PPT高层建筑结构荷载

第3章高层建筑结结构荷载竖向荷载水平荷载恒载活载风荷载地震作用3.1风荷载第3章3.1风荷载广州大道南南一栋五层层厂房近1000平方米的2块铁皮被卷卷起后砸中中附近五金金厂，100多名工人侥侥幸逃过大大难风荷载形成成确定风荷载载的方法按规范方法法计算风洞试验+计算（高柔柔建筑、特特殊建筑））单位面积上上的风荷载载标准值总体风荷载载标准值第3章3.1风荷载3.1.1单位面积上上的风荷载载标准值

《建筑结构荷载规范》（GB50009－2001）规定垂直作用于建筑表面单位面积上的风荷载标准值按下式计算:式中:—基本风压值（KN/m2）

—风载体型系数

—风压高度变化系数

—z高度处的风振系数第3章3.1风荷载计算公式——空气密度1.基本风压值

《建筑结构荷载规范》（GB50009－2001）规定：基本风压的计算依据是位于比较空旷平坦地面上，离地面10m高处，统计50年一遇的10分钟平均最大风速。第3章3.1风荷载《建筑结构荷荷载规范》（GB50009－2001）规定：对一般结构，，结构基准准期为50年，对于特特别重要或或有特殊要要求的高层建筑，，结构基准准期为100年，按《荷载规范》附录D附表D.4确定。在进行舒适度计算时，取取结构基准准期为10年。《高层民用建建筑钢结构构技术规程程》（JGJ99－98）规定：对高层钢结构构，由于结构构重要性不不同且对风风荷载较为为敏感，结构基准期期为100年。按《荷载规范》附录D附表D.4确定，并乘乘以重现期调整整系数1.1。基本风压取取值第3章3.1风荷载《荷载规范》规定地貌按地面面粗糙度分分为A、B、C、D四类。以B类地貌离地地面10m高度处的风风压值作为为基本风压压。第3章3.1风荷载zm2、风压高度变化系数A、B、C、D四类地面的的风剖面位于平坦地地面的建筑筑可按地面粗粗糙度，由由教材P31页表3－1确定。位于山峰、、山坡及山山谷的建筑筑，再乘以修正正系数。第3章3.1风荷载4500.30有密集建筑群且房屋较高的城市市区D类4000.22有密集建筑群的城市市区C类3500.16田野、乡村、丛林、丘陵，房屋比较稀疏的乡村和城市郊区B类3000.12近海海面、海岛、湖岸，沙漠地区A类风压高度系数梯度风高度（m）地面粗糙指数地表特征地貌类别平面形状规规则的建筑筑可按平面形形状，由教教材P49表3－2确定。风压压始终垂直直于建筑表表面，＋为为压力，－－为吸力。。3、风载体型型系数

平面不形状规则的建筑

（1）圆形平面：（2）正多边形及切角三角形：（3）高宽比的方向、矩形、十字形：（4）高宽比，长宽比的矩形等：（5）V形、Y形、弧形、双十字形、井字形：（6）L形、槽形及高宽比的十字形：

第3章3.1风荷载《荷载规范》规定对于高度大大于30m、高宽比大大于1.5且可忽略扭扭转振动影影响的高层层建筑，可可仅考虑第第一振型的的影响，结结构的风荷荷载可通过过风振系数数来计算。。风振系数计算公式

脉动影响系数脉动增大系数振型系数4、风振系数第3章3.1风荷载基本振型z高度处的振型系数(2)按计算公式确定。(1)对于刚度和和质量沿高高度分布均均匀时，可可近似用z/H代替振型系系数。一般情况下下，对结构构顺风时，，仅考虑第第一振型。。第3章3.1风荷载

