与距地面高度有关 与地貌有关：地面粗糙度（规范分为A、B、C、D四类） A类：近海海面、海岛、海岸、湖岸及沙漠地区； B类：田野、乡村、丛林、丘陵以及房屋比较稀疏的乡镇和城市郊区； C类：有密集建筑群的城市市区； D类：有密集建筑群且房屋较高的城市市区。第26页/共73页高层建筑结构设计原理高层建筑结构设计原理 Design Principles of Hi

13、ghris Building第第3 3章章 高层建筑结构荷载高层建筑结构荷载风速随高度变化风速随高度变化第27页/共73页高层建筑结构设计原理高层建筑结构设计原理 Design Principles of Highris Building第第3 3章章 高层建筑结构荷载高层建筑结构荷载3） 风载体型系数风载体型系数s风荷载与建筑体型的关系风荷载与建筑体型的关系第28页/共73页高层建筑结构设计原理高层建筑结构设计原理 Design Principles of Highris Building第第3 3章章 高层建筑结构荷载高层建筑结构荷载风荷载垂直风荷载垂直于建筑表面于建筑表面正为压力负正为压

14、力负为吸力为吸力第29页/共73页高层建筑结构设计原理高层建筑结构设计原理 Design Principles of Highris Building第第3 3章章 高层建筑结构荷载高层建筑结构荷载4） 风振系数风振系数 z考虑波动风压即风的动力效应考虑波动风压即风的动力效应第30页/共73页高层建筑结构设计原理高层建筑结构设计原理 Design Principles of Highris Building第第3 3章章 高层建筑结构荷载高层建筑结构荷载风振系数风振系数z的取值的取值 高度大于30m且高宽比大于1.5的房屋建筑，用风振系数考虑动力效应加大风载(否则取1.0)第31页/共73页高

15、层建筑结构设计原理高层建筑结构设计原理 Design Principles of Highris Building第第3 3章章 高层建筑结构荷载高层建筑结构荷载参数简介参数简介 -基本振型z高度处振型系数，当刚度和质量沿高度分布均匀时，可近似用代替振型系数； 脉动增大系数，按表3-3选用, 查表时需要参数W0T2, W0为基本风压值,T为结构基本周期, 可用近似方法计算； 脉动影响系数，按表3-4选用； z风压高度变化系数，表3-1。第32页/共73页高层建筑结构设计原理高层建筑结构设计原理 Design Principles of Highris Building第第3 3章章 高层建筑结

16、构荷载高层建筑结构荷载总风荷载与局部风荷载总风荷载与局部风荷载 总风荷载：建筑物各表面风力的合力；沿高度变化的线荷载。 Z高度处的总风荷载Wz(kN/m) W= ZZW0 (S1B1 ) n 建筑外围表面数； Bi 第i个表面的宽度； i第i个表面法线与总风荷载作用方向的夹角。第33页/共73页高层建筑结构设计原理高层建筑结构设计原理 Design Principles of Highris Building第第3 3章章 高层建筑结构荷载高层建筑结构荷载风荷载计算风荷载计算 楼板高度单位面积上的风荷载标准值楼板高度各表面风力的合力及作用点（坐标）楼板高度总风力的合力（线荷载）及作用点（坐标）

17、作用在楼板位置的集中荷载（总风力的合力上下层高一半之和，kN)第34页/共73页高层建筑结构设计原理高层建筑结构设计原理 Design Principles of Highris Building第第3 3章章 高层建筑结构荷载高层建筑结构荷载局部风荷载的定义及用途局部风荷载的定义及用途 用于计算结构局部构件或围护构件或围护构件与主体的连接； 如水平悬挑构件、幕墙构件及其连接件等。第35页/共73页高层建筑结构设计原理高层建筑结构设计原理 Design Principles of Highris Building第第3 3章章 高层建筑结构荷载高层建筑结构荷载（局部风压体型系数局部风压体型系数

18、） 局部风压体型系数：局部风压体型系数： 正压区：同上取法正压区：同上取法 负压区：负压区： 墙面：墙面：-1.0-1.0 墙角边：墙角边：-1.8-1.8 屋面局部部位（周边和屋面坡度大于屋面局部部位（周边和屋面坡度大于10100 0的屋脊部位）：的屋脊部位）：-2.2-2.2 檐口、雨篷、遮阳板等突出构件：檐口、雨篷、遮阳板等突出构件：-2.0-2.0 第36页/共73页高层建筑结构设计原理高层建筑结构设计原理 Design Principles of Highris Building第第3 3章章 高层建筑结构荷载高层建筑结构荷载习题习题3 P.72 3.3 基本风压值W0=0.45kN

