PPT高层建筑结构设计课件5

高层层建建筑筑结结构构设计计2010参考资资料:1.高层建建筑混混凝土土技术术规程程(JGJ3-2002)2.建筑抗抗震设设计规规范(GB50011-2010)3.高层建建筑结结构设设计（（方鄂鄂华等等编著））4.多层及及高层层建筑筑结构构设计计（李李宏南南等编编著））第一章章高高层层建筑筑结构构概述述§1.1高层建建筑结结构特特点1.高层建建筑结结构划划分(1)世界高高层建建筑委委员会会1972年建议议，将将高层层建筑筑划分分为以以下四四类：：第一类类：916层，高高度不不超过过50m;第二类类：1725层，高高度不不超过过75m;第三类类：2640层，高高度不不超过过100m;第四类类：40层以上上，高高度100m以上。。（2）我国国对高高层建建筑的的定义义：我国《民用建建筑设设计通通则》(JGJ37)、《高层民民用建建筑设设计防防火规规范》(GB50045)中规定定：住宅建建筑10层及10层以上上为高高层建建筑；；除住宅宅建筑筑之外外的民民用建建筑高高度超超过24m者为高高层建建筑(不包括括建筑筑高度度超过过24m的单层层公共共建筑筑)。我国《高层建建筑混混凝土土结构构技术术规程程》(JGJ33)中规定定：10层及10层以上上和总总高度度超过过28m的民用用建筑筑为高高层建建筑。。建筑高高度超超过100m的建筑筑均为为超高高层建建筑。。注：建筑高高度从从室外地地面至至檐口口或屋屋面面面层的的高度度计算，，屋顶顶上的的水箱箱间、、电梯梯机房房、排排烟机机房和和楼梯梯出口口小间间等设设备用用房不不计入入建筑筑高度度内。。2.高层建建筑结结构受受力特特点A.高层建建筑中中，水水平荷荷载和和地震震作用用对结结构设设计起起着决决定性性的作作用;B.动力反反应不不可低低估;C.结构轴轴向变变形、、剪切切变形形以及及温度度、沉沉降的的影响响加剧剧;D材料用用量、、工程程造价价呈抛抛物线线关系系增长长。荷载效效应的的最大大值(轴力N、弯矩M和位移移)可用下下列式式子表表达：：N=wH~f(H)M=qH2/2~f(H2)=qH4/8EI~f(H4)高层建建筑中中，水水平荷荷载和和地震震作用用对结结构设设计起起着决决定性性的作作用。。内力或或位移移=f(H4)M=f(H2)N=f(H)H结构内内力、、位移移与高高度H的关系系§1.2国内外外高层层建筑筑历史史和现现状1.我国国高高层层建建筑筑的的发发展展(1)我国国古古代代高高层层建建筑筑的的发发展展(2)我国国近近代代高高层层建建筑筑的的发发展展2.国外外现现代代高高层层建建筑筑的的发发展展1.我国国高高层层建建筑筑的的发发展展(1)我国国古古代代高高层层建建筑筑的的发发展展公元元524年在在河河南南建建造造了了嵩岳岳寺寺塔塔(15层筒筒结结构构，，高高50m)公元元704年在在西西安安建建造造了了大雁雁塔塔(7层砖砖木木结结构构，，总总高高64m)公元元1055年在在河河北北定定县县建建造造了了料敌敌塔塔(11层筒筒体体结结构构，，高高82m)公元元1056年山山西西建建造了了应县县木木塔塔(9层，，高高67m)，堪称称世世界界木木结结构构的的奇奇迹迹(2)我国国近近代代高高层层建建筑筑的的发发展展（（四四个个阶阶段段））第一一阶阶段段从从新中中国国成成立立到到60年代代末末初步步发发展展，，20层以以下下的的框框架架结结构构1959年建建成成的的北京京民民族族饭饭店店(12层，，高高47.4m)1964年建建成成了了北京京民民航航大大楼楼(15层，，高高60.8m)1966年建建成成了了广州州人人民民大大厦厦(18层，，高高63m)第二二阶阶段段为为70年代代20——30层，，主主要要用用于于住住宅宅、、旅旅馆馆、、办办公公楼楼1974年建建成成的的北京京饭饭店店新新楼楼(20层，，高高87.4m，是当当时时北北京京最最高高的的建建筑筑)1976年建建成成的的广州州白白云云宾宾馆馆(33层、、高高114.05m)上海海漕漕溪溪路路20幢1216层剪剪力力墙墙住住宅宅楼楼；；北京京前前门门40幢916层大大模模板板施施工工的的剪剪力力墙墙住住宅宅楼楼北京京饭饭店店新新楼楼广州州白白云云宾宾馆馆36004000800080006600030003600030006600080008000400036007000078507850230033层，，112.45米，，剪剪力力墙墙结结构构，，1976年建成，，国内首首栋百米米高层。。