第3章 高层建筑结构的荷载和地震作用

1、第 3 章 高层建筑(o cn jin zh)结构荷载 高层建筑(o cn jin zh)结构设计共四十五页第3章 高层建筑(o cn jin zh)结构的荷载与多层建筑结构有所不同，高层建筑结构 1）竖向荷载效应远大于多层建筑结构； 2）水平荷载的影响显著增加，成为其设计的主要因素(yn s)； 3）对高层建筑结构尚应考虑竖向地震的作用。高层建筑结构主要承受竖向荷载和水平荷载。1）竖向荷载2）水平荷载恒荷载活荷载风荷载地震作用共四十五页高、大、细、长等柔性工程结构的主要(zhyo)设计荷载 空气流动形成的风遇到建筑物时，就在建筑物表面产生压力或吸力，这种风力作用(zuyng)叫风荷载。风的大

2、小与（1）近地风的性质、风速、风向有关（2）建筑物所在地的地藐及周围环境（3）建筑本身的高度、形状以及表面状况有关共四十五页风的破坏力“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(zo chn)防波堤砌面下滑，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。 共四十五页风的破坏力共四十五页风的破坏力共四十五页共四十五页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

3、砸中附近五金厂，100多名工人侥幸(yo xn)逃过大难 共四十五页一、沪环球(hunqi)金融中心建筑装风阻尼器 上海环球金融中心位于(wiy)上海浦东陆家嘴地区建设中的101层超高层综合大厦（492m）。共四十五页 该工程上海环球金融中心在90层（地上395米）设置2台重约150吨的配重(pi zhn)物体风阻尼器，可抗12级以上台风。通过引入风阻尼器，将能使强风时加在建筑物上的加速度（重力）降低40%左右。另外，风阻尼器也可以降低强震对建筑物，尤其是建筑物顶部的冲击。 共四十五页二、台湾101大楼装风阻尼器 “台湾101金融大楼”位于(wiy)台北信义计划区，这座达508米高的建筑物将超

4、过美国芝加哥的西尔斯大楼，成全球最高的建筑物。共四十五页 大楼楼顶内部用钢缆悬着一颗重660吨、直径5.5米的巨球，巨球位于88楼，这是世界最大、最重、唯一外露(wi l)可供参观的风阻尼器，它是通过巨大钢球的摆动来减缓建筑物的晃幅。造价新台币一亿三千两百万元(人民币约2640万元)。共四十五页3.1.1 风荷载标准值1、基本风压 我国荷载规范规定，基本风压系以当地比较空旷平坦地面上离地 10m高，统计所得的 50 年一遇 10 分钟平均最大风速v0（m/s）为标准，按风速确定的风压值，但不得小于 0.3kN/m2。特别重要的高层建筑，取100年。共四十五页风压沿高度(god)的变化规律一般用

5、指数函数表示，即2、风压高度变化系数 风速大小与高度有关，一般近地面(dmin)处的风速较小，愈向上风速逐步加大。当达到一定高度时（300500m），风速不受地表影响，达到所谓梯度风。而且风速的变化还与地面粗糙程度有关。 分别为标准高度（例如10m）及该处的平均风速；地面粗糙度系数；地表粗糙程度愈大， 值则愈大； 共四十五页共四十五页风压高度变化系数：为某类地表上空高度处的风压与基本风压的比值，该系数取决于地面粗糙程度指数。 现行规范将地面粗糙程度分为四类： A类指近海海面、海岛、海岸、湖岸及沙漠地区； B类指田野、乡村、丛林、丘陵以及房屋比较稀疏(xsh)的乡镇和城市郊区； C类指有密集建筑

6、群的城市市区； D类指密集建筑群且房屋较高的城市市区。 共四十五页共四十五页3.2 风荷载(hzi) 3、风荷载体型系数 1）定义：风荷载体型系数是指风作用在建筑物表面所引起的压力(吸力)与原始风速算得的理论风压的比值。 2）特点：风荷载体型系数一般(ybn)都是通过实测或风洞模拟试验的方法确定，它表示建筑物表面在稳定风压作用下的静态压力分布规律，主要与建筑物的体型与尺度有关。共四十五页 迎风面的风压力在建筑物的中间偏上为最大，两边及底下最小；侧风面一般近侧大，远侧小，分布(fnb)也极不均匀；背风面一般两边略大，中间小。共四十五页 3）风荷载体型系数的确定：根据(gnj)设计经验和风洞试验（

7、）单体风压体型系数例:+0.8-0.7-0.70.5共四十五页（2）群体风压体型系数对建筑群，尤其是高层(o cn)建筑群，当房屋相互间距较近时，由于漩涡的相互干扰，房屋某些部位的局部风压会显著增大。高层规程规定，当多栋或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。一般可将单体建筑的体型系数乘以相互干扰增大系数，该系数可参考类似条件的试验资料确定，必要时宜通过风洞试验确定。（3）局部风压体型系数在计算风荷载对建筑物某个局部表面的作用时，要采用局部风荷载体型系数，用于验算表面围护结构及玻璃等强度和构件连接强度。檐口、雨蓬、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