脉动增大系数(1)按计算公式确定结构阻尼比：钢结构取0.02；混凝土取0.05结构自振周期：结构力学计算，也可按近似公式。钢结构：SRC：(2)根据的数值，由P50表3－3确定。注意：表中数值均按B类地面来确定，对A类、C类、D类地面，应分别乘以1.38、0.62和0.32，再查表。第3章3.1风荷载(2)对外形、质质量沿高度度比较均匀匀的高层结结构，可根根据建筑总总高度H、建筑物迎迎风面的高宽比H/B以及地面类类别按教材材P51表3－4确定。(1)按计算公式确定。考虑风压脉动相关性的折算系数脉动高度变化系数地面粗糙度系数脉动影响系数第3章3.1风荷载3.1.2总体风荷载载与局部风风荷载总体风荷载载是建筑物物各表面承承受风作用用力的合力力，是沿高高度变化的的分布荷载载，用于计计算抗侧力力结构的侧侧移及各构构件内力。。设计时，将将沿高度分分布的总体体风荷载的的线荷载换换算成集中中作用在各各楼层位置置的集中荷荷载，再计计算结构的的内力和位位移。式中中：：n——建筑筑外外围围表表面面数数Bi——第i个表表面面的的宽宽度度第3章3.1风荷荷载载局部部风风荷荷载载作作用用用用于于计计算算结结构构局局部部构构件件、、维维护护构构件件或或维护护构构件件与与主主体体的的连连接接。。采采用用局部部风风荷荷载载体体型型系系数数。。《荷载载规规范范》规定定验算算高高层层钢钢结结构构围围护护构构件件及及其其连连接接，，局局部部风风荷荷载载体体型型系系数数可可按按下下列列原原则则确外表表面面（1）正正压（2）负压区：①墙面：－1.0；②墙角：－1.8；

③周边和屋面坡度大于10度屋脊：－2.2；

④檐口、雨棚、遮阳板等突出构件：－2.0。

外封封闭闭式式建建筑筑（1）正正压压区区：：+0.2（2）负负压压区区：：-0.2第3章3.1风荷荷载载3.1.3关于于风风洞洞试试验验我国国现现行行《高层层建建筑筑混混凝凝土土结结构构技技术术规规程程》规定定有下下列列情情况况之之一一的的建建筑筑物物，宜宜按按风风洞洞试试验验确确定定风风荷荷载载：：（1）高高度度大大于于200m；（2）高高度度大大于于150m，且且平平面面形形状状不不规规则则、、立立面面形形状状复复杂杂，，或或立立面面开开洞洞、、联联体体建建筑筑等等。。（3）规规范范或或规规程程中中没没有有给给出出风风载载体体型型系系数数的的建建筑筑物物；；（4）周周围围地地形形和和环环境境复复杂杂，，临临近近有有高高层层建建筑筑时时，，宜宜考考虑虑相相互互干干扰扰的的群群体体效效应应，，缺缺乏乏相相互互干干扰扰增增大大系系数数时时宜宜通通过过风风洞洞试试验验得得出出。。第3章3.1风荷荷载载抗风风设设计计:宜采采用用上上小小下下大大的的规规则则立立面面：作作用用于于建建筑筑上上的的风荷荷载载标标准准值值按按倒倒三三角角形形分分布布，，如如梯梯形形、、三三角角形，，图图(a)、(b)所示示。。（1）将将风风荷荷载载值值较较大大上上部部结结构构面面积积减减小小，，从从而而减小小了了结结构构底底部部的的风风荷荷载载倾倾覆覆力力矩矩；；（2）从从上上到到下下，，楼楼层层的的抗抗侧侧刚刚度度和和抗抗倾倾覆覆能能力力增长长与与风风载载水水平平剪剪力力和和倾倾覆覆力力矩矩的的增增长长步步调一一致致；；（3）周周边边向向内内倾倾斜斜的的竖竖向向承承力力构构件件轴轴力力的的水水平平分力力，，可可抵抵消消各各楼楼层层的的部部分分水水平平剪剪力力。。第3章3.1风荷荷载载立面面可可开开设设大大洞洞口口和和透透空空层层：可可显显著著地地减减小小建建筑筑的的风风荷荷载载，，图(c)、(d)所示示。。第3章3.1风荷荷载载风洞洞试试验验确确定定3.2地震震作作用用第3章3.1风荷荷载载3.2地震震作作用用设计基本地震加速度城镇个数

