5 風(fēng)荷載計(jì)算

1、5風(fēng)荷載計(jì)算5.1風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值主體結(jié)構(gòu)計(jì)算時(shí)，為了簡(jiǎn)化計(jì)算，作用在外墻面上的風(fēng)荷載可近似作用在屋面梁和樓面梁處的等效集中荷載替代，垂直于建筑物表面的風(fēng)荷載標(biāo)注值按公式5-1計(jì)算。卩二卩卩卩q(5-1)kz-s-z-0式中：q風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值；k卩風(fēng)荷載體型系數(shù)；s卩風(fēng)壓高度變化系數(shù)；z基本風(fēng)壓值，本設(shè)計(jì)中的基本風(fēng)壓取二0.30；00卩高度z處的風(fēng)振系數(shù)；z根據(jù)建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范(GB500092012)第8.2.1條規(guī)定：地面粗糙度可分為四類：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)；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

2、市市區(qū)。本設(shè)計(jì)中地面粗糙度取C類。高度z處的風(fēng)振系數(shù)0的計(jì)算式見公式5-2。zg脈動(dòng)增大系數(shù)；V脈動(dòng)影響系數(shù)；化振型系數(shù)；卩z風(fēng)壓高度變化系數(shù)。根據(jù)建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范(GB500092012)第8.3節(jié)可知：對(duì)于框架結(jié)構(gòu)的基本自振周期可以近似按照T1=(0.08n0.10n)(n為建筑層數(shù))估算，應(yīng)考慮風(fēng)壓脈動(dòng)對(duì)結(jié)構(gòu)發(fā)生順風(fēng)向風(fēng)振的影響,本設(shè)計(jì)中自振周期取T1=0.09n=0.09x6=0.54s，經(jīng)過計(jì)算，qT2=0.30 x0.542=0.087。風(fēng)載體型系數(shù)由建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范(GB500092012)01第8.3節(jié)續(xù)表8.3.1可以查得：卩=0.8(迎風(fēng)面)和卩=-0.5(背風(fēng)面)。ss根

3、據(jù)建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范(GB500092012)第8.4.1條規(guī)定：當(dāng)結(jié)構(gòu)基本自振周期T0.25s時(shí)，以及對(duì)于高度超過30m且高寬比大于1.5的高柔房屋，由風(fēng)引起的結(jié)構(gòu)振動(dòng)比較明顯，而且隨著結(jié)構(gòu)自振周期的增長(zhǎng)，風(fēng)振也隨之增強(qiáng)。因此在設(shè)計(jì)中應(yīng)考慮風(fēng)振的影響，而且原則上還應(yīng)考慮多個(gè)振型的影響。由于本工程總高度為23.00m，自振周期雖已超過0.25s,但不屬于高聳結(jié)構(gòu)和大跨度結(jié)構(gòu)，所以根據(jù)荷載規(guī)范8.4.1,本工程不考慮順風(fēng)向風(fēng)振的影響。即本工程在高度z處的風(fēng)振系數(shù)卩近似取0z=1.00。zz根據(jù)高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程(JGJ3-2010)第4.2.3計(jì)算主體結(jié)構(gòu)的風(fēng)荷載效應(yīng)時(shí)，風(fēng)荷載體型系數(shù)卩可

4、按下列規(guī)定采用：s1、圓形平面建筑取0.8；2、正多邊形及截角三角形平面建筑，由公式6-3計(jì)算：R=0.8+1.2/刀(5-3)s式中：n為多邊形的邊數(shù)3、高寬比H/B不大于4的矩形、方形、十字形平面建筑取1.3。本設(shè)計(jì)中H/B=23.0m/15.6m=1.474，所以按第3條取值，卩二1.3。s根據(jù)高層建筑的脈動(dòng)影響系數(shù)表可知：H/B=23.0m/15.6m=1.474，房屋總高度小于30m，脈動(dòng)影響系數(shù)v=0.45。=0屮屮=1.0 x1.3x0.30 xp=0.39pTOC o 1-5 h zkzsz0zz根據(jù)建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范(GB500092012)第8.2.1條中的表8.2.1的風(fēng)壓

