第3章 高層建筑結(jié)構(gòu)荷載作用

結(jié)構(gòu)設(shè)計步驟匯總：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、地震作用步驟五：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)力重分布步驟四：側(cè)移驗算側(cè)移不滿足要求回到步驟一步驟七：內(nèi)力組合、確定最不利內(nèi)力步驟八：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、抗剪承載力計算步驟十二：構(gòu)造要求豎向：恒、活（雪）其它荷載（作用）：溫度、基礎(chǔ)沉降等水平向：風(fēng)、地震滿足：承載能力極限狀態(tài)正常使用極限狀態(tài)第三章高層建筑結(jié)構(gòu)荷載作用

與結(jié)構(gòu)設(shè)計原則第三章高層建筑結(jié)構(gòu)荷載作用

與結(jié)構(gòu)設(shè)計原則3.1豎向荷載（簡介）3.2風(fēng)荷載（重點）3.3地震作用（建筑結(jié)構(gòu)抗震與防災(zāi)課介紹此部分內(nèi)容）3.4荷載效應(yīng)組合3.5結(jié)構(gòu)簡化計算原則與多層建筑結(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；

3）對高層建筑結(jié)構(gòu)尚應(yīng)考慮豎向地震的作用?！?.1豎向荷載

《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》(GB50009-2012)一、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）二、可變荷載——樓面活荷載、雪荷載、直升飛機自重

多層：應(yīng)考慮活荷載不利分布

高層：不考慮，活荷載相對小，水平荷載引起內(nèi)力大

經(jīng)驗值：單位面積豎向荷載重量框架、框架—剪力墻結(jié)構(gòu)體系：12～14kN/m2

剪力墻、筒體結(jié)構(gòu)體系：14～16kN/m2

表4.1.1民用建筑樓面均布活荷載標(biāo)準(zhǔn)值及其組合值、頻遇值和準(zhǔn)永久值系數(shù)

項

次類別標(biāo)準(zhǔn)值

(kN／m2)組合值

系數(shù)Ψc頻遇值

系數(shù)Ψf準(zhǔn)永久值

系數(shù)Ψq1(1)住宅、宿舍、旅館、辦公樓、醫(yī)院病房、托兒所、幼兒園

(2)試驗室、閱覽室、會議室、醫(yī)院門診室2.00.70.5

0.60.4

0.52教室、食堂、餐廳、一般資料檔案室2.50.70.60.53(1)禮堂、劇場、影院、有固定座位的看臺

(2)公共洗衣房3.0

3.00.7

0.70.5

0.60.3

0.54(1)商店、展覽廳、車站、港口、機場大廳及其旅客等候室

(2)無固定座位的看臺3.5

3.50.7

0.70.6

0.50.5

0.35(1)健身房、演出舞臺

(2)運動場、舞廳4.0

4.00.7

0.70.6

0.60.5

0.36(1)書庫、檔案庫、貯藏室、百貨食品超市

(2)密集柜書庫5.0

12.00.90.90.87通風(fēng)機房、電梯機房7.00.90.90.88汽車通道及停車庫：

(1)單向板樓蓋(板跨不小于2m)和雙向板樓蓋(板跨不小于3m×3m)

客車

消防車

(2)雙向板樓蓋(板跨不小于6m×6m)和無梁樓蓋(柱網(wǎng)尺寸不小于6m×6m)

客車

消防車

4.0

35.0

2.5

20.0

0.7

0.7

0.7

0.7

0.7

0.7

0.7

0.7

0.6

0.6

0.6

0.6

續(xù)表4.1.1

項

次類別標(biāo)準(zhǔn)值

(kN／m2)組合值

系數(shù)Ψc頻遇值

系數(shù)Ψf準(zhǔn)永久值

系數(shù)Ψq9廚房(1)一般的

(2)餐廳的2.0

4.00.7

0.70.6

0.70.5

0.710浴室、廁所、盥洗室：2.50.70.60.511走廊、門廳：

(1)宿舍、旅館、醫(yī)院病房、托兒所、幼兒園、住宅

(2)辦公樓、教學(xué)樓、餐廳，醫(yī)院門

診部

(3)當(dāng)人流可能密集時2.02.53.50.7

0.70.70.50.60.50.40.50.3樓梯：(1)多層住宅

(2)其他

2.03.5

0.70.7

0.50.5

0.40.312陽臺：

(1)一般情況

(2)當(dāng)人群有可能密集時

2.5

3.50.70.60.54.3.1房屋建筑的屋面，其水平投影面上的屋面均布活荷載，應(yīng)按表4.3.1采用。

屋面均布活荷載，不應(yīng)與雪荷載同時組合。4.3.1屋面均布活荷載

項次類別標(biāo)準(zhǔn)值

kN／m2組合值系數(shù)

Ψc頻遇值系數(shù)Ψf準(zhǔn)永久值系數(shù)Ψq1不上人的屋面0.50.70.502上人的屋面2.00.70.50.43屋頂花園3.00.70.60.54屋面運動場4.00.70.60.43.2風(fēng)荷載一、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