0.05g近11000.10g约7000.15g约3500.20g约3000.30g近45≥0.40g15注：不设防的城镇约380个。全国设计基本地震加速度分布

地震震作作用用：由地地震震引引的的结结构构动动态态作作用用，，包包括括水水平平地地震震作作用用、、竖竖向向地地震震作作用用和和、、扭扭转转地地震震作作用用。。3.2.1地震震作作用用的的特特点点设计地震动参参数：抗震设计用用的地震加速速度(速度、位移)时程曲线、加加速度反应谱谱和峰值加速速度。（1）单质点体系（2）多质点体系第3章3.1风荷载3.2地震作用设计基本地震震加速度：50年设计基准期期超越概率10%的地震加速度度的设计取值值。设计特征周期期：抗震设计用用的地震影响响系数曲线中中，反映地震震震级、震中中距和场地类类别等因素的的下降段起始始点对应的周周期值。场地：工程群体所所在地，具有有相似的反应应谱特征。其其范围相当于于厂区、居民民小区和自然然村或不小于于1.0k㎡的平面面积。。抗震设防烈度度：按国家规定定的权限批准准作为一个地地区抗震设防防依据的地震震烈度。第3章3.1风荷载3.2地震作用抗震设防标准准：衡量抗震设设防要求的尺尺度，由抗震震设防烈度和和建筑使用功功能的重要性性确定。建筑抗震概念念设计：根据地震灾灾害和工程经经验等所形成成的基本设计计原则和设计计思想，进行行建筑和结构构总体布置并并确定细部构构造的过程。。抗震措施：除地震作用用计算和抗力力计算以外的的抗震设计内内容，包括抗抗震构造措施施。抗震构造措施施：根据抗震概概念设计原则则，一般不需需计算而对结结构和非结构构各部分必须须采取的各种种细部要求。。第3章3.1风荷载3.2地震作用1.抗震设防的三三水准目标3.2.2抗震设防准则则及基本方法法《建筑抗震设计计规范》GB50011-2001（以下简称《抗震规范》）中提出的建建筑物抗震设设防目标为：：“小震不坏，中中震可修，大大震不倒”。抗震设防是指指对建筑物进进行抗震设计和采取抗震构造措施施，以达到抗震震的效果。抗抗震设防的依依据是抗震设设防烈度。第3章3.1风荷载3.2地震作用2.抗震设计的两两阶段方法第二阶段为验验算阶段：用于重要或或特殊的结构构，用大震作作用进行弹塑塑性变形验算算。第一阶段为结结构设计阶段段：在初步设计计及技术设计时，就要按按有利于抗震震的做法去确确定结构方案案和结构布置，然然后相应的小小震作用进行行结构的抗震震计算及抗震构造造设计。第3章3.1风荷载3.2地震作用3、抗震设防范围围建筑分类：特殊设防类—指使用上有特特殊设施，涉涉及国家公共共安全的重大大建筑工程和和地震时可能能发生严重次次生灾害等（（如产生放射射性物质的污污染、大爆爆炸）特别重重大灾害后果果，需要进行行特殊设防的的建筑，简称称甲类。。《抗震规规范》规定：：抗震震设防防烈度度为6度及以以上地地区的的建筑筑，必必须进进行抗抗震设设计。。大于于9度地区区的建建筑和和行业业有特特殊要要求的的工业业建筑筑，抗抗震设设计有有专门门规定定。第3章3.1风荷载载3.2地震作作用重点设设防类类——指地震震时使使用功功能不不能中中断或或需尽尽快恢恢复的的生命命线相相关建建筑，，以及及地震震时可可能导导致大大量人人员伤伤亡等等重大大灾害害后果果，需需要提提高设设防标标准的的建筑筑。简简称乙类。。标准设设防类类——指大量量的除除甲、、乙、、丁类类以外外按标标准要要求进进行设设防的的建筑筑。简简称丙类。。适度设设防类类——指使用用上人人员稀稀少且且震损损不致致产生生次生生灾害害，允允许在在一定定条件件下适适度降降低要要求的的建筑筑。简称称丁类。。