第3章01高层建筑结构荷载.ppt

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1、第3章 高层建筑结构荷载 l 高层建筑结构主要承受竖向荷载、水 平荷载等。与多层建筑结构有所不同，高 层建筑结构的竖向荷载效应远大于多层建 筑结构，水平荷载的影响显著增加，成为 其设计的主要因素。此外高层建筑结构还 应考虑温度变化、材料的收缩和徐变、地 基不均匀沉降等间接作用在结构中产生的 效应。 DateDate 1 1 l 作用于高层建筑结构上的竖向荷载包 括楼面和屋面恒载、活荷载、屋面雪荷 载、施工荷载以及竖向地震作用；水平 荷载包括风荷载和水平地震作用。 l 计算作用在高层建筑结构上的风荷 载时，对主要承重结构和围护结构应分 别计算。 DateDate 2 2 3-1. 风荷载 l 空

2、气流动形成的风遇到建筑物时，在建 筑物表面产生的压力或吸力即建筑物的风荷 载。 l 风荷载的大小主要和近地风的性质、风 速、风向有关；建筑物所在地的地貌及周围 环境有关；建筑物本身的高度、形状以及表 面状况有关。 l 垂直于建筑物表面上的风荷载标准值可按 下式计算：wk = bzmsmzw0 。 DateDate 3 3 l 为风荷载标准值 l 为z 高度处的风振系数 l 为风荷载体型系数 l 为风压高度变化系数 l 为基本风压 DateDate 4 4 一、 基本风压w0：我国建筑结构荷载规范规 定，基本风压以当地比较空旷平坦地面、离 地10m高，统计所得50年一遇10分钟平均最 大风速 v

3、0(m/s) 为标准，一般按 w0 = v02 /1600 确定的风压值; 可参考荷载规范。 l 对于特别重要和对风比较敏感的高层建筑，其 基本风压按100年重现期的风压值采用。 l 在进行舒适度计算时，取重现期为10年的风压 值。 DateDate 5 5 二、 风压高度变化系数mz： 风速由地面出为零沿高度逐渐增大，不同 地表面粗糙度使风速沿高度的增大梯度不同 ；荷载规范将地面粗糙度分为A、B、C、D四 类。其值可有荷载规范查得。 DateDate 6 6 l1）在近海海面、海岛、海岸、湖岸及沙漠地区，地面 空旷，空气流动几乎无阻挡物（A 类粗糙度），风速随 高度的增加最快； l2) 在中

4、小城镇和大城市的郊区（B 类粗糙度），风速 随高度的增加减慢； l3)有密集建筑物的大城市市区（C 类粗糙度），风速随 高度的增加缓慢； l4)有密集建筑群，且房屋较高的城市市区（D 类 l粗糙度），风的流动受到阻挡，风速减小，因此 l风速随高度增加更缓慢一些。 l表1 列出了各种情况下的风压高度变化系数。 DateDate 7 7 DateDate 8 8 三、 风载体形系数ms： 1）单体建筑的体型系数 风的作用力随建筑物的体形、尺度、表面状况 而变化。风作用的大小、方向可以通过实测或风洞试 验得到。规范给出了一般高层建筑的风载体形系数。 通过实测可以得到风在建筑物表面的实际风压， 风载体

5、型系数是指实际风压与基本风压的比值。见下 图a、b 风压分布。 DateDate 9 9 DateDate1010 DateDate1111 l2）群体风压体型系数 l 对建筑群，尤其是高层建筑群，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。为 此，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ms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。 DateDate1212 （3）局部风压体型系数 l 在计算风荷载对建筑物某个局部表面的 作用时，要采用局

6、部风荷载体型系数，用 l于验算表面围护结构及玻璃等强度和构件 连接强度。 l 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ms不宜小于-2.0。设计建筑幕墙时，应 按有关的标准规定采用。 DateDate1313 四、风振系数bz： 风的作用是不规则的，实际建筑是在平均 侧移附近摆动。当房屋结构 H30m 且 H/B1.5时，需考虑振动的影响。 DateDate1414 脉动增大系数 DateDate1515 3.2 3.2 风荷载风荷载 周期的近似计算 DateDate1616 脉动影响系数 DateDate1717 平均风压与波动风压 DateDate1818

7、 五. 总体风载与局部风载 1. 总风荷载为建筑物各个表面上承受风力的 合力，是沿建筑物高度变化的线荷载。通常 按x、y两个互相垂直的方向分别计算总风荷 载。 2.局部风载：验算外围结构强度、阳台、雨蓬 的飘浮风载。一般取ms=-2.0。 DateDate1919 六. 风洞试验 风是紊乱的随机现象，风对建筑物的作用 十分复杂，规范中关于风荷载值的确定适用于 大多数体型较规则、高度不太大的单幢高层建 筑。 目前还没有有效的预测体型复杂、高柔 建筑物风作用的计算方法。摩天大楼可能造成 很强的地面风，对行人和商店有很大的影响； 当附近还有别的高层建筑时，群体效应对建筑 物和建筑物之间的通道也会造成

