《高層建筑結(jié)構(gòu)荷載》課件

高層建筑結(jié)構(gòu)荷載探討高層建筑結(jié)構(gòu)的荷載特點和力學行為,深入分析風荷載、地震荷載、使用荷載等對高層建筑的影響,為優(yōu)化設(shè)計提供依據(jù)。課程簡介高層建筑知識體系本課程涵蓋高層建筑的特點、結(jié)構(gòu)形式以及各類荷載的組成和計算方法。實踐示范案例通過具體案例講解,學習如何進行高層建筑的荷載分析和抗震設(shè)計。提升設(shè)計能力掌握高層建筑結(jié)構(gòu)荷載計算和抗震設(shè)計的關(guān)鍵技能,提高從業(yè)者的專業(yè)水平。課程大綱理論知識本課程將全面介紹高層建筑的結(jié)構(gòu)特點、荷載構(gòu)成和計算方法。包括永久荷載、活荷載、風荷載、地震等各類荷載的定義和計算方法。實踐應用課程還將深入探討荷載組合、安全系數(shù)的確定，以及具體工程案例分析。幫助學生將理論知識與實際設(shè)計應用相結(jié)合。抗震設(shè)計課程的后半部分重點介紹高層建筑的抗震設(shè)計,包括抗震性能要求、設(shè)計原則和方法,以及不同構(gòu)件的抗震設(shè)計策略?？偨Y(jié)展望最后,課程將就高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的未來趨勢和發(fā)展方向進行總結(jié)與展望。高層建筑的特點高層建筑由于其獨特的建筑形式和龐大的體量,展現(xiàn)出許多突出的特點:外形高挑、結(jié)構(gòu)復雜、受環(huán)境影響明顯、施工難度大、自重偏重等。這些特點給建筑設(shè)計、結(jié)構(gòu)計算和施工帶來了許多挑戰(zhàn)。高層建筑結(jié)構(gòu)形式框架結(jié)構(gòu)由柱、梁和剛性節(jié)點組成的空間骨架結(jié)構(gòu)，能承受垂直荷載和水平荷載。適用于中低層高樓。剪力墻結(jié)構(gòu)由帶有開口的垂直剪力墻和連梁組成的體系，可以承受較大的水平力和垂直力。適用于高層建筑。核心筒結(jié)構(gòu)在建筑中設(shè)置一個堅實的中心核心筒,可以極大提高建筑的整體剛度與穩(wěn)定性,適用于超高層建筑。鋼結(jié)構(gòu)由鋼材組成的結(jié)構(gòu)體系,具有高強度、輕質(zhì)和施工快捷的特點,適用于高層建筑的一種新型結(jié)構(gòu)形式。高層建筑荷載的組成永久荷載由建筑物自重及永久附加物等組成的不變荷載。活荷載由人員、家具及可移動設(shè)備等所產(chǎn)生的可變荷載。風荷載由風力作用于建筑物表面所產(chǎn)生的荷載。地震作用由地震運動引起的慣性作用力對建筑物的影響。永久荷載1自重包括建筑物本身的重量,如結(jié)構(gòu)材料、裝修材料、管線、電氣設(shè)備等。2永久附加荷載例如非可拆卸的設(shè)備、家具、裝置等造成的額外荷載。3預應力作用由于預應力對結(jié)構(gòu)的永久性影響所產(chǎn)生的荷載。4地基沉降由于地基長期沉降而對結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的永久性影響?；詈奢d變化性活荷載是指建筑物內(nèi)部或外部產(chǎn)生的非永久性荷載,其分布和大小會隨時間而變化。人員荷載由建筑物內(nèi)人員的重量、移動等產(chǎn)生的荷載,如辦公室、教室、商場等處。設(shè)備荷載由建筑物內(nèi)各種設(shè)備的重量產(chǎn)生的荷載,如空調(diào)、電梯、管線等。積雪荷載由屋面上積累的雪的重量產(chǎn)生的荷載,主要出現(xiàn)在有降雪的地區(qū)。