高层建筑结构设计-第三讲.pptx

重庆交通大学土木工程学院 高层建筑结构设计 第三第三讲讲讲讲 高层层建筑结结构荷载载 课程要求： 掌握高层结构总风荷载和局部风荷载的计算。 了解有关地震的基本知识。 掌握抗震设计基本原则及抗震设计基本要求。 了解地震作用特点及其等效的概念。 了解地震作用的计算方法。 熟练掌握底部剪力法计算地震作用。 重庆交通大学土木工程学院 高层层建筑主要承受竖竖向荷载载、风风荷载载和地震作用。本章的主要 任务务是介绍绍上述荷载载的汇汇集方法。 3.1 竖竖向荷载载 竖竖向荷载载分 为为 永久荷载载（恒荷载载）：结结构及装饰饰材料自重、固定 设备设备 自重。 可变变荷载载（活荷载载）：楼面均布活荷载载、雪荷载载、 积积灰荷载载及施工检检修荷载载。 恒荷载标载标 准值值可由建筑结结构荷载规载规 范GB50009提供的各种材 料自重标标准值值及构件和装饰饰物等截面尺寸进进行计计算，固定设备设备 自重 由有关专业专业 人员员提供。 活荷载标载标 准值值应应按建筑结结构荷载规载规 范GB50009的有关规规定 采用。 重庆交通大学土木工程学院3 在计算高层建筑楼面活荷载引起的内力时，一般可不考虑楼 面活荷载不利布置，因为高层建筑楼面活荷载标准值一般为 2kN/m2 ，而高层建筑全部竖向荷载标准值一般为1216kN/m2， 楼面活荷载最不利布置对内力影响较小，为简化计算，可不考虑 楼面活荷载不利布置，按活荷载满布进行计算，然后对梁跨中弯 矩乘以1.11.3的放大系数。 当楼面活荷载大于4kN/m2时，应考虑活荷不利布置。 3.2 风风荷载载 一、垂直于建筑物表面上的风风荷载标载标 准值值 重庆交通大学土木工程学院 全国各城市的50年一遇的风压风压 注：其他省市风压风压 此处处从略，详见详见 建筑结结构荷载规载规 范GB50009 附录录D， 表D.4。 上表中分别给别给 出了重现现期为为10、50、100年的风压风压 。 对对于一般高层层建筑可采用重现现期为为50年的风压风压 。 重庆交通大学土木工程学院5 对于特别重要或对风荷载比较敏感的高层建筑 ，应采用重现期为100年的风压（高层建筑对风荷 载是否敏感，主要与高层建筑的自振周期有关， 目前尚无实用的划分标准，一般情况下，高度大 于60米的高层建筑，可采用100年一遇的风压值， 对于高度不超过60米的高层建筑是否采用100年一 遇的风压值，可由设计人员根据实际情况确定） 。 重现期为10年的风压用于高层建筑的舒适度 验算。 重庆交通大学土木工程学院6 风压高度变化系数 重庆交通大学土木工程学院7 对于平坦或稍有起伏的地形，风压高度变化系数按 高层建筑所在地区的不同，应根据地面租糙度类别 按表3-1确定。 地面粗糙度可分为A、B、C、D四类： A类指近海海面和海岛、海岸、湖岸及沙漠地区 ； B类指田野、乡村、丛林、丘陵以及房屋比较稀 疏的乡镇和城市郊区； C类指有密集建筑群的城市市区； D类指有密集建筑群且房屋较高的城市市区。 重庆交通大学土木工程学院 风压风压 高度变变化系数z 离地面或海 平面高度(m) 地面粗糙度类别 ABCD 5 10 15 20 30 40 50 60 70 80 90 100 150 200 250 300 350 400 450 117 138 152 163 180 192 2. 03 212 220 227 234 240 264 283 299 312 312 312 312 100 1. 00 114 125 142 156 167 177 186 195 202 209 238 261 280 297 312 312 312 074 074 074 084 100 113 1. 25 135 145 154 162 170 203 230 254 275 294 312 312 062 062 062 062 062 073 0. 84 093 102 111 119 127 161 192 219 245 268 291 312 重庆交通大学土木工程学院 风载体型系数 : 建筑物各个表面风作用力 的平均值与基本风压的比值。 