建筑結構荷載作用與結構設計原則概述

1、高層建筑結構授課老師：季韜1第三章第三章 高層建筑結構荷載作用與結高層建筑結構荷載作用與結構設計原則構設計原則3.1 恒荷載及樓面活荷載的計算3.2 風荷載的計算3.3 地震作用的計算3.4 荷載效應組合3.5 結構簡化計算原則3.6 扭轉效應簡化計算3.7抗震設計的一般原則23.1 恒荷載及樓面活荷載的計算*. 高層建筑受到的荷載與作用有哪些?1） 豎向荷載（恒荷載和活荷載）2） 風荷載3） 地震作用4） 施工荷載5）由于材料體積變化受阻引起的作用(包括溫度、混凝土的徐變和收縮引起的作用）6） 地基不均勻沉降3*. 高層建筑受荷特點是什么? 水平荷載的影響顯著增加，成為高層建筑結構設計的主要

2、因素。4*. 什么是高層建筑恒荷載? 恒荷載包括結構本身的自重和附加于結構上的各種永久荷載。如非承重構件的自重、可移動的隔墻重、玻璃幕墻及附件重、各種外飾面的材料重、樓面的找平層重、吊在樓下的各種設備管道重。 材料的自重可查建筑結構荷載規(guī)范(GB500092001)56* 高層建筑活荷載的規(guī)定1）高層建筑樓面活荷載按建筑結構荷載規(guī)范(GB500092001)取用。2) 設計樓面梁、墻、柱及基礎時，樓面活荷載標準值應乘以規(guī)定的折減系數(shù)?；詈奢d的折減系數(shù)按荷載規(guī)范。3）施工活荷載取1-1.5kN/m2 。4）旋轉餐廳軌道和驅動設備的自重應按實際情況確定。75)擦窗機等清洗設備應按其實際情況確定其自

3、重的大小和作用位置。6)活荷載平均為1.5-2kNm2,活荷載僅占全部豎向荷載的10-15% 。7）在工程設計中，一般將恒荷載與活荷載合并計算，按滿載考慮，不再考慮荷載的不利布置。如果活荷載較大，可將最終的彎矩乘以1.1-1.2%的系數(shù)加以放大。8規(guī)范規(guī)定的活荷載910*。鋼筋混凝土高層建筑單位面積重量的取值為多少？ 1）框架、框架-剪力墻結構體系 12-14kN/m2 。2）剪力墻、筒體結構體系 14-16kN/m2。11結構截面尺寸初估柱截面尺寸的估計cccfNA/12第三章第三章 高層建筑結構荷載作用與結高層建筑結構荷載作用與結構設計原則構設計原則3.1 恒荷載及樓面活荷載的計算3.2

4、風荷載的計算3.3 地震作用的計算3.4 荷載效應組合3.5 結構簡化計算原則3.6 扭轉效應簡化計算3.7抗震設計的一般原則133.2 風荷載的計算風對建筑物的作用風對建筑物的作用, ,會產(chǎn)生如下的結果會產(chǎn)生如下的結果: :1.1.強風會強風會使外墻，裝修等使外墻，裝修等產(chǎn)生損壞；產(chǎn)生損壞；2.2.風力作用會風力作用會使結構開裂使結構開裂或或留下較大的殘余留下較大的殘余變形變形；3.3.風力風力使建筑物產(chǎn)生搖晃使建筑物產(chǎn)生搖晃，使居住者感到不，使居住者感到不適；適；4.4.長期風力作用會使結構產(chǎn)生長期風力作用會使結構產(chǎn)生疲勞。疲勞。14在高層建筑的抗風設計中，應考慮下列問題在高層建筑的抗風設

5、計中，應考慮下列問題: :1.1.保證結構保證結構具有足夠的強度具有足夠的強度，能可靠地，能可靠地承受風荷載作承受風荷載作用下的內(nèi)力用下的內(nèi)力；2.2.結構必須有結構必須有足夠的剛度足夠的剛度，控制高層建筑在水平荷載，控制高層建筑在水平荷載下的位移，下的位移，保證良好的居住和工作條件保證良好的居住和工作條件；3.3.選擇合理的結構體系和建筑外形選擇合理的結構體系和建筑外形，采用較大的剛度，采用較大的剛度可以減少風振的影響；可以減少風振的影響；圓形、正多邊形平面圓形、正多邊形平面可以減少可以減少風壓的數(shù)據(jù)；風壓的數(shù)據(jù)；154.盡量采用盡量采用對稱平面形狀對稱平面形狀和和對稱結構布置對稱結構布置，