風荷載風力作用風荷載是由于風力作用在建筑物表面產(chǎn)生的壓力和吸力。它取決于風速和風向。風速大小建筑物的高度越高,受到的風荷載就越大。高層建筑十分容易受到大風的影響。風向變化不同的風向會導致建筑物受力情況的變化,需要考慮各種可能的風向。氣動特性建筑物的外形和氣動特性會影響風荷載的大小,需要進行專業(yè)的風洞實驗測試。地震作用1地震作用的特性地震作用具有不確定性、時變性和破壞性等特點,給高層建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計帶來挑戰(zhàn)。2地震作用的計算方法可采用等效靜荷載法或動力分析法對地震作用進行合理的計算和評估。3地震作用的抗震措施合理選用抗震結(jié)構(gòu)體系、設(shè)置隔震或減震裝置等措施可以增強建筑物的抗震性能。4地震作用的設(shè)計要求應滿足抗震設(shè)防要求,確保建筑物在地震作用下不會發(fā)生倒塌或嚴重損壞。溫度荷載溫度作用的來源溫度荷載主要由建筑物日照、季節(jié)變化以及熱烈冷等因素引起。建筑物受到太陽輻射、氣溫差異等外界環(huán)境溫度變化而產(chǎn)生不同程度的溫度變形。溫度荷載的影響溫度變化會導致建筑物結(jié)構(gòu)發(fā)生熱膨脹或收縮,從而產(chǎn)生內(nèi)部應力。這些應力可能會造成裂縫、變形或破壞,對建筑物的安全性和耐久性造成不利影響。施工荷載施工現(xiàn)場特點施工現(xiàn)場存在各種材料裝卸、運輸、吊裝等作業(yè),會產(chǎn)生短期的臨時性荷載,需要特別關(guān)注。臨時性荷載如材料堆積、機械設(shè)備等會造成的臨時性荷載,應該根據(jù)具體情況進行測算和評估。臨時支撐在施工過程中,需要設(shè)置臨時支撐以確保結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性,這些臨時支撐也需要計入荷載考慮。組合荷載荷載組合的必要性高層建筑在實際使用過程中會同時受到多種荷載作用,因此需要對這些荷載進行合理組合,以確保整個結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性。荷載組合形式常見的荷載組合形式包括永久荷載與活荷載、風荷載與地震作用等,每種形式都有其獨特的計算方法與設(shè)計要求。荷載組合的考慮因素在進行荷載組合時,需要充分考慮荷載的發(fā)生概率、持續(xù)時間、相互作用強度等因素,以確保整體受力分析的合理性。荷載系數(shù)在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中,為更準確地評估各類荷載的實際作用效果,通常需要引入不同的荷載系數(shù)。這些系數(shù)反映了荷載的不確定性和荷載設(shè)計值與實際值之間的差異。不同類型的荷載系數(shù)有所差異,體現(xiàn)了各類荷載的不確定性和設(shè)計偏差。這些系數(shù)在后續(xù)的荷載組合計算中發(fā)揮重要作用。荷載組合1組合載荷根據(jù)建筑物的使用性質(zhì)和重要程度進行合理組合2可靠性要求確保在各種可能的荷載組合下建筑物具備足夠的抗災能力3荷載系數(shù)合理選取各荷載的荷載系數(shù)以反映其重要程度在高層建筑設(shè)計中,建筑物的安全性和抗災能力是關(guān)鍵。因此,需要根據(jù)不同使用情況和重要程度對各種荷載進行合理組合,并科學確定各荷載的系數(shù),確保建筑物在任何可能的載荷情況下都具有足夠的可靠性。荷載計算實例一1確定建筑物荷載根據(jù)建筑物的類型和用途,確定各種荷載作用2計算永久荷載包括建筑物自重和裝修等常時作用力3計算活荷載取決于建筑物的使用功能,如住宅、辦公等4計算風荷載根據(jù)當?shù)貧夂驐l件和建筑物特點確定本例將以一棟40層的高層辦公樓為例,詳細說明如何計算各種結(jié)構(gòu)荷載。