風(fēng)荷載和地震作用

風(fēng)荷載和地震作用第1頁/共45頁第二章荷載和設(shè)計(jì)要求步驟四：內(nèi)力計(jì)算豎向恒荷載作用下內(nèi)力計(jì)算豎向活荷載作用下內(nèi)力計(jì)算水平風(fēng)荷載作用下內(nèi)力計(jì)算地震作用下內(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)力重分布步驟五：側(cè)移驗(yàn)算側(cè)移不滿足要求回到步驟一第2頁/共45頁第二章荷載和設(shè)計(jì)要求步驟七：內(nèi)力組合、確定最不利內(nèi)力梁柱軸線端內(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)算步驟十一：抗剪承載力計(jì)算步驟十二：構(gòu)造要求第3頁/共45頁第二章荷載和設(shè)計(jì)要求荷載豎向荷載

◆恒荷載

◆活荷載風(fēng)荷載地震作用設(shè)計(jì)原則簡化計(jì)算方法抗震設(shè)計(jì)原則第4頁/共45頁§2.1豎向荷載

一、恒荷載：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、活荷載荷載規(guī)范：GB50009—2001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

第5頁/共45頁§2.2風(fēng)荷載（風(fēng)場）第6頁/共45頁§2.2風(fēng)荷載（風(fēng)場）第7頁/共45頁§2.2風(fēng)荷載（風(fēng)的破壞力）“森拉克”肆虐浙閩防波堤被沖垮百米

[

2003七月2812:43

]由于16號(hào)“森拉克”臺(tái)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(gè)缺口，造成防波堤砌面下滑，總長達(dá)100多米。險(xiǎn)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(shí)進(jìn)行搶修，力爭將損失降低到最低限度。

第8頁/共45頁§2.2風(fēng)荷載（風(fēng)的破壞力）第9頁/共45頁§2.2風(fēng)荷載（風(fēng)的破壞力）第10頁/共45頁§2.2風(fēng)荷載（風(fēng)的破壞力）第11頁/共45頁§2.2風(fēng)荷載（風(fēng)的破壞力）廣州大道南一棟五層廠房近1000平方米的2塊鐵皮被卷起后砸中附近五金廠，100多名工人僥幸逃過大難第12頁/共45頁§2.2風(fēng)荷載（水平荷載之一）

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

空氣流動(dòng)形成的風(fēng)遇到建筑物時(shí)，就在建筑物表面產(chǎn)生壓力或吸力，這種風(fēng)力作用叫風(fēng)荷載。風(fēng)的大小與（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)第13頁/共45頁§2.2風(fēng)荷載（特點(diǎn)）風(fēng)對高層建筑結(jié)構(gòu)有如下的特點(diǎn)風(fēng)力作用與建筑物外形有直接關(guān)系，圓形與正方形受到的風(fēng)力較合理風(fēng)力受到建筑物周圍環(huán)境影響較大，處于高層建筑群中的高層建筑，有時(shí)會(huì)出現(xiàn)受力更為不利的情況風(fēng)力作用具有靜力、動(dòng)力兩重性質(zhì)。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(huì)產(chǎn)生較大的風(fēng)力。與地震作用相比，風(fēng)力作用持續(xù)時(shí)間較長，其作用更接近于靜力，但建筑物的使用期限出現(xiàn)較大風(fēng)力的次數(shù)較多。由于有較長期的氣象觀測，大風(fēng)的重現(xiàn)期很短，所以風(fēng)力大小的估計(jì)比地震作用大小的估計(jì)較為可靠。而且抗風(fēng)設(shè)計(jì)具有較大的可靠性。第14頁/共45頁§2.2風(fēng)荷載（概念）一、概念：空氣流動(dòng)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)：風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值（kN/m2）