第3章3.1风荷载载3.2地震作作用国家标标准《建筑抗抗震设设防分分类标标准》GB50223规定，，各抗抗震设设防类类别建建筑的的抗震震设防防标准准应符符合下下列要要求：：（1）甲甲类建建筑地震作用应应高于于本地区区抗震震设防防烈度度的要要求，，其值应按按批准准的地地震安安全性性评价价结果果确定定；抗抗震措施，当抗震震设防防烈度度为6-8度时，，应符符合本本地区区抗震震设防防烈度提高1度的要求求，当当为9度时，，应符符合比比9度抗震震设防更更高的的要求求。第3章3.1风荷载载3.2地震作作用（2）乙乙类建建筑地震作用应应符合合本地区区抗震震设防防烈度度的要要求；；抗震震措施，一般般情况况下，，当抗抗震设设防烈烈度为为6-8度时，，应符符合比比本地地区抗抗震设设防烈烈度提高一度的的要求求，当当为9度时，，应符符合比比9度抗震震设防防更高高的要要求；；地基基基础础的抗抗震措措施应应符合合有关关规定定。对较小的的乙类类建筑，，当其其结构构改用用抗震震性能能较好好的结结构类类型时时，应应允许许仍按按本地地区抗抗震设设防烈烈度的的要求求采取取抗震震措施施。第3章3.1风荷载载3.2地震作作用（3）丙丙类建建筑地震作作用和和抗震震措施施均应应符合本地区区抗震震设防防烈度的要要求。。（4）丁丁类建建筑一般情情况下下，地地震作作用仍仍应符合本地区区抗震震设防防烈度的的要求求；抗抗震措措施应应允许许比本本地区区抗震震设防防烈度度的要求求适当降降低，但抗抗震设设防烈烈度为为6度时不不应降降低。。抗震设设防烈烈度为为6度时，，除规规范有有具体体规定定外，，对乙乙、丙丙、丁丁类建建筑可可不进进行地地震作作用计计算。第3章3.1风荷载载3.2地震作作用1.静力理理论阶阶段---静力法法地震作用---地震系数将F作为静静荷载载，按按静力力计算算方法法计算算结构构的地地震效效应。。第3章3.1风荷载载3.2地震作作用3.2.3抗震计计算理理论地震作作用---重力荷载代表值---地震系数（反映震级、震中距、地基等的影响）---动力系数(反映结构的特性,如周期、阻尼等的影响)按静力力计算算方法法计算算结构构的地地震效效应目前前，，世世界界上上普普遍遍采采用用的的方方法法。。2.反应应谱谱方方法法（（拟拟静静力力法法））第3章3.1风荷荷载载3.2地震震作作用用第3章3.1风荷荷载载3.2地震震作作用用第3章3.1风荷荷载载3.2地震震作作用用地震震反反应应谱谱的的特特点点：：1.阻尼尼比比对对反反应应谱谱影影响响很很大大2.对于于加加速速度度反反应应谱谱，，当当结结构构周周期期小小于于某某个个值值时时幅幅值值随随周周期期急急剧剧增增大大，，大大于于某某个个值值时时，，快快速速下下降降。。3.对于于速速度度反反应应谱谱，，当当结结构构周周期期小小于于某某个个值值时时幅幅值值随随周周期期增增大大，，随随后后趋趋于于常常数数。。4.对于于位位移移反反应应谱谱，，幅幅值值随随周周期期增增大大。。第3章3.1风荷荷载载3.2地震震作作用用第3章3.1风荷荷载载3.2地震震作作用用目前前，，我我国国抗抗震震设设计计都都采采用用加加速速度度反反应应谱谱计计算算地地震震作作用用：：--地震系数（反映震级、震中距、地基等的影响）--重力荷载代表值--动力系数(反映结构的特性,如周期、阻尼等的影响)3.时程程分分析析法法（（直直接接动动力力法法））时程程分分析析法法是动动力力分分析析方方法法，，它它通过过动动力力分分析析求求得得结结构构的的运运动动状状态态(位移移、、速速度度、、加加速速度度)，由由每每个个时时刻刻的的位位移移再再求求出出每每个个时时刻刻的的内内力力，，时时程程分分析析方方法法可可分分为为弹弹性性时时程程分分析析与与弹弹塑塑性性时时程程分分析析。。第3章3.1风荷荷载载3.2地震震作作用用将实实际际地地震震加加速速度度时时程程记记录录（（简简称称地地震震记记录录earth-quakerecord）作作为为动动荷荷载载输输入入，，进进行行结结构构的的地地震震响响应应分分析析。。