高层建筑结构设计-2荷载及设计要求

第二章荷载及设计要求2.1风荷载1单位面积上的风荷载值计算公式：

wk为垂直建筑表面上的单位面积风压值，单位为kN/m2

高度系数

根据高度和粗糙度查表。地面粗糙度分ABCD三类。

w0为基本风压，离地10m高、50年重现期、10min平均风速计算得到，按规范查表获得。B级和特别重要高层建筑的基本风压应乘1.1系数。取决建筑的平面形状：圆形、椭圆形取0.8；

正多边形取

H/B不大于4的矩形、方形、十字形取：1.3其余取：1.4对檐口、雨篷、遮阳板、阳台等，计算局部上浮风载时取：-2.0

体型系数

风振系数考虑风的动力效应公式：2总风荷载与局部风荷载Wz——总风荷载标准值在z高度上的线荷载（kN/m），转化成集中荷载还须乘层高（分段高度）脉动增大系数，与w0、T1有关，T2-4V脉动影响系数，T2-5振型系数，当框架、剪力墙起主要作用时，T2-30.72.2地震作用特点和抗震设计1地震作用特点地震作用方向：水平与竖向地震反应：位移、速度、加速度影响地震作用的因素：地震强度、作用时间、频谱特性、场地土性质、建筑物的动力特性2抗震设计目标及方法三水准抗震目标

小震作用下，结构将维持弹性状态，保持正常使用——小震不坏中等地震作用下，局部进入塑性状态，但不允许破坏，震后经修复可以重新使用——中震可修强烈作用地震下，应保持结构不倒塌——大震不倒小震：多遇烈度，众值烈度中震：设防烈度，超越概率10-~14%大震：罕遇烈度，超越概率1~3%抗震设计内容：抗震概念设计、抗震计算及抗震构造设计根据概念、经验的判断采取的抗震措施，贯穿于设计全过程估算地震反应，保证结构有足够的强度和刚度，6度及以上地区均应进行小震作用下，按反应谱理论计算地震作用，用弹性方法算内力，极限状态法设计构件大震作用下，弹塑性位移验算采用构造措施保证结构的延性，以满足设防烈度（中震）可修的要求，也要实现大震不倒的目标2.3反应谱方法计算等效地震作用1设计反应谱曲线反应谱：位移、速度、加速度与结构自振周期T的关系单质点体系的运动方程位移、速度、加速度反应的最大值：sd、sv、sa根据牛顿定律，得质点的最大惯性力为:——地震影响系数

——动力系数k——地震系数当阻尼比为0.05时，η2=1.0γ=0.9η1=0.02当阻尼比不等于0.05时(≥0.55）设计反应谱曲线由255条地震记录计算得到（新规范）2等效地震荷载计算方法

反应谱底部剪力法适合于H≤40m，沿高度方向质量、刚度均匀，以第一振型为主的结构

反应谱振型组合法平面分析——j振型i质点的水平相对位移——j振型的参与系数结构第j振型i质点的地震作用水平地震效应（弯矩、剪力、轴力和位移）Sj——j振型水平地震作用效应空间方法（耦联分析）按扭转耦联振型分解法计算时，每个楼层取两个正交位移和一个转角三个自由度计算结构第j振型i质点的地震作用——j振型i层的相对水平位移和转角ri——i层的转动半径——计入扭转的j振型的参与系数当仅考虑x方向地震作用时：当仅考虑y方向地震作用时：当考虑与x方向有夹角的地震作用时：单向地震作用下，考虑扭转的地震作用效应：——j、k振型的阻尼比——j振型与k振型的耦联系数——k振型与j振型的自振周期比双向地震作用下，考虑扭转的地震作用效应：规范规定：由地震作用产生的各楼层的水平剪力应满足3反应谱法的优缺点优点：考虑了地面运动的强弱、场地土性质、结构动力特性，计算简单，按静力方法设计，表示地震作用下的不利内力缺点：1）未考虑地面速度、持续时间的影响2）为考虑结构的弹塑性性能3）反应谱是从单质点中得到的，不能完全反应多质点的情况4）最大惯性力不一定是结构最危险的状态2.4结构自振周期和振型的计算1刚度法求多自由度体系的周期和振型结构的自由振动微分方程设解答为：得：为有非零解，必须频率方程频率即为n个根对应的周期为振型为

平面振型

每个质点仅有一个自由度x，质量矩阵中的元素为楼层质量，刚度矩阵须在杆单元刚度矩阵的基础上缩聚

空间振型

每个质点有三个自由度2周期的近似计算基本自振周期可用手算的近似方法

顶点位移法步骤：将各楼层的重量Gi作为第i层的水平荷载，求出顶点位移，即得基本周期注意：的单位为

m

能量法两种方法均适用于以剪切变形为主的框架结构框架-剪力墙结构的周期3理论计算周期的修正理论计算简图和结构刚度与实际情况难以完全吻合，将对周期产生影响，因此需要修正理论计算时一般只考虑主体结构的刚度，忽略了非主体结构，周期偏长，会导致地震荷载偏小。修正系数：框架结构框架-剪力墙结构剪力墙结构周期随刚度增加而减少4计算结构周期的经验公式经验公式根据实测结构自振周期回归得到实测周期的方法：脉动法、激震法、强振记录地震烈度不同、激振力不同实测的周期会发生变化经验公式：

框架、框架-剪力墙结构

剪力墙结构横墙间距较密时横墙间距较疏时

高振型周期当为剪切型振动时当为弯曲型振动时当为弯剪型振动时，介于上二式之间2.5荷载效应组合及设计要求1荷载效应组合无地震作用组合有地震作用组合重力荷载代表值：100%自重标准值，50%雪载标准值，50~80%楼面活荷载（书库档案库中取80%）2设计要求1）极限承载能力的验算不考虑地震作用的组合内力考虑地震作用的组合内力

承载力抗震调整系数2）位移限制层间相对位移舒适度要求：H>150m，顺风向或横风向顶点最大加速度不超过T2-15。H≤150m，T2-4H≥250m，取1/500150<H<250m，插值3）构造延性等级要求将结构根据设防烈度、结构类型及结构高度划分延性等级，采取不同的构造措施在中等强度地震作用下，允许结构的某些部位进入屈服状态，形成塑性铰，结构在塑性变形的过程中耗散地震能。结构发生塑性变形而不破坏的能力称为延性。延性等级分为特一级、一级、二级、三级、四级。查表前，需先调整设防烈度，查表T2-17。乙类建筑Ⅱ-Ⅳ类场地土提高1度丙类建筑Ⅰ类场地土降低1度4）罕遇地震下的变形验算——第二阶段设计罕遇地震作用下弹塑性层间位移计算方法：时程分析法、简化方法控制罕遇地震作用下薄弱层间弹塑性位移小于限值验算条件：

1）7-9度楼层屈服强度系数ξy小于0.5的框架结构；

2）T2-11高度范围内且竖向不规则结构；

3）采用隔震和消能减震技术的结构；

4）7-9度甲类建筑和9度时的乙类2.6高层建筑结构计算的基本假定和计算简图弹性工作状态的假定

高层建筑结构的内力和位移按弹性方法进行计算