19、/m2，基本周期T=1.0s，C类地面粗糙度。沿高度分布：作用在各楼面位置的风荷载。第37页/共73页高层建筑结构设计原理高层建筑结构设计原理 Design Principles of Highris Building第第3 3章章 高层建筑结构荷载高层建筑结构荷载3.2 地震作用地震作用 地震学基础 地震是一种可能造成生命、财产损失的自然现象。 地震的类型：火山地震，陷落地震，构造地震（可能造成震害） 构造地震：地质构造变动（岩石断裂、错动）引起的地震。第38页/共73页高层建筑结构设计原理高层建筑结构设计原理 Design Principles of Highris Building第第3

20、 3章章 高层建筑结构荷载高层建筑结构荷载地球内部构造地球内部构造第39页/共73页高层建筑结构设计原理高层建筑结构设计原理 Design Principles of Highris Building第第3 3章章 高层建筑结构荷载高层建筑结构荷载构造地震形成示意构造地震形成示意第40页/共73页高层建筑结构设计原理高层建筑结构设计原理 Design Principles of Highris Building第第3 3章章 高层建筑结构荷载高层建筑结构荷载地壳分成地壳分成6大板块和许多小板块大板块和许多小板块第41页/共73页高层建筑结构设计原理高层建筑结构设计原理 Design Princ

21、iples of Highris Building第第3 3章章 高层建筑结构荷载高层建筑结构荷载两条大的地震活动带两条大的地震活动带第42页/共73页高层建筑结构设计原理高层建筑结构设计原理 Design Principles of Highris Building第第3 3章章 高层建筑结构荷载高层建筑结构荷载第43页/共73页高层建筑结构设计原理高层建筑结构设计原理 Design Principles of Highris Building第第3 3章章 高层建筑结构荷载高层建筑结构荷载地震波地震波体波：体波： 纵波，纵波， 横波横波面波：面波：Rayleigh波，波，Love波波第44

22、页/共73页高层建筑结构设计原理高层建筑结构设计原理 Design Principles of Highris Building第第3 3章章 高层建筑结构荷载高层建筑结构荷载第45页/共73页高层建筑结构设计原理高层建筑结构设计原理 Design Principles of Highris Building第第3 3章章 高层建筑结构荷载高层建筑结构荷载地震的度量地震的度量 震级：地震的大小。 反映地震释放能量的大小 一次地震只有一个震级。 烈度：地面震动的强烈程度。 不同震中距可能有不同的烈度。第46页/共73页高层建筑结构设计原理高层建筑结构设计原理 Design Principles

23、of Highris Building第第3 3章章 高层建筑结构荷载高层建筑结构荷载地震地面运动的六个振动分量地震地面运动的六个振动分量 两个水平分量 一个竖向分量 三个转动分量 地震地面运动三要素 峰值（振幅，强度）峰值加速度、 速度、位移 频谱（频率成分） 持续时间第47页/共73页高层建筑结构设计原理高层建筑结构设计原理 Design Principles of Highris Building第第3 3章章 高层建筑结构荷载高层建筑结构荷载1940 El Centro 地震地面运动时程地震地面运动时程第48页/共73页高层建筑结构设计原理高层建筑结构设计原理 Design Princ

24、iples of Highris Building第第3 3章章 高层建筑结构荷载高层建筑结构荷载影响地震地面运动的因素影响地震地面运动的因素 震源机制（很复杂） 震级（震级大：峰值大，持时长，主要周期长） 距离（距离大：峰值小，持时短，主要周期长） 场地（基岩、硬土：峰值小，主要周期短，持时短；软土：峰值大，主要周期长，持时长）第49页/共73页高层建筑结构设计原理高层建筑结构设计原理 Design Principles of Highris Building第第3 3章章 高层建筑结构荷载高层建筑结构荷载对建筑物震害的影响对建筑物震害的影响 大震、远距、软土： 长周期结构震害大 中震、震中

25、区、硬土： 低层建筑震害大 地震有选择的破坏（未抗震设计的建筑结构）第50页/共73页高层建筑结构设计原理高层建筑结构设计原理 Design Principles of Highris Building第第3 3章章 高层建筑结构荷载高层建筑结构荷载场地与房场地与房屋破坏率屋破坏率的关系的关系第51页/共73页高层建筑结构设计原理高层建筑结构设计原理 Design Principles of Highris Building第第3 3章章 高层建筑结构荷载高层建筑结构荷载抗震设防准则及基本方法抗震设防准则及基本方法 1）三水准抗震设防目标 小震不坏结构为弹性 中震可修部分构件屈服，不严重 大震