第三阶段段为80年代仅19801983年所建的的高层建建筑就相相当于1949年以来30多年中所所建高层层建筑的的总和。。深圳发展中心心大厦，(43层，高165.3m，加上天线线的高度度共185.3m)，是我国第第一座大型高层层钢结构建筑。第三阶段段为80年代广州国际际大厦(63层，高200m)第三阶段段为80年代上海新锦锦江宾馆馆是一座现现代化的的高级宾宾馆，(总建筑面面积66060m2，共43层，总高高153.52m)静安希尔尔顿饭店店，(建筑面积积69224m2，包括塔楼楼43层，总高高143.62m)第三阶段段为80年代第四阶段段从90年代开始始（1）高层建建筑兴建建速度加加快1990—1994年间，每每年建成成10层以上建建筑在1000万平方米米以上，，占全国国已建成成的高层层建筑的的40%（2）超高层层建筑的的发展高层建筑筑的发展展及层数数和高度度增长更更快，建建成了多多座200米以上的的高层建建筑上海明天天广场：：60层，238m，最高的框框架—剪力墙结结构，98年建成。。上海金茂茂大厦，(钢结构，，88层，高420m，是我国目目前最高高的建筑筑)第四阶段段从90年代开始始金茂大厦内部部结构2.国外现代代高层建建筑的发发展第一阶段段是19世纪中期期以前，，由于主主要建筑筑材料是是砖石和和木材，，以及设设计手段段和施工工技术的的限制，，欧美国国家一般般只能建建造6层及以下下的建筑筑。第二阶段段是19世纪中期期开始的的20世纪50年代初1855年发明了了电梯系系统(OTIS)，使人们们建造更更高的建建筑成为为可能。。家庭保险险公司大大楼(HomeInsuranceBuilding)，11层，高55m，建于18841886年，采用用铸铁框框架承重重结构，，标志着着一种区区别于传传统砌筑筑结构的的新结构构体系的的诞生。。从1884年到19世纪，高高层建筑筑已经发发展到了了采用钢钢结构，，建筑物物的高度度越过了了100m大关。1898年建成的纽纽约ParkRow大厦（30层，118m）是19世纪世界上上最高的建建筑。世界上最早早的钢筋混混凝土框架架结构高层层建筑，是是1903年在美国辛辛辛那提建建造的因格尔斯大大楼，16层，高64m。1931年美国纽约约曼哈顿建建造了102层、高381m的著名的帝国大厦(EmpireStateBuilding)，它保持世界界最高建筑筑达41年之久。这一时期，，虽然高层层建筑有了了比较大的的发展，但但受到设计计理论和建建筑材料的的限制，结结构材料用用量较多、、自重较大大，且仅限限于框架结结构，建于于非抗震区区第三阶段从从20世界50年代开始由于在轻质质高强材料料、抗风抗抗震结构体体系、施工工技术及施施工机械等等方面都取取得了很大大进步以及及计算机在在设计中的的应用，使使得高层建建筑飞速发发展。美国曾经是是世界上高高层建筑最最多的国家家。（到目前为为止，中国国应该是高高层建筑最最多的国家家了）1972年在纽约建造了世界贸易中中心大楼(WorldTradeCenterTowers)，110层，钢结构构；北楼高417m，南楼高415m；总建筑师为为日本的山山崎实。进入90年代，亚洲洲成为经济济发展最快快的地区，，西太平洋洋沿岸的日日本、朝鲜鲜、韩国、、中国大陆陆、台湾、、新加坡和和马来西亚亚等国家和和地区，陆陆续建成了了超过200m、300m的高层建筑筑。1990年至今，世世界上新建建的最高建建筑，几乎乎全部集中中在这一地地区。一般高度的的高层建筑筑（80—150米）更是大大量兴建朝鲜平壤市市的柳京饭店，地面以上上101层，高305.4m，钢筋混凝土土结构位于马来西西亚吉隆坡坡的双塔高层建建筑，88层，高451.9m，钢筋混凝土土结构预期21世纪，亚洲洲将成为新新的高层建建筑中心马来西亚双双塔楼(PetronasTowers）：88层，451.9米，框—筒结构，1996年建成。台北101，101层，508米。2004年完工§1.3高层建筑结结构发展1.材料发展砌体结构、、钢筋混凝凝土结构、、钢结构、、组合结构构（组合构构件、组合合结构）2.结构体系发发展框架、剪力力强、框架架-剪力墙、框框架-筒体、框筒筒、筒中筒筒、成束筒筒、巨型框框架、空间间绗架。