第3章高层建筑结构荷载作用

1、结构设计步骤汇总结构设计步骤汇总：步骤一：结构布置步骤一：结构布置步骤二：截面初选步骤二：截面初选步骤三步骤三：汇集荷载及荷载计算汇集荷载及荷载计算 竖向恒荷载、竖向活荷载、水平风荷载、地震作用竖向恒荷载、竖向活荷载、水平风荷载、地震作用步骤五步骤五：内力计算内力计算步骤六步骤六：控制截面及控制截面内力调整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竖向荷载梁端出现塑铰产生的塑性内力重分布步骤四步骤四：侧移验算侧移验算侧移不满足要求回到步骤一侧移不满足要求回到步骤一步骤七步骤七：内力组合、确定最不利内力内力组合、

2、确定最不利内力步骤八步骤八：截面尺寸验算截面尺寸验算步骤九步骤九：延性设计调整延性设计调整步骤十步骤十：抗弯承载力计算、抗剪承载力计算抗弯承载力计算、抗剪承载力计算步骤十二步骤十二：构造要求构造要求竖向：恒、活（雪）其它荷载（作用）：温度、基础沉降等水平向：风、地震满足满足：承载能力极限状态：承载能力极限状态 正常使用极限状态正常使用极限状态第三章第三章 高层建筑结构荷载作用高层建筑结构荷载作用 与结构设计原则与结构设计原则第三章第三章 高层建筑结构荷载作用高层建筑结构荷载作用 与结构设计原则与结构设计原则3.1 3.1 竖向荷载竖向荷载（简介）（简介）3.2 3.2 风荷载风荷载（重点）（重

3、点）3.3 3.3 地震作用地震作用（建筑结构抗震与防灾课介绍此部分内容）（建筑结构抗震与防灾课介绍此部分内容）3.4 3.4 荷载效应组合荷载效应组合3.5 3.5 结构简化计算原则结构简化计算原则与多层建筑结构有所不同，高层建筑结构与多层建筑结构有所不同，高层建筑结构 1）竖向荷载竖向荷载效应远大于多层建筑结构；效应远大于多层建筑结构； 2）水平荷载水平荷载的影响显著增加，成为其设计的主要因素；的影响显著增加，成为其设计的主要因素； 3）对高层建筑结构尚应考虑）对高层建筑结构尚应考虑竖向地震竖向地震的作用。的作用。 3.1 3.1 竖向荷载竖向荷载 o建筑结构荷载规范建筑结构荷载规范(GB

4、50009-2012)(GB50009-2012)一、永久荷载一、永久荷载结构自重、附加永久荷载结构自重、附加永久荷载 隔墙、装饰、设备管道等（规范附录隔墙、装饰、设备管道等（规范附录A A）二、可变荷载二、可变荷载楼面活荷载、雪荷载、直升飞机自重楼面活荷载、雪荷载、直升飞机自重 多层：多层：应考虑活荷载不利分布应考虑活荷载不利分布 高层：高层：不考虑，活荷载相对小，水平荷载引起内力大不考虑，活荷载相对小，水平荷载引起内力大 经验值：经验值：单位面积竖向荷载重量单位面积竖向荷载重量 框架、框架框架、框架剪力墙结构体系：剪力墙结构体系：121214 14 kN/mkN/m2 2 剪力墙、筒体结构

5、体系：剪力墙、筒体结构体系：141416 16 kN/mkN/m2 2 表表4.1.1 民用建筑楼面均布活荷载标准值及其组合值、频遇值和准永久值系数民用建筑楼面均布活荷载标准值及其组合值、频遇值和准永久值系数 项项次次类类 别别标准值标准值(kNm2)组合值组合值系数系数c频遇值频遇值系数系数f准永久值准永久值系数系数q1(1)住宅、宿舍、旅馆、办公楼、医院病房、托儿所、幼儿园(2) 试验室、阅览室、会议室、 医院门诊室2.00.70.50.60.40.52教室、食堂、餐厅、一般资料档案室2.50.70.60.53(1)礼堂、剧场、影院、有固定座位的看台(2)公共洗衣房3.03.00.70.7

6、0.50.60.30.54(1)商店、展览厅、车站、港口、机场大厅及其旅客等候室(2)无固定座位的看台3.53.50.70.70.60.50.50.35(1)健身房、演出舞台(2)运动场、舞厅4.04.00.70.70.60.60.50.36(1)书库、档案库、贮藏室、百货食品超市(2)密集柜书库5.012.00.90.90.87通风机房、电梯机房7.00.90.90.88汽车通道及停车库：(1)单向板楼盖(板跨不小于2m)和双向板楼盖(板跨不小于3m3m)客车消防车(2)双向板楼盖(板跨不小于6m6m)和无梁楼盖(柱网尺寸不小于6m6m)客车消防车4.035.02.520.00.70.70.

