第3章 高层建筑结构荷载.ppt

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1、主要内容主要内容 第第3 3章章 高层建筑结构荷载高层建筑结构荷载水平荷载（风荷载、地震荷载）计算方法一、定义一、定义第第3 3章章 高层建筑高层建筑 结构结构荷载荷载3.1 3.1 风荷载风荷载风可在建筑物表面产生压力与吸力，称为风可在建筑物表面产生压力与吸力，称为风荷载风荷载。二、风荷载标准值按下式决定二、风荷载标准值按下式决定 动力荷载动力荷载 静荷载静荷载（实质）（实质）（设计）（设计）基本风压基本风压(kN/m2)高度高度z z处的风振系数处的风振系数 风荷载体型系数风荷载体型系数 风压高度变化系数风压高度变化系数风荷载标准值风荷载标准值(kN/m2)(一一)基本风压基本风压3.1

2、3.1 风荷载风荷载以当地比较空旷平坦地面上离地以当地比较空旷平坦地面上离地10m10m高统计所得的高统计所得的重现期为重现期为5050年年一遇，一遇，10min10min平均最大风速为标准确平均最大风速为标准确定出来的。定出来的。可查可查建筑结构荷载规范建筑结构荷载规范（GB50009-2001）一般高层一般高层对特别重要或对对特别重要或对风荷载特别敏感风荷载特别敏感的高层建筑的高层建筑应考虑应考虑100 0年年重现期的风压值重现期的风压值0.400.40kN/mkN/m2 2重庆重庆0.450.45kN/mkN/m2 2或或第第3 3章章 高层建筑高层建筑 结构结构荷载荷载指实际风压与基本

3、风压的比值指实际风压与基本风压的比值 反映建筑物表面在稳定风压作用下静态压力的分布规律，主要与建筑物的体型、尺度及周围环境和地面粗糙程度有关(二二)风荷载体型系数风荷载体型系数平面风压图平面风压图立面风压图立面风压图风压对建筑物的作用图风压对建筑物的作用图3.1 3.1 风荷载风荷载第第3 3章章 高层建筑高层建筑 结构结构荷载荷载(三三)风压高度变化系数风压高度变化系数3.1 3.1 风荷载风荷载A A类类指近海海面和海岛、海岸、湖岸及沙漠地区指近海海面和海岛、海岸、湖岸及沙漠地区C C类类指有密集建筑群的城市市区指有密集建筑群的城市市区D D类类指有密集建筑群且房屋较高的城市市区指有密集建

4、筑群且房屋较高的城市市区B B类类指田野、乡村、丛林、丘陵以及房屋比较稀指田野、乡村、丛林、丘陵以及房屋比较稀疏的乡镇和城市郊区疏的乡镇和城市郊区第第3 3章章 高层建筑高层建筑 结构结构荷载荷载表表2-2(四四)风风振系数振系数3.1 3.1 风荷载风荷载第第3 3章章 高层建筑高层建筑 结构结构荷载荷载(四四)风风振系数振系数3.1 3.1 风荷载风荷载 振型系数振型系数 脉动增大系数脉动增大系数 脉动影响系数脉动影响系数 风压高度变化系数风压高度变化系数对于高度大于30m且高宽比大于1.5的房屋，以及自振周期Tl大于0.25s的塔架、桅杆、烟囱等高耸结构，在风载标准值计算时，应确定结构的

5、风振系数z。第第3 3章章 高层建筑高层建筑 结构结构荷载荷载三、总风荷载与局部风荷载三、总风荷载与局部风荷载3.1 3.1 风荷载风荷载1.1.总风荷载总风荷载 建筑物各个表面承受风力的合力，它建筑物各个表面承受风力的合力，它是沿建筑高度变化的分布荷载。是沿建筑高度变化的分布荷载。建筑物外围表面数建筑物外围表面数 第第i 个表面宽度个表面宽度 第第i 个表面风载体型系数个表面风载体型系数 第第i 个表面法线与风作用方向夹角个表面法线与风作用方向夹角风压全计入总风载风压全计入总风载风压不计入总风载风压不计入总风载第第3 3章章 高层建筑高层建筑 结构结构荷载荷载3.3.局部风荷载局部风荷载3.