首先確定建筑物類型和用途,然后分別計算永久荷載、活荷載和風荷載,最后綜合得出總的設(shè)計荷載。此過程是高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的重要基礎(chǔ)。荷載計算實例二1建筑物概況這是一棟34層的高層辦公大樓,總建筑面積達到25,000平方米。樓層高度為4米,采用鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)。2永久荷載計算根據(jù)設(shè)計要求,建筑物自重、樓地板、墻體等永久荷載為18kN/㎡。3活荷載計算辦公建筑的活荷載標準值為2.5kN/㎡。考慮到設(shè)備、裝修等因素,本項目的活荷載取值為3.0kN/㎡。荷載計算實例三確定結(jié)構(gòu)類型根據(jù)建筑設(shè)計確定高層建筑的結(jié)構(gòu)形式,如框架結(jié)構(gòu)、剪力墻結(jié)構(gòu)或混合結(jié)構(gòu)等。確定荷載組成針對該結(jié)構(gòu)類型,確定各類荷載的作用情況,包括永久荷載、活荷載、風荷載和地震作用等。計算荷載大小根據(jù)國家標準和設(shè)計規(guī)范,計算各類荷載的具體作用值,如樓板活荷載、風壓力和地震剪力等。組合荷載計算依據(jù)不同工況組合各類荷載,確定結(jié)構(gòu)的最不利受力狀態(tài),作為設(shè)計依據(jù)?？拐鹪O(shè)計概述結(jié)構(gòu)完整性確保建筑物在地震期間不會發(fā)生局部崩塌或傾覆,保持整體結(jié)構(gòu)安全。荷載傳遞合理的荷載傳遞路徑,使建筑物能夠安全地將地震作用傳遞至地基。變形能力建筑物要具有足夠的塑性變形能力,吸收地震能量,避免脆性破壞。安全性即使在地震作用下,建筑物也要確保安全,保護人員生命財產(chǎn)不受損害?？拐鹪O(shè)計的原則1耐震性結(jié)構(gòu)應能承受預期的地震作用而不發(fā)生嚴重損壞，確保在發(fā)生地震時人員的生命安全。2抗傾覆結(jié)構(gòu)在地震作用下應能抵抗傾覆失穩(wěn)，保持整體穩(wěn)定性。3強柱弱梁抗震設(shè)計應采用"強柱弱梁"的理念，確保結(jié)構(gòu)在發(fā)生塑性變形時梁柱節(jié)點優(yōu)先發(fā)生破壞。4合理布局結(jié)構(gòu)應具有合理的剛度分布和質(zhì)量分布，避免局部過強或過軟的情況。抗震性能要求安全性結(jié)構(gòu)在遭受地震作用時應能保證人員生命安全,避免發(fā)生劇烈破壞和倒塌?？拐鹉芰ㄖ镌谛〉卣鹣卤３终Ｊ褂?中地震下不發(fā)生重大損壞,大地震下避免倒塌。抗震延性結(jié)構(gòu)在地震作用下發(fā)生塑性變形,能夠耗散大量能量,最終避免整體性崩潰。功能性即使在大地震后,建筑物應盡快恢復正常使用,避免造成過多經(jīng)濟損失?？拐鹪O(shè)計方法力矩設(shè)計法根據(jù)建筑物的總重量和預估地震力,計算出所需的抗力矩,并相應地設(shè)計墻體、柱子和基礎(chǔ)。位移設(shè)計法根據(jù)預期的地震位移,設(shè)計出可承受該位移的結(jié)構(gòu)系統(tǒng),以確保建筑物在地震時不會倒塌。能量耗散設(shè)計法利用結(jié)構(gòu)中的塑性變形能耗散地震能量,從而降低地震力對建筑物的影響。