6、減少減少風力偏心風力偏心產(chǎn)生的產(chǎn)生的扭轉扭轉影響；影響；5.外墻、玻璃、女兒墻及其他圍護構件外墻、玻璃、女兒墻及其他圍護構件必須必須有足夠的強度并與有足夠的強度并與主體結構可靠地連接主體結構可靠地連接。163.2.1風荷載標準值及基本風壓0WWzszk 0WZSZ基本風壓值； 風壓高度變化系數(shù)； 風載體型系數(shù)； 風振系數(shù)。如何確定風荷載標準值?17*.什么是風荷載基本風壓? 它應根據(jù)荷載規(guī)范中附表D4采用，但不得小于0.3kN/m2。 對于特別重要或對風荷載比較敏感的高層建筑(60m以上),其基本風壓值應按l00年重現(xiàn)期的風壓值采用。1819風荷載體型系數(shù)與哪些因素有關? 不但與建筑的平面外形

7、、高寬比、風向與受風墻面所成的角度有關，而且還與建筑物的立面處理、周圍建筑物密集程度及其高低等有關。 空心流動產(chǎn)生的渦流，對建筑局部則會產(chǎn)生較大的壓力和吸力。20如何計算體型系數(shù)？圓形和橢圓形平面， 0.8s正多邊形及三角形平面， ns2 . 18 . 0n為多邊形的邊數(shù) 矩形、鼓形、十字形平面， 1.3s21對于V形、Y形、弧形、雙十字形、井字形平面建筑，L形、槽形平面建筑及高寬比H/B大于4、長寬比L/B不大于1.5的矩形和鼓形平面建筑，其風荷載體型系數(shù)為1.4.迎風面積取垂直于風向的最大投影面積。在需要更細致進行風荷載計算的情況下，可按荷載規(guī)范附錄采用，或由風洞試驗確定。222324風壓

8、高度變化系數(shù)與哪些因素有關? 位于平坦或稍有起伏的高層建筑，其高度變化系數(shù)與高度和地面粗糙度類別有關。 位于山區(qū)的高層建筑，在確定高度變化系數(shù)后，還應考慮地形條件的修正。25如何對地面粗糙度進和分類？ A類指近海海面和海島、海岸、湖岸及沙漠地區(qū)； B類指田野、鄉(xiāng)村、叢林、丘陵以及房屋比較稀疏的鄉(xiāng)鎮(zhèn)和城市郊區(qū)； C類指有密集建筑群的城市市區(qū)； D類指有密集建筑群且房屋較高的城市市區(qū).26如何查風壓高度變化系數(shù)？27如何考慮風載的動力效應? 風對建筑結構的作用是不規(guī)則的，通常把風作用的平均值看成穩(wěn)定風壓(即平均風壓)，實際風壓是在平均風壓上下波動的。平均風壓使建筑物產(chǎn)生一定的側移，而波動風壓使建筑

9、物在平均側移附近振動。 對于高度較大、剛度較小的高層建筑，波動風壓會產(chǎn)生不可忽略的動力效應。目前采用加大風載的辦法來考慮這個動力效應，即在風壓值上乘以風振系數(shù)。287.4.1 對于基本自振周期T1 大于0.25s 的工程結構，如房屋、屋蓋及各種高聳結構，以及對于高度大于30m 且高寬比大于1.5 的高柔房屋，均應考慮風壓脈動對結構發(fā)生順風向風振的影響。 風振計算應按隨機振動理論進行，結構的自振周期應按結構動力學計算。7.4.2 對于一般懸臂型結構，例如構架、塔架、煙囪等高聳結構，以及高度大于30m，高寬比大于1.5 且可忽略扭轉影響的高層建筑，均可僅考慮第一振型的影響。29如何計算風振系數(shù)？z

10、zzz1-振型系數(shù)-脈動增大系數(shù)-脈動影響系數(shù)-風壓高度變化系數(shù)z30如何計算脈動增大系數(shù)?31如何計算脈動影響系數(shù)？32 振型系數(shù)應根據(jù)結構動力計算確定。對外形、質(zhì)量、剛度沿高度按連續(xù)規(guī)律變化的懸臂型高聳結構及沿高度比較均勻的高層建筑，振型系數(shù) 也可近似采用振型計算點距室外地面高度與房屋高度H的比值。 7.3.2 當多個建筑物，特別是群集的高層建筑，相互間距較近時，宜考慮風力相互干擾的群體效應；一般可將單獨建筑物的體型系數(shù)s 乘以相互干擾增大系數(shù)，該系數(shù)可參考類似條件的試驗資料確定；必要時宜通過風洞試驗得出。z33什么情況下宜采用風洞試驗來確定建筑物的風荷載？1. 高度大于200m。2. 高

