风荷载和地震作用

风荷载和地震作用第1页/共45页第二章荷载和设计要求步骤四：内力计算竖向恒荷载作用下内力计算竖向活荷载作用下内力计算水平风荷载作用下内力计算地震作用下内力计算步骤六：控制截面及控制截面内力调整梁柱轴线端内力调整至构件边缘端竖向荷载梁端出现塑铰产生的塑性内力重分布步骤五：侧移验算侧移不满足要求回到步骤一第2页/共45页第二章荷载和设计要求步骤七：内力组合、确定最不利内力梁柱轴线端内力调整至构件边缘端竖向荷载梁端出现塑铰产生的塑性内力重分布步骤八：截面尺寸验算步骤九：延性设计调整步骤十：抗弯承载力计算步骤十一：抗剪承载力计算步骤十二：构造要求第3页/共45页第二章荷载和设计要求荷载竖向荷载

◆恒荷载

◆活荷载风荷载地震作用设计原则简化计算方法抗震设计原则第4页/共45页§2.1竖向荷载

一、恒荷载：结构自重、附加永久荷载

隔墙、装饰、设备管道等（规范附录A）二、活荷载荷载规范：GB50009—2001多层：应考虑活荷载不利分布高层：不考虑，活荷载相对小，水平荷载引起内力大经验值：单位面积竖向荷载重量框架、框架—剪力墙结构体系：12～14kN/m2

剪力墙、筒体结构体系：14～16kN/m2

第5页/共45页§2.2风荷载（风场）第6页/共45页§2.2风荷载（风场）第7页/共45页§2.2风荷载（风的破坏力）“森拉克”肆虐浙闽防波堤被冲垮百米

[

2003七月2812:43

]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，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。

第8页/共45页§2.2风荷载（风的破坏力）第9页/共45页§2.2风荷载（风的破坏力）第10页/共45页§2.2风荷载（风的破坏力）第11页/共45页§2.2风荷载（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12页/共45页§2.2风荷载（水平荷载之一）

—高、大、细、长等柔性工程结构的主要设计荷载

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，这种风力作用叫风荷载。风的大小与（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第13页/共45页§2.2风荷载（特点）风对高层建筑结构有如下的特点风力作用与建筑物外形有直接关系，圆形与正方形受到的风力较合理风力受到建筑物周围环境影响较大，处于高层建筑群中的高层建筑，有时会出现受力更为不利的情况风力作用具有静力、动力两重性质。风力在建筑物表面的分布很不均匀，在角区和建筑物内收的局部区域，会产生较大的风力。与地震作用相比，风力作用持续时间较长，其作用更接近于静力，但建筑物的使用期限出现较大风力的次数较多。由于有较长期的气象观测，大风的重现期很短，所以风力大小的估计比地震作用大小的估计较为可靠。而且抗风设计具有较大的可靠性。第14页/共45页§2.2风荷载（概念）一、概念：空气流动形成风（近地风起主要作用）迎风面：压力背风面：吸力风毁事故：桥梁高层—少，局部破坏多（玻璃）高耸—有二、随机性—按照统计规律归纳出风荷载标准值计算公式

当计算主要承重结构时：风荷载标准值（kN/m2）

第15页/共45页

1940年11月7日，美国华盛顿州塔科马桥因风振致毁。这一严重的桥梁事故，开始促使人们对悬索桥结构的空气动力稳定问题进行研究。该桥主跨长853.4m，全长1810.56m，桥宽11.9m，而梁高仅1.3m。通过两年时间的施工，于1940年7月1日建成通车。但由于当时人们对柔性结构在风作用下的动力响应的认识还不深入，该桥的加劲梁型式极不合理（板式钢梁），导致在中等风速(19m/s)下结构就发生破坏。幸好在桥梁破坏之前封闭了交通。据说，在出事当天，一位记者把车停在桥上，并把一条狗留在车内。桥倒塌时，只有他本人跑到了桥台处。当地的报纸以简洁的标题对这场事故作了报道，“损失：一座桥、一辆汽车、一条狗”。10年以后，才开始重新修建塔科马桥。仍采用悬索桥型式，但加劲梁改为桁架式。新桥总长较旧桥长12m，于1950年10月14日建成通车。该桥破坏时，当地Tacoma报社的编辑LeonardCostsworth恰好路过，并用摄影机记录下一段珍贵的胶片。这才使得后人有机会一睹当年桥毁场面。