高层结构体体系的发展展过程始用年代结构体系和特点18851889190320世纪初二次大战后20世纪50年代20世纪六七十年代20世纪80年代20世纪80年代中期砖墙、铸铁柱、钢梁钢框柱钢筋混凝土框架钢框架＋支撑钢筋混凝土框架＋剪力墙、钢筋混凝土剪力墙、预制钢筋混凝土结构钢框架＋钢筋混凝土核芯筒、钢骨钢筋混凝土结构框筒、筒中筒、束筒、悬挂结构、偏心支撑和带缝剪力墙板框架巨型结构、应力蒙皮结构、隔震结构被动耗能结构、主动控制结构、混合控制结构常用的结构构体系1.钢结构优点：强度度高、韧性性大、抗震震性能好、、易于加工工，能缩短短现场施工工工期，施施工方便。。缺点：用钢钢量大，造造价很高，，而且耐火火性能差深圳地王大厦，(81层，383.95m)北京的京广中心(56层，208m)、例.世界贸易中中心撞机倒塌瞬间倒塌后优点：造价价较低，材材料来源丰丰富，可浇浇注成各种种复杂断面面形状，可可以组成多多种结构体体系；可节节省钢材，，承载能力力较高，经经过合理设设计，可获获得较好的的抗震性能能。缺点：构件件断面大，，占据面间间大，自重重大广州广东国际大大厦(63层，200.18m)底层柱尺寸寸已达1.8*2.2m2钢筋混凝土土结构（1）优点在钢筋混凝凝土结构基基础上，充充分发挥钢钢结构优良良的抗拉性性能以及混混凝土结构构的抗压性性能进一步减轻轻结构重量量，提高结结构延性（2）类型1)用钢材加强强钢筋混凝凝土构件钢骨钢筋混混凝土构件件钢管钢筋混混凝土构件件3组合结构钢骨钢筋混混凝土构件件组合结构2)部分抗侧力力结构用钢钢结构，另另一部分采采用钢筋混混凝土结构构（或部分分采用钢骨骨钢筋混凝凝土结构））上海静安希尔顿饭店店（钢筋混凝凝土筒体，，钢框架））香港中国银银行(钢骨钢筋混混凝土角柱柱，横梁及及斜撑为钢钢结构)第二章抗抗侧力结结构布置抗侧力结构构设计是高高层建筑结结构设计的的关键和主主要工作。。高层建筑的的基本的抗侧侧力单元框架剪力墙筒体§2.1框架结构框架是由梁梁和柱刚结结而成的平平面结构体体系。如果果整幢结构构都由框架架作为抗侧侧向力单元元，就称为为框架结构构体系。其优点是：：①建筑平平面布置灵灵活，分隔隔方便；②整体性、、抗震性能能好，设计计合理时结结构具有较较好的塑性性变形能力力；③外墙采用用轻质填充充材料时，，结构自重重小。其缺点是：：侧向刚度度小，抵抗抗侧向变形形能力差。。正是这一一点，限制制了框架结结构的建造造高度。由梁、柱构构件通过结结点连接组组成的结构构称为框架架框架结构体体系纯框架结构构框架结构1.组成梁、板板、柱所需需材料：混凝土、钢钢材、钢骨骨混凝土、、钢管混凝凝土等。2.柱网尺寸：：一般柱网为为4-9m，具体大小小与楼盖结结构形式及及结构材料料有关。3.框架布置：：框架只在其其只身平面面内承受水水平荷载，，布置上要要求正交布布置。4.梁柱截面尺尺寸变化及及连接：梁与柱之间间连接要采采用刚接，，不可采用用铰接，梁梁截面尺寸寸一般不变变，柱截面面尺寸可以以采用渐变变的原则从从下至上逐逐渐减小（（每层内一一般不变）），采用对对称收进较较好。5.框架结构设设计注意问问题：框架结构为为杆系结构构，侧向刚刚度较小，，不适宜建建造过高的的建筑物；；框架结构构在水平侧侧向荷载作作用下的变变形主要由由柱的弯曲曲构成，整体变形呈呈“剪切型型”；在设计中中尽量采用用轻质填充充墙体，墙墙体布置尽尽量对称，，且避免短短柱的产生生。§2.2剪力墙结构构一般是在钢钢筋混凝土土结构中，，用实心的的钢筋混凝凝土墙片作作为抗侧力力单元，同同时由墙片承承担竖向荷荷载。其优点是：：①整体性性好、刚度度大，抵抗抗侧向变形形能力强；；②抗震性能能较好，设设计合理时时结构具有有较好的塑塑性变形能能力。因而而剪力墙结结构适宜的的建造高度度比框架结结构要高。。其缺点是：：受楼板跨跨度的限制制（一般为为3～8m），剪力墙墙间距不能能太大，建建筑平面布布置不够灵灵活。剪力墙结构构1.组成墙体所所需材料：：一般均为混混凝土，也也有砌块（（现浇配筋筋芯柱）。。2.开间尺寸：：一般柱网为为3-8m，具体大小小与楼盖结结构形式有有关。3.剪力墙布置置：剪力墙只在在其只身平平面内承受受水平荷载载，布置上上要求在两两个主轴方方向正交布布置；竖向向布置要连连续渐变。。同一方向布布置的剪力力墙抗侧移移刚度尽量量均匀，不不宜有过大大的突变，，避免受力力集中；墙墙肢截面宜宜简单规则则，墙两端端尽量与另另一方向墙墙连接，成成为LT工口井等形形状，增加加结构的抗抗扭能力。。4.