《荷載及組合1風(fēng)》PPT課件.ppt

高層建筑結(jié)構(gòu),任課教師：王萱,結(jié)構(gòu)設(shè)計步驟匯總（十二步）,步驟一：結(jié)構(gòu)布置 步驟二：截面初選,步驟三：匯集荷載及荷載計算 豎向恒荷載 豎向活荷載 水平風(fēng)荷載 地震作用,結(jié)構(gòu)設(shè)計步驟匯總（十二步）,步驟四：內(nèi)力計算 豎向恒荷載作用下內(nèi)力計算 豎向活荷載作用下內(nèi)力計算 水平風(fēng)荷載作用下內(nèi)力計算 地震作用下內(nèi)力計算,步驟六：控制截面及控制截面內(nèi)力調(diào)整 梁柱軸線端內(nèi)力調(diào)整至構(gòu)件邊緣端 豎向荷載梁端出現(xiàn)塑鉸產(chǎn)生的塑性內(nèi)力重分布,步驟五：側(cè)移驗算 側(cè)移不滿足要求回到步驟一,結(jié)構(gòu)設(shè)計步驟匯總（十二步）,步驟七：內(nèi)力組合、確定最不利內(nèi)力 梁柱軸線端內(nèi)力調(diào)整至構(gòu)件邊緣端 豎向荷載梁端出現(xiàn)塑鉸產(chǎn)生的塑性內(nèi)力重分布,步驟八：截面尺寸驗算,步驟九：延性設(shè)計調(diào)整,步驟十：抗彎承載力計算,步驟十一：抗剪承載力計算,步驟十二：構(gòu)造要求,第三章 結(jié)構(gòu)上的荷載作用與組合,建筑結(jié)構(gòu)上作用類型 荷載作用 其它非荷載作用：溫度、基礎(chǔ)沉降等 設(shè)計原則 簡化計算方法 抗震設(shè)計原則,滿足：承載能力極限狀態(tài) 正常使用極限狀態(tài),第三章 結(jié)構(gòu)上的荷載作用與組合,荷載作用 恒荷載 結(jié)構(gòu)構(gòu)件重量（梁、板、拄、墻、支撐等） 非結(jié)構(gòu)構(gòu)件重量（抹灰、飾面材料、吊頂?shù)龋?活荷載 樓面活荷載 屋面活荷載 雪荷載 風(fēng)荷載 其它非荷載作用 地震作用 溫度作用 混凝土收縮徐變等,建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范(GB50009-2001), 3.1豎向荷載,一、恒荷載（永久荷載）結(jié)構(gòu)自重、附加永久荷載 隔墻、裝飾、設(shè)備管道等（規(guī)范附錄A） 標準值=？ 常用材料容重 鋼筋混凝土：25kN/m3 鋼材： 78.5kN/m3 水泥砂漿：20kN/m3 玻璃：25.6kN/m3,建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范(GB50009-2001), 3.1豎向荷載,二、活荷載（可變荷載） 樓面活荷載、雪荷載、直升飛機自重 施工活荷載一般取1.01.5 kN/m2 荷載規(guī)范：GB500092001 多層：應(yīng)考慮活荷載不利分布 高層：一般不考慮，活荷載相對小，水平荷載引起內(nèi)力大。 如果活荷載較大，按滿布法計算的框架梁跨中彎矩乘1.11.2系數(shù)； 或考慮活荷載不利分布。 單位面積豎向荷載重量經(jīng)驗值 框架、框架剪力墻結(jié)構(gòu)體系：1214 kN/m2 剪力墻、筒體結(jié)構(gòu)體系：1416 kN/m2, 3.1豎向荷載,？求結(jié)構(gòu)的豎向荷載,即 樓面（或屋面）荷載如何傳遞到梁、柱（或墻）, 3.2風(fēng)荷載（風(fēng)場）, 3.2風(fēng)荷載（風(fēng)的破壞力）, 3.2風(fēng)荷載（風(fēng)的破壞力）, 3.2風(fēng)荷載（風(fēng)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, 3.2風(fēng)荷載（水平荷載之一） 高、大、細、長等柔性工程結(jié)構(gòu)的主要設(shè)計荷載,風(fēng)荷載： 空氣流動形成的風(fēng)遇到建筑物時， 在建筑物表面產(chǎn)生壓力或吸力。,風(fēng)的大小與 （1）近地風(fēng)的性質(zhì)、風(fēng)速、風(fēng)向有關(guān) （2）建筑物所在地的地藐及周圍環(huán)境 （3）建筑本身的高度、形狀以及 表面狀況有關(guān), 3.2風(fēng)荷載（特點）,風(fēng)對高層建筑結(jié)構(gòu)有如下的特點 風(fēng)力作用與建筑物外形有直接關(guān)系，圓形與正方形受到的風(fēng)力較合理. 