高层建筑结构课件第三章.ppt

高层建筑结构设计,,第三章 高层建筑结构荷载,,对风荷载的认识: 1. 风载属于动还是静力荷载? 2. 如何对不同的建筑进行风载分析?,我国建筑结构荷载规范(GB50009-2001)给出的基本 风压值是指按当地空旷平坦地面上10m高度处10min平均的 风速观测数据，经概率统计得出的50年一遇最大值确定的风 速，再考虑相应的空气密度，按下列公式计算得出： （荷载规范） 基本风压应按荷载规范附录D.4中的附表值，同时不得 小于0.3kN/m2高规中规定对于特别重要或对风荷载比 较敏感的高层建筑，其基本风压应按100年重现期的风压值 采用工程设计中常采用1.1的系数基本风压,讨论,1. 风速为平均风速 2. 风速为一定时间间隔(时距)的平均风速 3. 时距的大小对风速值的影响,风载标准值,风对建筑物表面的作用与建筑物高度、体型、表面位置有 关垂直于建筑物表面的单位面积上的风荷载标准值按下列 公式计算： :高层建筑基本风压值(kN/m2)； :风荷载体型系数； :z高度处的风压高度变化系数； :z高度处的风振系数风压高度变化系数,对于平坦或稍有起伏的地形，风压高度变化系数根据地面粗 糙度类别确定，地面粗糙度类别分为四类：A、B、C、D。

A类：近海海面和海岛、海岸、湖岸及沙漠地区； B类：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类：有密集建筑群的城市市区； D类：有密集建筑群且房屋较高的城市市区 对于山区的建筑物，除按地面粗糙度类别确定系数外， 还应根据地形条件进行修正具体规定见荷载规范 7.2.2对于远海海面和海岛的建筑物或构筑物，风压高度 变化系数可按A类粗糙度取值，还应根据距海岸距离予以修 正详见荷载规范7.2.3和表7.2.3高度系数 z,定义：梯度风高度-- HT 风速不受地表状况影响的最小高度Davenport (加拿大） z = （z / Hz ) 2 (35)0.32 GBJ50009-2000 z = （10 / Hz ) 2 (35)0.32 (z / 10 ) 2 A 类粗糙度 海滩、沙漠等 HT=300m =0.12 z = 1.375（z / 10 )0.24 B 类粗糙度 乡村、小城镇等 HT=350m =0.16 z = 1.000（z / 10 )0.32 C 类粗糙度 建筑物密集的城市 HT=400m =0.22 z = 0.616（z / 10 )0.44 D 类粗糙度 高大建筑物的闹市区 HT=450m =0.3 z = 0.318（z / 10)0.6,风荷载体型系数,风载体型系数是指实际风压与基本风压的比值。

在计算风荷 载对建筑物的整体作用时，只需按各个表面的平均风压计 算，即采用各个表面的平均风载体型系数计算风振系数,设计中采用风振系数来考虑风压变化产生的动力效应， 相当于对风荷载乘以一个放大系数，仍然按照静力作用来计 算风载的动力效应，这是一种近似的计算方法荷载规范 规定对于一般悬臂结构(如构架、塔架、烟囱)以及高度大于 30米、高宽比大于1.5且可忽略扭转影响的高层建筑均应考 虑风振系数，按下式计算：,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，也可近似采用振型计算点至室外地面高度与房屋 高度的比值 结构基本自振周期，对于比较规则的结构可采用近似公式计 算：框架结构:(0.080.1)n;框架剪力墙结构(0.060.08)n; 剪力墙结构和筒中筒结构：(0.050.06)nn为结构层数 钢结构T1=（0.100.15）n 具体结构： 钢筋混凝土框架和框剪结构： 钢筋混凝土剪力墙结构：,,,,,总风荷载与局部风荷载,设计时应计算总风荷载下结构的内力及位移总风荷载为建 筑物各个表面承受风力的合力，是沿建筑物高度变化的线荷 载。