剪力墙结构构设计其它它注意问题题：剪力墙结构构为高截面面薄壁悬臂臂杆件，侧侧向刚度较较大，适宜宜建造较高高的建筑物物；剪力墙墙结构在水水平侧向荷荷载作用下下的变形主主要由墙的的弯曲构成成，整体变形呈呈“弯曲型型”；过长的剪剪力墙可以以通过开设设结构洞口口设计成为为连梁连接接的墙肢较较短的联肢肢墙，对于于高度不是是很大的住住宅可以采采用截面高高宽比为5-8的短肢剪力力墙结构。。特殊情况下下，为了在在建筑底部部做成较大大空间，有有时将剪力力墙底部做做成为框架架柱，形成成框支剪力力墙。但是这种墙墙体上、下下刚度形成成突变，对对抗震极为为不利。故故在地震区区不允许采采用框支剪剪力墙结构构体系。可可以采用部部剪力墙分分落地、部部分剪力墙墙框支的结结构体系，，并且在构构造上：①落地墙布布置在两端端或中部，，纵、横向向连接围成成筒体；②落地墙间间距不能过过大；③落地剪力力墙的厚度度和混凝土土的等级要要适当提高高，使整体体结构上、、下刚度相相近；④应加强过过渡层楼板板的整体性性和刚度。。§2.3框架剪力墙墙结构将框架、剪剪力墙两种种抗侧力结结构结合在在一起使用用，或者将将剪力墙围围成封闭的的筒体，再再与框架结结合起来使使用，就形形成了框架架－剪力墙墙（框架－－筒体）结结构体系。。这种结构构形式具备备了纯框架架结构和纯纯剪力墙结结构的优点点，同时克克服了纯框框架结构抗抗侧移刚度度小和纯剪剪力墙结构构平面布置置不够灵活活的缺点，，在水平侧侧向荷载作作用下，整体变形呈““弯剪型”。其典型布置如如图所示。在框架－剪力力墙（框架－－筒体）结构构体系中，剪剪力墙的布置置应注意以下下几点：①剪力墙以对对称布置为好好，可减少结结构的扭转。。这一点在地地震区尤为重重要；②剪力墙应上上下贯通，使使结构刚度连连续而且变化化均匀；③剪力墙宜布布置成筒体，，建筑层数较较少时，也应应将剪力墙布布置成T型、L型、I型等。便于剪剪力墙更好地地发挥作用；；④剪力墙应布布置在结构的的外围，可以以加强结构的的抗扭作用。。但是考虑温温度应力的影影响和楼板平平面内的变形形，剪力墙的的间距不应过过大。剪力墙墙间距应符合合表2-3的要求。横向剪力墙的的最大间距表表2-3楼盖形式非抗震设计抗震设计设防烈度6-7度8度9度现浇≤5B≤60m≤4B≤50m≤3B≤40m≤2B≤30m装配整体≤3.5B≤50m≤3B≤40m≤2.5B≤30m*B为楼板宽度框架—剪力墙结构筒中筒结构体体系深圳发展中心心大厦多筒结构体系系成束筒筒SearsTower巨形框架结构构（香港汇丰银银行大楼）§2.4抗侧力结构体体系的适用高高度及高宽比比1.最大适用高度度《高层建筑混凝凝土结构技术术规程》将钢筋混凝土土高层建筑抗抗侧力体系分分为A级和B级，B级抗震措施高高于A级。不同的结构体体系，不同的的抗震设防烈烈度，适合建建造的房屋最最大适用高度度不同见下表：结构类型非抗震6度7度8度9度框架7060554525框架-剪力墙14013012010050剪力墙全部落地剪力墙15014012010060部分框支剪力应采用筒体框架-核芯筒16015013010070筒中筒20018015012080板柱-抗震墙70403530不应采用A级适用的房屋屋最大高度（（m）注：1房屋高度指室室外地面至主主要屋面高度度（不包括局局部突出屋面面的电梯机房房等高度）；；2框架-核心筒结构指指周边稀柱框框架与核心筒筒组成的结构构；3部分框支剪力力墙结构指地地面以上有部部分框支剪力力墙的剪力墙墙结构；49度抗震设防、、超过表内高高度的房屋，，应进行专门门研究，采取取必要的加强强措施。结构类型非抗震6度7度8度框架-剪力墙170160140120剪力墙全部落地剪力墙180170150130部分框支剪力墙150140120100筒体框架-核芯筒220210180140筒中筒300280230170B级适用的房屋屋最大高度（（m）注：1表中高度为乙乙类和丙类建建筑的最大适适用高度，甲甲类建筑的最最大适用高度度，6、7、8度时的A级和6、7度时的B级按本地区设设防烈度提高高1度后符合表中中高度，9度时的A级和8度时的B级应专门研究究；2平面和竖向不不规则的结构构或IV类场地上的结结构，最大适适用高度应当当适当降低；；3部分框支剪力力墙结构的框框支层的层数数，7度时不超过5层，8度时不超过3层；4短肢剪力墙结结构适用高度度要进一步降降低，B级高层及9度时A级高层不得采采用。2.高宽比限值为了控制结构构的刚度、稳稳定性、承载载力等，《高规》规定了各种结结构体系的高高宽比限值。。结构体系非抗震设计抗震设防烈度6度，7度8度9度框架，板柱-剪力墙5