風(fēng)力受到建筑物周圍環(huán)境影響較大，處于高層建筑群中的高層建筑，有時會出現(xiàn)受力更為不利的情況 風(fēng)力作用具有靜力、動力兩重性質(zhì)。 風(fēng)力在建筑物表面的分布很不均勻，在角區(qū)和建筑物內(nèi)收的局部區(qū)域，會產(chǎn)生較大的風(fēng)力。 與地震作用相比，風(fēng)力作用持續(xù)時間較長，其作用更接近于靜力，但建筑物的使用期限出現(xiàn)較大風(fēng)力的次數(shù)較多。 由于有較長期的氣象觀測，大風(fēng)的重現(xiàn)期很短，所以風(fēng)力大小的估計比地震作用大小的估計較為可靠。而且抗風(fēng)設(shè)計具有較大的可靠性。, 3.2風(fēng)荷載（概念）,一、概念：空氣流動形成風(fēng)（近地風(fēng)起主要作用） 迎風(fēng)面：壓力 背風(fēng)面：吸力 風(fēng)毀事故：橋梁 高層少，局部破壞多（玻璃） 高聳有 二、風(fēng)荷載標準值計算公式 隨機性按照統(tǒng)計規(guī)律歸納出風(fēng)荷載標準值計算公式 當計算主要承重結(jié)構(gòu)時 當計算圍護結(jié)構(gòu)時 wk-風(fēng)荷載標準值（kN/m2） gz-高度Z處的陣風(fēng)系數(shù).,：, 3.2風(fēng)荷載（計算公式）,三、風(fēng)荷載的計算 (一)基本風(fēng)壓 空曠平坦地面、距地10m、50年一遇、10min平均最大風(fēng)速 計算。,：空氣密度,具體查閱：荷載規(guī)范附錄D，不小于0.3kN/m2 說明： 一般高層建筑考慮50年一遇； 特別重要或者有特殊要求的高層建筑考慮100年一遇。 （60米以上）,kN/m2, 3.2風(fēng)荷載（計算公式）,三、風(fēng)荷載的計算 (一)基本風(fēng)壓 空曠平坦地面、距地10m、50年一遇、10min平均最大風(fēng)速 計算。,：空氣密度,課后查閱：濟南10年、50年、100年一遇的基本風(fēng)壓？,kN/m2, 3.2風(fēng)荷載（風(fēng)荷載體型系數(shù)）,（二）風(fēng)荷載體型系數(shù) 風(fēng)對建筑表面的作用力并不等于基本風(fēng)壓值，而是隨建筑物的 體型、尺度、表面位置等而改變，其大小由實測或風(fēng)洞試驗確定 =垂直于建筑表面的平均風(fēng)作用力/基本風(fēng)壓值, 3.2風(fēng)荷載（風(fēng)荷載體型系數(shù)）,（二）風(fēng)荷載體型系數(shù) 風(fēng)對建筑表面的作用力并不等于基本風(fēng)壓值，而是隨建筑物的 體型、尺度、表面位置等而改變，其大小由實測或風(fēng)洞試驗確定 =垂直于建筑表面的平均風(fēng)作用力/基本風(fēng)壓值,壓力為正號 吸力為負號, 3.2風(fēng)荷載（風(fēng)荷載體型系數(shù)舉例）,典型風(fēng)荷載體型系數(shù)舉例, 3.2風(fēng)荷載（風(fēng)荷載體型系數(shù)舉例）,典型風(fēng)荷載體型系數(shù)舉例, 3.2風(fēng)荷載（局部風(fēng)壓體型系數(shù)）,局部風(fēng)壓體型系數(shù)： 正壓區(qū)：同上取法 負壓區(qū)： 墻面：-1.0 墻角邊：-1.8 屋面局部部位（周邊和屋面坡度大于100的屋脊部位）：-2.2 檐口、雨篷、遮陽板等突出構(gòu)件：-2.0, 3.2風(fēng)荷載（風(fēng)壓高度變化系數(shù)）,（三）風(fēng)壓高度變化系數(shù) 風(fēng)壓高度變化系數(shù)應(yīng)該根據(jù)地面粗糙度類別確定 地面粗糙度分類： A類：近海海面和海島、海岸、湖岸及沙漠地區(qū) B類：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：有密集建筑群的城市市區(qū) D類：有密集建筑群且房屋較高的城市市區(qū),風(fēng)壓高度變化系數(shù)Z,A,B,C,D,梯度風(fēng)高度不同,梯度風(fēng)高度不同, 3.2風(fēng)荷載（風(fēng)振系數(shù)）,（四）風(fēng)振系數(shù) (高度Z處風(fēng)振系數(shù)),風(fēng)分為平均風(fēng)（即穩(wěn)定風(fēng)）和脈動風(fēng)（常稱陣風(fēng)脈動） 