《荷载及组合1风》PPT课件.ppt

高层建筑结构,任课教师：王萱,结构设计步骤汇总（十二步）,步骤一：结构布置 步骤二：截面初选,步骤三：汇集荷载及荷载计算 竖向恒荷载 竖向活荷载 水平风荷载 地震作用,结构设计步骤汇总（十二步）,步骤四：内力计算 竖向恒荷载作用下内力计算 竖向活荷载作用下内力计算 水平风荷载作用下内力计算 地震作用下内力计算,步骤六：控制截面及控制截面内力调整 梁柱轴线端内力调整至构件边缘端 竖向荷载梁端出现塑铰产生的塑性内力重分布,步骤五：侧移验算 侧移不满足要求回到步骤一,结构设计步骤汇总（十二步）,步骤七：内力组合、确定最不利内力 梁柱轴线端内力调整至构件边缘端 竖向荷载梁端出现塑铰产生的塑性内力重分布,步骤八：截面尺寸验算,步骤九：延性设计调整,步骤十：抗弯承载力计算,步骤十一：抗剪承载力计算,步骤十二：构造要求,第三章 结构上的荷载作用与组合,建筑结构上作用类型 荷载作用 其它非荷载作用：温度、基础沉降等 设计原则 简化计算方法 抗震设计原则,满足：承载能力极限状态 正常使用极限状态,第三章 结构上的荷载作用与组合,荷载作用 恒荷载 结构构件重量（梁、板、拄、墙、支撑等） 非结构构件重量（抹灰、饰面材料、吊顶等） 活荷载 楼面活荷载 屋面活荷载 雪荷载 风荷载 其它非荷载作用 地震作用 温度作用 混凝土收缩徐变等,建筑结构荷载规范(GB50009-2001), 3.1竖向荷载,一、恒荷载（永久荷载）结构自重、附加永久荷载 隔墙、装饰、设备管道等（规范附录A） 标准值=？ 常用材料容重 钢筋混凝土：25kN/m3 钢材： 78.5kN/m3 水泥砂浆：20kN/m3 玻璃：25.6kN/m3,建筑结构荷载规范(GB50009-2001), 3.1竖向荷载,二、活荷载（可变荷载） 楼面活荷载、雪荷载、直升飞机自重 施工活荷载一般取1.01.5 kN/m2 荷载规范：GB500092001 多层：应考虑活荷载不利分布 高层：一般不考虑，活荷载相对小，水平荷载引起内力大。 如果活荷载较大，按满布法计算的框架梁跨中弯矩乘1.11.2系数； 或考虑活荷载不利分布。 单位面积竖向荷载重量经验值 框架、框架剪力墙结构体系：1214 kN/m2 剪力墙、筒体结构体系：1416 kN/m2, 3.1竖向荷载,？求结构的竖向荷载,即 楼面（或屋面）荷载如何传递到梁、柱（或墙）, 3.2风荷载（风场）, 3.2风荷载（风的破坏力）, 3.2风荷载（风的破坏力）, 3.2风荷载（风的破坏力）,广州大道南一栋五层厂房 近1000平方米的2块铁皮被卷起后砸中附近五金厂，100多名工人侥幸逃过大难, 3.2风荷载（水平荷载之一） 高、大、细、长等柔性工程结构的主要设计荷载,风荷载： 空气流动形成的风遇到建筑物时， 在建筑物表面产生压力或吸力。,风的大小与 （1）近地风的性质、风速、风向有关 （2）建筑物所在地的地藐及周围环境 （3）建筑本身的高度、形状以及 表面状况有关, 3.2风荷载（特点）,风对高层建筑结构有如下的特点 风力作用与建筑物外形有直接关系，圆形与正方形受到的风力较合理. 风力受到建筑物周围环境影响较大，处于高层建筑群中的高层建筑，有时会出现受力更为不利的情况 风力作用具有静力、动力两重性质。 风力在建筑物表面的分布很不均匀，在角区和建筑物内收的局部区域，会产生较大的风力。 与地震作用相比，风力作用持续时间较长，其作用更接近于静力，但建筑物的使用期限出现较大风力的次数较多。 由于有较长期的气象观测，大风的重现期很短，所以风力大小的估计比地震作用大小的估计较为可靠。而且抗风设计具有较大的可靠性。, 3.2风荷载（概念）,一、概念：空气流动形成风（近地风起主要作用） 迎风面：压力 背风面：吸力 风毁事故：桥梁 高层少，局部破坏多（玻璃） 高耸有 二、风荷载标准值计算公式 随机性按照统计规律归纳出风荷载标准值计算公式 当计算主要承重结构时 当计算围护结构时 wk-风荷载标准值（kN/m2） gz-高度Z处的阵风系数.,：, 3.2风荷载（计算公式）,三、风荷载的计算 (一)基本风压 空旷平坦地面、距地10m、50年一遇、10min平均最大风速 计算。