4

3

2框架-剪力墙

5

5

4

3剪力墙

6

6

5

4框架-核心筒

6

6

5

4A级高度钢筋混混凝土建筑结结构最大高宽宽比（注：宽宽度为房屋平平面轮廓边缘缘的最小尺寸寸）B级高度钢筋混混凝土876建筑结构最大大高宽比§2.5建筑体形和结结构总体布置置体形：平面、、立面总体布置：指指结构构件的的平面布置和和竖向布置。。1.抗震概念设计计：概念设计是指指在结构设计计中，结构工工程师运用““概念”对结结构进行分析析，做出判断断，对结构提提出设计措施施等。概念：指对基基本知识，包包括力学知识识、地震学知知识、建筑物物破坏机理等等的认知。建筑物的形体体和结构总体体布置应符合合的原则归纳纳为：体形简单；受受力明确；传传力简洁；适适刚足强；良良延耗能；安安全均衡；多多道防线。2.建筑平面和结结构平面布置置：高层建筑平面面外形一般分分为板式和塔塔式两种，平平面选择上要要选用利于抗抗风，利于抗抗震的平面形形状，平面不狭长少少突出，《规程》对平面给出了了平面长宽比比和外伸突出出的尺寸比例例限值。结构布置要与与建筑平面对对应，注意建建筑平面上结构刚度中心心与建筑平面面质量中心尽尽量重合。（关系到建筑筑受侧向力时时结构反映的的复杂程度和和计算模型的的准确程度。。当平面不满满足要求时结结构需进行相相应的加强处处理）3.建筑立面和结结构沿高度布布置：立面应规则、、均匀，从下下到上建筑物物外形不要变变化太大，不不要过大的外外挑和内收。。结构沿高度布布置要均匀连连续，结构侧侧向刚度和承承载力上下基基本相同或渐渐变的下大上上小，不得突突变。注意不不要产生“薄弱层”尽量避免““鞭梢效应”。4.不规则结构分为“平面不不规则”和““竖向不规则则”两类。平面不规则的的类型：扭转转不规则、楼楼板凸凹不规规则、楼板局局部不连续。。竖向不规则的的类型：侧向向刚度不规则则、竖向抗侧侧力构件不连连续、楼层承承载力突变。。不规则结构根根据超过规则则结构规定项项目超标的多多少和严重程程度分为：不不规则结构、、特别不规则则结构、严重重不规则结构构三级。§2.6变形缝的设置置在建筑结构总总体布置中，，为了消除：：结构不规则影影响-----------可设置防震缝缝收缩和温度应应力影响-----可设置伸缩缝缝不均匀沉降-影响----------可设置沉降缝缝将房屋分成若若干结构独立立的单元。考虑到造价、、功能、地震震碰撞等因素素，实际工程程当中一般尽量不设缝缝，而采取一一些措施加强强结构的相关关部分。1.防震缝：设缝时可使使不规则结构构分割成若干干个规则结构构。缝宽要留留足，注意高高低跨相邻和和不同结构形形式单元相邻邻时的缝宽设设置。不设缝时可采采取加强结构构整体性，防防止结构薄弱弱部位破坏等等措施来减小小结构不规则则的影响。2.伸缩缝：设缝时可减减小平面过长长（框：55M，剪：45M，框剪：50M）建筑结构的的混凝土收缩缩应力和温度度应力，避免免产生相关裂裂缝。不设缝时可采采取（a：设后浇带；；b：加强顶层、、底层、山墙墙和纵墙端开开间的配筋率率；c：顶层、外墙墙加强保温措措施；d：顶层局部设设伸缩缝；e：采用低收缩缩水泥、添加加膨胀剂；f：提高每层楼楼板的构造配配筋或采用部部分预应力。。）措施减轻轻收缩和温度度影响。3.沉降缝：设缝时，对对于建筑荷载载或地基承载载力差异过大大的各单元建建筑结构可自自由沉降，不不会因沉降差差而引起结构构的开裂或破破坏。不设缝时，可可采取（a：土质好时加加大基础刚度度、土质不好好时采用桩基基；b：对快速完成成沉降的土质质可以采取设设置后浇带的的方法；c：主体基础群群房用。）等等方法减轻结结构影响。2.7基础形式基础的作用：：1.将上部建筑结结构的荷载传传递给地基；；2.嵌固上部结构构避免上部建建筑结构的倾倾覆和滑移；；3.将地震作用传传递给上部结结构。基础的底面积积大小、形式式和埋深取决决于上部结构构类型、重量量、作用力和和地基土的性性质。单柱基础-------框架结构，注注意拉梁；交叉条基-------框架箱基和筏基----适用于高度高高、重量大、、倾覆力矩大大、对基础变变形敏感、要要求地基好、、基础有较大大埋深、整体体性好的高层层建筑。第三章高层层建筑结构荷荷载作用及其分类类（竖向与一一般房屋无异异，介绍水平平作用）直接作用（荷荷载）——施加在结构上上的集中或分分布荷载间接作用（作作用）——引起结构外加加变形或约束束变形的原因因（温度变化化、焊接、基基础沉降、地地震、混凝土土收缩等）时间变异位置变异结构反应永久作用自重、土压力、预应力、基础沉降、焊接可变作用安装荷载、楼面活荷载、风荷载、雪荷载、吊车荷载、温度变化、地震偶然作用地震、爆炸、撞击固定作用自重、固定设备荷载可动作用吊车荷载、人员荷载静态作用自重、楼面活荷载动态作用地震、吊车荷载、设备振动、风荷载§3.1风荷载空气流动形成成的风遇到建建筑物时，就就在建筑物的的表面产生压压力或吸力，，这种风力作作用称为风荷荷载。