8、危害，这些都 可以通过风洞试验得到对设计有用的数据。 DateDate2020 我国现行混凝土高规规定有下列情况之 一的建筑物，宜按风洞试验确定风荷载： 1)高度大于200m； 2)高度大于150m，且平面形状不规则、立面形状复 杂，或立面开洞、连体建筑等； 3)规范或规程中没有给出风载荷体型系数的建筑物 ； 4)周围地形和环境复杂，邻近有高层建筑时，宜考 虑互相干扰的群体效应，一般可将单个建筑物的体 型系数乘以相互干扰增大系数，缺乏该系数时宜通 过风洞试验得出。 DateDate2121 作业 l 某高层钢筋混凝土框架8层结构，层高 均为5m, 高度为40m，假定H/B=2,平面尺 寸见下图

9、，风向垂直从右向左。已知基本 风压为0.5，建筑场地C。计算在风荷载作 用下各层的线荷载分布。标注的尺寸单位 均为厘米，周期按经验公式。 DateDate2222 DateDate2323 l 地震时，由于地震波的作用产生地面运 动，并通过房屋基础影响上部结构，使结 构产生的动态作用，这就是地震作用。地 震波会使房屋产生竖向振动和水平振动， 一般对房屋的破坏主要是由水平振动造成 的，因此设计中主要考虑水平地震作用， 只有震中附近的高烈度区或竖向振动会产 生严重后果时，才同时考虑竖向地震作用 。 3-2. 地震作用 DateDate2424 死亡24人，经济损失94亿美元。 DateDate25

10、25 12层钢筋混凝土住宅和商务大楼，自楼梯间相接 处分裂，东侧楼6层以下全部塌陷，并向东侧倒在 邻房4层楼公寓上。西侧楼5层以下全部倒塌，并 向西倾倒在另一栋大楼上，柱间距介于8米到10米 ，且柱子数量偏少。 DateDate2626 16层钢筋混凝土住宅大楼。地震时其中一栋倾倒，靠在呈L型平面大楼上 ，柱间距7至10米。造成倾倒的原因是底层柱子数量少，间距太大。 DateDate2727 DateDate2828 DateDate2929 唐山大地震：1976年7月28日3时42分54秒，河北唐山、丰南一带发生了7.8级强烈 地震，震中区烈度11度。地震波及天津市和北京市。150万人口中死

11、亡24万，伤16 万；直接经济损失100亿元，震后重建费用100亿元。 唐山市文化路青年宫，为砖混结构的二层楼房，7.8级地震时倒塌一层， 7.1级地震时除四根门柱外，全部坍塌。 DateDate3030 开滦煤矿医院，五层砖混结构（局部七层），仅西部转角残存 。 DateDate3131 开滦煤矿救护楼，砖混结构人字木屋架的三层楼房，墙倒顶塌。 DateDate3232 唐山地区交通局，砖混结构的三层办公楼遭到破坏。（此处为唐山地震重点 保护遗迹之一。） DateDate3333 唐山市河北省矿业学院图书馆，三层高的阅览室，系装配式纯框架结构，西头倒毁 ，东头框架幸存。（此处为唐山地震重点保

12、护遗迹之一。） DateDate3434 唐山市机车车辆厂震后概貌。 DateDate3535 震后工厂厂区 DateDate3636 DateDate3737 1、目前的地震形势 地震的发生有间歇性。一段时间内发生较频繁，一段时间内较平静。 我国目前处于地震活跃期。 DateDate3838 近年来国际上大地震： （1）印度大地震，2001年1月26日上午8时46分，印度西北 部古吉拉特邦，地级7.9级。 （2）美国加州北岭地震，1994年1月17日，7.0级，2400栋 建筑被毁，多处高架公路桥受损，死亡61人，伤7300人， 直接经济损失300亿美元。 （3）日本阪神地震，1995年11

13、月17日，7.2级，22万栋房 屋倒塌或严重损坏，死亡6348人，伤4万人，经济损失1000 亿美元。 DateDate3939 2 2、 地震地面运动的一般特征地震地面运动的一般特征 1.1.地面运动最大加速度地面运动最大加速度 2.2.地面运动的周期地面运动的周期 3.3.强震的持续时间强震的持续时间 地面运动的一般特征可用地面运动加速度记录曲线来说明。地面运动的一般特征可用地面运动加速度记录曲线来说明。 DateDate4040 3-2. 地震作用 一、特点：是惯性力，与 质量m、结构的动力特性（结构的 自振周期）及地面运动有关。 二、 抗震设防目标及方法 1.总目标：通过抗震设防，减轻