26、不倒结构破坏，保证生命、财产安全第52页/共73页高层建筑结构设计原理高层建筑结构设计原理 Design Principles of Highris Building第第3 3章章 高层建筑结构荷载高层建筑结构荷载三水准抗震三水准抗震 小震50年内超越概率63.5%的地震烈度，重现期50年 中震50年内超越概率10%的地震烈度，重现期475年 大震50年内超越概率（2-3）%的地震烈度，重现期大于2000年 小震烈度比设防烈度低约1.55度 中震烈度设防烈度，基本烈度，由国家规定，北京8度 大震烈度罕遇烈度，比基本烈度高1度第53页/共73页高层建筑结构设计原理高层建筑结构设计原理 Desig

27、n Principles of Highris Building第第3 3章章 高层建筑结构荷载高层建筑结构荷载2）两阶段抗震设计方法）两阶段抗震设计方法 第一阶段：结构设计阶段 结构方案和结构布置 抗震计算：弹性方法，结构层间位移，荷载效应及效应组合 截面承载力验算 抗震构造措施（地震作用：采用小震计算地震作用及其效应）第54页/共73页高层建筑结构设计原理高层建筑结构设计原理 Design Principles of Highris Building第第3 3章章 高层建筑结构荷载高层建筑结构荷载第二阶段：弹塑性变形验算第二阶段：弹塑性变形验算 少数高层建筑结构 结构进入屈服 地震作用：大

28、震 弹塑性时程计算，静力弹塑性计算第55页/共73页高层建筑结构设计原理高层建筑结构设计原理 Design Principles of Highris Building第第3 3章章 高层建筑结构荷载高层建筑结构荷载3）抗震设防范围）抗震设防范围 设防烈度为6度及6度以上地区的建筑结构需要抗震设防 建筑抗震设计规范适用于69度地区的建筑抗震设计第56页/共73页高层建筑结构设计原理高层建筑结构设计原理 Design Principles of Highris Building第第3 3章章 高层建筑结构荷载高层建筑结构荷载1957年地震烈度区划图年地震烈度区划图第57页/共73页高层建筑结构设

29、计原理高层建筑结构设计原理 Design Principles of Highris Building第第3 3章章 高层建筑结构荷载高层建筑结构荷载1990年地震烈度区划图年地震烈度区划图第58页/共73页高层建筑结构设计原理高层建筑结构设计原理 Design Principles of Highris Building第第3 3章章 高层建筑结构荷载高层建筑结构荷载第59页/共73页高层建筑结构设计原理高层建筑结构设计原理 Design Principles of Highris Building第第3 3章章 高层建筑结构荷载高层建筑结构荷载抗震设防烈度和设计基本地震加速度值抗震设防烈度

30、和设计基本地震加速度值的对应关系的对应关系 抗震设防 烈度 6 7 8 9 设计基本 地震加速 0.05g 0.10 g 0.20 g 0.40 g 度值 (0.15)g (0.30) g 第60页/共73页高层建筑结构设计原理高层建筑结构设计原理 Design Principles of Highris Building第第3 3章章 高层建筑结构荷载高层建筑结构荷载全国设计基本地震加速度分布全国设计基本地震加速度分布 设计基本地震加速度 城镇个数 0.05g 近1100 0.10g 约700 0.15g 约350 0.20g 约300 0.30g 近45 0.40g 15 注：不设防的城镇

31、约380 个。第61页/共73页高层建筑结构设计原理高层建筑结构设计原理 Design Principles of Highris Building第第3 3章章 高层建筑结构荷载高层建筑结构荷载抗震计算理论抗震计算理论 计算地震作用的方法： 静力法（弹性方法） 反应谱方法（弹性方法） 时程分析法(弹性方法，弹塑性方法)第62页/共73页高层建筑结构设计原理高层建筑结构设计原理 Design Principles of Highris Building第第3 3章章 高层建筑结构荷载高层建筑结构荷载静力法静力法 静力法：二十世纪初 地震作用为一个总水平力等于建筑物理总重量乘以一个 地震系数 1

32、924年，日本取0.1 1927年，美国取0.0750.1第63页/共73页高层建筑结构设计原理高层建筑结构设计原理 Design Principles of Highris Building第第3 3章章 高层建筑结构荷载高层建筑结构荷载反应谱方法反应谱方法 反应谱方法：用地震加速度反应谱计算结构的地震作用。 40年代，获得强震地面运动加速度时程记录，提出计算反应谱的概念。 50年代初，计算了大量的反应谱曲线，解决了高振型对地震作用的影响 54年，美国加州规范首先采用反应谱理论第64页/共73页高层建筑结构设计原理高层建筑结构设计原理 Design Principles of Highris Building第第3 3章章 高层建筑结构