7、70.70.70.70.70.70.60.60.60.6续表续表4.1.1 项项次次类类 别别标准值标准值(kNm2)组合值组合值系数系数c频遇值频遇值系数系数f准永久值准永久值系数系数q9厨房 (1)一般的 (2)餐厅的2.04.00.70.70.60.70.50.710浴室、厕所、盥洗室：2.50.70.60.511走廊、门厅：(1)宿舍、旅馆、医院病房、托儿所、幼儿园、住宅(2)办公楼、教学楼、餐厅，医院门诊部(3)当人流可能密集时2.02.53.50.70.70.70.50.60.50.40.50.3楼梯：(1)多层住宅(2)其他2.03.50.70.70.50.50.40.312阳台

8、：(1)一般情况(2)当人群有可能密集时2.53.50.70.60.54.3.1 4.3.1 房屋建筑的屋面，其水平投影面上的屋面均布活荷载，应房屋建筑的屋面，其水平投影面上的屋面均布活荷载，应 按表按表4.3.1 4.3.1 采用。采用。 屋面均布活荷载，不应与雪荷载同时组合。屋面均布活荷载，不应与雪荷载同时组合。4.3.1 屋面均布活荷载屋面均布活荷载 项次项次类类 别别标准值标准值kNm2组合值系数组合值系数c频遇值系数频遇值系数f准永久值系数准永久值系数q1不上人的屋面0.50.70.502上人的屋面2.00.70.50.43屋顶花园3.00.70.60.54屋面运动场4.00.70.

9、60.43.2 3.2 风荷载风荷载 一、概念：一、概念：空气流动形成风（近地风起主要作用）空气流动形成风（近地风起主要作用） 迎风面：迎风面：压力压力 背风面：背风面：吸力吸力 风毁事故：风毁事故： 桥梁桥梁 高层高层少，局部破坏多（玻璃）少，局部破坏多（玻璃） 高耸高耸有有3.2 3.2 风荷载风荷载高、大、细、长高、大、细、长等柔性工程结构的主要设计荷载等柔性工程结构的主要设计荷载 塔科马海峡大桥塔科马海峡大桥 昵称昵称: :舞动的格蒂舞动的格蒂桥梁形式桥梁形式: :悬索桥悬索桥 主跨主跨:2800:2800英尺英尺(853(853米米) ) 全长全长:5000:5000英尺英尺(152

10、4(1524米米) ) 通航净空通航净空:195:195英尺英尺(59.4(59.4米米) ) 通车日期通车日期:1940:1940年年7 7月月1 1日日 坍塌日期坍塌日期:1940:1940年年1111月月7 7日上午日上午1111时，原因是机械共振时，原因是机械共振风速大约为每小时风速大约为每小时4242英里英里(67(67公里公里/ /小时小时) )，频率，频率0.20.2赫兹。赫兹。被风吹垮的一流悬索大桥20112011年年6 6月月2323日，日，河北省石家庄市正河北省石家庄市正定县子龙大桥石栏定县子龙大桥石栏被大风吹倒。受损被大风吹倒。受损石栏达石栏达400400米，多米，多数是

11、从柱子处齐根数是从柱子处齐根折断。折断。20102010年年1 1月月3 3日日1414时时2020分许分许, ,在建的昆明新机场配套引桥工程在浇灌过程中在建的昆明新机场配套引桥工程在浇灌过程中垮塌。事故造成七人死亡垮塌。事故造成七人死亡, ,三十四人受伤。该建筑承建单位的相关负责人三十四人受伤。该建筑承建单位的相关负责人在接受媒体采访时表示在接受媒体采访时表示, ,事故的发生事故的发生“不排除天气的原因不排除天气的原因, ,比如刮风引比如刮风引起。起。”20122012年年9 9月月1212日日1313点点4040分分左右，西湖边著名景点集左右，西湖边著名景点集贤亭被风吹垮，为贤亭被风吹垮，

