第3章 高層建筑結(jié)構(gòu)的荷載和地震作用

1、第 3 章 高層建筑(o cn jin zh)結(jié)構(gòu)荷載 高層建筑(o cn jin zh)結(jié)構(gòu)設(shè)計共四十五頁第3章 高層建筑(o cn jin zh)結(jié)構(gòu)的荷載與多層建筑結(jié)構(gòu)有所不同，高層建筑結(jié)構(gòu) 1）豎向荷載效應(yīng)遠(yuǎn)大于多層建筑結(jié)構(gòu)； 2）水平荷載的影響顯著增加，成為其設(shè)計的主要因素(yn s)； 3）對高層建筑結(jié)構(gòu)尚應(yīng)考慮豎向地震的作用。高層建筑結(jié)構(gòu)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(fēng)荷載地震作用共四十五頁高、大、細(xì)、長等柔性工程結(jié)構(gòu)的主要(zhyo)設(shè)計荷載 空氣流動形成的風(fēng)遇到建筑物時，就在建筑物表面產(chǎn)生壓力或吸力，這種風(fēng)力作用(zuyng)叫風(fēng)荷載。風(fēng)的大

2、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)共四十五頁風(fēng)的破壞力“森拉克”肆虐浙閩 防波堤被沖垮百米2003 七月 28 12:43 由于16號“森拉克”臺風(fēng)的襲擊，投資1.2億元、總長達(dá)1837米的玉環(huán)縣坎門漁港防波堤遭受嚴(yán)重的損壞。漁港西堤被巨浪沖垮2個缺口，造成(zo chn)防波堤砌面下滑，總長達(dá)100多米。險情發(fā)生后，當(dāng)?shù)卣M織公安、邊防、民兵應(yīng)急分隊(duì)和群眾及時進(jìn)行搶修，力爭將損失降低到最低限度。 共四十五頁風(fēng)的破壞力共四十五頁風(fēng)的破壞力共四十五頁共四十五頁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

3、砸中附近五金廠，100多名工人僥幸(yo xn)逃過大難 共四十五頁一、滬環(huán)球(hunqi)金融中心建筑裝風(fēng)阻尼器 上海環(huán)球金融中心位于(wiy)上海浦東陸家嘴地區(qū)建設(shè)中的101層超高層綜合大廈（492m）。共四十五頁 該工程上海環(huán)球金融中心在90層（地上395米）設(shè)置2臺重約150噸的配重(pi zhn)物體風(fēng)阻尼器，可抗12級以上臺風(fēng)。通過引入風(fēng)阻尼器，將能使強(qiáng)風(fēng)時加在建筑物上的加速度（重力）降低40%左右。另外，風(fēng)阻尼器也可以降低強(qiáng)震對建筑物，尤其是建筑物頂部的沖擊。 共四十五頁二、臺灣101大樓裝風(fēng)阻尼器 “臺灣101金融大樓”位于(wiy)臺北信義計劃區(qū)，這座達(dá)508米高的建筑物將超

4、過美國芝加哥的西爾斯大樓，成全球最高的建筑物。共四十五頁 大樓樓頂內(nèi)部用鋼纜懸著一顆重660噸、直徑5.5米的巨球，巨球位于88樓，這是世界最大、最重、唯一外露(wi l)可供參觀的風(fēng)阻尼器，它是通過巨大鋼球的擺動來減緩建筑物的晃幅。造價新臺幣一億三千兩百萬元(人民幣約2640萬元)。共四十五頁3.1.1 風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值1、基本風(fēng)壓 我國荷載規(guī)范規(guī)定，基本風(fēng)壓系以當(dāng)?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(fēng)速v0（m/s）為標(biāo)準(zhǔn)，按風(fēng)速確定的風(fēng)壓值，但不得小于 0.3kN/m2。特別重要的高層建筑，取100年。共四十五頁風(fēng)壓沿高度(god)的變化規(guī)律一般用

5、指數(shù)函數(shù)表示，即2、風(fēng)壓高度變化系數(shù) 風(fēng)速大小與高度有關(guān)，一般近地面(dmin)處的風(fēng)速較小，愈向上風(fēng)速逐步加大。當(dāng)達(dá)到一定高度時（300500m），風(fēng)速不受地表影響，達(dá)到所謂梯度風(fēng)。而且風(fēng)速的變化還與地面粗糙程度有關(guān)。 分別為標(biāo)準(zhǔn)高度（例如10m）及該處的平均風(fēng)速；地面粗糙度系數(shù)；地表粗糙程度愈大， 值則愈大； 共四十五頁共四十五頁風(fēng)壓高度變化系數(shù)：為某類地表上空高度處的風(fēng)壓與基本風(fēng)壓的比值，該系數(shù)取決于地面粗糙程度指數(shù)。 現(xiàn)行規(guī)范將地面粗糙程度分為四類： A類指近海海面、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(xsh)的鄉(xiāng)鎮(zhèn)和城市郊區(qū)； C類指有密集建筑

