第三章 高層建筑結(jié)構的荷載

第3章高層建筑結(jié)構荷載

高層建筑結(jié)構設計第3章高層建筑結(jié)構的荷載與多層建筑結(jié)構有所不同，高層建筑結(jié)構——1）豎向荷載效應遠大于多層建筑結(jié)構；

2）水平荷載的影響顯著增加，成為其設計的主要因素；

3）對高層建筑結(jié)構尚應考慮豎向地震的作用。高層建筑結(jié)構主要承受豎向荷載和水平荷載。1）豎向荷載2）水平荷載恒荷載活荷載風荷載地震作用—高、大、細、長等柔性工程結(jié)構的主要設計荷載

空氣流動形成的風遇到建筑物時，就在建筑物表面產(chǎn)生壓力或吸力，這種風力作用叫風荷載。迎風面壓力背風面吸力浮力因此，高層建筑中一般不設外伸構件。風的破壞力風的破壞力廣州大道南一棟五層廠房近1000平方米的2塊鐵皮被卷起后砸中附近五金廠，100多名工人僥幸逃過大難一、滬環(huán)球金融中心建筑裝風阻尼器上海環(huán)球金融中心位于上海浦東陸家（492m）。該工程上海海環(huán)球金融融中心在90層（地上395米）設置2臺重約150噸的配重物物體風阻尼尼器，可抗抗12級以上臺風風。通過引引入風阻尼尼器，將能能使強風時時加在建筑筑物上的加加速度（重重力）降低低40%左右。另外外，風阻尼尼器也可以以降低強震震對建筑物物，尤其是是建筑物頂頂部的沖擊擊。二、臺灣101大樓裝風阻阻尼器“臺灣101金融大樓””位于臺北北信義計劃劃區(qū)，這座座達508米高的建筑筑物將超過過美國芝加加哥的西爾爾斯大樓，，成全球最最高的建筑筑物。大樓樓頂內(nèi)內(nèi)部用鋼纜纜懸著一顆顆重660噸、直徑5.5米的巨球，，巨球位于于88樓，這是世世界最大、、最重、唯唯一外露可可供參觀的的風阻尼器器，它是通通過巨大鋼鋼球的擺動動來減緩建建筑物的晃晃幅。造價價新臺幣一一億三千兩兩百萬元(人民幣約2640萬元)。3.1.1風荷載標準值風荷載作用用面積：：垂直于風向向的最大投投影面積1.基本計算公公式2.計算參數(shù)基本風壓值值體型系數(shù)高度變化系系數(shù)風風載作用面面積風振系數(shù)3.1.1風荷載標準值1、基本風壓我國《荷載規(guī)范》規(guī)定，基本風壓系以當?shù)乇容^空曠平坦地面上離地10m高，統(tǒng)計所得的50年一遇10分鐘平均最大風速v0（m/s）為標準，按風速確定的風壓值，但不得小于0.3kN/m2。特別重要的高層建筑，取100年。全國基本風風壓分布圖圖（kN/m2）無人區(qū)未予予記錄0.800.900.900.60風壓沿高度度的變化規(guī)規(guī)律一般用用指數(shù)函數(shù)數(shù)表示，即即2、風壓高度度變化系數(shù)數(shù)風速大小與與高度有關關，一般近地面處的的風速較小小，愈向上上風速逐步步加大。當達到一一定高度時時（300~500m），風速不不受地表影影響，達到到所謂梯度度風。而且且風速的變變化還與地地面粗糙程程度有關。?！謩e為標準準高度（例例如10m）及該處的的平均風速速；——地面粗糙度度系數(shù)；地地表粗糙程程度愈大，，值則愈大；；風壓高度變變化系數(shù)：：為某類地地表上空高高度處的風風壓與基本本風壓的比比值，該系系數(shù)取決于于地面粗糙糙程度指數(shù)數(shù)。現(xiàn)行行規(guī)范將地地面粗糙程程度分為四四類：A類——指近海海面面、海島、、海岸、湖湖岸及沙漠漠地區(qū)；B類——指田野、鄉(xiāng)鄉(xiāng)村、叢林林、丘陵以以及房屋比比較稀疏的的鄉(xiāng)鎮(zhèn)和城城市郊區(qū)；；C類——指有密集建建筑群的城城市市區(qū)；；D類——指密集建筑筑群且房屋屋較高的城城市市區(qū)。。3、風荷載體體型系數(shù)1）定義：風荷載體型型系數(shù)是指指風作用在在建筑物表表面所引起起的壓力(吸力)與原始風速速算得的理理論風壓的的比值。2）特點：風荷載體型型系數(shù)一般般都是通過過實測或風風洞模擬試試驗的方法法確定，它它表示建筑筑物表面在在穩(wěn)定風壓壓作用下的的靜態(tài)壓力力分布規(guī)律律，主要與與建筑物的的體型與尺度度有關。