第16页/共45页§2.2风荷载（计算公式）

三、风荷载的计算

(一)基本风压空旷平坦地面、距地10m、50年一遇、10min平均最大风速计算。：空气密度具体查阅：荷载规范附录D，不小于0.3kN/m2说明：一般高层建筑考虑50年一遇特别重要或者有特殊要求的高层建筑考虑100年一遇第17页/共45页§2.2风荷载（基本风压）三、风荷载的计算

(一)基本风压空旷平坦地面、距地10m、50年一遇、10min平均最大风速计算。：空气密度第18页/共45页§2.2风荷载（风荷载体型系数）（二）风荷载体型系数风对建筑表面的作用力并不等于基本风压值，而是随建筑物的体型、尺度、表面位置等而改变，其大小由实测或风洞试验确定=垂直于建筑表面的平均风作用力/基本风压值第19页/共45页§2.2风荷载（风荷载体型系数）（二）风荷载体型系数风对建筑表面的作用力并不等于基本风压值，而是随建筑物的体型、尺度、表面位置等而改变，其大小由实测或风洞试验确定=垂直于建筑表面的平均风作用力/基本风压值压力为正号吸力为负号第20页/共45页§2.2风荷载（风荷载体型系数举例）典型风荷载体型系数举例第21页/共45页§2.2风荷载（风荷载体型系数举例）典型风荷载体型系数举例第22页/共45页§2.2风荷载（局部风压体型系数）局部风压体型系数：正压区：同上取法负压区：

◆墙面：-1.0

◆墙角边：-1.8

◆屋面局部部位（周边和屋面坡度大于100的屋脊部位）：-2.2

◆檐口、雨篷、遮阳板等突出构件：-2.0

第23页/共45页§2.2风荷载（风压高度变化系数）（三）风压高度变化系数风压高度变化系数应该根据地面粗糙度类别确定

地面粗糙度分类：A类：近海海面和海岛、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24页/共45页§2.2风荷载（风振系数）（四）风振系数(高度Z处风振系数)

风分为平均风（即稳定风）和脉动风（常称阵风脉动）平均风——静力脉动风——动力第25页/共45页§2.2风荷载（风振系数）（四）风振系数(高度Z处风振系数)与结构的自振特性有关，（包括自振周期、振型等，也与结构的高度有关）

基本自振周期T1>0.25S的工程结构，高度大于30m且高宽比大于1.5的高柔房屋，考虑风压脉动对结构发生顺风向风振的影响。风振计算按照随机振动理论进行，结构自振周期按照结构动力学计算一般悬臂型结构（构架、塔架、烟囱等高耸结构），高度大于30m，高宽比大于1.5且可以忽略扭转影响的高层建筑，按照下式计算：第26页/共45页§2.2风荷载（风振系数公式）

——脉动增大系数

——脉动影响系数

——振型系数

——风压高度变化系数第27页/共45页§2.2风荷载（脉动增大系数

）

脉动增大系数

ξ

主要与结构的周期和基本风压和地面粗糙程度有关w0·

T120.010.020.040.060.080.100.200.400.60钢结构1.471.571.691.771.831.882.042.242.36有填充墙的房屋钢结构1.261.321.391.441.471.501.611.731.81混凝土及砌体结构1.111.141.171.191.211.231.281.341.38w0·T120.801.002.004.006.008.0010.0020.0030.00钢结构2.462.532.803.093.283.423.543.914.14有填充墙的房屋钢结构1.881.932.102.302.432.522.602.853.01混凝土及砌体结构1.421.441.541.651.721.771.821.962.06第28页/共45页§2.2风荷载（振型系数、脉动影响系数）

振型系数可由结构动力计算确定，计算时可仅考虑受力方向基本振型的影响；对于质量和刚度沿高度分布比较均匀的弯剪型结构，也可近似采用振型计算点距室外地面高度Z与房屋高度H的比值代替振型系数Z/H查表

脉动影响系数与房屋总高度、粗糙度类别、H/B有关，查表。第29页/共45页§2.2风荷载（基本自振周期）结构基本自振周期的经验公式方法一：

钢筋混凝土框架和框剪结构：

钢筋混凝土剪力墙结构：H——房屋总高度(m)B——房屋宽度(m)方法二：

框架结构：T1＝（0.08～0.1）N框架－剪力墙结构：T1＝（0.06～0.08）N剪力墙结构及筒中筒：T1＝0.05NN——房屋层数第30页/共45页§2.2风荷载（总风荷载）(五)总风荷载各个表面承受风力的合力，沿高度变化的分布荷载:建筑物表面法线与风作用方向的夹角＝0：风力作用方向与建筑表面垂直，风压全部计算＝90：风力作用方向与建筑表面平行，风压不算0<<90:风力的分量，注意风力分解时区别风力为压力或吸力例题2-1第31页/共45页第32页/共45页§2.2风荷载（风荷载例题）风荷载例题某4层混凝土住宅楼，平面图和立面图如图所示，建设地点广州市区，各层风荷载，基础底面弯矩设计值。wind+0.8-0.6-0.624m10.2m3。2H＝4×3.2＝12.8(m)3.2-0.5第33页/共45页§2.2风荷载（风荷载例题）wind+0.8-0.6-0.624m10.2m-0.5（2）风振系数脉动增大系数：0.62ωoT12=0.62*0.5*0.322=0.032