6、群的城市市區(qū)； D類指密集建筑群且房屋較高的城市市區(qū)。 共四十五頁共四十五頁3.2 風(fēng)荷載(hzi) 3、風(fēng)荷載體型系數(shù) 1）定義：風(fēng)荷載體型系數(shù)是指風(fēng)作用在建筑物表面所引起的壓力(吸力)與原始風(fēng)速算得的理論風(fēng)壓的比值。 2）特點(diǎn)：風(fēng)荷載體型系數(shù)一般(ybn)都是通過實(shí)測或風(fēng)洞模擬試驗(yàn)的方法確定，它表示建筑物表面在穩(wěn)定風(fēng)壓作用下的靜態(tài)壓力分布規(guī)律，主要與建筑物的體型與尺度有關(guān)。共四十五頁 迎風(fēng)面的風(fēng)壓力在建筑物的中間偏上為最大，兩邊及底下最??；側(cè)風(fēng)面一般近側(cè)大，遠(yuǎn)側(cè)小，分布(fnb)也極不均勻；背風(fēng)面一般兩邊略大，中間小。共四十五頁 3）風(fēng)荷載體型系數(shù)的確定：根據(jù)(gnj)設(shè)計經(jīng)驗(yàn)和風(fēng)洞試驗(yàn)（

7、）單體風(fēng)壓體型系數(shù)例:+0.8-0.7-0.70.5共四十五頁（2）群體風(fēng)壓體型系數(shù)對建筑群，尤其是高層(o cn)建筑群，當(dāng)房屋相互間距較近時，由于漩渦的相互干擾，房屋某些部位的局部風(fēng)壓會顯著增大。高層規(guī)程規(guī)定，當(dāng)多棟或群集的高層建筑相互間距較近時，宜考慮風(fēng)力相互干擾的群體效應(yīng)。一般可將單體建筑的體型系數(shù)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，必要時宜通過風(fēng)洞試驗(yàn)確定。（3）局部風(fēng)壓體型系數(shù)在計算風(fēng)荷載對建筑物某個局部表面的作用時，要采用局部風(fēng)荷載體型系數(shù)，用于驗(yàn)算表面圍護(hù)結(jié)構(gòu)及玻璃等強(qiáng)度和構(gòu)件連接強(qiáng)度。檐口、雨蓬、遮陽板、陽臺等水平構(gòu)件計算局部上浮風(fēng)荷載時，風(fēng)荷載體型系數(shù)

8、不宜小于2.0。設(shè)計建筑幕墻時，應(yīng)按有關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定采用。 共四十五頁4、風(fēng)振系數(shù) ）風(fēng)速特點(diǎn)：風(fēng)速的變化可分為兩部分：一種是長周期的成分，其值一般在10min以上；另一種是短周期成分，一般只有幾秒左右。因此，為便于分析，通常(tngchng)把實(shí)際風(fēng)分解為平均風(fēng)（穩(wěn)定風(fēng)）和脈動風(fēng)兩部分。穩(wěn)定風(fēng)周期長，對結(jié)構(gòu)影響小；脈動風(fēng)周期短，對結(jié)構(gòu)影響大。共四十五頁3.2 風(fēng)荷載(hzi) ）風(fēng)的動力效應(yīng)：對于高度較大、剛度較小的高層建筑(o cn jin zh)，脈動風(fēng)壓會產(chǎn)生不可忽略的動力效應(yīng)，在設(shè)計中必須考慮，目前采用加大風(fēng)荷載的辦法來考慮這個動力效應(yīng)，即對風(fēng)壓值乘以風(fēng)振系數(shù)。共四十五頁3.2 風(fēng)荷載