3.2.4设计计反反应应谱谱1.规范范规规定定的的反反应应谱谱曲曲线线地震震影影响响系系数数曲曲线线第3章3.1风荷荷载载3.2地震震作作用用水平地震影响系数最大值αmax(阻尼比0.05)地震影响烈度6789多遇地震0.040.08(0.12)0.16(0.24)0.32罕遇地震0.280.5(0.72)0.9(1.2)1.40适用于0.15g或0.3g第3章3.1风荷荷载载3.2地震震作作用用特征周期值（s）0.900.650.450.350.30第三组0.750.550.400.300.25第二组0.650.450.350.250.20第一组IVIIIIII1I0场地类别设计地震分组3.2.5水平平地地震震作作用用的的计计算算高度度不不超超过过40m，以以剪剪切切变变形形为为主主，，且且质质量量和和刚刚度度沿沿高高度度分分布布比比较较均均匀匀的的结结构构，，以以及及近近似似于于单单质质点点体体系系的的结结构构，，可可采采用用底部部剪剪力力法法。。除以以上上所所包包括括的的结结构构外外的的建建筑筑结结构构，，宜宜采采用用振型分解反应应谱法。特别不规则的的建筑、甲类类建筑和超过过一定高度的的高层建筑，，应采用时程分析法进行多遇地震震下的补充计计算。第3章3.1风荷载3.2地震作用1、反应谱底部部剪力法简化计算条件件：高度不超过超超过40m，以剪切变形形为主，且质质量和刚度沿沿高度分布比比较均匀的结结构。计算思路：设法求出水平平地震作用总总和FEK，然后按各质质点的水平地地震作用Fi,沿高度分布可可近似认为服服从倒三角形形规律，将FEK分配到各质点点上去。第3章3.1风荷载3.2地震作用计算方法FEK—结构总水平地地震作用标准准值。α1—结构基本自振振周期的水平平地震影响系系数，按反应应谱曲线确定定。Geq—结构等效总重重力荷载,单单质点取总重重力荷载代表表值，多质点点取总重力荷荷载代表值的的85%第3章3.1风荷载3.2地震作用Fi—质点i的水平地震作作用标准值；；Gi、Gj—分别为集中于于质点i、j的重力荷载代表值；Hi、Hj--分别为质点i、j的计算高度；；δn—顶部附加地震震作用系数，，钢筋砼结构构和钢结构按下下表采用；ΔFn—顶部附加水平平地震作用。。第3章3.1风荷载3.2地震作用顶部附加地震震作用系数δnTg（s）T1>1.4TgT1≤1.4Tg<0.350.08T1+0.0700.35~0.550.08T1+0.01>0.550.08T1-0.02注：T1为结构基本自自振周期。鞭梢效应规范规定：突出屋面的屋顶间、女儿墙、烟囱等的地震作用效应，宜乘以增大系数3，此增大部分不应往下传递，但与该突出部分相连的构件应予计入。第3章3.1风荷载3.2地震作用（1）平面结构振振型分解反应应谱法采用振型分解解反应谱法时时，不进行扭扭转耦联计算算的结构，应应按下列规定定计算其地震震作用和作用用效应：结构j振型i质点的水平地地震作用标准准值，应按下下列公式确定定：2、振型分解反反应谱法（i=1,2,…,n,j=1,2,…,m）第3章3.1风荷载3.2地震作用水平地震作用用效应(弯矩、剪力、、轴向力和变变形)，应按下式确确定：式中：—水平地震作用用标准值的效效应；—j振型水平地震震作用标准值值的效应，可可只取前2～3个振型，当基基本自振周期期大于1.5s或房屋高宽比比大于5时,振型个数应适适当增加。第3章3.1风荷载3.2地震作用当采用振型分分解反应谱法法进行计算时时，为使高柔柔建筑的分析析精度有所改改进，其组合合的振型个数数应足够多。。振型个数一般般可以取振型型参与质量达达到总质量90%所需的振型数数。第3章3.1风荷载3.2地震作用（2）空间结构振振型分解反应应谱法（3－