建筑結(jié)構(gòu)荷載作用與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則概述

1、高層建筑結(jié)構(gòu)授課老師：季韜1第三章第三章 高層建筑結(jié)構(gòu)荷載作用與結(jié)高層建筑結(jié)構(gòu)荷載作用與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則構(gòu)設(shè)計(jì)原則3.1 恒荷載及樓面活荷載的計(jì)算3.2 風(fēng)荷載的計(jì)算3.3 地震作用的計(jì)算3.4 荷載效應(yīng)組合3.5 結(jié)構(gòu)簡化計(jì)算原則3.6 扭轉(zhuǎn)效應(yīng)簡化計(jì)算3.7抗震設(shè)計(jì)的一般原則23.1 恒荷載及樓面活荷載的計(jì)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(fēng)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(diǎn)是什么? 水平荷載的影響顯著增加，成為高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的主要

2、因素。4*. 什么是高層建筑恒荷載? 恒荷載包括結(jié)構(gòu)本身的自重和附加于結(jié)構(gòu)上的各種永久荷載。如非承重構(gòu)件的自重、可移動(dòng)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(shè)備管道重。 材料的自重可查建筑結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)荷載規(guī)范(GB500092001)取用。2) 設(shè)計(jì)樓面梁、墻、柱及基礎(chǔ)時(shí)，樓面活荷載標(biāo)準(zhǔn)值應(yīng)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(zhuǎn)餐廳軌道和驅(qū)動(dòng)設(shè)備的自重應(yīng)按實(shí)際情況確定。75)擦窗機(jī)等清洗設(shè)備應(yīng)按其實(shí)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(shè)計(jì)中，一般將恒荷載與活荷載合并計(jì)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(jié)構(gòu)體系 12-14kN/m2 。2）剪力墻、筒體結(jié)構(gòu)體系 14-16kN/m2。11結(jié)構(gòu)截面尺寸初估柱截面尺寸的估計(jì)cccfNA/12第三章第三章 高層建筑結(jié)構(gòu)荷載作用與結(jié)高層建筑結(jié)構(gòu)荷載作用與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則構(gòu)設(shè)計(jì)原則3.1 恒荷載及樓面活荷載的計(jì)算3.2

4、風(fēng)荷載的計(jì)算3.3 地震作用的計(jì)算3.4 荷載效應(yīng)組合3.5 結(jié)構(gòu)簡化計(jì)算原則3.6 扭轉(zhuǎn)效應(yīng)簡化計(jì)算3.7抗震設(shè)計(jì)的一般原則133.2 風(fēng)荷載的計(jì)算風(fēng)對建筑物的作用風(fēng)對建筑物的作用, ,會(huì)產(chǎn)生如下的結(jié)果會(huì)產(chǎn)生如下的結(jié)果: :1.1.強(qiáng)風(fēng)會(huì)強(qiáng)風(fēng)會(huì)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(fēng)力作用會(huì)風(fēng)力作用會(huì)使結(jié)構(gòu)開裂使結(jié)構(gòu)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(fēng)力風(fēng)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(fēng)力作用會(huì)使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生長期風(fēng)力作用會(huì)使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生疲勞。疲勞。14在高層建筑的抗風(fēng)設(shè)計(jì)中，應(yīng)考慮下列問題在高層建筑的抗風(fēng)設(shè)

5、計(jì)中，應(yīng)考慮下列問題: :1.1.保證結(jié)構(gòu)保證結(jié)構(gòu)具有足夠的強(qiáng)度具有足夠的強(qiáng)度，能可靠地，能可靠地承受風(fēng)荷載作承受風(fēng)荷載作用下的內(nèi)力用下的內(nèi)力；2.2.結(jié)構(gòu)必須有結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)體系和建筑外形選擇合理的結(jié)構(gòu)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(fēng)振的影響；可以減少風(fēng)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(fēng)壓的數(shù)據(jù)；風(fēng)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(jié)構(gòu)布置對稱結(jié)構(gòu)布置，

6、減少減少風(fēng)力偏心風(fēng)力偏心產(chǎn)生的產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)扭轉(zhuǎn)影響；影響；5.外墻、玻璃、女兒墻及其他圍護(hù)構(gòu)件外墻、玻璃、女兒墻及其他圍護(hù)構(gòu)件必須必須有足夠的強(qiáng)度并與有足夠的強(qiáng)度并與主體結(jié)構(gòu)可靠地連接主體結(jié)構(gòu)可靠地連接。163.2.1風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值及基本風(fēng)壓0WWzszk 0WZSZ基本風(fēng)壓值； 風(fēng)壓高度變化系數(shù)； 風(fēng)載體型系數(shù)； 風(fēng)振系數(shù)。如何確定風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值?17*.什么是風(fēng)荷載基本風(fēng)壓? 它應(yīng)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?qū)︼L(fēng)荷載比較敏感的高層建筑(60m以上),其基本風(fēng)壓值應(yīng)按l00年重現(xiàn)期的風(fēng)壓值采用。1819風(fēng)荷載體型系數(shù)與哪些因素有關(guān)? 不但與建筑的平面外形