5、高度變化系數(shù)p，對(duì)于相鄰高度之間的按線性內(nèi)插法取值，代入上式可得各樓層標(biāo)高處的。zk=0.39p=0.39x0.65=0.25kN/m2；=0.39p=0.39x0.65=0.25kN/m2；z2z=0.39p=0.39x0.65=0.25kN/m2；=0.39p=0.39x0.65=0.25kN/m2；3z4z=0.39p=0.39x0.67=0.26kN/m2；=0.39p=0.39x0.72=0.28kN/m2。z6z按靜力等效原理將沿高度方向的均布荷載折算為集中荷載：其中各層計(jì)算范圍取上層的一半和下層的一半之和，頂層取到女兒墻頂，底層只取到下層的一半。而底層的計(jì)算高度應(yīng)從室外地面開始取

6、，即為3.45m。(3mF=w-S=0.28kN/m2x45.00mxf1.2m=34.02kN；66(2丿F=w-S=0.26kN/m2x45.00mx3m=35.10kN；555F=wS=0.25kN/m2x45.00mx3m=33.75kN；444F=wS=0.25kN/m2x45.00mx3m=33.75kN；333F=wS=0.25kN/m2x45.00mx3m=33.75kN；22(3+345F=wS=0.25kN/m2x45.00mx=36.28kN。111I2丿將各層的集中力分別沿高度方向向下疊加，則有:F=F=34.02kN；66F=F+F=34.02kN+35.10kN=6

7、9.12kN；565F=F+F=69.12kN+33.75kN=102.87kN知54F=Fr+F=102.87kN+33.75kN=136.62kN；43F二F+F二136.62kN+33.75kN二170.37kN;TOC o 1-5 h z23,2F二F+F二170.37kN+36.28kN二206.65kN。131房屋沿高度方向的分布圖，如圖5-1。34.025.2柱的抗側(cè)剛度D值柱的側(cè)移剛度D值可根據(jù)公式5-4進(jìn)行計(jì)算:D=a-c（5-4）ch2式中：a框架柱側(cè)移剛度修正系數(shù)，根據(jù)不同的情況按表3-4計(jì)算，其中K表示梁、c柱線剛度比。i柱的線剛度；ch框架柱的計(jì)算跨度；按照上述公式5

8、-4,可計(jì)算出各柱的側(cè)移剛度，將計(jì)算單元范圍內(nèi)所有柱的D值相加，即為該層框架的總側(cè)移剛度YD.。i表5-1；柱側(cè)移剛度修正系數(shù)a樓層類別邊柱中柱a一般層Ki+i2ic-iiiTim*ini+i+i+iK-42342icKac2+K底層固端hm打、miK=亠icIl2K工ic0.5+Kac2+K根據(jù)梁、柱線剛度比K的不同，柱可分為中框架梁邊柱、中框架梁中柱、邊框架梁邊柱、邊框架梁中柱以及樓梯間柱，以第二層B-6框架柱（位于B軸線和6軸線交叉點(diǎn)位置的柱）側(cè)移剛度為例，見表5-2和表5-3。第二層B-6框架柱及與其相連的梁的線剛度計(jì)算梁、柱線剛度比:（6.30+5.60+6.30+5.60）、2x1

9、0.80）x1010=1.102柱側(cè)移剛度修正系數(shù):1.1022+1.102二0.355修正后柱側(cè)移剛度：D=a-巴=0.355x12x10.8x10=51120N/mm；ch230002表5-2中框架柱側(cè)移剛度D值樓層左邊柱（5根）右邊柱（4根）工D（N/mm）KacD（N/mm）KacD（N/mm）26層0.5830.226325440.5190.206296642813761層0.6910.443276120.7780.46027945249840樓層中柱（9根）D（N/mm）KacD（N/mm）1;26層1.1020.355丄i511204600801層1.4690.568495364