6、1 3.1 风荷载风荷载风压在建筑物表面不均匀，在某些风风压在建筑物表面不均匀，在某些风压大的部分，要考虑局部风载不利作压大的部分，要考虑局部风载不利作用，采用用，采用局部增大体型系数局部增大体型系数。迎风面及房屋侧面宽为迎风面及房屋侧面宽为1/61/6墙宽角隅部分墙宽角隅部分1.51.5体型系数体型系数 第第3 3章章 高层建筑高层建筑 结构结构荷载荷载3.3.局部风荷载局部风荷载3.1 3.1 风荷载风荷载阳台，雨篷，遮阳板等悬挑构件，验算向上漂浮阳台，雨篷，遮阳板等悬挑构件，验算向上漂浮的风载，超过自重会出现反向弯矩的风载，超过自重会出现反向弯矩 第第3 3章章 高层建筑高层建筑 结构结

7、构荷载荷载四、例题四、例题1 1第第2 2章章 高层建筑荷高层建筑荷载与结构计算原则载与结构计算原则2.1 2.1 风荷载风荷载3.1 3.1 风荷载风荷载第第3 3章章 高层建筑高层建筑 结构结构荷载荷载3.1 3.1 风荷载风荷载第第3 3章章 高层建筑高层建筑 结构结构荷载荷载例题例题2 23.1 3.1 风荷载风荷载计算具有图2-3平面的框架-剪力墙结构的风荷载及合力作用位置。18层房屋总高58m，地区标准风压w0=0.64kN/m2。风向为图中箭头所示方向。解：每个表面沿建筑物高度每米的风荷载是：取 第第3 3章章 高层建筑高层建筑 结构结构荷载荷载3.1 3.1 风荷载风荷载首先

8、计算，按8块表面积分别计算风力（压力或吸力）在y方向投影值，投影后与y坐标正向相同者取正号，反之取负号。表面序号在中注明，计算如表（1），xi为wi到原点O的距离 第第3 3章章 高层建筑高层建筑 结构结构荷载荷载风力合力作用点距原点3.1 3.1 风荷载风荷载框架-剪力墙结构基本周期近似值取0.07N，N为层数查表2-3得=1.45B类地区=0.525第第3 3章章 高层建筑高层建筑 结构结构荷载荷载结果见表（2）3.1 3.1 风荷载风荷载第第3 3章章 高层建筑高层建筑 结构结构荷载荷载3.2 3.2 地震荷载地震荷载一、抗震的基本知识一、抗震的基本知识第第3 3章章 高层建筑高层建筑

9、结构结构荷载荷载震级震级3.2 3.2 地震荷载地震荷载：衡量一次地震释放能量大小的等级：衡量一次地震释放能量大小的等级震级的测试方法：震级的测试方法：利用标准地震仪距离震中利用标准地震仪距离震中100100公里公里 处记录的以微米为单位的最大水平地面位移。处记录的以微米为单位的最大水平地面位移。基本烈度基本烈度：一一个个地地区区的的基基本本烈烈度度是是指指该该地地区区在在今今后后5050年年期期限限内内,在在一一般般场场地地条条件件下下可可能能遭遭遇遇的超越概率为的超越概率为10%10%的地震烈度。的地震烈度。地震烈度地震烈度：地震时在一定地点振动的强烈程度。地震时在一定地点振动的强烈程度。

10、一次地震，只有一个震级，而在一次地震，只有一个震级，而在不同的地区却有不同的烈度不同的地区却有不同的烈度（1212个）个）第第3 3章章 高层建筑高层建筑 结构结构荷载荷载建筑抗震设防分类建筑抗震设防分类3.2 3.2 地震荷载地震荷载乙类建筑乙类建筑丙类建筑丙类建筑丁类建筑丁类建筑甲类建筑甲类建筑 属于重大建筑工程和地震时可能发属于重大建筑工程和地震时可能发生严重次生灾害的建筑生严重次生灾害的建筑属于地震时使用功能不能中断或需属于地震时使用功能不能中断或需尽快恢复的建筑尽快恢复的建筑属于甲、乙、丁类建筑以外的一般属于甲、乙、丁类建筑以外的一般建筑建筑属于抗震次要建筑属于抗震次要建筑第第3 3

11、章章 高层建筑高层建筑 结构结构荷载荷载抗震设防目标抗震设防目标3.2 3.2 地震荷载地震荷载（三水准设防目标）（三水准设防目标）第一水准：第一水准：第二水准：第二水准：第三水准：第三水准：当当遭遭受受到到多多遇遇的的低低于于本本地地区区设设防防烈烈度度的的地地震震(简简称称小小震震)影影响响时时，建建筑筑一一般般应应不不受受损损坏坏或或不不需需修修理仍能继续使用。即理仍能继续使用。即“小震不坏小震不坏”当当遭遭受受到到本本地地区区设设防防烈烈度度影影响响时时，建建筑筑可可能能有有一一定定的的损损坏坏，经经 一一般般修修理理或或不不经经修修理理仍仍能能继继续续使使用。即用。即“中震可修中震可