1.风荷载标准值值风对建筑物表表面的作用力力大小，与建建筑物体型、、高度、建筑筑物所处位置置、结构特性性有关。垂直直于建筑物表表面的单位面面积上的风荷荷载标准值（（KN/m2）可按下式计计算。式中，——高层建筑基本本风压值；——风压高度变化化系数；——风载体型系数数；——风振系数。1）基本风风压值高层建筑基本本风压值我国国《建筑结构荷载载规范》给出了各地的的基本风压值值。是用各地地区空旷平坦坦地面上离地地10m高、统计50(或100）年重重现期期的10分钟平平均最最大风风速（（m/s）计算算得到到的。。基本风风压=对于特特别重重要或或者有有特殊殊要求求的高高层建建筑，，需要要考虑虑重现现期为为100年风压压值计计算风风荷载载。舒适度度计算算时，，取重重现期期为10年的风风压值值计算算。2）风风压高高度变变化系系数风速大大小不不仅与与高度度有关关，一一般越越靠近近地面面风速速越小小，愈愈向上上风速速越大大，而而且风风速的的变化化与地地貌及及周围围环境境有直直接关关系。。我国国《建筑结结构荷荷载规规范》将地面面情况况分为为A、B、C、D四类：：A类地面面粗糙糙度：：指海海岸、、湖岸岸、海海岛及及沙漠漠地区区；B类地面面粗糙糙度：：指田田野、、乡村村、丛丛林、、丘陵陵以及及房屋屋比较较稀疏疏的中中小城城镇和和大城城市的的郊区区；C类地面面粗糙糙度：：有密密集建建筑群群的城城市市市区。。D类底面面粗糙糙度：：有密密集较较高建建筑群群的城城市市市区。。风压高高度变变化系系数反反应了了不同同高度度处和和不同同地面面情况况下的的风速速情况况。风压高高度变变化系系数参参见《建筑结结构荷荷载规规范》3）风风载体体型系系数风载体体型系系数是是指指建筑筑物表表面所所受实实际风风压与与基本本风压压的比比值。。通过过实测测可以以看出出，风风压在在建筑筑物表表面的的分布布不是是均匀匀的，，如教教材48页图3-2所示。。在风风荷载载计算算时，，为简简化计计算，，一般般将建建筑物物各个个表面面的风风压看看成是是均匀匀分布布的。。风载体体型系系数取取值参参见《建筑结结构荷荷载规规范》4）风振振系数数空气在在流动动时，，风速速、风风向都都在不不停地地改变变。建建筑物物所受受到的的风荷荷载是是不断断波动动的。。风压压的波波动周周期一一般较较长，，对一一般建建筑物物影响响不大大，可可以按按静载载来对对待。。但是是，对对于高高度较较大或或刚度度相对对较小小的高高层建建筑来来讲，，就不不能忽忽视风风压的的动力力效应应。在在设计计中，，用风风振系系数来来考考虑。。《建筑结结构荷荷载规规范》规定，，对于于高度度大于于30m，且高高宽比比大于于1.5的房屋屋建筑筑均需需考虑虑风振振系数数。《高层规规程》规定了了有关关风振振系数数的的计算算。2.总风荷荷载与与局部部风荷荷载1）总总风荷荷载总风荷荷载是是指建建筑物物各个个表面面所受受风荷荷载的的合力力，是是沿建建筑物物高度度变化化的线线荷载载。通通常按按建筑筑物的的主轴轴方向向进行行计算算。W=W-为线荷荷载，，-为外表表面外外法线线与来来风方方向的的夹角角。2）局局部部风荷荷载局部风风荷载载是指指在建建筑物物表面面某些些风压压较大大的部部位，，考虑虑风压压对局局部某某些构构件的的不利利作用用时考考虑的的风荷荷载。。考虑虑部位位一般般是建建筑物物的角角隅或或阳台台、雨雨篷等等悬挑挑构件件。§3.2地震作作用地震振振动分分量有有六个个：两两个水水平分分量，，一个个竖向向分量量，三三个转转动分分量。。对一般般建筑筑物影影响较较大的的主要要是水水平和和扭转转振动动，尤尤其是是扭转转振动动对房房屋破破坏性性很大大，结结构设设计时时要加加大结结构的的抗扭扭能力力，减减小破破坏。。竖向向振动动只在在高烈烈度区区或大大跨结结构影影响较较大。。1.抗震设防防标准及及基本方方法1）抗震震设防指指导思想想抗震设防防对建筑物物进行抗抗震设计计并采取取抗震措措施指导思想想预防为主主减轻结构构震害避免人员员伤亡减少经济济损失使地震时时不可缺缺少的紧紧急活动动得以维维持和进进行发展趋势势使用寿命命期内对对不同频频度和强强度的地地震具有有不同的的抵抗能能力2）设防防依据——抗震设防防烈度定义：按按国家规规定的权权限批准准作为一一个地区区抗震设设防依据据的地震震烈度确定：必必须按国国家规定定的权限限审批、、颁发的的文件（（图件））确定一般情况况下，可可采用中中国地震震烈度区区划图的的地震基基本烈度度度（或或与本规规范设计计地震基基本加速速度值对对应的烈烈度值））对做过抗抗震防灾灾规划的的城市，，可按批批准的抗抗震设防防区划（（抗震设设防烈度度或设计计地震动动参数））进行抗抗震设防防设防范围围6-9度3）抗震震设防目目标：小震不坏坏、中震震可修、、大震不不倒抗震设防防烈度为为6度及及以上地地区的建建筑，必必须进行行抗震设设计。