高层结构设计第3章-高层建筑的荷载和地震作用课件.ppt

1、广州大道南一栋五层厂房广州大道南一栋五层厂房近近10001000平方米的平方米的2 2块铁皮被卷起块铁皮被卷起后砸中附近五金厂，后砸中附近五金厂，100100多名工人侥幸逃过大难多名工人侥幸逃过大难 空气流动形成的风遇到建筑空气流动形成的风遇到建筑物时，就在建筑物物时，就在建筑物表面产生表面产生压力或吸力压力或吸力，这种风力作用，这种风力作用叫风荷载。叫风荷载。风的大小与风的大小与（1 1）近地风的性质、风速、风向有关）近地风的性质、风速、风向有关（2 2）建筑物所在地的地藐及周围环境）建筑物所在地的地藐及周围环境（3 3）建筑本身的高度、形状以及表面状况有关）建筑本身的高度、形状以及表面状况

2、有关2022-12-20131 1、概念：空气流动形成风（近地风起主要作用）、概念：空气流动形成风（近地风起主要作用）迎风面：压力迎风面：压力 背风面：吸力背风面：吸力 风毁事故：桥梁风毁事故：桥梁 高层高层少，局部破坏多（玻璃）少，局部破坏多（玻璃）高耸高耸有有2 2、随机性、随机性按照统计规律归纳出风荷载标准值计算公式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当计算主要承重结构时0wWzszkkW：风荷载标准值（：风荷载标准值（kN/mkN/m2 2）2022-12-20143 3、风荷载的计算、风荷载的计算 (1)基本风压基本风压空旷平坦地面、距地空旷平坦地面、距地10

3、m10m、5050年一遇、年一遇、10min10min平均最大风速平均最大风速计算。计算。00：空气密度空气密度具体查阅：荷载规范附录具体查阅：荷载规范附录D D，不小于，不小于0.3kN/m20.3kN/m2说明：说明：一般高层建筑考虑一般高层建筑考虑5050年一遇年一遇特别重要或者有特殊要求的高层建筑考虑特别重要或者有特殊要求的高层建筑考虑100100年一遇年一遇2220001(/)21600kN m2022-12-20153 3、风荷载的计算、风荷载的计算 (1)基本风压基本风压空旷平坦地面、距地空旷平坦地面、距地10m10m、5050年一遇、年一遇、10min10min平均最大风速平均

4、最大风速计算。计算。0200210：空气密度空气密度2022-12-2016（2 2）风荷载体型系数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垂直于建筑表面的平均风作用力/基本风压值基本风压值 ss2022-12-2018（2 2）风荷载体型系数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

5、度、表面位置等而改变，其大小由实测或风洞试验确定体型、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垂直于建筑表面的平均风作用力/基本风压值基本风压值 ss压力为正号压力为正号 吸力为负号吸力为负号A A类：类：指近海面、海岛、海岸、湖岸以及沙漠指近海面、海岛、海岸、湖岸以及沙漠B B类：类：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C C类：类：指密集建筑裙的城市市区指密集建筑裙的城市市区D D类：类：指有密集建筑物裙且房屋较高的城市市中心指有密集建筑物裙且房屋较高的城市市中心ABCD2

6、022-12-2021（4 4）风振系数风振系数 (高度高度Z Z处风振系数处风振系数)Z风分为风分为平均风（即稳定风）和脉动风（常称阵风脉动）平均风（即稳定风）和脉动风（常称阵风脉动）平均风平均风静力静力 脉动风脉动风动力动力2022-12-2022 与结构的自振特性有关，（包括自振周期、振型等，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）也与结构的高度有关）基本自振周期基本自振周期T T1 1 0.25S 0.25S的工程结构，的工程结构，高度大于高度大于30m30m且且高宽高宽比大于比大于1.51.5的高柔房屋，考虑风压脉动对结构发生顺风向风的高柔房屋，考虑风压脉动

7、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），高度一般悬臂型结构（构架、塔架、烟囱等高耸结构），高度大于大于30m30m，高宽比大于，高宽比大于1.51.5且可以忽略扭转影响的高层建筑，且可以忽略扭转影响的高层建筑，按照下式计算：按照下式计算：2022-12-2023 脉动增大系数脉动增大系数 脉动影响系数脉动影响系数 振型系数振型系数 风压高度变化系数风压高度变化系数ZZZZZ12022-12-2024主要与结构的周期、基本风压和地面

8、粗糙程度有关主要与结构的周期、基本风压和地面粗糙程度有关 2022-12-2025振型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；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，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也可近似采用振型计算点距室外地面高度Z Z与房屋高与房屋高度度H H的比值代替振型系数的比值代替振型系数 Z/HZ/H查表查表Z脉动影响系数脉动影响系数与房屋总高度、粗糙度类别、与房屋总高度、粗糙度类别、H/BH/B有关，查表。有关，查表。2022-12

9、-2026 结构基本自振周期的经验公式结构基本自振周期的经验公式方法一：方法一：钢筋混凝土框架和框剪结构：钢筋混凝土框架和框剪结构：钢筋混凝土剪力墙结构：钢筋混凝土剪力墙结构：H H房屋总高度房屋总高度(m)(m)B B房屋宽度房屋宽度(m)(m)方法二：方法二：框架结构：框架结构：T1（0.080.1）N 框架剪力墙结构：框架剪力墙结构：T1（0.060.08）N 剪力墙结构及筒中筒：剪力墙结构及筒中筒：T10.05N N N房屋层数房屋层数32311053.025.0BHT3103.003.0BHT2022-12-20274 4、总风荷载、总风荷载各个表面承受风力的合力，沿高度变化的分布荷