10、45824表5-3邊框架柱及樓梯間柱側(cè)移剛度D值樓層樓梯間邊柱（6根）樓梯間中柱（6根）工D（N/mm）D-2，D-4，D-8，D-10，D-14，D-16C-2，C-4，C-8，C-10，C-14，C-16KacD1;KacD1;突出屋面1.2350.382丄i173172.6260.568丄i2574925839626層1.2350.382173172.6260.568257492583961層1.8550.611155813.5020.72724539240720樓層左邊柱（2根）右邊柱（2根）工D（N/mm）A-1，A-18D-1，D-18KacD1iKacD1i26層0.4380.1

11、80丄i259200.8270.293丄i421921362241層0.5840.420255151.1020.516397471305245.3風(fēng)荷載作用下的水平位移驗(yàn)算框架在風(fēng)荷載的作用下的會(huì)產(chǎn)生一定的位移，通過風(fēng)荷載的作用下可以對(duì)框架進(jìn)行側(cè)移的初步估算，水平荷載作用下的層間側(cè)移可按公式5-5計(jì)算。Au.=（5-5）；j乙D.式中V.第j層的總剪力；工D.第j層所有柱的抗側(cè)剛度之和；ijAu.第j層的層間位移。第一層的層間側(cè)移值求出以后，可以計(jì)算各樓板標(biāo)高處的側(cè)移值的頂點(diǎn)側(cè)移值，各層樓板標(biāo)高處的側(cè)移值是該層以下各層層間位移之和。頂點(diǎn)側(cè)移是所有層層間側(cè)移之和。j層側(cè)移：u.=Hau.；JJJ

12、j=1j=1依據(jù)框架層間側(cè)移剛度計(jì)算各層相對(duì)側(cè)移和絕對(duì)側(cè)移，計(jì)算過程見下表5-5。表5-5風(fēng)荷載作用下F的框架層間剪力及側(cè)移計(jì)算層次計(jì)算高度（mm）F(kN)V(kN)2D(kN/m)沖i=V/.2D(m)(m)Ay/h廠i6300034.0234.022583960.000130.000131/230775300069.1269.122583960.000270.000401/750043000102.87102.872583960.000400.000801/375033000136.62136.622583960.000530.001331/225623000170.37170.3725

13、83960.000660.001991/150814000206.65206.652407200.000860.002841/1408注：按上述方法求得的框架結(jié)構(gòu)側(cè)向水平位移只是由梁、柱彎曲變形所產(chǎn)生的變形量，而未考慮梁、柱的軸向變形和截面剪切變形所產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)側(cè)移。但對(duì)一般的多層框架結(jié)構(gòu)，按上式計(jì)算的框架側(cè)移已能滿足工程設(shè)計(jì)的精度要求。風(fēng)荷載作用下框架的側(cè)移驗(yàn)算：層間側(cè)移最大值：1/14081/550（滿足要求）。5.4風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值作用下的內(nèi)力計(jì)算風(fēng)荷載作用下框架內(nèi)力計(jì)算仍采用一榀框架計(jì)算：其反彎點(diǎn)高度剪力分配仍按前述方式，取同一榀框架計(jì)算。第i層第m柱所分配的剪力為：V二2-V，V=工W。i

14、m厶Diii框架柱反彎點(diǎn)高度比，可根據(jù)公式5-6計(jì)算，廠的取值按表6-2的值進(jìn)行取值，即：=K,計(jì)算結(jié)果如表5-6、表5-7、表5-8、表5-9所示。(5-6)式中：y0標(biāo)準(zhǔn)反彎點(diǎn)高度比，是在各層等高、各跨相等、各層相等、各層梁和柱線剛度都不改變的情況下求得的反彎點(diǎn)高度比;yiy3上式中，y、0取值。因上、下層梁剛度比變化的修正值；-因上層層高變化的修正值；因下層層高變化的修正值。y、y、y值均用線性內(nèi)插法按照混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（第3版）表3.6.3123表5-6A軸框架柱反彎點(diǎn)位置層數(shù)h/mTy0y1y2y3yyh/m63.00.5830.250.000.000.000.2500.75053.0