14、建筑的破坏，避免人员死亡， 减轻经济损失。 具体通过“三水准”的抗震设防要求和“两阶段”的抗震设计 方法实现。 2.“三水准”抗震设防目标： 当遭受低于本地区抗震设防烈度的多遇地震影响时，一般 不受损坏或不需修理可继续使用。 当遭受相当于本地区抗震设防烈度的地震影响时，可能损 坏，经一般修理或不需修理仍可继续使用。 当遭受高于本地区抗震设防烈度的预估的罕遇地震影响时， 不致倒塌或发生危及生命的严重破坏。 简称为：“小 震不坏，中震可修 ，大震不倒”。 DateDate4141 3.“两阶段”抗震设计方法 第一阶段： 对绝大多数结构进行小震作用下的结构和构件承载力验 算；在此基础上对各类结构按规

15、定要求采取抗震措施。 第二阶段： 对一些规范规定的结构进行大震作用下的弹塑性变形验 算。 有特殊要求的建筑、地震易倒 塌的建筑、有明显薄弱层的建筑， 特别不规则的建筑等 DateDate4242 三、抗震设防范围三、抗震设防范围 抗震设防烈度为6度及以上地区的所有新建建筑工程均必需进 行抗震设计。 规范适用于6-9度地区抗震设计及隔震、消能减震设计。 超过9度的地区和行业有特殊要求的工业建筑按有关专门规定执行。 四、抗震设防依据四、抗震设防依据 一般情况下采用抗震设防烈度。 在一定条件下可采用抗震设防区划提供的地震动参数。 DateDate4343 五、五、 抗震设防分类及抗震设防措施抗震设防

16、分类及抗震设防措施 建筑类别不同，抗震设防标准也不同。 抗震次要建筑丁类 除甲乙丁类以外的一般建筑丙类 地震时使用功能不能中断需尽快恢复的建筑乙类 重大建筑工程和地震时可能发生严重次生灾害的建筑甲类 设 防 分 类 1.抗震设防分类 建筑抗震设防分类标准GB50223。 该标准主要以地震中和地震后房屋的损坏对社会和经济产生的影响 的程度大小，将建筑分成4个抗震设防类别。 建筑抗震设计规范GB50011-2001对上面标准作了修改。 DateDate4444 应允许比本地区抗震设防烈度的要求适当降低，但抗震设防烈度为6度时 不应降低 丁类 应符合本地区抗震设防烈度度的要求 丙类 一般情况下，当抗

17、震设防烈度为6-8度时，应符合本地区抗震设防烈度提高1度的 要求；当9度时，应符合比9度抗震设防更高的要求，对较小的乙类建筑，当其结 构改用抗震性能较好的结构类型时，应允许仍按本地区抗震设防烈度的要求采取 抗震措施。 乙类 当抗震设防烈度为6-8度时，应符合本地区抗震设防烈度提高1度的要求 ；当为9度时，应符合比9度抗震设防更高的要求 甲类 抗 震 措 施 较小乙类建筑：工矿企业的变电所、空压站以及城市供水水源的泵房等。 抗震性能较好的结构类型指钢筋混凝土结构或钢结构。 2.抗震设防措施 抗震措施:除结构地震作用计算和抗力计算以外的抗震设计内容， 包括抗震构造措施。 抗震构造措施：一般不须计算

18、而对结构和非结构各部分必须采取的 各种细部要求。 DateDate4545 甲类：地震作用计算以及抗震构造措施均应高于本地区的设防 烈度。按地震安全性评价结果确定。 乙类：按设防烈度进行抗震验算。构造措施按高一度处理。 丙类：按设防烈度考虑地震作用计算和构造处理。 丁类：按设防烈度考虑地震作用计算，可适当降低构造措施要 求。（6度时不降低） 3.地震作用 在设防烈度为6度时，除规范有具体规定外，对乙、丙、丁类建 筑可不进行地震作用计算。 DateDate4646 基本概念： 地震作用与地震作用效应 地震作用：是指地面震动在结构上产生动力荷载，俗称为地震荷 载。 注意：是间接作用 地震作用效应：地震作用产生结构的内力和变形 结构动力特性： 结构的自振周期、阻尼、振型等。 三、结构三、结构地震地震反应分析与反应分析与结构抗震验算结构抗震验算 结构的地震反应分析：是结构地震作用的计算方法 结构的地震反应：结构的 位移、速度、加速度 及内力和变形 。 DateDate4747 地震作用简化为三个方向：两个水平方向，一个竖向。 地震作用的简化： 一般分别计算三个方向的地震作用。 DateDate4848 本科生学习内容 DateDate4949