大大于9度度地区的的建筑和和行业有有特殊要要求的工工业建筑筑，抗震震设计有有专门规规定。。4）三水准准地震作作用的标标定基本假定定地震强度度呈极值值分布烈度符合合极值III型地震影响50年超越概率地震重现期多遇地震对应的烈度——众值烈度小震63.2%50年设防烈度中震10%475年罕遇地震对应的烈度大震2-3%1642-2475年If(I)ImI0Is一般关系系烈度：Im=I0-1.55Is<=I0+15）两两阶段设设计阶段目标烈度地震作用性质受力状态作用效应组合第一阶段小震不坏（隐含中震可修）多遇地震作用对应的烈度（小震）可变作用弹性（部分弹塑性）承载力验算采用基本组合(多层、高层钢筋混凝土房屋层间弹性位移计算，采用短期效应组合，即作用分项系数均取1.0)第二阶段大震不倒罕遇地震作用对应的烈度（大震）偶然作用弹塑性部分建筑物的层间弹塑性位移验算，采刚短期效应组合，即怍用分项系数均取1.0说明：第一阶段段为弹性性分析，，包括截截面设计计和变形形计算；；大部分建建筑的第第二阶段段设计主主要由概概念设计计和构造造措施来来保证。。6）建建筑类别别与设防防标准建筑类别建筑的重要性抗震措施地震作用计算甲类特殊要求的建筑特殊考虑特殊考虑乙类国家重点抗震城市生命线工程的建筑提高一度（9度适当提高）原设防烈度丙类甲、乙、丁类以外的一般建筑原设防烈度原设防烈度丁类次要的建筑降低一度（6度不降）原设防烈度2.地震作用用的计算算原则和和方法1）计计算范围围：水平地震震作用：：6度区（除甲类类建筑和和IV类场地上上的较高高房屋外外）可不不算7-9度区（除可不不进行上上部结构构抗震验验算的房房屋外））均算8、9度大跨度度结构和和长悬臂臂结构9度的高层层建筑2）水水平地震震作用的的计算原原则：竖向地震震作用：：一般正交交布置抗抗侧力构构件的结结构，可可沿纵横横主轴方方向分别别计算斜交布置置抗侧力力构件的的结构，，宜按平平行于抗抗侧力构构件方向向计算质量和刚刚度明显显不均匀匀、不对对称的结结构，应应考虑水水平地震震作用的的扭转影影响3）地震震作用的的计算方方法及其其适用范范围地震作用结构方法使用范围水平弹性底部剪力法高度不超过40m，以剪切变形为主，质量和刚度分布较均匀振型分解反应谱法不满足底部剪力法应用条件的结构时程分析法（补充计算）甲类建筑、特别不规则的建筑H>100m，7、8度I、II类场地建筑H>80m，8度III、IV类场地和9度H>60m建筑弹塑性简化方法（略）时程分析法（略）竖向弹性底部轴力法需考虑竖向地震作用的结构3.地震作用用计算1）基本计算算数据2）水平地震震作用的的计算3）竖向地震震作用的的计算1）基基本计算算数据（1）重力荷载载代表值值（2）结构自振振周期（3）设计反应应谱（1）重力力荷载代代表值重力荷载载代表值值永久荷载载（建筑筑结构构构配件自自重）标标准值+可变荷载载（雪、、灰、楼楼面活荷荷载）组组合值永久荷载载标准值值组合值系系数可变荷载载标准值值（2）结构自振振周期结构自珍珍周期计计算方法法分为：：理论计计算方法法、半理理论半经经验公式式和经验验公式三三大类。。①理论计算算方法及及其修正正系数：：根据结结构的刚刚度或柔柔度矩阵阵求解特特征值，，进而得得到结构构的周期期和振型型。考虑虑填充墙墙体及一一些非结结构构件件对结构构刚度的的增大作作用，应应对计算算周期进进行折减减。框架架（0.6-0.7）；框剪剪（0.7-0.9）；剪力力墙（不不折减））。②半理论半半经验计计算公式式：顶点位移移法：为将各层层作作为第第i层假象水水平荷载载得到的的顶点水水平位移移（m）；为为结构构周期修修正系数数。适用于质质量、刚刚度沿高高度分布布均匀的的各结构构能量法：：适用于于水平荷荷载作用用下以剪剪切变形形为主的的框架结结构③经验公式式：钢筋混凝凝土框架架：T1=（0.08-0.1）N框架-剪力墙：T1=（0.06-0.09）N高度25-50m，剪力墙墙间距6m左右时剪力墙：：T1=0.05N，0.06N（3）设设计反应应谱水平地震震影响系系数水平地震震影响系系数曲线线水平地震震影响系系数曲线线T>5Tg时，α=[0.20.9-0.02（T-5Tg)]αmaxT(s)ααmax0.45αmax00.1Tg（特征周期期）5Tgα=(Tg/αmax烈度6789多遇地震0.040.08（0.12）0.16（0.24）0.32罕遇地震----0.50（0.720.90（1.20）1.40T)0.9水平地地震影影响系系数最最大值值αmaxTg（特征周周期））设计地震分组场地类别ⅠⅡⅢⅣ第一组0.25