性能設(shè)計法根據(jù)建筑物的使用功能和重要性,設(shè)計出滿足不同性能指標的抗震結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)抗傾覆保證結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性高層建筑在受到風力、地震等外部荷載作用時,必須具有足夠的重量和基礎(chǔ)抗力,以防止整體結(jié)構(gòu)產(chǎn)生傾覆。提高基礎(chǔ)抗力通過優(yōu)化基礎(chǔ)形式和增加基礎(chǔ)尺寸,提高建筑物的抗傾覆能力,確保在極端荷載作用下仍能保持穩(wěn)定。合理布置構(gòu)件科學合理地布置豎向構(gòu)件和水平構(gòu)件,增強整體受力系統(tǒng)的抗傾覆能力。采用抗傾覆措施可通過設(shè)置阻擋墻、設(shè)置重力式墻、設(shè)置附加配重、增加地基擴散面積等措施來提高抗傾覆能力。結(jié)構(gòu)抗剪切抗剪承載力結(jié)構(gòu)需具備足夠的抗剪承載力,以抵抗由地震、風力等作用產(chǎn)生的剪切應力。剪力傳遞機制通過梁柱連接、剪力墻、支撐等構(gòu)件,將剪切力從上部傳遞至地基。剪切破壞模式結(jié)構(gòu)可能出現(xiàn)斜裂縫、剪切滑移、剪切壓碎等不同剪切破壞模式。抗剪設(shè)計措施合理配置縱橫向鋼筋,增設(shè)剪切墻、支撐等構(gòu)件,提高整體抗剪性能。結(jié)構(gòu)抗彎曲彎矩抵抗高層建筑結(jié)構(gòu)在受到各種荷載作用時,需要具備足夠的抗彎承載能力,以確保整體結(jié)構(gòu)的剛度和穩(wěn)定性。截面強度設(shè)計在結(jié)構(gòu)設(shè)計中,需要根據(jù)承受的彎矩和剪力等作用合理配置鋼筋和混凝土斷面尺寸,確保結(jié)構(gòu)可靠。節(jié)點受力特征高層建筑的關(guān)鍵節(jié)點,如梁柱連接處,需要特別關(guān)注受力特性,采取適當?shù)臉?gòu)造措施。結(jié)構(gòu)抗壓縮承載能力結(jié)構(gòu)部件必須具備足夠的抗壓強度，以承受由于自重、活荷載等引起的壓縮應力。穩(wěn)定性結(jié)構(gòu)部件還需要具備足夠的穩(wěn)定性，避免在壓縮作用下發(fā)生整體或局部失穩(wěn)。變形控制壓縮應力引起的變形必須控制在允許范圍內(nèi),以確保結(jié)構(gòu)的安全性和使用功能。基礎(chǔ)設(shè)計1基礎(chǔ)類型選擇根據(jù)地質(zhì)條件和建筑規(guī)模,選擇合適的基礎(chǔ)形式,如獨立基礎(chǔ)、條形基礎(chǔ)或筏式基礎(chǔ)。2承載力計算針對不同地基條件,進行地基承載力和沉降計算,確保基礎(chǔ)安全可靠。3抗震設(shè)計結(jié)合建筑的抗震要求,對基礎(chǔ)進行抗傾覆、抗滑移和抗剪切的設(shè)計。4施工及監(jiān)測做好基礎(chǔ)施工質(zhì)量控制,并對基礎(chǔ)沉降情況進行監(jiān)測,確保建筑物運行安全?？拐鹪O(shè)計案例一本案例以某大型商業(yè)高層為例,介紹了其抗震設(shè)計的關(guān)鍵要點。該建筑高度100米,設(shè)計基本地震烈度為8度,采用框架-核心筒結(jié)構(gòu)體系。主要抗震措施包括:加強核心筒剛度、合理布置剪力墻、優(yōu)化梁柱截面尺寸、采用高強混凝土等。通過精細的分析計算和構(gòu)造措施,確保建筑物在強震作用下能夠保持良好的抗震性能。高層建筑抗震設(shè)計案例二我們將探討一個大型綜合體的抗震設(shè)計案例。該項目位于高風險地區(qū),采用了剪力墻結(jié)構(gòu)體系,以提高整體剛度和抗震能力。設(shè)計中還充分考慮了建筑物的不規(guī)則性,采用了多種措施來控制扭轉(zhuǎn)