系数0.62为C类场地粗糙度修正系数查《规范》或书P50表3－3，得脉动增大系数ξ=1.158脉动影响系数：H/B=12.8/10.2=1.26；地面粗糙度属C类查《规范》或书P51表3－4，得脉动影响系数ν=0.436振型系数：Z/H，与每层层高有关系基本计算参数：风荷载的基本风压为：w0=0.5kN/m2

；场地粗糙度：C类粗糙度（1）自振周期：第34页/共45页§2.2风荷载（风荷载例题）wind+0.8-0.6-0.624m10.2m-0.5（5）风载体型系数：

＝0.8－（－（0.48＋0.03H/L））＝1.3（6）风压高度系数：与高度、地面粗糙度有关，查表(例题计算错误)层号μsZ(m)μzZ/Hψzξνψz/μzβzωoBi(m)Wzi(kN/m)Hi(m)Pw(kN)41.312.80.74110.691.630.52427.721.644.3531.39.60.740.750.7050.481.440.52424.483.278.3421.36.40.740.50.380.261.240.52421.083.267.4611.33.20.740.250.050.031.030.52416.073.251.42第35页/共45页§2.2风荷载（风荷载例题）重要说明：风振系数：不满足“

高度大于30m且高宽比大于1.5的高柔房屋”

＝1.03。24×3.2＝12.8(m)3.2PW1=51.42求各层风荷载，基础底面弯矩设计值：第36页/共45页§2.3地震作用（水平荷载之二）一、高层建筑结构按照重要性分类及计算：

甲类建筑：地震破坏会导致严重后果，造成经济上严重损失或特别重要的建筑物；按照高于本地区抗震设防烈度计算，其值应按批准的地震安全性评价结果确定乙类建筑：地震时必须维持正常使用和救灾需要的建筑物，人员大量集中的公共建筑物或其他重要的建筑物；应按本地区抗震设防烈度计算丙类建筑物：除上述以外的一般高层建筑；应按本地区抗震设防烈度计算

第37页/共45页§2.3地震作用（水平荷载之二）二、高层建筑结构应按下列原则考虑地震作用：一般情况下，计算两个主轴方向的地震作用；有斜交抗侧力构件（角度大于15度）时应分别计算各抗侧力构件方向的地震作用质量与刚度分布明显不对称、不均匀的结构，应计算双向水平地震作用下的扭转影响，其他情况应计算单向地震作用下的扭转影响8度和9度抗震设计时，高层建筑中的大跨度和长悬臂结构应考虑竖向地震作用9度抗震设计时应计算竖向地震作用第38页/共45页§2.3地震作用（水平荷载之二）三、高层建筑结构应根据不同情况采用不同计算方法：对质量和刚度不对称、不均匀的结构和高度超过100m的高层建筑应采用考虑扭转耦连振动影响的振型分解反应谱法高度不超过40m、以剪切变形为主的且质量和刚度沿高度分布较均匀的高层建筑结构，可采用底部剪力法7～9度设防的高层建筑，下列情况宜采用弹性时程分析法进行多遇地震作用下的补充计算（场地类别说明见抗震规范4.1.6条文解释）(1)甲类高层建筑结构(2)刚度与质量沿竖向分布特别不均匀的高层建筑结构(3)表中所示的乙、丙类高层建筑结构设防烈度、场地类别建筑高度范围7度、8度I、II类场地>100m8度III、IV类场地>80m9度>60m第39页/共45页§2.3.1地震作用计算

一、重力荷载代表值：100％恒荷载＋50％雪荷载＋50％楼面活荷载（80％藏书库、档案库、库房活荷载）二、水平地震影响系数根据烈度、场地类别、设计地震分组、结构自振周期T和阻尼比确定，由下式计算：当T≤Tg时＝max当T>Tg时＝max第40页/共45页§2.3.1地震作用计算

三、水平地震作用计算（底部剪力法）结构总水平地震作用的标准值计算公式：1——相应于结构基本