平均風(fēng)靜力 脈動風(fēng)動力, 3.2風(fēng)荷載（風(fēng)振系數(shù)）,（四）風(fēng)振系數(shù) (高度Z處風(fēng)振系數(shù)) 與結(jié)構(gòu)的自振特性有關(guān)，（包括自振周期、振型等，也與結(jié)構(gòu)的高度有關(guān)） 基本自振周期T1 0.25 （S）工程結(jié)構(gòu)，高度大于30m且高寬比大于1.5的高柔房屋，考慮風(fēng)壓脈動對結(jié)構(gòu)發(fā)生順風(fēng)向風(fēng)振的影響。風(fēng)振計算按照隨機振動理論進行，結(jié)構(gòu)自振周期按照結(jié)構(gòu)動力學(xué)計算 對于一般懸臂型結(jié)構(gòu)，以及高度大于30m，高寬比大于1.5且可忽略扭轉(zhuǎn)影響的高層建筑，均可僅考慮第一振型的影響，結(jié)構(gòu)在z高度處的風(fēng)振系數(shù)z可按下式計算：, 3.2風(fēng)荷載（風(fēng)振系數(shù)公式 ）,脈動增大系數(shù) 脈動影響系數(shù) 振型系數(shù) 風(fēng)壓高度變化系數(shù), 3.2風(fēng)荷載（風(fēng)振系數(shù)公式 ）,脈動增大系數(shù) ，主要與結(jié)構(gòu)的周期和基本風(fēng)壓和地面粗糙程度有關(guān),注：計算0T21時，對地面粗糙度B類地區(qū)可直接代入基本風(fēng)壓，而對A類、C類和D類地區(qū)應(yīng)按當?shù)氐幕撅L(fēng)壓分別乘以1.38、O.62和0.32后代入。, 3.2風(fēng)荷載（風(fēng)振系數(shù)公式 ）,振型系數(shù),可由結(jié)構(gòu)動力計算確定，計算時可僅考慮受力方向基本振型的影響； 對于質(zhì)量和剛度沿高度分布比較均勻的彎剪型結(jié)構(gòu)，也可近似采用振型計算點距室外地面高度Z與房屋高度H的比值代替振型系數(shù) Z/H 查表, 3.2風(fēng)荷載（風(fēng)振系數(shù)公式 ）,脈動影響系數(shù),與房屋總高度、粗糙度類別、H/B有關(guān)，查表。, 3.2風(fēng)荷載（風(fēng)振系數(shù)公式 ）,結(jié)構(gòu)基本自振周期的經(jīng)驗公式 方法一： 鋼筋混凝土框架和框剪結(jié)構(gòu)： 鋼筋混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)： H房屋總高度(m) B房屋寬度(m) 方法二： 框架結(jié)構(gòu)：T1（0.080.1）N 框架剪力墻結(jié)構(gòu)： T1（0.060.08）N 剪力墻結(jié)構(gòu)及筒中筒： T10.05N N房屋層數(shù),上次課內(nèi)容 風(fēng)荷載計算公式（風(fēng)壓標準值）,1、求20層混凝土框架結(jié)構(gòu)自振周期 2、求30層混凝土筒體結(jié)構(gòu)自振周期 3、求某25層剪力墻結(jié)構(gòu)最高點的風(fēng) 振系數(shù)z (地點:濟南市),37.5(m),25(m),H=25375(m),平面圖,立面圖,此處的風(fēng)壓標準值wk=?,25(m),1.T1（0.080.1） N=1.62（S） 2. T10.05N=1.5(S) 3. T10.08N=2（S）, w0=045kn/m2 , w0T12=18 0.621.8=1.116, 3.2風(fēng)荷載（陣風(fēng)系數(shù)）,（五）陣風(fēng)系數(shù) (高度Z處陣風(fēng)系數(shù)) 與高度、地面粗糙度有關(guān)，比 大。 查表3-18, 3.2風(fēng)荷載,關(guān)于風(fēng)洞試驗 風(fēng)洞，是指在一個管道內(nèi)，用動力設(shè)備驅(qū)動一股速度可控的氣 流，用以對模型進行空氣動力實驗的一種設(shè)備。 風(fēng)洞試驗是一種測量大氣邊界層內(nèi)風(fēng)對建筑物作用大小的有效 手段；摩天大樓可能造成很強的地面風(fēng)，對行人和商店有很大 的影響；當附近還有別的高層建筑時，群體效應(yīng)對建筑物和建 筑物之間的通道也會造成危害，這些都可以通過風(fēng)洞試驗得到 對設(shè)計有用的數(shù)據(jù)。 