重庆交通大学土木工程学院 5 在需要更细致地进行风荷载计算的场合，风荷载体型系 数可按高层建筑混凝土结构技术规程附录A采用，或 由风洞试验确定。 重庆交通大学土木工程学院 对于质量和刚度沿高度分布比较均匀的结构 对于基本自振周期大于0.25s的工程结构，以及高度大于 30m且高宽比大于1.5的房屋建筑，应考虑风压脉动对结构发 生顺风向风振的影响。高层建筑的风振系数（总风压与静风 压的比值）可按下式计算： 式中 Hi 计计算点距室外地面高度； H 房屋高度。 （采用振型分解法计计算总风压时总风压时 得到的）振型系数，由风风 动动力计计算确定，计计算时时可只考虑虑基本振型的影响； 重庆交通大学土木工程学院12 重庆交通大学土木工程学院 高层层建筑的脉动动影响系数 重庆交通大学土木工程学院14 高层建筑群、房屋高度大于200m，或高度大于150m的平面不 规则、立面较复杂、立面开洞或连体建筑、周围地形和环境较复 杂的建筑，宜采用风洞试验确定风荷载。 对于复杂体型的高层建筑，进行内力与位移计算时，正反两 个方向风荷载的绝对值可按两个方向中的较大值采用，这样，正 向风和反向风只需计算一次，两个方向的大小相等，方向相反， 可使计算大为简化。 总体风荷载：建筑物各个表面风荷载的合力，是沿高度变化的 分布荷载，用于计算结构侧移和各构件内力。 二、局部风荷载 对于檐口、雨蓬、遮阳板、阳台等局部构件，计算局部上浮 风荷载时，风荷载体型系数s不宜小于2.0。 重庆交通大学土木工程学院15 地震效应: 地面运动产生的结构反应,包括加速度、速度、位移 反应。 地面运动特性的特征量（三要素）：强度、频谱和持续时间。 建筑物本身的动力特性对建筑破坏程度有很大的影响，建筑物的 动力特性：主要指建筑物的自振周期、振型和阻尼。 抗震设防是对建筑物进行抗震设计并采取一定的抗震措施，以达 到结构抗震的效果和目的。 抗震设防的目标：(三水准) “小震不坏，中震可修，大震不倒” 通过二阶段设计法来实现上述“三水准”抗震设计目标。 回顾顾-地震作用的知识识点 重庆交通大学土木工程学院16 3.3 地震作用 一、地震作用的有关规定 1.建筑物重要性分类 甲类指重大建筑工程和地震作用时可能发生严重次生灾 害的建筑。 乙类指地震时使用功能不能中断或需尽快恢复的建筑。 丙类指一般高层民用建筑。 （1）甲类类建筑：应应按高于本地区设设防烈度计计算； （2）乙、丙建筑，应应按本地区设设防烈度计计算。 抗震措施不同，具体抗震措施要求看规规范。 重庆交通大学土木工程学院17 重庆交通大学土木工程学院18 2. 地震作用计算原则 （1）抗侧力构件正交时，可在两个主轴方向分别考虑地震 作用；抗侧力构件斜交时（当相交角度大于15度时），应分别 计算各斜交方向的水平地震作用。 （2）质量和刚度明显不对称不均匀的结构，应计算双向水 平地震作用下的扭转影响，其他情况，应计算单向水平地震作 用下的扭转影响。 （3）7度（0.15g）、8度及以上的大跨、长悬臂结构应考 虑竖向地震作用。 （4）9度抗震时应计算竖向地震作用。 重庆交通大学土木工程学院 二、地震作用计计算方法要求 重庆交通大学土木工程学院20 重庆交通大学土木工程学院 三、钢钢筋混凝土高层层的抗震等级级 A级级高度的高层层建筑结结构抗震等级级 重庆交通大学土木工程学院 B级级高度的高层层建筑结结构抗震等级级 重庆交通大学土木工程学院 1. 抗震计算理论 计算地震作用的方法可分为静力法、反应谱方法（ 拟静力法）和时程分析法（直接动力法）。 反应谱理论 反应谱：单质点弹性体系在一定的地面运动作 用下，其最大反应（加速度、速度和位移反应）与 体系自振周期之间的变化曲线（谱曲线）。 回顾顾-抗震的知识识点 重庆交通大学土木工程学院 直接动力理论时程分析 用地震波（加速度时程）作为地面运动输入，直接计算并输 出结构随时间而变化的地震反应。 地震波的选取： 采用弹塑性动力分析方法进行薄弱层验算时，宜符合以下要求： 1 应按建筑场地类别和设计地震分组选用不少于两组实际地震波和一组人工模 拟的地震波的加速度时程曲线； 2 地震波持续时间不宜少于15s和结构基本自振周期的5倍，地震波的时间间距 可取为0.01s或0.02s； 3 输入地震波的最大加速度，可按表采用。 