z高度处总风荷载的计算公式如下所示： 局部风载：风压较大的部位有时需要验算表面围护构件强度 或构件连接强度在计算建筑物突出部位如阳台、檐口、遮 阳板等构件内力时，要考虑风荷载引起的上浮力此时风荷 载体型系数不宜小于2.0例题：18层框架-剪力墙结构，房屋总高度58m，H/B=2 ，D类地区，标准风压0.7kN/m2计算总风荷载标准值及位置风力合力作用点到原点的距离： 框架-剪力墙结构基本自振周期的近似算法： 0.08n0.08181.44s 查表得：,风洞试验,1.何谓风洞试验？ 风洞试验是一种测量大气边界层内风对建筑物作用大小 的试验方法 2.为何要进行风洞试验？ 现行规范中规定的风荷载值的方法适用于体型规则、高 度不太大的单幢建筑但风对于体型复杂、高柔建筑的作用 不适宜采用，且缺乏深入理论研究，所以需要通过风洞试验 采集到实际结构在风作用下的准确数据3.哪些高层建筑需要进行风洞试验？ 1）高度大于200m；2）高度大于150m，且平面形状不规则、立面复杂，或立面开洞、连体建筑；3）规范中未给出风载体型系数的建筑；4）周围地形复杂，邻近有高层建筑，缺乏建筑物相互干扰增大系数的。

4.风洞试验的具体要求？ 风洞试验要求在风洞中能模拟风速随高度的变化，一般 风洞尺寸：宽2-4m，高2-3m，长5-30m建筑物模型通常 有三种：刚性压力模型、气动弹性模型、刚性高频力平衡模 型第一种模型最常用，模型比例约1：300-1：500，模型 采用有机玻璃制成5. 风洞试验原理（刚性压力模型）？ 模型本身、周围建筑物以及地形均要与实物几何相似， 与风流动有明显关系的特征如建筑外形、突出部分都应正确 模拟模型上布置大量直径1.5mm的测压孔，孔内安装压力 传感器，试验时量测各孔的受力，通过仪器将记录转换为数 字信号，得到结构的平均风压和波动风压风洞试验持续时 间为60s，相应实际时间为1h地震作用,重点内容回顾 1.抗震设防的三水准目标； 2.抗震设计的两阶段方法； 3.抗震设防类别； 4.地震作用计算方法； 5.设计反应谱曲线第四章 设计要求及荷载效应组合,一、承载力验算 结构构件承载力验算的一般表达式： 无地震作用组合时：S

按弹性方法计算的楼层层间最大位移与层高的比值 宜符合以下规定：,罕遇地震作用下，结构最大弹塑性层间位移限值见下表：,舒适度要求,超过150m的高层建筑应具有良好的使用条件，满足舒适度 要求根据荷载规范规定的10年一遇的风荷载取值计算 的顺风向与横风向结构顶点最大加速度 (m/s2)，不应超 过限值：住宅、公寓：0.15；办公、旅馆：0.25,楼盖结构,1）房屋高度超过50m，框剪结构、筒体及复杂高层建筑结 构应采用现浇楼盖，剪力墙结构和框架结构宜采用现浇 楼盖结构； 2）现浇楼盖的混凝土强度等级不宜低于C20，不宜高于C40 3）房屋高度不超过50m时，6、7度抗震设计的框架-剪力墙 结构可采用装配整体式楼盖，且楼盖每层宜设置钢筋混 凝土现浇层，厚度不应小于50mm；预制板板缝宽度不 宜小于40mm，板缝大于40mm时应在板缝内配筋，并宜 贯通整个结构单元 4）一般楼层现浇楼板厚度不应小于80mm，顶层楼板厚度不 宜小于120mm，宜双层双向配筋普通地下室顶板厚度 不宜小于160mm 5）现浇预应力混凝土楼板厚度可取跨度的1/451/50，且不 宜小于150mm。