9、(hzi) 2）計算(j sun)： 對于基本自振周期T1大于0.25s的工程結(jié)構(gòu)，以及高度大于30m且高寬比大于1.5的高柔房屋均應(yīng)考慮脈動風(fēng)壓對結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的風(fēng)振影響。共四十五頁2）計算(j sun)：共四十五頁3.2 風(fēng)荷載(hzi) 共四十五頁共四十五頁3.1.2 總風(fēng)荷載 總風(fēng)荷載為建筑物各個表面上承受(chngshu)風(fēng)力的合力，是沿建筑物高度變化的線荷載。 z高度處的總風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值按下式計算：Wz1Wz2Wz3Wz4共四十五頁3.2 風(fēng)荷載(hzi) 例 題 共四十五頁3.2 風(fēng)荷載(hzi) -0.5共四十五頁3.2 風(fēng)荷載(hzi) 共四十五頁共四十五頁共四十五頁一高層鋼筋混凝土

10、結(jié)構(gòu)，平面形狀(xngzhun)為正六邊形，邊長為20m。房屋共20層，除底層層高為5m外，其余層高為3.6m。該房屋的第一自振周期T1=1.2S，所在地區(qū)的基本風(fēng)壓地面粗糙度為C類。試計算各樓層處與風(fēng)向一致方向(fngxing)總的風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值。風(fēng)向解1 確定體形系數(shù)0-0.5+0.8-0.50-0.5該房屋共有6個面，查表得到各個面的風(fēng)荷載體形系數(shù)，如圖所示，不為零的4個面分別用表示。20m共四十五頁2 計算(j sun)各層的風(fēng)壓高度系數(shù)近似(jn s)假定室內(nèi)外地面相同，則二層樓面離室外地面高度為5m，查表，對于C類地面粗糙度，同理可求得其余各層樓面標(biāo)高處的風(fēng)壓高度系數(shù)。3 計算風(fēng)振系

11、數(shù)查表房屋高寬比H/B=(5+3.619)/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(gòu)振型系數(shù)可以取對于C類地面，乘0.62根據(jù)0.621.01=0.63共四十五頁4 計算各個(gg)面不同高度的分布風(fēng)荷載5 計算各個面各樓層處的集中風(fēng)荷載6 計算各樓層處總的風(fēng)荷載共四十五頁風(fēng)荷載(hzi)計算結(jié)果共四十五頁3.1.3 結(jié)構(gòu)(jigu)風(fēng)洞實(shí)驗(yàn) (1)風(fēng)洞試驗(yàn)?zāi)康慕Y(jié)構(gòu)抗風(fēng)研究與設(shè)計時需要結(jié)構(gòu)的體形系數(shù)和風(fēng)振系數(shù)，但僅依靠荷載規(guī)范，往往很難精確得到。在實(shí)際中，常采用風(fēng)洞試驗(yàn)來準(zhǔn)確獲得(hud)體形復(fù)雜結(jié)構(gòu)的體型系數(shù)和風(fēng)振系數(shù)。共四十五頁3.1.3 結(jié)構(gòu)(jigu)風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)

12、 (2)模擬(mn)方法自然形成法和人工形成法。（1）自然形成法：在均勻粗糙壁上自然形成模擬的大氣邊界層，所需試驗(yàn)段非常長，一般要求20米以上，而且通常還需加上一定的人工紊流裝置，目前很少采用。（2）人工形成法：當(dāng)前國際上主要采用的大氣邊界層模擬方法。方法有：曲網(wǎng)法、棍柵法、曲線切面蜂窩法、1/4橢圓尖劈+擋板+粗糙元法、大孔眼格網(wǎng)法、尖塔旋渦發(fā)生器法和孔板速度車法。 共四十五頁國內(nèi)主要(zhyo)風(fēng)洞同濟(jì)大學(xué)風(fēng)洞：有大、中、小三座邊界層風(fēng)洞，總體規(guī)模(gum)居世界前列，其中 TJ-3 號風(fēng)洞為世界同類風(fēng)洞的第二位。TJ-1 ：直流閉口式，實(shí)驗(yàn)段1.8 m高1.8m寬14m長 ，風(fēng)速130 米/秒。共四十五頁TJ-2 ：實(shí)驗(yàn)(shyn)段高2.5 米寬3.0米長15m ，風(fēng)速367 米/秒。共四十五頁TJ-3 ：實(shí)驗(yàn)(shyn)段 2.0 米高15米寬 15米長 ，風(fēng)速0.517 米/秒。 共四十五頁共四十五頁共四十五頁內(nèi)容摘要第 3 章 高層建筑結(jié)構(gòu)荷載。2）水平荷載的影響顯著增加，成為其設(shè)計的主要因素。高層建筑結(jié)構(gòu)主要承受豎向荷載和水平荷載。分別為標(biāo)準(zhǔn)高度（例如10m）及該處的平均風(fēng)速。C類指有密集建筑群的城市市區(qū)。D類指密集建筑