[工学]第三章高层建筑结构

高层建筑结构设计,主讲教师：董路钰,第三章 高层建筑结构荷载,第一节 风荷载一、定义及有关因素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，这种风力作用称为风荷载。风载的大小主要和近地风的性质、风速、风向有关；和该建筑物所在地的地貌及周围环境有关；同时和建筑物本身的高度、形状及表面状况有关。,风荷载是随时间波动的动力荷载，但在房屋设计中一般把它看成静荷载。计算建筑物的风荷载值，首先要确定建筑物表面单位面积上的风荷载标准值，然后计算建筑物表面的风荷载。对于高度较大且比较柔软的高层建筑，考虑动力效应影响，适当加大风荷载数值。高度超过300m的高大建筑物还要通过风洞试验确定风荷载。,二、风荷载WK和风对建筑物的作用作用在建筑物表面单位面积上的风荷载标准值WK可按下式决定,三、基本风压值W0基本风压值是用各地区空旷地面上离地10M高，统计50年重现期的10分钟平均最大风速计算得到的,且不小于0.3kN/m2 ，作为计算基本风压的依据。 重要或对风荷载敏感的高层建筑，其基本风压按100年重现期的风压考虑。,四、风压高度变化系数Z,1、风速由地面处为零沿高度按曲线逐渐增大，直到达地面某高度处达到最大值。2、上层风速受地面影响小，风速较稳定。3、底层风速受地面粗糙度影响，荷载规范将地面粗糙度分为A、B、C、D四类，其风速沿高度曲线见课本图3-1。,五、风载体型系数S一般多、高层建筑常用的各种平面形状各个表面的平均风压系数，称为风载体型系数。 风对建筑物表面的作用力并不等于基本风压值，风的作用力随建筑物的体型、尺度、表面位置、表面状况而改变。而沿房屋各个立面风压值并不均匀，在实际设计中，常采用各个表面风作用力的平均值。所以，风载体型系数也可以说是该平均值与基本风压的比值。,图2-1,表2-2,六、风振系数Z对高度较大、刚度较小的高层建筑，波动风压会产生一些不可忽略的动力效应，产生振幅加大现象。设计时采用加大风载的办法来考虑这个动力效应，在风压值上乘以风振系数Z。其大小与结构自振特性有关，包括自振周期、振型等，也与结构高度有关。荷载规范规定，对高度大于30M，高宽比大于15的房屋结构均需考虑风振系数。,图2-2,表2-3,波动风压使建筑物在平均侧移的附近左右摇摆，引起结构的振动。风对建筑物的作用，会产生如下结果1、强风会使外墙、装修等产生损坏；2、风力作用会使结构开裂或留下较大的残余变形；3、风力使建筑物产生摇晃，使居住者感到不适；4、长期风力作用会使结构产生疲劳。,七、总体风荷载与局部风荷载总体效应是指作用在建筑物上的全部风荷载使结构产生的内力及位移。局部效应是指风载对建筑物某个局部产生的内力及变形。1、总风荷载总风荷载为建筑物各个表面承受风力的合力，是沿建筑物高度变化的线荷载。,注意：1、每个表面体型系数的正负号，看清是风压力还是风拉力，以便求合力时矢量相加。 2、上式W为线荷载，单位是kN/m 3、设计时将沿高度分布的总体风荷载的线荷载换算成集中作用在各楼层位置的集中荷载，再计算结构的内力和位移。,2、局部风载在某些风压较大的部位，要考虑局部风载对某些构件的不利作用。在迎风面以及房屋侧面宽度为16墙面宽度的角隅部分，要验算外墙围护结构强度及连接强度。迎风面体型系数用15，侧面体型系数用15。对于阳台、雨篷、遮阳板等悬挑构件，应验算向上漂浮的风载。超过自重时，悬挑构件会出现反向弯矩。局部向上体型系数用2。,图2-3,表(1),表(2),八、抗风设计的要求由于强风作用的机会比地震作用多得多，因此产生风力损害的情况比地震震害损失，所以高层建筑抗风设计有很重要的意义。在高层建筑的抗风设计中，应考虑下列问题1、保证结构具有足够的强度，能可靠地承受风荷载作用下的内力；2、结构必须具有足够的刚度，控制高层建筑在水平荷载下的位移，保证良好的居住和工作条件；,3、选择合理的结构体系和建筑外形。采用较大的刚度可以减少风振的影响；圆形、正多边形平面可以减少风压的数值；4、尽量采用对称平面形状和对称结构布置，减少风力偏心产生的扭转影响；5、外墙、玻璃、女儿墙及其它围护构件必须有足够的强度并与主体结构可靠地连接，防止局部损坏。,返回,返回,返回,返回,返回,返回,返回,返回,返回,返回,返回,返回,返回,返回,返回,返回,返回,第二章 水平荷载计算,返回,返回,返回,返回,返回,返回,返回,返回,第三章 框架结构体系计算,返回,返回,返回,返回,返回,返回,返回,返回,返回,返回,返回,返回,返回,返回,返回,返回,返回,第四章 剪力墙结构体系计算,返回,返回,返回,返回,返回,返回,返回,返回,返回,返回,返回,返回,返回,返回,返回,返回,返回,返回,返回,返回,返回,返回,返回,返回,第五章 框架剪力墙结构体系计算,返回,返回,返回,返回,返回,返回,返回,返回,