第15頁/共45頁

1940年11月7日，美國華盛頓州塔科馬橋因風(fēng)振致毀。這一嚴(yán)重的橋梁事故，開始促使人們對懸索橋結(jié)構(gòu)的空氣動(dòng)力穩(wěn)定問題進(jìn)行研究。該橋主跨長853.4m，全長1810.56m，橋?qū)?1.9m，而梁高僅1.3m。通過兩年時(shí)間的施工，于1940年7月1日建成通車。但由于當(dāng)時(shí)人們對柔性結(jié)構(gòu)在風(fēng)作用下的動(dòng)力響應(yīng)的認(rèn)識(shí)還不深入，該橋的加勁梁型式極不合理（板式鋼梁），導(dǎo)致在中等風(fēng)速(19m/s)下結(jié)構(gòu)就發(fā)生破壞。幸好在橋梁破壞之前封閉了交通。據(jù)說，在出事當(dāng)天，一位記者把車停在橋上，并把一條狗留在車內(nèi)。橋倒塌時(shí)，只有他本人跑到了橋臺(tái)處。當(dāng)?shù)氐膱?bào)紙以簡潔的標(biāo)題對這場事故作了報(bào)道，“損失：一座橋、一輛汽車、一條狗”。10年以后，才開始重新修建塔科馬橋。仍采用懸索橋型式，但加勁梁改為桁架式。新橋總長較舊橋長12m，于1950年10月14日建成通車。該橋破壞時(shí)，當(dāng)?shù)豑acoma報(bào)社的編輯LeonardCostsworth恰好路過，并用攝影機(jī)記錄下一段珍貴的膠片。這才使得后人有機(jī)會(huì)一睹當(dāng)年橋毀場面。

第16頁/共45頁§2.2風(fēng)荷載（計(jì)算公式）

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年一遇第17頁/共45頁§2.2風(fēng)荷載（基本風(fēng)壓）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。：空氣密度第18頁/共45頁§2.2風(fēng)荷載（風(fēng)荷載體型系數(shù)）（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)壓值第19頁/共45頁§2.2風(fēng)荷載（風(fēng)荷載體型系數(shù)）（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)壓值壓力為正號(hào)吸力為負(fù)號(hào)第20頁/共45頁§2.2風(fēng)荷載（風(fēng)荷載體型系數(shù)舉例）典型風(fēng)荷載體型系數(shù)舉例第21頁/共45頁§2.2風(fēng)荷載（風(fēng)荷載體型系數(shù)舉例）典型風(fēng)荷載體型系數(shù)舉例第22頁/共45頁§2.2風(fēng)荷載（局部風(fēng)壓體型系數(shù)）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

第23頁/共45頁§2.2風(fēng)荷載（風(fēng)壓高度變化系數(shù)）（三）風(fēng)壓高度變化系數(shù)風(fēng)壓高度變化系數(shù)應(yīng)該根據(jù)地面粗糙度類別確定

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)第24頁/共45頁§2.2風(fēng)荷載（風(fēng)振系數(shù)）（四）風(fēng)振系數(shù)(高度Z處風(fēng)振系數(shù))

風(fēng)分為平均風(fēng)（即穩(wěn)定風(fēng)）和脈動(dòng)風(fēng)（常稱陣風(fēng)脈動(dòng)）平均風(fēng)——靜力脈動(dòng)風(fēng)——?jiǎng)恿Φ?5頁/共45頁§2.2風(fēng)荷載（風(fēng)振系數(shù)）（四）風(fēng)振系數(shù)(高度Z處風(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)）

基本自振周期T1>0.25S的工程結(jié)構(gòu)，高度大于30m且高寬比大于1.5的高柔房屋，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)算按照隨機(jī)振動(dòng)理論進(jìn)行，結(jié)構(gòu)自振周期按照結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)計(jì)算一般懸臂型結(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：第26頁/共45頁§2.2風(fēng)荷載（風(fēng)振系數(shù)公式）

——脈動(dòng)增大系數(shù)

——脈動(dòng)影響系數(shù)

——振型系數(shù)

——風(fēng)壓高度變化系數(shù)第27頁/共45頁§2.2風(fēng)荷載（脈動(dòng)增大系數(shù)

）

脈動(dòng)增大系數(shù)

