第3章 高層建筑結(jié)構(gòu)荷載作用

結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(jì)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(jì)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(yàn)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(yàn)算步驟九：延性設(shè)計(jì)調(diào)整步驟十：抗彎承載力計(jì)算、抗剪承載力計(jì)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(jì)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(jì)原則3.1豎向荷載（簡介）3.2風(fēng)荷載（重點(diǎn)）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(jì)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(jì)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。§3.1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(jī)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(yàn)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(xiàng)

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(yàn)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(jī)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(yùn)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(jī)房、電梯機(jī)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(xiàng)

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(shí)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(shí)

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(shí)組合。4.3.1屋面均布活荷載

項(xiàng)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(yùn)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(jì)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(shí)，原因是機(jī)械共振風(fēng)速大約為每小時(shí)42英里(67公里/小時(shí))，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(shí)20分許,在建的昆明新機(jī)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(shí)表示,事故的發(fā)生“不排除天氣的原因,比如刮風(fēng)引起。”2012年9月12日13點(diǎn)40分左右，西湖邊著名景點(diǎn)集賢亭被風(fēng)吹垮，為2002年前后，西湖南線整治時(shí)重建。

風(fēng)對高層建筑結(jié)構(gòu)有如下的特點(diǎn)

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(shí)間較長6．抗風(fēng)設(shè)計(jì)具有較大的可靠性。3.2風(fēng)荷載（特點(diǎn)）3.1風(fēng)荷載二、隨機(jī)性—按照統(tǒng)計(jì)規(guī)律歸納出風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值計(jì)算公式當(dāng)計(jì)算主要承重結(jié)構(gòu)時(shí)

三、風(fēng)荷載的計(jì)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(jì)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(shí)測或風(fēng)洞試驗(yàn)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(jì)算：

——峰值因子，取2.5

——10m高度處的湍流強(qiáng)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(yàn)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(yàn)風(fēng)洞是專門設(shè)計(jì)的一種實(shí)驗(yàn)管道,用動力裝置在管道實(shí)驗(yàn)段內(nèi)的造成可調(diào)節(jié)速度的空氣流動，以進(jìn)行各種類型的空氣動力學(xué)實(shí)驗(yàn)。根據(jù)流動相對性和相似性原理，將實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ凸潭ㄔ趯?shí)驗(yàn)段內(nèi)，當(dāng)氣體以一定的速度流過模型時(shí)，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(yùn)動時(shí)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(shí)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(jì)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(jì)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(jì)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