8、不宜小于2.0。设计建筑幕墙时，应按有关的标准规定采用。 共四十五页4、风振系数 ）风速特点：风速的变化可分为两部分：一种是长周期的成分，其值一般在10min以上；另一种是短周期成分，一般只有几秒左右。因此，为便于分析，通常(tngchng)把实际风分解为平均风（稳定风）和脉动风两部分。稳定风周期长，对结构影响小；脉动风周期短，对结构影响大。共四十五页3.2 风荷载(hzi) ）风的动力效应：对于高度较大、刚度较小的高层建筑(o cn jin zh)，脉动风压会产生不可忽略的动力效应，在设计中必须考虑，目前采用加大风荷载的办法来考虑这个动力效应，即对风压值乘以风振系数。共四十五页3.2 风荷载

9、(hzi) 2）计算(j sun)： 对于基本自振周期T1大于0.25s的工程结构，以及高度大于30m且高宽比大于1.5的高柔房屋均应考虑脉动风压对结构产生的风振影响。共四十五页2）计算(j sun)：共四十五页3.2 风荷载(hzi) 共四十五页共四十五页3.1.2 总风荷载 总风荷载为建筑物各个表面上承受(chngshu)风力的合力，是沿建筑物高度变化的线荷载。 z高度处的总风荷载标准值按下式计算：Wz1Wz2Wz3Wz4共四十五页3.2 风荷载(hzi) 例 题 共四十五页3.2 风荷载(hzi) -0.5共四十五页3.2 风荷载(hzi) 共四十五页共四十五页共四十五页一高层钢筋混凝土

10、结构，平面形状(xngzhun)为正六边形，边长为20m。房屋共20层，除底层层高为5m外，其余层高为3.6m。该房屋的第一自振周期T1=1.2S，所在地区的基本风压地面粗糙度为C类。试计算各楼层处与风向一致方向(fngxing)总的风荷载标准值。风向解1 确定体形系数0-0.5+0.8-0.50-0.5该房屋共有6个面，查表得到各个面的风荷载体形系数，如图所示，不为零的4个面分别用表示。20m共四十五页2 计算(j sun)各层的风压高度系数近似(jn s)假定室内外地面相同，则二层楼面离室外地面高度为5m，查表，对于C类地面粗糙度，同理可求得其余各层楼面标高处的风压高度系数。3 计算风振系

11、数查表房屋高宽比H/B=(5+3.619)/34.64=2.1，查表，对于质量和刚度沿高度比较均匀的房屋，结构振型系数可以取对于C类地面，乘0.62根据0.621.01=0.63共四十五页4 计算各个(gg)面不同高度的分布风荷载5 计算各个面各楼层处的集中风荷载6 计算各楼层处总的风荷载共四十五页风荷载(hzi)计算结果共四十五页3.1.3 结构(jigu)风洞实验 (1)风洞试验目的结构抗风研究与设计时需要结构的体形系数和风振系数，但仅依靠荷载规范，往往很难精确得到。在实际中，常采用风洞试验来准确获得(hud)体形复杂结构的体型系数和风振系数。共四十五页3.1.3 结构(jigu)风洞实验

12、 (2)模拟(mn)方法自然形成法和人工形成法。（1）自然形成法：在均匀粗糙壁上自然形成模拟的大气边界层，所需试验段非常长，一般要求20米以上，而且通常还需加上一定的人工紊流装置，目前很少采用。（2）人工形成法：当前国际上主要采用的大气边界层模拟方法。方法有：曲网法、棍栅法、曲线切面蜂窝法、1/4椭圆尖劈+挡板+粗糙元法、大孔眼格网法、尖塔旋涡发生器法和孔板速度车法。 共四十五页国内主要(zhyo)风洞同济大学风洞：有大、中、小三座边界层风洞，总体规模(gum)居世界前列，其中 TJ-3 号风洞为世界同类风洞的第二位。TJ-1 ：直流闭口式，实验段1.8 m高1.8m宽14m长 ，风速130 米/秒。共四十五页TJ-2 ：实验(shyn)段高2.5 米宽3.0米长15m ，风速367 米/秒。共四十五页TJ-3 ：实验(shyn)段 2.0 米高15米宽 15米长 ，风速0.517 米/秒。 共四十五页共四十五页共四十五页内容摘要第 3 章 高层建筑结构荷载。2）水平荷载的影响显著增加，成为其设计的主要因素。高层建筑结构主要承受竖向荷载和水平荷载。分别为标准高度（例如10m）及该处的平均风速。C类指有密集建筑群的城市市区。D类指密集建筑