12、为20022002年年前后，西湖南线整治时重前后，西湖南线整治时重建。建。 风对高层建筑结构有如下的特点风对高层建筑结构有如下的特点 1 1风力作用与建筑物风力作用与建筑物外形有直接关系外形有直接关系 2 2风力受建筑物风力受建筑物周围环境影响较大周围环境影响较大 3 3风力作用具有风力作用具有静力、动力两重性质静力、动力两重性质。 4 4风力在建筑物表面的风力在建筑物表面的分布很不均匀，在角区和建筑物内收分布很不均匀，在角区和建筑物内收 的局部区域，会产生较大的风力的局部区域，会产生较大的风力。 5 5与地震作用相比，与地震作用相比，风力作用持续时间较长风力作用持续时间较长 6 6抗风设计具

13、有较大的可靠性抗风设计具有较大的可靠性。3.2 3.2 风荷载（特点）风荷载（特点）3.1 3.1 风荷载风荷载 二、随机性二、随机性按照统计规律归纳出风荷载标准值按照统计规律归纳出风荷载标准值计算公式计算公式 当计算主要承重结构时当计算主要承重结构时0wWzszk三、风荷载的计算三、风荷载的计算 ( (一一) )基本风压基本风压空旷平坦地面、距地空旷平坦地面、距地1010m m、5050年一遇、年一遇、1010minmin平均最大风速平均最大风速计算。计算。0200210：空气密度：空气密度具体查阅：荷载规范附录具体查阅：荷载规范附录D D，不小于不小于0.30.3kN/mkN/m2 2说明

14、：说明：一般高层建筑考虑一般高层建筑考虑5050年一遇年一遇特别重要或者有特殊要求的高层建筑考虑特别重要或者有特殊要求的高层建筑考虑100100年一遇年一遇（二）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垂直于建筑表面的平均风作用力/ /基本风压值基本风压值 ss典型风荷载体型系数举例典型风荷载体型系数举例压力为正号压力为正号 吸力为负号吸力为负号典

15、型风荷载体型系数举例典型风荷载体型系数举例局部风压体型系数：局部风压体型系数： 正压区：同上取法正压区：同上取法 负压区：负压区： 墙面：墙面：-1.0-1.0 墙角边：墙角边：-1.8-1.8 屋面局部部位（周边和屋面坡度大于屋面局部部位（周边和屋面坡度大于10100 0的屋脊部位）：的屋脊部位）：-2.2-2.2 檐口、雨篷、遮阳板等突出构件：檐口、雨篷、遮阳板等突出构件：-2.0-2.0 （三）风压高度变化系数（三）风压高度变化系数地面粗糙度分类：地面粗糙度分类： A A类：类：近海海面和海岛、近海海面和海岛、海岸、湖岸及沙漠地区海岸、湖岸及沙漠地区 B B类：类：田野、乡村、丛林、田野

16、、乡村、丛林、丘陵以及房屋比较稀疏的丘陵以及房屋比较稀疏的乡镇和城市郊区乡镇和城市郊区 C C类：类：有密集建筑群的城有密集建筑群的城市市区市市区 D D类：类：有密集建筑群且房有密集建筑群且房屋较高的城市市区屋较高的城市市区z（四）风振系数（四）风振系数 Z风分为风分为平均风（即稳定风）和脉动风（常称阵风脉动）平均风（即稳定风）和脉动风（常称阵风脉动） 平均风平均风静力静力 脉动风脉动风动力动力（四）风振系数（四）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）结构的高度有关） 一般竖向悬臂型结构（构架、塔架、烟囱

17、等高耸结构），一般竖向悬臂型结构（构架、塔架、烟囱等高耸结构），高度大于高度大于3030m m，高宽比大于高宽比大于1.51.5且可以忽略扭转影响的高层且可以忽略扭转影响的高层建筑，按照下式计算：建筑，按照下式计算： Z 峰值因子，取峰值因子，取2.5 10m10m高度处的湍流强度高度处的湍流强度(A、B、C、D分别为0.12、 0.14、0.23、0.39 ) 脉动风荷载的共振分量因子脉动风荷载的共振分量因子 脉动风荷载的背景分量因子脉动风荷载的背景分量因子g10IRZB210121RBgIzZ 脉动风荷载的背景分量因子脉动风荷载的背景分量因子ZB210121RBgIzZ 结构基本自振周期的