稳定和抗倾覆,1.P-效应 水平荷载作用下，高层建筑出现侧移，重力荷载下会产 生附加弯矩，附加弯矩又增大侧移，这是一种二阶效应 对于高层钢筋混凝土结构，当P-效应小于侧移的5-10 ，可不必进行P-计算，大部分钢筋混凝土结构无需计算 大部分钢结构由于考虑整体稳定，一般需要计算P-效 应 2.倾覆 在基础设计时，高宽比大于4的建筑，在地震作用下基 础底面不允许出现零应力区；其它建筑，基础底面零应力区 面积不应超过基础底面积的15，符合以上条件的，一般都 不需进行抗倾覆验算抗震结构延性要求和抗震等级,抗震设计包括两部分内容：1）抗震承载力计算和侧移限值；2）延性设计和耗能性能 延性概念？ 结构或构件屈服后，在保持承载能力基本不降低的前提下具有的塑性变形能力 延性指标：构件延性比、结构延性比 构件延性比极限变形/屈服变形,曲率，转角或挠度,,,,结构延性比 结构屈服：当结构中出现足够多的塑性铰使之塑性变形 显著增大而承载力略有增加 u/ y,,延性结构及其意义 延性结构以变形能力抵抗罕遇地震；（以柔克刚） 非延性结构以较大的承载力抵抗地震；（硬碰硬） 显然延性结构是一种经济合理的抗震对策。

延性设计 1）材料延性来看，钢材钢筋混凝土砌体； 2）结构概念设计：结构布置对抗震有利；避免薄弱层 或采取相应措施弥补；采用多道抗 震防线 3）延性结构设计：延性框架、延性剪力墙 4）抗震等级,,,地震震级-- 地震释放能量的大小,地震烈度-- 地震对地面建筑物的破坏程度,抗震等级-- 建筑物抗震设防的水平 （一二三四）,抗震类别-- 建筑物重要程度（甲乙丙丁）,抗震设计中的级、别的概念,第四章 设计要求及荷载效应组合,1.荷载效应组合 一般来说高层建筑承受的荷载有：结构自重、填充墙及装修 重量（恒荷载）、楼面活荷载，雪荷载（活荷载）；风荷 载和地震作用按照概率统计和可靠度理论把各种荷载效应 按一定规律加以组合，即为荷载效应组合 分项系数：考虑各种荷载可能出现超过标准值的情况而确定 的荷载效应增大系数； 组合系数: 是考虑到某些活荷载同时作用的概率很小，在叠 加其效应时要乘以小于1的系数无地震作用时荷载效应组合的设计值计算,,Q、w分别为楼面活荷载组合值系数和风荷载组合值系数，当永久荷载效应起控制作用时应分别取0.7和0.0；当可变荷载效应起控制作用时应分别取1.0和0.6（多层）或1.0和1.0 （高层） 。

注：对书库、档案库、储藏室、通风机房和电梯机房，本条楼面活荷载组合值系数取0.7的场合应取为0.9无地震作用效应组合时，荷载分项系数应按下列规定采用 1 .承载力计算时： 1）永久荷载的分项系数G：当其效应对结构不利时，对由可变荷载效应控制的组合应取1.2，对由永久荷载效应控制的组合应取1.35；当效应对结构有利时，应取1.0； 2）楼面活荷载的分项系戮Q:一般情况下应取1.4； 3）风荷载的分项系数w应取1.4 2. 位移计算时，公式中各分项系数均应取1.0 无地震作用组合应用于非抗震设计及6度抗震设防，但 不要求地震作用计算的结构基本荷载工况有两种： 1.恒载+活载 1.2恒载效应+1.4活载效应 1.35恒载效应+1.40.7活载效应 2.恒载+活载+风荷载 1.2恒载效应+1.4活载效应+1.41.0风载效应,有地震作用时组合的设计值计算,S荷载效应和地震作用效应组合的设计值； SGE重力荷载代表值的效应； SEhk水平地震作用标准值的效应，尚应乘以相应的增 大系数或调整系数； SEvk竖向地震作用标准值的效应，尚应乘以相应的增 大系数或调整系数； G重力荷载分项系数； w风荷载分项系数； Eh水平地震作用分项系数； Ev竖向地震作用分项系数； w风荷载的组合值系数，应取0.2。

荷载代表值：对永久荷载采用标准值作为代表值；对可变荷 载根据设计要求采用标准值、组合值、频遇值 或准永久值作为代表值 重力荷载代表值：取结构和构配件自重标准值+各可变荷载 组合值之和。