由于结构在罕遇地震下进入塑性 ，所以必须确定构件恢复力模型 重庆交通大学土木工程学院 2 设计反应谱 地震影响系数： 地震作用： 因此关键在于确定 值。其直接变量为结构 自振周期，另外还场地特征周期和结构阻尼比 有关 。然后按抗震规范中给出的地震影响 系数曲线确定。 重庆交通大学土木工程学院 重庆交通大学土木工程学院 1、除有专门规定外，混凝土结构的阻尼比应取0.05，此 时，阻尼调整系数2=1 ；曲线下降段衰减指数=0.9 ， 直线下降段的下降斜率调整系数1=0.02 2、当建筑结构的阻尼比按有关规定不等于0.05时： 1直线下降段的斜率调整系数，当小于0时，应取0 2 阻尼调整系数，当小于0.55时，应取0.55 重庆交通大学土木工程学院 3 水平地震作用计算 底部剪力法 1 适用范围：高度不超过40m,以剪切变形为主且质量 和刚度沿高度分布比较均匀的结构。 2 结构的水平地震标准值，按下列公式计算： FEk结构总水平地震作用标准值 1 相应于结构基本自振周期的水平地震影响系 数。 Geq结构总重力荷载，单质点应取总重力荷载代表 值，多质点可取总重力荷载代表值的85%。 重庆交通大学土木工程学院 Fi 质点i的水平地震作用标准值 Hi ,Hj 分别为质点i,j的计算高度 n 顶部附加地震作用系数 重庆交通大学土木工程学院 说明： 鞭端效应:当建筑物有突出屋面的小 建筑物，如屋顶间、女儿墙等时，由 于这些建筑物的质量和刚度突然变小 ，地震反应随之加大。这种现象称为 “鞭端效应”。对高层建筑，增大系 数应按高规（JGJ32010)附录 C.0.1之规定选用。 重庆交通大学土木工程学院 振型分解反应谱法 因结构计算模型分为水平结构和空间结构，振型组 合也有两种方法。这里主要介绍： 1 平面结构振型分解反应谱法 结构j振型i质点的水平地震作用标准值，应按下列 公式确定： Fij=jjXjiGi （i=1,2n, j=1,2m） 式中：Fji j振型i质点的水平地震作用标准值 j相应于j振型自振周期的地震影响系数 Xjij振型i质点的水平相对位移 jj振型的参与系数 Gi集中于i质点的重力荷载代表值。 重庆交通大学土木工程学院 重力荷载代表值： 应取结 构和构配件自重标准值和 个可变荷载组合值之和。 2 振型组合 水平地震作用效应（弯矩、剪力、轴力和变 形），应按下式确定： SEk水平地震作用标准值的效应 Sjj振型水平地震作用标准值的效应，可只取前2 3个振型，当基本自振周期大于1.5s或房屋高宽比大于5 时，振型个数应适当增加。 重庆交通大学土木工程学院 验算 抗震验算时，结构任一楼层的水平地震剪力应符合下 式要求： 式中： VEki第i层对应于水平地震作用标准值的楼层剪力； 剪力系数，不应小于表4.3.12规定的楼层最小地震 剪力系数值，对竖向不规则结构的薄弱层，尚应乘以1.15的增 大系数； Gj第j层的重力荷载代表值 重庆交通大学土木工程学院 4 结构自振周期的计算 计算方法：理论计算、半理论半经验公式和经验 公式。 1，理论计算（在采用振型分解反应谱计算时应用）： 刚度法、柔度法 刚度增大后周期折减系数： 框架：0.60.7 框架剪力墙：0.70.8 剪力墙: 1.0 重庆交通大学土木工程学院 2，半理论半经验公式 （采用底部剪力法时应用）： 1） 顶点位移法 重力荷载作为水平力作用于各质点上 计算结构的弹性侧移曲线，得顶点的 以弹性侧移T（单位是m), 0为结构 基本周期修正系数，取值同上。 重庆交通大学土木工程学院 2 ）能量法 计算步骤： 以重力荷载作为水平力作用于各质点上 计算结构的弹性侧移曲线，得各质点的弹性侧 移i 重庆交通大学土木工程学院 3 经验公式（仅用于估算） 1） 钢筋混凝土剪力墙结构，高度2550m，剪 力墙间距6m左右： T1横=0.06N T1纵=0.05N 2） 钢筋混凝土框架剪力墙结构： T1=（0.060.09）N 3 ）钢筋混凝土框架结构： T1=（0.080.10）N 4 ）钢结构： T1=0.10N N建筑物层数 重庆交通大学土木工程学院 5 竖向地震作用计算 9度时的高层建筑，其竖向地震作用标准值应按下列公式 确定；楼层的竖向地震作用效应可按各构件承受