3.2風(fēng)荷載

高、大、細(xì)、長等柔性工程結(jié)構(gòu)的主要設(shè)計荷載

塔科馬海峽大橋昵稱:舞動的格蒂橋梁形式:懸索橋主跨:2800英尺(853米)全長:5000英尺(1524米)通航凈空:195英尺(59.4米)通車日期:1940年7月1日坍塌日期:1940年11月7日上午11時，原因是機械共振風(fēng)速大約為每小時42英里(67公里/小時)，頻率0.2赫茲。被風(fēng)吹垮的一流懸索大橋2011年6月23日，河北省石家莊市正定縣子龍大橋石欄被大風(fēng)吹倒。受損石欄達(dá)400米，多數(shù)是從柱子處齊根折斷。2010年1月3日14時20分許,在建的昆明新機場配套引橋工程在澆灌過程中垮塌。事故造成七人死亡,三十四人受傷。該建筑承建單位的相關(guān)負(fù)責(zé)人在接受媒體采訪時表示,事故的發(fā)生“不排除天氣的原因,比如刮風(fēng)引起?！?012年9月12日13點40分左右，西湖邊著名景點集賢亭被風(fēng)吹垮，為2002年前后，西湖南線整治時重建。

風(fēng)對高層建筑結(jié)構(gòu)有如下的特點

1．風(fēng)力作用與建筑物外形有直接關(guān)系2．風(fēng)力受建筑物周圍環(huán)境影響較大3．風(fēng)力作用具有靜力、動力兩重性質(zhì)。

4．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。

5．與地震作用相比，風(fēng)力作用持續(xù)時間較長6．抗風(fēng)設(shè)計具有較大的可靠性。3.2風(fēng)荷載（特點）3.1風(fēng)荷載二、隨機性—按照統(tǒng)計規(guī)律歸納出風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值計算公式當(dāng)計算主要承重結(jié)構(gòu)時

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（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

典型風(fēng)荷載體型系數(shù)舉例壓力為正號吸力為負(fù)號典型風(fēng)荷載體型系數(shù)舉例局部風(fēng)壓體型系數(shù)：正壓區(qū)：同上取法負(fù)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

（三）風(fēng)壓高度變化系數(shù)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)（四）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（四）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)）一般豎向懸臂型結(jié)構(gòu)（構(gòu)架、塔架、煙囪等高聳結(jié)構(gòu)），高度大于30m，高寬比大于1.5且可以忽略扭轉(zhuǎn)影響的高層建筑，按照下式計算：

——峰值因子，取2.5

——10m高度處的湍流強度(A、B、C、D分別為0.12、0.14、0.23、0.39

)

——脈動風(fēng)荷載的共振分量因子

——脈動風(fēng)荷載的背景分量因子——脈動風(fēng)荷載的背景分量因子結(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＝（0.08～0.1）n混凝土結(jié)構(gòu)

框架－剪力墻結(jié)構(gòu)：T1＝（0.06～0.08）n剪力墻結(jié)構(gòu)及筒中筒：T1＝0.05方法三：鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)鋼結(jié)構(gòu)風(fēng)洞試驗風(fēng)洞是專門設(shè)計的一種實驗管道,用動力裝置在管道實驗段內(nèi)的造成可調(diào)節(jié)速度的空氣流動，以進行各種類型的空氣動力學(xué)實驗。根據(jù)流動相對性和相似性原理，將實驗?zāi)Ｐ凸潭ㄔ趯嶒灦蝺?nèi)，當(dāng)氣體以一定的速度流過模型時，測量記錄流場的參數(shù)和模型的氣動力響應(yīng)，即可推算到與模型相對應(yīng)的原型物在空氣中運動時受到的氣動力。3.3地震作用3.4荷載作用效應(yīng)組合荷載效應(yīng)——指結(jié)構(gòu)或構(gòu)件在某種荷載作用下的結(jié)構(gòu)的內(nèi)力和位移。荷載效應(yīng)組合——指在所有可能同時出現(xiàn)的荷載組合下，確定結(jié)構(gòu)或構(gòu)件內(nèi)產(chǎn)生的效應(yīng)。滿足：承載能力極限狀態(tài)正常使用極限狀態(tài)一、承載能力極限狀態(tài)設(shè)計表達(dá)式無地震作用效應(yīng)組合有地震作用效應(yīng)組合

參與組合的荷載和作用

說明重力荷載及水平地震作用1.21.3

抗震設(shè)計的高層建筑均應(yīng)考慮重力荷載及豎向地震作用1.2

1.3

9度；水平長懸臂和大跨度7度（0.15g）、8度、9度重力荷載、水平地震及豎向地震作用1.21.30.5

9度；水平長懸臂和大跨度7度（0.15g）、8度、9度重力荷載、水平地震作用及風(fēng)荷載1.21.3

1.460m以上的高層建筑重力荷載、水平地震作用、豎向地震作用及風(fēng)荷載1.21.30.51.460m以上的高層建筑；9度；水平長懸臂和大跨度7度（0.15g）、8度、9度0.51.31.4水平長懸臂和大跨度7度（0.15g）、8度、9度有地震作用效應(yīng)組合

——風(fēng)荷載的組合值系數(shù)＝0.2二、正常使用極限狀態(tài)設(shè)計表達(dá)式

按荷載效應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)組合、頻遇組合、準(zhǔn)永久組合或標(biāo)準(zhǔn)組合并考慮長期作用影響——正常使用極限狀態(tài)的荷載效應(yīng)組合值?！Y(jié)構(gòu)構(gòu)件達(dá)到正常使用要求所規(guī)定的變形、裂縫寬度、應(yīng)力等