0.35

0.45

0.65第二组0.30

0.40

0.55

0.75第三组0.35

0.45

0.65

0.90地震分分组主主要反反映了了由于于震中中距不不同而而造成成建筑筑物处处地面面运动动的频频率成成分中中长短短周期期的多多少，，即场场地卓卓越周周期的的不同同。4水平地地震作作用的的计算算1）振型分分解反反应谱谱法2）底部剪剪力法法时程分分析法法扭转问问题地基—结构动动力相相互作作用1）振振型分分解反反应谱谱法计算振振型计算地地震影影响系系数和和振型型参与与系数数计算振振型地地震作作用计算振振型地地震效效应振型组组合xg(t)xi(t)a1iajiani两点注注意：：计算步步骤塔楼2）底底部剪剪力法法计算方方法底部剪剪力的的计算算地震作作用沿沿高度度的分分配mHiHiFiFEkΔFn顶部附附加地地震作作用突出屋屋面小小建筑筑物适用条条件Geq——结构等等效重重力荷荷载代代表值值SDOF：Geq=G1MDOF：Geq=Sum(Gi)*0.855竖向地地震作作用的的计算算高层房房屋（（9度）地震作作用标标准值值FviHiFviFEvk楼屋盖盖的竖竖向地地震作作用效效应分分配按各构构件承承受的的重力力荷载载代表表值的的比例例分配配第四章章设设计计要求求及荷荷载效效应组组合建筑功功能对对建筑筑结构构的要要求：：安全、、正常常使用用、使使用要要较舒舒适、、破坏坏延性性要好好。总总的来来讲就就是要要求结结构要要有足足够的的承载载力和和刚度度，要要有良良好的的破坏坏延性性。§4.1承载力力验算算无地震震作用用组合合时：：S<=R有地震震作用用组合合时：：SE<=RE/γRES、SE-荷载效效应组组合值值；R、RE-构件承承载力力设计计值；；γRE-承载力力抗震震调整整系数数，<1。考虑地地震是是一种种偶然然作用用，时时间短短，材材料性性能与与静力力下不不同，，可靠靠度可可适当当降低低，变变相提提高了了承载载力。。延性好好的调调整的的多，，可靠靠度要要求高高的调调整的的少。。§4.2侧移限限制1使用阶阶段层层间位位移限限制规程限限制各各楼成成最大大层间间转角角：(△u/h)max<=[△u/h]△u-荷载效效应组组合所所得的的结构构楼层层层间间位移移。h-层高正常使使用状状态下下限制制测向向变形形的原原因：：1）防止止结构构开裂裂；2）防止止填充充墙体体等非非结构构构件件开裂裂损坏坏；3）防止止产生生结构构附加加内力力（P-△△效应））；4）为了了人员员的舒舒适感感。2防止倒倒塌的的层间间位移移限制制限制罕罕遇地地震时时的最最大弹弹塑性性层间间位移移。§4.3舒适度度要求求风荷载载作用用下，，高度度大于于150m的高层层建筑筑，应应进行行使用用的舒舒适度度变形形验算算。风荷载载计算算时取取重现现期为为10年的基基本风风压，，计算算结构构顶点点的加加速度度，或或风洞洞试验验测得得顶点点的加加速度度。住宅、公寓寓：amax<=0.15m/s2办公、旅馆馆：amax<=0.25m/s2amax-顺风向和横横风向结构构顶点加速速度。§4.4稳定和抗倾倾覆1高层钢筋混混凝土机构构稳定验算算：高层建筑的的刚度一般般都比较大大，且有很很多楼板作作为刚性隔隔板，在竖竖向荷载作作用下，一一般不会整整体丧失稳稳定性，但但在水平荷荷载作用下下出现侧移移后，重力力荷载产生生了附加弯弯矩，附加加弯矩又进进一步增大大侧移（P-△效应）。一一般不需验验算，若验验算时可参参考《高规》。2高层建筑抗抗倾覆问题题若高层建筑筑侧移很大大，其重力力合力作用用点移至基基底平面范范围以外时时，建筑物物就可能发发生倾覆。。设计上，，通过控制制：高宽比（H/B）基础零应力力区：高宽宽比大于4时不允许出出现；其它它情况零应应力区面积积不应超过过基础地面面积的15%。通常不需要要进行特殊殊的抗倾覆覆验算。§4.5抗震结构延延性要求和和抗震等级级设防区的建建筑，除满满足具有足足够大的强强度和刚度度外，还需需要具有良良好的延性性，以达到到耗能的目目的，这是是实现“中中震可修、、大震不倒倒”的基本本措施。1延性的概念念：指结构和构构件，在承承载力不降降低或基本本不降低的的情况下，，具有足够够的塑性变变形能力的的一种性能能。一般用用延性比表表示。曲率μφ=φu/φy挠度μf=fu/fy侧移μ=△u/△y2概念设计及及延性等级级设计延性结结构要考虑虑很多因素素：材料；结构构的概念设设计；设计计延性构件件及其结构构；抗震构构造措施及及抗震等级级（延性等等级）。抗震等级其其实就是延延性等级，，很多构造造要求及截截面设计要要求都取决决于抗震等等级。§4.6荷载效应及及最不利内内力荷载效应（（内力、位位移），对对不同荷载载要分别计计算，然后后进行组合合，选择最最不利的内内力和位移移，各种情情况都要考考虑周全，，做不同工工况的组合合，不同构构件、同构构件不同控控制截面最最不利内力力或位移不不一定来自自同一种工工况。1荷载效应组组合内力组合-组合构件控控制截面处处的内力。。位移组合-组合水平荷荷载作用下下的结构层层间位移。。组合工况分分为：无地地震作用效效应组合；；有地震作作用效应组组合两类。。1）无地震作作用荷载效效应组合：：S=γGSGk+γQ1ψQ1SQ1k+ψwγwSwkS-荷载载效效应应组组合合设设计计值值；；S*k-荷载载效效应应γ-荷载载效效应应分分项项系系数数；；ψ-荷载载效效应应组组合合系系数数内力力计计算算时时分分项项系系数数取取值值：：γG取值值：：可可变变荷荷载载起起控控制制作作用用时时取取1.2永久久荷荷载载起起控控制制作作用用时时取取1.35永久久荷荷载载效效应应对对结结构构有有利利时时取取1.0γQ1取值值：：一一般般取取1.4，当当Q>=4KN/m2时取取1.3ψQ1取值值：：由由可可变变荷荷载载起起控控制制作作用用的的组组合合取取1.0由永永久久荷荷载载起起控控制制作作用