12、修”当当遭遭受受到到高高于于本本地地区区设设防防烈烈度度的的罕罕遇遇地地震震(简简称称大大震震)时时 ，建建筑筑不不致致倒倒塌塌或或发发生生危危及及生生命命的的严严重重破坏。即破坏。即“大震不倒大震不倒”第第3 3章章 高层建筑高层建筑 结构结构荷载荷载建筑抗震设计方法建筑抗震设计方法3.2 3.2 地震荷载地震荷载（两阶段设计方法）（两阶段设计方法）第一阶段设计：第一阶段设计：第二阶段设计：第二阶段设计：按按小小震震作作用用效效应应和和其其他他荷荷载载效效应应的的基基本本组组合合验验算算结结构构构构件件的的承承载载能能力力，以以及及在在小小震震作作用用下下验验算算结结构构的的弹弹性性变变形形

13、以满足第一水准抗震设防目标以满足第一水准抗震设防目标在在大大震震作作用用下下验验算算结结构构的的弹弹塑塑性性变变形形以满足第三水准抗震设防目标以满足第三水准抗震设防目标以抗震构造措施来加以保证第二水准抗震设防目标的要求以抗震构造措施来加以保证第二水准抗震设防目标的要求第第3 3章章 高层建筑高层建筑 结构结构荷载荷载二、地震作用的计算方法二、地震作用的计算方法3.2 3.2 地震荷载地震荷载建建筑筑物物由由于于地地震震而而发发生生强强迫迫震震振振动动的的过过程程中中，作用在结构上的惯性力。作用在结构上的惯性力。由力学知：由力学知：加速度反应谱曲线加速度反应谱曲线体系的加速度体系的加速度地震作用

14、地震作用反应谱理论反应谱理论单质点弹性体系单质点弹性体系多质点弹性体系多质点弹性体系？第第3 3章章 高层建筑高层建筑 结构结构荷载荷载单质点弹性体系计算简图单质点弹性体系计算简图3.2 3.2 地震荷载地震荷载质点质点（单层房屋、水塔）（单层房屋、水塔）惯性力惯性力位移位移最大加速度最大加速度地面运动位移地面运动位移最大加速度最大加速度第第3 3章章 高层建筑高层建筑 结构结构荷载荷载加速度反应谱曲线加速度反应谱曲线（地震影响系数曲线）（地震影响系数曲线）P283.2 3.2 地震荷载地震荷载设计特征周期设计特征周期 与场地类别有关与场地类别有关与设防烈度有关与设防烈度有关P29表表2-10

15、 第第3 3章章 高层建筑高层建筑 结构结构荷载荷载三、三、等效水平荷载计算方法等效水平荷载计算方法3.2 3.2 地震荷载地震荷载底部剪力法底部剪力法振型分解反应谱方法振型分解反应谱方法弹性时程分析法弹性时程分析法1.8度地区度地区、场地；场地；2.7度地区，高度大于度地区，高度大于100m；3.8度地区度地区、场地，场地，高度大于高度大于80m；4.9度地区，高度大于度地区，高度大于60m。高度不超过高度不超过40m40m，以剪切变形为主，刚度与以剪切变形为主，刚度与质量沿高度分布比较均匀的建筑物质量沿高度分布比较均匀的建筑物一般高层建筑物一般高层建筑物用于下列建筑：用于下列建筑：第第3

16、3章章 高层建筑高层建筑 结构结构荷载荷载1.1.底部剪力法底部剪力法3.2 3.2 地震荷载地震荷载FEK：结构总水平地震作用的标准值结构总水平地震作用的标准值1：相应于结构基本周期相应于结构基本周期T1的的值值Geq：结构等效总重力荷载代表值结构等效总重力荷载代表值Gi：第：第i层重力荷载代表值层重力荷载代表值(永久荷载与可变荷载的组合值）永久荷载与可变荷载的组合值）（底部剪力）（底部剪力）第第3 3章章 高层建筑高层建筑 结构结构荷载荷载1.1.底部剪力法底部剪力法3.2 3.2 地震荷载地震荷载Fi：作用在作用在I质点上的水平地震作用标准值质点上的水平地震作用标准值第第3 3章章 高层