15、0.5830.350.000.000.000.3501.05043.00.5830.400.000.000.000.4001.20033.00.5830.450.000.000.000.4501.35023.00.5830.500.000.00-0.00150.4991.49614.00.6910.700.00-0.00250.000.6982.790表5-7B軸框架柱反彎點(diǎn)位置層數(shù)h/mTy0y1y2y3yyh/m63.01.1020.370.000.000.000.3701.11053.01.1020.430.000.000.000.4301.29043.01.1020.450.000.0

16、00.000.4501.35033.01.1020.450.000.000.000.4501.35023.01.1020.500.000.00-0.0060.4941.48214.01.4690.630.00-0.00210.000.6282.512表5-8C軸框架柱反彎點(diǎn)位置層數(shù)h/miy0y1yy3yyh/m63.01.1020.370.000.000.000.3701.11053.01.1020.430.000.000.000.4301.29043.01.1020.450.000.000.000.4501.35033.01.1020.450.000.000.000.4501.35023.

17、01.1020.500.000.000.000.5001.50014.01.4690.630.000.000.000.6302.520表5-9D軸框架柱反彎點(diǎn)位置層數(shù)h/mTy0y1y2y3yyh/m63.00.5190.250.000.000.000.2500.75053.00.5190.350.000.000.000.3501.05043.00.5190.400.000.000.000.4001.20033.00.5190.450.000.000.000.4501.35023.00.5190.500.000.000.000.5001.50014.00.7780.680.000.000.00

18、0.6802.720框架各柱的桿端彎矩、梁端彎矩按下式計(jì)算，左風(fēng)荷載作用下框架柱A-6、框架柱B-6、框架柱C-6、框架柱D-6的剪力和梁柱端彎矩的計(jì)算計(jì)算過程如表5-10、5-11、5-12、5-13所示。中柱處的梁：Mb左jM=V(1-y)h；c上imM二Vyhc下imi左bi左+i右bb+M)；c下j+1i右bi左+i右bb+Mc下j+1邊柱處的梁：M=M+Mb總jc下j+1c上j-10左風(fēng)荷載作用下A-6框架柱剪力和梁柱端彎矩的計(jì)算樓層V/kNi乙D/(kN/m)Dim/(kN/mDz)V/kNimyh/mMc上/(kN/m)Mc下/(kN/m)Mb總/(kN/m)634.022813

19、76325440.11573.940.7508.862.958.86569.12281376325440.11578.001.05015.598.4018.544102.87281376325440.115711.901.20021.4214.2829.823136.62281376325440.115715.811.35026.0821.3440.362170.37281376325440.115719.711.49629.6529.4950.991206.65249840276120.110522.832.79027.6363.7157.125-11左風(fēng)荷載作用下D-6框架柱剪力和梁柱端彎

20、矩的計(jì)算樓層V/kNi乙D/(kN/m)Dim/(kN/m)DV/kNimyh/mMc上/(kN/m)Mc下/(kN/m)Mb總/(kN/m)634.02281376296640.10543.591.068.072.698.07569.12281376296640.10547.291.3214.217.6516.94102.87281376296640.105410.841.4919.5213.0127.173136.62281376296640.105414.401.4923.7619.4436.772170.37281376296640.105417.961.5127.0126.8646.

21、451206.65249840279450.111823.103.3227.9764.4654.83表5-12左風(fēng)荷載作用下B-6框架柱剪力和梁柱端彎矩的計(jì)算樓層V/kNi工D/(kN/m)D/im(kN/m)D/idVim/kNyh/mMc上/kN-mMc下/kN-m634.02460080511200.12414.221.299.503.17569.12460080511200.12418.581.4516.739.014102.87460080511200.124112.771.6222.9815.323136.62460080511200.124116.951.5827.9722.892170.37460080511200.124121.142.8131.8031.631206.65445824495360.112523.253.4128.1364.86表5-13左風(fēng)荷載作用下C-6框架柱剪力和梁柱端彎矩的計(jì)算樓層V/kNi工D/(kN/m)D/im(kN/m)D/idVim/kNyh/mMc上/kN-mMc下/kN-m634.02460080511200.12414.221.299.503.17569.12460080511200.12418.