,：空气密度,具体查阅：荷载规范附录D，不小于0.3kN/m2 说明： 一般高层建筑考虑50年一遇； 特别重要或者有特殊要求的高层建筑考虑100年一遇。 （60米以上）,kN/m2, 3.2风荷载（计算公式）,三、风荷载的计算 (一)基本风压 空旷平坦地面、距地10m、50年一遇、10min平均最大风速 计算。,：空气密度,课后查阅：济南10年、50年、100年一遇的基本风压？,kN/m2, 3.2风荷载（风荷载体型系数）,（二）风荷载体型系数 风对建筑表面的作用力并不等于基本风压值，而是随建筑物的 体型、尺度、表面位置等而改变，其大小由实测或风洞试验确定 =垂直于建筑表面的平均风作用力/基本风压值, 3.2风荷载（风荷载体型系数）,（二）风荷载体型系数 风对建筑表面的作用力并不等于基本风压值，而是随建筑物的 体型、尺度、表面位置等而改变，其大小由实测或风洞试验确定 =垂直于建筑表面的平均风作用力/基本风压值,压力为正号 吸力为负号, 3.2风荷载（风荷载体型系数举例）,典型风荷载体型系数举例, 3.2风荷载（风荷载体型系数举例）,典型风荷载体型系数举例, 3.2风荷载（局部风压体型系数）,局部风压体型系数： 正压区：同上取法 负压区： 墙面：-1.0 墙角边：-1.8 屋面局部部位（周边和屋面坡度大于100的屋脊部位）：-2.2 檐口、雨篷、遮阳板等突出构件：-2.0, 3.2风荷载（风压高度变化系数）,（三）风压高度变化系数 风压高度变化系数应该根据地面粗糙度类别确定 地面粗糙度分类： A类：近海海面和海岛、海岸、湖岸及沙漠地区 B类：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：有密集建筑群的城市市区 D类：有密集建筑群且房屋较高的城市市区,风压高度变化系数Z,A,B,C,D,梯度风高度不同,梯度风高度不同, 3.2风荷载（风振系数）,（四）风振系数 (高度Z处风振系数),风分为平均风（即稳定风）和脉动风（常称阵风脉动） 平均风静力 脉动风动力, 3.2风荷载（风振系数）,（四）风振系数 (高度Z处风振系数) 与结构的自振特性有关，（包括自振周期、振型等，也与结构的高度有关） 基本自振周期T1 0.25 （S）工程结构，高度大于30m且高宽比大于1.5的高柔房屋，考虑风压脉动对结构发生顺风向风振的影响。风振计算按照随机振动理论进行，结构自振周期按照结构动力学计算 对于一般悬臂型结构，以及高度大于30m，高宽比大于1.5且可忽略扭转影响的高层建筑，均可仅考虑第一振型的影响，结构在z高度处的风振系数z可按下式计算：, 3.2风荷载（风振系数公式 ）,脉动增大系数 脉动影响系数 振型系数 风压高度变化系数, 3.2风荷载（风振系数公式 ）,脉动增大系数 ，主要与结构的周期和基本风压和地面粗糙程度有关,注：计算0T21时，对地面粗糙度B类地区可直接代入基本风压，而对A类、C类和D类地区应按当地的基本风压分别乘以1.38、O.62和0.32后代入。, 3.2风荷载（风振系数公式 ）,振型系数,可由结构动力计算确定，计算时可仅考虑受力方向基本振型的影响； 对于质量和刚度沿高度分布比较均匀的弯剪型结构，也可近似采用振型计算点距室外地面高度Z与房屋高度H的比值代替振型系数 Z/H 查表, 3.2风荷载（风振系数公式 ）,脉动影响系数,与房屋总高度、粗糙度类别、H/B有关，查表。, 3.2风荷载（风振系数公式 ）,结构基本自振周期的经验公式 方法一： 钢筋混凝土框架和框剪结构： 钢筋混凝土剪力墙结构： H房屋总高度(m) B房屋宽度(m) 方法二： 框架结构：T1（0.080.1）N 框架剪力墙结构： T1（0.060.08）N 剪力墙结构及筒中筒： T10.05N N房屋层数,上次课内容 风荷载计算公式（风压标准值）,1、求20层混凝土框架结构自振周期 2、求30层混凝土筒体结构自振周期 3、求某25层剪力墙结构最高点的风 振系数z (地点:济南市),37.5(m),25(m),H=25375(m),平面图,立面图,此处的风压标准值wk=?,25(m),1.T1（0.080.1） N=1.62（S） 2. T10.05N=1.5(S) 3. T10.08N=2（S）, w0=045kn/m2 , w0T12=18 0.621.8=1.116, 3.2风荷载（阵风系数）,（五）阵风系数 (高度Z处阵风系数) 与高度、地面粗糙度有关，比 大。 