7、、高寬比、風(fēng)向與受風(fēng)墻面所成的角度有關(guān)，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(guān)。 空心流動(dòng)產(chǎn)生的渦流，對建筑局部則會(huì)產(chǎn)生較大的壓力和吸力。20如何計(jì)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(fēng)荷載體型系數(shù)為1.4.迎風(fēng)面積取垂直于風(fēng)向的最大投影面積。在需要更細(xì)致進(jìn)行風(fēng)荷載計(jì)算的情況下，可按荷載規(guī)范附錄采用，或由風(fēng)洞試驗(yàn)確定。222324風(fēng)壓

8、高度變化系數(shù)與哪些因素有關(guān)? 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(guān)。 位于山區(qū)的高層建筑，在確定高度變化系數(shù)后，還應(yīng)考慮地形條件的修正。25如何對地面粗糙度進(jìn)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(fēng)壓高度變化系數(shù)？27如何考慮風(fēng)載的動(dòng)力效應(yīng)? 風(fēng)對建筑結(jié)構(gòu)的作用是不規(guī)則的，通常把風(fēng)作用的平均值看成穩(wěn)定風(fēng)壓(即平均風(fēng)壓)，實(shí)際風(fēng)壓是在平均風(fēng)壓上下波動(dòng)的。平均風(fēng)壓使建筑物產(chǎn)生一定的側(cè)移，而波動(dòng)風(fēng)壓使建筑

9、物在平均側(cè)移附近振動(dòng)。 對于高度較大、剛度較小的高層建筑，波動(dòng)風(fēng)壓會(huì)產(chǎn)生不可忽略的動(dòng)力效應(yīng)。目前采用加大風(fēng)載的辦法來考慮這個(gè)動(dòng)力效應(yīng)，即在風(fēng)壓值上乘以風(fēng)振系數(shù)。287.4.1 對于基本自振周期T1 大于0.25s 的工程結(jié)構(gòu)，如房屋、屋蓋及各種高聳結(jié)構(gòu)，以及對于高度大于30m 且高寬比大于1.5 的高柔房屋，均應(yīng)考慮風(fēng)壓脈動(dòng)對結(jié)構(gòu)發(fā)生順風(fēng)向風(fēng)振的影響。 風(fēng)振計(jì)算應(yīng)按隨機(jī)振動(dòng)理論進(jìn)行，結(jié)構(gòu)的自振周期應(yīng)按結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)計(jì)算。7.4.2 對于一般懸臂型結(jié)構(gòu)，例如構(gòu)架、塔架、煙囪等高聳結(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。29如何計(jì)算風(fēng)振系數(shù)？z

10、zzz1-振型系數(shù)-脈動(dòng)增大系數(shù)-脈動(dòng)影響系數(shù)-風(fēng)壓高度變化系數(shù)z30如何計(jì)算脈動(dòng)增大系數(shù)?31如何計(jì)算脈動(dòng)影響系數(shù)？32 振型系數(shù)應(yīng)根據(jù)結(jié)構(gòu)動(dòng)力計(jì)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(jié)構(gòu)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(jì)算點(diǎn)距室外地面高度與房屋高度H的比值。 7.3.2 當(dāng)多個(gè)建筑物，特別是群集的高層建筑，相互間距較近時(shí)，宜考慮風(fēng)力相互干擾的群體效應(yīng)；一般可將單獨(dú)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(yàn)資料確定；必要時(shí)宜通過風(fēng)洞試驗(yàn)得出。z33什么情況下宜采用風(fēng)洞試驗(yàn)來確定建筑物的風(fēng)荷載？1. 高度大于200m。2. 高

11、度大于150m,且有下列情況之一時(shí)（1）平面形狀不規(guī)則，立面形狀復(fù)雜。（2）立面開洞或連體建筑。（3）周圍地形和環(huán)境較復(fù)雜。34353.2.2 總風(fēng)荷載和局部風(fēng)荷載niiisizzBWW10cos（1）總風(fēng)荷載36（2）局部風(fēng)荷載l 在迎風(fēng)面以及房屋側(cè)面寬度為1/6墻面寬度的角隅部分，要驗(yàn)算外墻圍護(hù)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度及連接強(qiáng)度，迎風(fēng)面體型系數(shù)用1.5，側(cè)面體型系數(shù)為-1.5，因此單位面積上的風(fēng)荷載為：l對于陽臺、雨籠、遮陽板等懸挑構(gòu)件應(yīng)驗(yàn)算上浮風(fēng)荷載，當(dāng)上浮風(fēng)荷載超過自重時(shí)，懸挑構(gòu)件會(huì)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(jié)構(gòu)平面如圖1所示，高度為45m，共15層，設(shè)地區(qū)基本風(fēng)壓為0.64kN/m2，D類場地，試求出總風(fēng)荷載沿高度的分布及總風(fēng)荷載在平面上的合力作用線。423.3 地震作用的計(jì)算 （略）43 3.4 荷載效應(yīng)組合3.4.1荷載效應(yīng)和地震作用效應(yīng)的組合方式 在高層建筑結(jié)構(gòu)上，作用有豎向荷載(包括恒荷載和使用荷載)、風(fēng)荷載；在抗震設(shè)計(jì)時(shí)，還有水平地震作用和豎向地震作用。 在結(jié)構(gòu)計(jì)算時(shí)，應(yīng)當(dāng)首先分別計(jì)算上述各種荷載作用下產(chǎn)生的效應(yīng)(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(shè)計(jì)要求，進(jìn)行組合，得到構(gòu)件效應(yīng)的設(shè)計(jì)值(內(nèi)力設(shè)計(jì)值和位移設(shè)計(jì)值)。443.4.2 非抗