18、经验公式结构基本自振周期的经验公式方法一：方法一： 钢筋混凝土框架和框剪结构：钢筋混凝土框架和框剪结构： 钢筋混凝土剪力墙结构：钢筋混凝土剪力墙结构： H H房屋总高度房屋总高度( (m)m) B B房屋宽度房屋宽度( (m)m)方法二：方法二： 框架结构：框架结构：T1（0.080.1）n混凝土结构混凝土结构 框架剪力墙结构：框架剪力墙结构： T1（0.060.08）n 剪力墙结构及筒中筒：剪力墙结构及筒中筒： T10.05方法三：方法三：钢筋混凝土结构钢筋混凝土结构钢结构钢结构32311053. 025. 0BHT32311003. 003. 0BHTNT)15. 01 . 0(1nT)1

19、0. 005. 0(1风洞试验风洞试验u风洞是专门设计的一种实验管道风洞是专门设计的一种实验管道, ,用动力装置在管道实验段用动力装置在管道实验段内的造成可调节速度的空气流动，以进行各种类型的空气动内的造成可调节速度的空气流动，以进行各种类型的空气动力学实验。根据流动相对性和相似性原理，将实验模型固定力学实验。根据流动相对性和相似性原理，将实验模型固定在实验段内，当气体以一定的速度流过模型时，测量记录流在实验段内，当气体以一定的速度流过模型时，测量记录流场的参数和模型的气动力响应，即可推算到与模型相对应的场的参数和模型的气动力响应，即可推算到与模型相对应的原型物在空气中运动时受到的气动力。原型

20、物在空气中运动时受到的气动力。3.3 3.3 地震作用地震作用3.4 3.4 荷载作用效应组合荷载作用效应组合u荷载效应荷载效应指结构或构件在某种荷载作用下的指结构或构件在某种荷载作用下的结构的内力和位移结构的内力和位移。u荷载效应组合荷载效应组合指在所有可能同时出现的荷载指在所有可能同时出现的荷载组合下，确定结构或构件内产生的效应。组合下，确定结构或构件内产生的效应。满足满足：承载能力极限状态：承载能力极限状态 正常使用极限状态正常使用极限状态一、承载能力极限状态设计表达式一、承载能力极限状态设计表达式 无地震作用效应组合无地震作用效应组合有地震作用效应组合有地震作用效应组合 wkwwEvk

21、EvEhKEhGEGSSSSS参与组合参与组合的的荷载荷载和作用和作用说明说明重力荷载及水平地震重力荷载及水平地震作用作用1.21.21.31.3抗震设计的高层建筑均应考虑抗震设计的高层建筑均应考虑重力荷载及竖向地震重力荷载及竖向地震作用作用1.21.21.31.39 9度；水平长悬臂和大跨度度；水平长悬臂和大跨度7 7度度（0.15g0.15g）、）、8 8度、度、9 9度度重力荷载、水平地震重力荷载、水平地震及竖向地震作用及竖向地震作用1.21.21.31.30.50.59 9度；水平长悬臂和大跨度度；水平长悬臂和大跨度7 7度度（0.15g0.15g）、）、8 8度、度、9 9度度重力荷载、水平地震重力荷载、水平地震作用及作用及风荷载风荷载1.21.21.31.31.41.460m60m以上的高层建筑以上的高层建筑重力荷载、水平地震重力荷载、水平地震作用、竖向地震作用作用、竖向地震作用及及风荷载风荷载1.21.21.31.30.50.51.41.460m60m以上的高层建筑；以上的高层建筑；9 9度；水平度；水平长悬臂和大跨度长悬臂和大跨度7 7度（度（0.15g0.15g）、）、8 8度、度、9 9度度0.50.51.31.31.41.4水平长悬臂和大跨度水平长悬臂和大跨度7 7度度（0.15g0.15g）、）、8 8度、度、9 9度度GEhEvW有地震作用