迎風面的風風壓力在建建筑物的中間偏上為為最大，兩邊及底下下最??；側(cè)風面一一般近側(cè)大大，遠側(cè)小小，分布也也極不均勻勻；背風面一般般兩邊略大大，中間小小。+0.8-0.7-0.7-0.5+0.8+0.4+0.4-0.7-0.7-0.5-0.5-0.5+0.8-0.500-0.5-0.53）風荷載載體型系數(shù)數(shù)的確定：：根據(jù)設計計經(jīng)驗和風風洞試驗（2）群體風壓壓體型系數(shù)數(shù)對建筑群，，尤其是高高層建筑群群，當房屋屋相互間距距較近時，，由于漩渦渦的相互干干擾，房屋屋某些部位位的局部風風壓會顯著著增大。《高層規(guī)程》規(guī)定，當多多棟或群集集的高層建建筑相互間間距較近時時，宜考慮慮風力相互互干擾的群群體效應。。一般可將單體體建筑的體體型系數(shù)乘乘以相互干干擾增大系系數(shù)，該系數(shù)可可參考類似似條件的試試驗資料確確定，必要要時宜通過過風洞試驗驗確定。（3）局部風壓壓體型系數(shù)數(shù)在計算風荷荷載對建筑筑物某個局局部表面的的作用時，，要采用局局部風荷載載體型系數(shù)數(shù)，用于驗算表面圍圍護結(jié)構及及玻璃等強強度和構件件連接強度度。檐口、雨蓬蓬、遮陽板板、陽臺等等水平構件件計算局部部上浮風荷荷載時，風風荷載體型型系數(shù)不宜宜小于2.0。設計建筑筑幕墻時，，應按有關關的標準規(guī)規(guī)定采用。。(1)風洞洞試驗目的的結(jié)構抗風研研究與設計計時需要結(jié)結(jié)構的體形形系數(shù)和風風振系數(shù)，，但僅依靠靠荷載規(guī)范范，往往很很難精確得得到。在實實際中，常常采用風洞洞試驗來準準確獲得體體形復雜結(jié)結(jié)構的體型型系數(shù)和風風振系數(shù)。。(2)模擬擬方法自然形成法法和人工形形成法。（1）自然形成成法：在均勻粗糙糙壁上自然然形成模擬擬的大氣邊邊界層，所所需試驗段段非常長，，一般要求求20米以上，而而且通常還還需加上一一定的人工工紊流裝置置，目前很很少采用。。（2）人工形成成法：當前國際上上主要采用用的大氣邊邊界層模擬擬方法。方方法有：曲曲網(wǎng)法、棍棍柵法、曲曲線切面蜂蜂窩法、1/4橢圓尖劈+擋板+粗糙元法、大孔眼格格網(wǎng)法、尖尖塔旋渦發(fā)發(fā)生器法和和孔板速度度車法。TJ-2：實驗段高高2.5米×寬3.0米×長15m，風速3～67米/秒。國內(nèi)主要風風洞TJ-3：實驗段2.0米高×15米寬×15米長，風速0.5～17米/秒。4、風振系數(shù)數(shù)１）風速特特點：風速的變化化可分為兩兩部分：一一種是長周期的成成分，其值一般般在10min以上；另一一種是短周期成分分，一般只有有幾秒左右右。因此，，為便于分分析，通常常把實際風風分解為平均風（穩(wěn)穩(wěn)定風）和和脈動風兩部分。穩(wěn)穩(wěn)定風周期期長，對結(jié)結(jié)構影響小?。幻}動風風周期短，，對結(jié)構影影響大。２）風的動力力效應：對于高度較較大、剛度度較小的高高層建筑，，脈動風壓壓會產(chǎn)生不不可忽略的的動力效應應，在設計計中必須考考慮，目前前采用加大大風荷載的的辦法來考考慮這個動動力效應，，即對風壓值乘以以風振系數(shù)數(shù)。對于基本自自振周期T1大于0.25s的工程結(jié)構構，以及高高度大于30m且高寬比大大于1.5的高柔房屋屋均應考慮慮脈動風壓壓對結(jié)構產(chǎn)產(chǎn)生的風振振影響。2）計算：對于基本自自振周期T1大于0.25s的工程結(jié)構構，以及高高度大于30m且高寬比大大于1.5的高柔房屋屋均應考慮慮脈動風壓壓對結(jié)構產(chǎn)產(chǎn)生的風振振影響。2）計算：3.1.2總風荷荷載總風荷載為為建筑物各各個表面上上承受風力力的合力，，是沿建筑物高高度變化的的線荷載。。z高度處的的總風荷載載標準值按按下式計算算：Wz1Wz2Wz3Wz4總風載計算算步驟總風載計算算步驟（kN)3.2風荷載例題題-0.5一高層鋼筋筋混凝土結(jié)結(jié)構，平面面形狀為正正六邊形，，邊長為20m。