ξ

主要與結(jié)構(gòu)的周期和基本風(fēng)壓和地面粗糙程度有關(guān)w0·

T120.010.020.040.060.080.100.200.400.60鋼結(jié)構(gòu)1.471.571.691.771.831.882.042.242.36有填充墻的房屋鋼結(jié)構(gòu)1.261.321.391.441.471.501.611.731.81混凝土及砌體結(jié)構(gòu)1.111.141.171.191.211.231.281.341.38w0·T120.801.002.004.006.008.0010.0020.0030.00鋼結(jié)構(gòu)2.462.532.803.093.283.423.543.914.14有填充墻的房屋鋼結(jié)構(gòu)1.881.932.102.302.432.522.602.853.01混凝土及砌體結(jié)構(gòu)1.421.441.541.651.721.771.821.962.06第28頁/共45頁§2.2風(fēng)荷載（振型系數(shù)、脈動(dòng)影響系數(shù)）

振型系數(shù)可由結(jié)構(gòu)動(dòng)力計(jì)算確定，計(jì)算時(shí)可僅考慮受力方向基本振型的影響；對于質(zhì)量和剛度沿高度分布比較均勻的彎剪型結(jié)構(gòu)，也可近似采用振型計(jì)算點(diǎn)距室外地面高度Z與房屋高度H的比值代替振型系數(shù)Z/H查表

脈動(dòng)影響系數(shù)與房屋總高度、粗糙度類別、H/B有關(guān)，查表。第29頁/共45頁§2.2風(fēng)荷載（基本自振周期）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＝0.05NN——房屋層數(shù)第30頁/共45頁§2.2風(fēng)荷載（總風(fēng)荷載）(五)總風(fēng)荷載各個(gè)表面承受風(fēng)力的合力，沿高度變化的分布荷載:建筑物表面法線與風(fēng)作用方向的夾角＝0：風(fēng)力作用方向與建筑表面垂直，風(fēng)壓全部計(jì)算＝90：風(fēng)力作用方向與建筑表面平行，風(fēng)壓不算0<<90:風(fēng)力的分量，注意風(fēng)力分解時(shí)區(qū)別風(fēng)力為壓力或吸力例題2-1第31頁/共45頁第32頁/共45頁§2.2風(fēng)荷載（風(fēng)荷載例題）風(fēng)荷載例題某4層混凝土住宅樓，平面圖和立面圖如圖所示，建設(shè)地點(diǎn)廣州市區(qū)，各層風(fēng)荷載，基礎(chǔ)底面彎矩設(shè)計(jì)值。wind+0.8-0.6-0.624m10.2m3。2H＝4×3.2＝12.8(m)3.2-0.5第33頁/共45頁§2.2風(fēng)荷載（風(fēng)荷載例題）wind+0.8-0.6-0.624m10.2m-0.5（2）風(fēng)振系數(shù)脈動(dòng)增大系數(shù)：0.62ωoT12=0.62*0.5*0.322=0.032

系數(shù)0.62為C類場地粗糙度修正系數(shù)查《規(guī)范》或書P50表3－3，得脈動(dòng)增大系數(shù)ξ=1.158脈動(dòng)影響系數(shù)：H/B=12.8/10.2=1.26；地面粗糙度屬C類查《規(guī)范》或書P51表3－4，得脈動(dòng)影響系數(shù)ν=0.436振型系數(shù)：Z/H，與每層層高有關(guān)系基本計(jì)算參數(shù)：風(fēng)荷載的基本風(fēng)壓為：w0=0.5kN/m2

；場地粗糙度：C類粗糙度（1）自振周期：第34頁/共45頁§2.2風(fēng)荷載（風(fēng)荷載例題）wind+0.8-0.6-0.624m10.2m-0.5（5）風(fēng)載體型系數(shù)：

＝0.8－（－（0.48＋0.03H/L））＝1.3（6）風(fēng)壓高度系數(shù)：與高度、地面粗糙度有關(guān)，查表(例題計(jì)算錯(cuò)誤)層號(hào)μsZ(m)μzZ/Hψzξνψz/μzβzωoBi(m)Wzi(kN/m)Hi(m)Pw(kN)41.312.80.74110.691.630.52427.721.644.3531.39.60.740.750.7050.481.440.52424.483.278.3421.36.40.740.50.380.261.240.52421.083.267.4611.33.20.740.250.050.031.030.52416.073.251.42第35頁/共45頁§2.2風(fēng)荷載（風(fēng)荷載例題）重要說明：風(fēng)振系數(shù)：不滿足“