13、震設(shè)計(jì)時(shí)的組臺 非抗震設(shè)計(jì)時(shí)，荷載效應(yīng)組合的設(shè)計(jì)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(fēng)荷載組合值系數(shù)，當(dāng)永久荷載效應(yīng)起控制作用時(shí)應(yīng)分別取0.7和0.0；當(dāng)可變荷載效應(yīng)起控制作用時(shí)應(yīng)分別取1.0和0.6或0.7和1.0。(注：對書庫、檔案庫、儲(chǔ)藏室、通風(fēng)機(jī)房和電梯機(jī)房，樓面活荷載組合值系數(shù)取0.7的場合應(yīng)取為 0.9。)46各分項(xiàng)系數(shù)應(yīng)按下列規(guī)定采用：(1)承載力計(jì)算時(shí)：永久荷載的分項(xiàng)系數(shù)G：當(dāng)其效應(yīng)對結(jié)構(gòu)不利時(shí)，對由可變荷載效應(yīng)控制的組合應(yīng)取1.2，對由永久荷載效應(yīng)控制的組合應(yīng)取1.35；當(dāng)其效應(yīng)對結(jié)構(gòu)有利時(shí)，應(yīng)取1.0；樓面活荷載的分項(xiàng)系數(shù)Q：一般情況下應(yīng)取1.4；風(fēng)荷

14、載的分項(xiàng)系數(shù)W應(yīng)取1.4。(2)位移計(jì)算時(shí)，各分項(xiàng)系數(shù)均應(yīng)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(jì)算，所以常常將恒荷載和活荷載合并為豎向荷載進(jìn)行一次性處理，這時(shí)豎向荷載效應(yīng)的分項(xiàng)系數(shù)人可取為1.25。 內(nèi)力則應(yīng)考慮表3.14中的各個(gè)組合，分別進(jìn)行配筋計(jì)算，取最大配筋值為截面設(shè)計(jì)的結(jié)果。 非抗震設(shè)計(jì)時(shí)，分別計(jì)算出豎向荷載、風(fēng)荷載所產(chǎn)生的位移后，總位移可直接相加(分項(xiàng)系數(shù)為1.0)；48493.4.3 抗震設(shè)計(jì)時(shí)的組合 抗震設(shè)計(jì)時(shí)，考慮荷載效應(yīng)和地震作用效應(yīng)組合的設(shè)計(jì)值按下式確定wkwEvkEvEhkEhGEGSSSSSS-荷載效應(yīng)和地震作用效應(yīng)組合

15、的設(shè)計(jì)值SGE重力荷載代表值的效應(yīng)；SEhk一水平地震作用標(biāo)準(zhǔn)值的效應(yīng)SEvk一豎向地震作用標(biāo)準(zhǔn)值的效應(yīng)50一重力荷載分項(xiàng)系數(shù)；一風(fēng)荷載分項(xiàng)系數(shù)；水平地震作用分項(xiàng)系數(shù)；豎向地震作用分項(xiàng)系數(shù)；風(fēng)荷載的組合系數(shù)，應(yīng)取0.2：各分項(xiàng)系數(shù)應(yīng)按下列規(guī)定采用：(1)承載力計(jì)算時(shí)，分項(xiàng)系數(shù)應(yīng)按表3.15采用。 (2)位移計(jì)算時(shí)，各分項(xiàng)系數(shù)均應(yīng)取1.0。5152533.5 結(jié)構(gòu)簡化計(jì)算原則3.5.1 彈性工作狀態(tài)在抗震設(shè)計(jì)時(shí)，結(jié)構(gòu)計(jì)算是對多遇的小震進(jìn)行的，此時(shí)結(jié)構(gòu)處于不裂的彈性階段。但對于某些構(gòu)件，由于按彈性計(jì)算所得的內(nèi)力過大，出現(xiàn)截面設(shè)計(jì)困難，配筋不合理的情況，例如，連梁可考慮剛度折減系數(shù)?！按笳鸩坏埂蓖ㄟ^構(gòu)造要求予以保證，內(nèi)力計(jì)算已無意義。543.5.2 高層建筑結(jié)構(gòu)應(yīng)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(gòu)件的水平位移相同。l剪力墻結(jié)構(gòu)中各片墻的水平力大致按其等效剛度分配。l框架結(jié)構(gòu)中的各片框架水平力大致按其抗側(cè)剛度分配。l框架-剪力墻和筒體結(jié)構(gòu)則受力較為復(fù)雜，要進(jìn)行專門的計(jì)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(dòng)和移動(dòng)，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