17、建筑高层建筑 结构结构荷载荷载1.1.底部剪力法底部剪力法3.2 3.2 地震荷载地震荷载顶部附加地震作用系数顶部附加地震作用系数P44表表2-12（多层钢筋砼房屋）（多层钢筋砼房屋）（多层内框架房屋）（多层内框架房屋）0.2地震力沿高度分布地震力沿高度分布 第第3 3章章 高层建筑高层建筑 结构结构荷载荷载2.2.振型分解反应谱方法振型分解反应谱方法3.2 3.2 地震荷载地震荷载用用集集中中质质量量法法，把把n层层结结构构简简化化为为n个个质质点点组组成成的的n 个个自自由由度的体系，求得其振型。度的体系，求得其振型。第第3 3章章 高层建筑高层建筑 结构结构荷载荷载(1)(1)第第j j

18、振型，第振型，第i i质点等效水平地震作用标准值质点等效水平地震作用标准值:3.2 3.2 地震荷载地震荷载 相应于第j振型自振周期的地震影响系数 第j 振型参与系数 第j振型第i质点的水平相对位移 集中于质点i的重力荷载代表值 第第3 3章章 高层建筑高层建筑 结构结构荷载荷载(2)(2)求解结构水平地震效应求解结构水平地震效应3.2 3.2 地震荷载地震荷载用用Fji分分别别求求出出第第j j个个振振型型下下结结构构的的内内力力和和位位移移，通通过过振振型型组组合合法法计计算算结结构构各各处处的的内内力力和和位位移移。振振型型组组合合时时采用平方和的平方根方法采用平方和的平方根方法:S S

19、j j 第第j j振型等效地震荷载的效应值振型等效地震荷载的效应值S S 水平地震效应水平地震效应n n 参加组合的振型数，一般参加组合的振型数，一般2-32-3个个可为弯矩、剪力、位移可为弯矩、剪力、位移沿高度刚度不均匀可取沿高度刚度不均匀可取 5-65-6个个第第3 3章章 高层建筑高层建筑 结构结构荷载荷载3.3.弹性时程分析法弹性时程分析法3.2 3.2 地震荷载地震荷载结构在地震作用下的运动方程：结构在地震作用下的运动方程：采用数值分析方法（逐步积分法）求解采用数值分析方法（逐步积分法）求解t t时刻的位时刻的位移、速度、加速度，并作出时程位移曲线。移、速度、加速度，并作出时程位移曲

20、线。第第3 3章章 高层建筑高层建筑 结构结构荷载荷载3.2 3.2 地震荷载地震荷载注意注意建建筑筑物物顶顶部部突突出出的的小小塔塔楼楼（楼楼电电梯梯间间，女女儿儿墙墙、烟烟囱囱等等）质质量量、刚刚度度比比主主体体结结构构小小很很多多，会会产产生生明明显显的的“鞭稍效应鞭稍效应”。第第3 3章章 高层建筑高层建筑 结构结构荷载荷载3.2 3.2 地震荷载地震荷载解决办法解决办法时程分析法时程分析法 振型分解法振型分解法 底部剪力法底部剪力法 将将分分配配到到小小塔塔楼楼质质点点上上等等效效地地震震力力增增大大，放放大大3 3倍倍。计计算算时时顶顶点点附附加加水水平平力力F Fn n不不再再向

21、下传递，仅作用于主体顶部。向下传递，仅作用于主体顶部。小小塔塔楼楼多多取取n个个质质点点，而而且且多多取取一一些些振振型型数数，则鞭稍效应通过高振型参与反应出来则鞭稍效应通过高振型参与反应出来无须处理无须处理第第3 3章章 高层建筑高层建筑 结构结构荷载荷载2.3 2.3 水平荷载作用方向及水平荷载作用方向及以结构计算的一般简化假定以结构计算的一般简化假定如如何何确确定定抗抗侧侧力力结结构构刚刚度度，水水平平荷荷载载分分配配与与各各片片抗抗侧侧力力结结构构刚刚度度有有关关，刚刚度度越越大大结结构构单单元元所分配的荷载就大。所分配的荷载就大。如如何何确确定定每每片片抗抗侧侧力力结结构构所所分分配配到到的的水水平平荷荷载下的内力以及位移。载下的内力以及位移。要解决问题：要解决问题：第第3 3章章 高层建筑高层建筑 结构结构荷载荷载多质点弹性体系计算简图多质点弹性体系计算简图（多层房屋）（多层房屋）2.2 2.2 地震荷载地震荷载第第3 3章章 高层建筑高层建筑 结构结构荷载荷载建筑场地分类建筑场地分类 P552.2 2.2 地震荷载地震荷载等效剪切波速等效剪切波速(m/s)场地类别场地类别0555080各类建筑场地的覆盖层厚度各类建筑场地的覆盖层厚度(m)(m)第第3 3章章 高层建筑高层建筑 结构结构荷载荷载