高度大于30m且高寬比大于1.5的高柔房屋”

＝1.03。24×3.2＝12.8(m)3.2PW1=51.42求各層風(fēng)荷載，基礎(chǔ)底面彎矩設(shè)計(jì)值：第36頁/共45頁§2.3地震作用（水平荷載之二）一、高層建筑結(jié)構(gòu)按照重要性分類及計(jì)算：

甲類建筑：地震破壞會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重后果，造成經(jīng)濟(jì)上嚴(yán)重?fù)p失或特別重要的建筑物；按照高于本地區(qū)抗震設(shè)防烈度計(jì)算，其值應(yīng)按批準(zhǔn)的地震安全性評價(jià)結(jié)果確定乙類建筑：地震時(shí)必須維持正常使用和救災(zāi)需要的建筑物，人員大量集中的公共建筑物或其他重要的建筑物；應(yīng)按本地區(qū)抗震設(shè)防烈度計(jì)算丙類建筑物：除上述以外的一般高層建筑；應(yīng)按本地區(qū)抗震設(shè)防烈度計(jì)算

第37頁/共45頁§2.3地震作用（水平荷載之二）二、高層建筑結(jié)構(gòu)應(yīng)按下列原則考慮地震作用：一般情況下，計(jì)算兩個(gè)主軸方向的地震作用；有斜交抗側(cè)力構(gòu)件（角度大于15度）時(shí)應(yīng)分別計(jì)算各抗側(cè)力構(gòu)件方向的地震作用質(zhì)量與剛度分布明顯不對稱、不均勻的結(jié)構(gòu)，應(yīng)計(jì)算雙向水平地震作用下的扭轉(zhuǎn)影響，其他情況應(yīng)計(jì)算單向地震作用下的扭轉(zhuǎn)影響8度和9度抗震設(shè)計(jì)時(shí)，高層建筑中的大跨度和長懸臂結(jié)構(gòu)應(yīng)考慮豎向地震作用9度抗震設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)計(jì)算豎向地震作用第38頁/共45頁§2.3地震作用（水平荷載之二）三、高層建筑結(jié)構(gòu)應(yīng)根據(jù)不同情況采用不同計(jì)算方法：對質(zhì)量和剛度不對稱、不均勻的結(jié)構(gòu)和高度超過100m的高層建筑應(yīng)采用考慮扭轉(zhuǎn)耦連振動(dòng)影響的振型分解反應(yīng)譜法高度不超過40m、以剪切變形為主的且質(zhì)量和剛度沿高度分布較均勻的高層建筑結(jié)構(gòu)，可采用底部剪力法7～9度設(shè)防的高層建筑，下列情況宜采用彈性時(shí)程分析法進(jìn)行多遇地震作用下的補(bǔ)充計(jì)算（場地類別說明見抗震規(guī)范4.1.6條文解釋）(1)甲類高層建筑結(jié)構(gòu)(2)剛度與質(zhì)量沿豎向分布特別不均勻的高層建筑結(jié)構(gòu)(3)表中所示的乙、丙類高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)防烈度、場地類別建筑高度范圍7度、8度I、II類場地>100m8度III、IV類場地>80m9度>60m第39頁/共45頁§2.3.1地震作用計(jì)算

一、重力荷載代表值：100％恒荷載＋50％雪荷載＋50％樓面活荷載（80％藏書庫、檔案庫、庫房活荷載）二、水平地震影響系數(shù)根據(jù)烈度、場地類別、設(shè)計(jì)地震分組、結(jié)構(gòu)自振周期T和阻尼比確定，由下式計(jì)算：當(dāng)T≤Tg時(shí)＝max當(dāng)T>Tg時(shí)＝max第40頁/共45頁§2.3.1地震作用計(jì)算

三、水平地震作用計(jì)算（底部剪力法）結(jié)構(gòu)總水平地震作用的標(biāo)準(zhǔn)值計(jì)算公式：1——相應(yīng)于結(jié)構(gòu)基本