10、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建筑物表面法线与风作用方向的夹角 0 0：风力作用方向与建筑表面垂直，风压全部计算风力作用方向与建筑表面垂直，风压全部计算 9090：风力作用方向与建筑表面平行，风压不算风力作用方向与建筑表面平行，风压不算0 90:0 100m100m8 8度度IIIIII、IVIV类场地类场地80m80m9 9度度60m60m2022-12-20381 1、底部剪力法、底部剪力法结构总水平地震作用的标准值计算公式：结构总水平地震作用的标准值计算公式：1 1相应于结构基本自振周期相应于结构基本自振周期T T1 1的的 值值Geq

11、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G Geqeq0.85 G0.85 GE EG Gj j第第j j层重力荷载代表值层重力荷载代表值考虑高层建筑弯曲振型的影响，顶层附加水平地震作用标准考虑高层建筑弯曲振型的影响，顶层附加水平地震作用标准值为：值为：n n顶部附加水平地震作用系数，当基本自振周期顶部附加水平地震作用系数，当基本自振周期T T1 11.4TTTTg g时时 maxmax（2）、重力荷载代表值：）、重力荷载代表值：100恒荷载恒荷载50雪荷载雪荷载50楼面活荷载（楼面活荷载（80藏书库、档案藏书库、档案库、库房活荷载）库、库房活荷载）（3）、结构等效总重力荷载代表

12、值）、结构等效总重力荷载代表值 Geq0.85 GE（4）、顶部）、顶部附加水平地震作用标准值附加水平地震作用标准值EKnnFF2022-12-2041（5 5）、基本自振周期的简化计算方法：）、基本自振周期的简化计算方法：假想顶点位移法：假想顶点位移法：质量、刚度沿高度分布比较均匀的框架、框架剪力墙结构质量、刚度沿高度分布比较均匀的框架、框架剪力墙结构 以楼层重力荷载代表值以楼层重力荷载代表值G Gi i为楼层水平力，按照弹性为楼层水平力，按照弹性方法计算的顶点位移，单位为方法计算的顶点位移，单位为(m)(m)T T 周期折减系数周期折减系数TTuT7.11Tu自振周期的修正：自振周期的修正

13、：计算中未考虑计算中未考虑砌体填充墙的刚度砌体填充墙的刚度影响，计算周期较实际周期长，地震作用偏于不影响，计算周期较实际周期长，地震作用偏于不安全，故应乘以周期折减系数安全，故应乘以周期折减系数T框架结构：框架结构：T0.60.7框架剪力墙：框架剪力墙：T0.70.8剪力墙结构：剪力墙结构：T0.91.0 2022-12-2042（6 6）、带小塔楼的高层建筑结构）、带小塔楼的高层建筑结构 小塔楼：突出屋面的楼梯间、水箱等，一般小塔楼：突出屋面的楼梯间、水箱等，一般1 12 2层，高度层，高度小体积小，小塔楼作为一个质点。小体积小，小塔楼作为一个质点。鞭梢效应：屋面塔楼的刚度和质量比主体结构小

14、得多，受鞭梢效应：屋面塔楼的刚度和质量比主体结构小得多，受到经过主体建筑放大后的地震加速度，受到强化的激励，到经过主体建筑放大后的地震加速度，受到强化的激励，产生显著的鞭梢效应产生显著的鞭梢效应 塔楼计算：乘以放大系数塔楼计算：乘以放大系数注明：注明：有突出屋面的小塔楼时，顶部附加水平地震作用加在有突出屋面的小塔楼时，顶部附加水平地震作用加在主体结构的顶层，不加在小塔楼上主体结构的顶层，不加在小塔楼上 2222(0.85)(0.85)xyyxSSSSSS111.52228(1)(1)4(1)mmjkjkjkjkTTjkTjkTTSS S ()()ggmxCxF xmxmxCxkxmx t ma

15、xmaxmax0.750.65EvkveqeqEvFGGG1iiviEvknjjjG HFFG HA级高度的高层建筑结构抗震等级级高度的高层建筑结构抗震等级 设计要求设计要求B级高度的高层建筑结构抗震等级级高度的高层建筑结构抗震等级 决定抗震构造措施等级时应考虑的烈决定抗震构造措施等级时应考虑的烈度度乙建筑乙建筑,按特一级按特一级 考虑抗震措施考虑抗震措施甲类建筑甲类建筑,采取更有效的抗震措施采取更有效的抗震措施2022-12-2050水平地震影响系数水平地震影响系数-地震影响系数；地震影响系数；maxmax-地震影响系数最大值；地震影响系数最大值；T-T-结构自振周期；结构自振周期；T Tg

16、 g-特征周期；特征周期；-衰减系数；衰减系数；1 1-直线下降短下降斜率调制系数；直线下降短下降斜率调制系数；2 2-阻尼调整系数阻尼调整系数1 1 除有专门规定外，钢筋混凝土高层建筑结构的阻尼比应取除有专门规定外，钢筋混凝土高层建筑结构的阻尼比应取0.050.05，此时阻尼调整系数，此时阻尼调整系数2 2应取应取1.01.0，形状参数应符合下，形状参数应符合下列规定：列规定：1 1）直线上升段，周期小于）直线上升段，周期小于0.1s0.1s的区段；的区段；2 2）水平段，自）水平段，自0.1s0.1s至特征周期至特征周期TgTg的区段，地震影响系数应取的区段，地震影响系数应取最大值最大值21max0.25gTT