11、度大于150m,且有下列情況之一時（1）平面形狀不規(guī)則，立面形狀復雜。（2）立面開洞或連體建筑。（3）周圍地形和環(huán)境較復雜。34353.2.2 總風荷載和局部風荷載niiisizzBWW10cos（1）總風荷載36（2）局部風荷載l 在迎風面以及房屋側面寬度為1/6墻面寬度的角隅部分，要驗算外墻圍護結構強度及連接強度，迎風面體型系數(shù)用1.5，側面體型系數(shù)為-1.5，因此單位面積上的風荷載為：l對于陽臺、雨籠、遮陽板等懸挑構件應驗算上浮風荷載，當上浮風荷載超過自重時，懸挑構件會出現(xiàn)反彎矩，局部向上體型系數(shù)取2.0.05 . 1wwzzi05 . 1wwzzi02wwzzi3738isiiiBco

12、s0394041作業(yè)題： 框架剪力墻結構平面如圖1所示，高度為45m，共15層，設地區(qū)基本風壓為0.64kN/m2，D類場地，試求出總風荷載沿高度的分布及總風荷載在平面上的合力作用線。423.3 地震作用的計算 （略）43 3.4 荷載效應組合3.4.1荷載效應和地震作用效應的組合方式 在高層建筑結構上，作用有豎向荷載(包括恒荷載和使用荷載)、風荷載；在抗震設計時，還有水平地震作用和豎向地震作用。 在結構計算時，應當首先分別計算上述各種荷載作用下產(chǎn)生的效應(內(nèi)力和位移)，然后將這些內(nèi)力和位移分別按照建筑物的設計要求，進行組合，得到構件效應的設計值(內(nèi)力設計值和位移設計值)。443.4.2 非抗

13、震設計時的組臺 非抗震設計時，荷載效應組合的設計值按下列公式確定:45 Q、W分別為樓面活荷載組合值系數(shù)和風荷載組合值系數(shù)，當永久荷載效應起控制作用時應分別取0.7和0.0；當可變荷載效應起控制作用時應分別取1.0和0.6或0.7和1.0。(注：對書庫、檔案庫、儲藏室、通風機房和電梯機房，樓面活荷載組合值系數(shù)取0.7的場合應取為 0.9。)46各分項系數(shù)應按下列規(guī)定采用：(1)承載力計算時：永久荷載的分項系數(shù)G：當其效應對結構不利時，對由可變荷載效應控制的組合應取1.2，對由永久荷載效應控制的組合應取1.35；當其效應對結構有利時，應取1.0；樓面活荷載的分項系數(shù)Q：一般情況下應取1.4；風荷

14、載的分項系數(shù)W應取1.4。(2)位移計算時，各分項系數(shù)均應取1.0。47 高層建筑中活荷載所占的比例很小，而且一般不考慮活荷載的不利分布，按滿載計算，所以常常將恒荷載和活荷載合并為豎向荷載進行一次性處理，這時豎向荷載效應的分項系數(shù)人可取為1.25。 內(nèi)力則應考慮表3.14中的各個組合，分別進行配筋計算，取最大配筋值為截面設計的結果。 非抗震設計時，分別計算出豎向荷載、風荷載所產(chǎn)生的位移后，總位移可直接相加(分項系數(shù)為1.0)；48493.4.3 抗震設計時的組合 抗震設計時，考慮荷載效應和地震作用效應組合的設計值按下式確定wkwEvkEvEhkEhGEGSSSSSS-荷載效應和地震作用效應組合

15、的設計值SGE重力荷載代表值的效應；SEhk一水平地震作用標準值的效應SEvk一豎向地震作用標準值的效應50一重力荷載分項系數(shù)；一風荷載分項系數(shù)；水平地震作用分項系數(shù)；豎向地震作用分項系數(shù)；風荷載的組合系數(shù)，應取0.2：各分項系數(shù)應按下列規(guī)定采用：(1)承載力計算時，分項系數(shù)應按表3.15采用。 (2)位移計算時，各分項系數(shù)均應取1.0。5152533.5 結構簡化計算原則3.5.1 彈性工作狀態(tài)在抗震設計時，結構計算是對多遇的小震進行的，此時結構處于不裂的彈性階段。但對于某些構件，由于按彈性計算所得的內(nèi)力過大，出現(xiàn)截面設計困難，配筋不合理的情況，例如，連梁可考慮剛度折減系數(shù)。“大震不倒”通過構造要求予以保證，內(nèi)力計算已無意義。543.5.2 高層建筑結構應考慮整體工作l高層建筑樓板在自身平面內(nèi)的剛度是很大的，幾乎不產(chǎn)生變形，同層各構件的水平位移相同。l剪力墻結構中各片墻的水平力大致按其等效剛度分配。l框架結構中的各片框架水平力大致按其抗側剛度分配。l框架-剪力墻和筒體結構則受力較為復雜，要進行專門的計算。553.5.3 樓板在自身平面內(nèi)的剛度為無限大，平面外的剛度可以不考慮 樓板如同水平放置的深梁，在平面內(nèi)剛度非常大，在平面內(nèi)只有剛體位移平動和移動，不改變形狀。 現(xiàn)澆樓板可以滿足樓板剛度無限大的假定。 框架-剪力墻采用裝配