查表3-18, 3.2风荷载,关于风洞试验 风洞，是指在一个管道内，用动力设备驱动一股速度可控的气 流，用以对模型进行空气动力实验的一种设备。 风洞试验是一种测量大气边界层内风对建筑物作用大小的有效 手段；摩天大楼可能造成很强的地面风，对行人和商店有很大 的影响；当附近还有别的高层建筑时，群体效应对建筑物和建 筑物之间的通道也会造成危害，这些都可以通过风洞试验得到 对设计有用的数据。 最常见的是低速风洞。一般来说，风洞尺寸达到宽为24m、 高为23m、长为530m时可满足要求。风洞试验必须有专 门的风洞设备，模型制作也有特殊要求，量测设备和仪器也是 专门的。,模型种类,刚性压力模型 气动弹性模型 刚性高频力平衡模型,此模型最常用，建筑模型的比例大约1：3001：500，一般采用有机玻璃材料，建筑模型本身、周围建筑物模型、以及地形都应与实物相似，与风洞流动有明显关系的特征如建筑外形、突出部分都应在模型中正确模拟。模型上布置大量直径为1.5mm的测压孔，有时多达500700个，在孔内安装压力传感器，试验时可量测各部分表面上的局部压力或吸引，传感器输出电信号，通过采集数据仪器自动扫描记录并转换为数字信号，有计算机处理数据，从而得到结构的平均压力和波动压力的量测值。风洞试验一次需持续60s左右，相应时间为1h。 这种模型是目前在风洞试验中应用最多的模型，主要是量测建筑物表面的风压力（吸力），以确定建筑物的风荷载，用于结构和维护构件的设计。,刚性压力模型,“珠江帆影”高层建筑群风洞试验,11,此模型则可更精确的考虑结构的柔度和自振频率、阻尼的影响，因此不仅要求模拟几何，还要求模拟建筑物的惯性矩、刚度和阻尼特性。对于高宽比大于5的、需要考虑舒适度的高柔建筑采用这种模型更为合适。但这类模型的设计和制作比较复杂，风洞试验时间也长，有时采用刚性高频力平衡模型代替。,气动弹性模型,该模型是将一个轻质材料的模型固定在高频反应的力平衡系统上，也可得到风产生的动力效应，但是它需要有可能模拟结构刚度的基座杆及高频力平衡系统。,刚性高频力平衡模型, 3.2风荷载（总风荷载）,(六)总风荷载 各个表面承受风力的合力，沿高度变化的分布荷载 :建筑物表面法线与风作用方向的夹角 0：风力作用方向与建筑表面垂直，风压全部计算 90：风力作用方向与建筑表面平行，风压不算 0 90:风力的分量，注意风力分解时区别风力为压力或吸力 例题2-1,kN/m, 3.2风荷载（总风荷载）,(六)总风荷载 各个表面承受风力的合力，沿高度变化的分布荷载,wind,s= +0.8,s=-0.6,S 压力为“+” 拉力为“”,B4,4=900,s=-0.6,2 =900,B1,1=0,3=00,B3,B2,z,WZ,kN/m kN,s=-0.5,hi,3-1,piz,Pz,p3z,p2z,p1z,piz,pz, 3.2风荷载（风荷载例题）,某4层混凝土框架住宅楼，平面图和立面图如图所示，建设地点某市区（w0=0.5kN/m2） ，场地粗糙度C类。 求各层风荷载，基础底面弯矩设计值。,wind,+0.8,-0.6,-0.6,24m,10.2m,3。2,H43.212.8(m),3.2,-0.5,例题3-2, 3.2风荷载（风荷载例题）,wind,+0.8,-0.6,-0.6,24m,10.2m,-0.5,（2）风振系数 脉动增大系数： 0.62oT12=0.62*0.5*0.322=0.032 系数0.62为C类场地粗糙度修正系数 查规范或书表3-4，得脉动增大系数=1.158 脉动影响系数： H/B=12.8/10.2=1.26；地面粗糙度属C类 查规范或书表3-5，得脉动影响系数=0.436 振型系数： =Z / H，与每层层高有关系，列表,基本计算参数 （1）自振周期：, 3.2风荷载（风荷载例题）,wind,