最常見的是低速風(fēng)洞。一般來說，風(fēng)洞尺寸達到寬為24m、 高為23m、長為530m時可滿足要求。風(fēng)洞試驗必須有專 門的風(fēng)洞設(shè)備，模型制作也有特殊要求，量測設(shè)備和儀器也是 專門的。,模型種類,剛性壓力模型 氣動彈性模型 剛性高頻力平衡模型,此模型最常用，建筑模型的比例大約1：3001：500，一般采用有機玻璃材料，建筑模型本身、周圍建筑物模型、以及地形都應(yīng)與實物相似，與風(fēng)洞流動有明顯關(guān)系的特征如建筑外形、突出部分都應(yīng)在模型中正確模擬。模型上布置大量直徑為1.5mm的測壓孔，有時多達500700個，在孔內(nèi)安裝壓力傳感器，試驗時可量測各部分表面上的局部壓力或吸引，傳感器輸出電信號，通過采集數(shù)據(jù)儀器自動掃描記錄并轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，有計算機處理數(shù)據(jù)，從而得到結(jié)構(gòu)的平均壓力和波動壓力的量測值。風(fēng)洞試驗一次需持續(xù)60s左右，相應(yīng)時間為1h。 這種模型是目前在風(fēng)洞試驗中應(yīng)用最多的模型，主要是量測建筑物表面的風(fēng)壓力（吸力），以確定建筑物的風(fēng)荷載，用于結(jié)構(gòu)和維護構(gòu)件的設(shè)計。,剛性壓力模型,“珠江帆影”高層建筑群風(fēng)洞試驗,11,此模型則可更精確的考慮結(jié)構(gòu)的柔度和自振頻率、阻尼的影響，因此不僅要求模擬幾何，還要求模擬建筑物的慣性矩、剛度和阻尼特性。對于高寬比大于5的、需要考慮舒適度的高柔建筑采用這種模型更為合適。但這類模型的設(shè)計和制作比較復(fù)雜，風(fēng)洞試驗時間也長，有時采用剛性高頻力平衡模型代替。,氣動彈性模型,該模型是將一個輕質(zhì)材料的模型固定在高頻反應(yīng)的力平衡系統(tǒng)上，也可得到風(fēng)產(chǎn)生的動力效應(yīng)，但是它需要有可能模擬結(jié)構(gòu)剛度的基座桿及高頻力平衡系統(tǒng)。,剛性高頻力平衡模型, 3.2風(fēng)荷載（總風(fēng)荷載）,(六)總風(fēng)荷載 各個表面承受風(fēng)力的合力，沿高度變化的分布荷載 :建筑物表面法線與風(fēng)作用方向的夾角 0：風(fēng)力作用方向與建筑表面垂直，風(fēng)壓全部計算 90：風(fēng)力作用方向與建筑表面平行，風(fēng)壓不算 0 90:風(fēng)力的分量，注意風(fēng)力分解時區(qū)別風(fēng)力為壓力或吸力 例題2-1,kN/m, 3.2風(fēng)荷載（總風(fēng)荷載）,(六)總風(fēng)荷載 各個表面承受風(fēng)力的合力，沿高度變化的分布荷載,wind,s= +0.8,s=-0.6,S 壓力為“+” 拉力為“”,B4,4=900,s=-0.6,2 =900,B1,1=0,3=00,B3,B2,z,WZ,kN/m kN,s=-0.5,hi,3-1,piz,Pz,p3z,p2z,p1z,piz,pz, 3.2風(fēng)荷載（風(fēng)荷載例題）,某4層混凝土框架住宅樓，平面圖和立面圖如圖所示，建設(shè)地點某市區(qū)（w0=0.5kN/m2） ，場地粗糙度C類。 求各層風(fēng)荷載，基礎(chǔ)底面彎矩設(shè)計值。,wind,+0.8,-0.6,-0.6,24m,10.2m,3。2,H43.212.8(m),3.2,-0.5,例題3-2, 3.2風(fēng)荷載（風(fēng)荷載例題）,wind,+0.8,-0.6,-0.6,24m,10.2m,-0.5,（2）風(fēng)振系數(shù) 脈動增大系數(shù)： 0.62oT12=0.62*0.5*0.322=0.032 系數(shù)0.62為C類場地粗糙度修正系數(shù) 查規(guī)范或書表3-4，得脈動增大系數(shù)=1.158 脈動影響系數(shù)： H/B=12.8/10.2=1.26；地面粗糙度屬C類 查規(guī)范或書表3-5，得脈動影響系數(shù)=0.436 振型系數(shù)： =Z / H，與每層層高有關(guān)系，列表,基本計算參數(shù) （1）自振周期：, 3.2風(fēng)荷載（風(fēng)荷載例題）,wind,