房屋共20層，除底層層層高為5m外，其余層層高為3.6m。該房屋的的第一自振振周期T1=1.2S，所在地區(qū)的的基本風壓壓地面粗糙度度為C類。試計算算各樓層處與風向一致致方向總的的風荷載標標準值。風向[解]1確定體形系數(shù)0-0.5+0.8-0.50-0.5①②③④該房屋共有6個面，查表得到各個面的風荷載體形系數(shù)，如圖所示，不為零的4個面分別用①②③④表示。20m2計算各層的的風壓高度度系數(shù)近似假定室室內(nèi)外地面面相同，則則二層樓面面離室外地地面高度為為5m，查表，對對于C類地面粗糙糙度，同理可求得得其余各層層樓面標高高處的風壓壓高度系數(shù)數(shù)。3計算風振系數(shù)查表房屋高寬比H/B=(5+3.6×19)/34.64=2.1，查表，對于質(zhì)量和剛度沿高度比較均勻的房屋，結(jié)構振型系數(shù)可以取對于C類地面，乘0.62根據(jù)0.62×1.01=0.634計算各個面面不同高度度的分布風風荷載5計算各個面各樓層處的集中風荷載6計算各樓層處總的風荷載風荷載計算算結(jié)果3.2.1地震作用的的性質(zhì)地震反應：地震振動動使工程結(jié)結(jié)構產(chǎn)生內(nèi)內(nèi)力和變變形的動態(tài)態(tài)反應。即即：結(jié)構構由于地震震激發(fā)引起起的振動，，在結(jié)構中中產(chǎn)生隨時時間變化的的位移、速度、加速度、內(nèi)力和變形等地震作用：結(jié)構上的的質(zhì)量因加加速度的存存在而產(chǎn)生生的慣性力力。眾值烈度：：建筑所在地地區(qū)在設計計基準期（（50年）內(nèi)出現(xiàn)現(xiàn)的頻度最最高的烈度度。其超越越概率為63.2%，重現(xiàn)期為為50年。罕遇烈度：建筑所在在地區(qū)在設設計基準期期（50年）內(nèi)具有有超越概率率2%-3%的地震烈度度。也稱為為大震烈度度，重現(xiàn)期期約為2000年。3.2.2三水準的抗抗震設防準準則具體通過““三水準”的抗震設設防要求和和“兩階段”的抗震設設計方法實實現(xiàn)?！叭疁省笨箍拐鹪O防目目標：（1）第一水準：在遭受低于本地區(qū)設防防烈度的多遇地震影響時，建建筑物一般般不損壞或或不需修理理仍可繼續(xù)續(xù)使用。小震不壞，結(jié)構處于于彈性工作作階段（2）第二水準：在遭受本本地區(qū)規(guī)定的設防烈度的地震影響響時，建筑筑物可能有有損壞，經(jīng)經(jīng)一般修理理或不需修修理仍可繼繼續(xù)使用。。——中震可修，允許結(jié)構構進入非彈彈性工作階階段，但由此造成成的結(jié)構損損壞可控。。（3）第三水準：：當遭受高于本地區(qū)設防防烈度的預估罕遇地地震影響時，建建筑物不致致倒塌或發(fā)發(fā)生危及生生命的嚴重重破壞?！笳鸩坏梗Y(jié)構有較較大的非彈彈性變形第一階段設設計：多遇地震作用下承載載力驗算——小震不壞彈性變形驗驗算——中震可修。。合理的結(jié)構構布置和抗抗震構造措措施——大震不倒第二階段設設計：罕遇地震下下彈塑性變變形驗算——大震不倒針對特別重重要的建筑筑、地震易易倒塌的建建筑、有明明顯薄薄弱層的建建筑，不規(guī)規(guī)則的建筑筑等集中質(zhì)量法法：把結(jié)構構的全部質(zhì)質(zhì)量假想地地集中到若若干質(zhì)點，，結(jié)構桿件件本身則看看成無重彈彈性直桿.3.2.3單自由度體體系水平地地震作用反應譜曲線線受多種因因素影響(a)場地條件對對譜曲線的的影響(b)震震級與震中中距對譜譜曲線的影影響為方便工程程抗震的設設計，一般般采用大量同類地地震記錄的的統(tǒng)計平均均譜，并加以規(guī)規(guī)則平滑后后具有地震震反應譜的的形式，稱稱為標準反反應譜。《抗震規(guī)范》就是以地震震影響系數(shù)數(shù)α(T)作為設計反反應譜。設計反應譜譜應根據(jù)抗震設防烈烈度、場地類別、設計地震分分組和結(jié)構自振周周期及阻尼比確定。地震影響系系數(shù)曲線3.2.4計算水平地地震作用的的底部剪力力法GiGeqT1T1底部剪力法總總體思路：第一步：