建筑结构概念设计

建筑结构概念设计第1页/共46页第2页/共46页建筑结构上的作用力1、荷载与作用荷载－由各种环境因素产生的直接作用在结构上的各种力，如重力、土压力、水压力、风压力。效应－结构的内力、位移、变形、应力、应变、裂缝、速度、加速度等作用－将能使结构产生效应的各种因素总称为作用；直接作用－直接作用在结构上的各种荷载间接作用－能够引起结构内力、变形等效应的非直接作用因素，如地震、温度变化、基础不均匀沉降等第3页/共46页荷载作用的分类按随时间的变异分类

永久作用：如自重

可变作用：如楼面活荷载

偶然作用：如地震作用按随空间位置的变异性分类

固定作用

可动作用按结构的反应分类

静态作用

动态作用第4页/共46页恒载及恒载的估算在方案设计阶段，可以将建筑物看着一个整体，根据平均的

楼面荷载估算建筑物的自重，每平方米建筑面积上建筑物恒

载部分可以假设为：

木结构建筑物：5～7kN/m2

钢结构建筑物：6～8kN/m2

钢筋混凝土和砌体结构建筑物：9～11kN/m2第5页/共46页民用建筑楼面活荷载标准值第6页/共46页由于楼面均布活荷载可理解为楼面总活荷载按楼面面积平均，因此一般情况下所考虑的楼面面积越大，实际平摊的楼面活荷载越小，故如引起效应的楼面活荷载面积超过一定数值，则应对楼面均布荷载折减。第7页/共46页从属面积的确定第8页/共46页第9页/共46页第10页/共46页第11页/共46页从属面积确定第12页/共46页屋面活荷载第13页/共46页屋面活荷载第14页/共46页其他重力荷载积灰荷载雪荷载雨振裹冰第15页/共46页地震荷载第16页/共46页第17页/共46页第18页/共46页地震地面运动第19页/共46页第20页/共46页第21页/共46页第22页/共46页地震作用和地震反应谱地震作用是地震作用在建筑物上的惯性力，与以下因素有关：

1、建筑物总重力荷载；

2、建筑场地的基本烈度；

3、建筑物的动力特性（如基本自振周期）；

4、建筑场地的场地土类别；T第23页/共46页建筑物所受总水平地震作用估算1、烈度为7度时，中软或中硬场地2~6层砌体结构建筑物：

T1＝0.3~0.5s

FEk=(0.05~0.07)Geq2~8层钢筋混凝土框架结构建筑物：

T1＝0.6~1.2s

FEk=(0.02~0.08)Geq8层以上高层建筑物：

T1＝1.2~4.0s

FEk=(0.006~0.04)Geq2、当抗震设防烈度为8度和9度时，FEk值分别提高2倍和4倍。第24页/共46页水平地震力沿高度的分布对于刚度不超过40m以剪力引起的弯曲变形为主、且质量及刚度沿建筑物刚度分布较均匀的结构，水平地震作用沿建筑物的分布可以近似按倒三角形分布第25页/共46页风荷载一、风作用的类型

(1)顺风向力——由与风向一致的风力作用

(2)横风向力——结构物背后的旋涡引起结构物的横风向(与风向垂直)力

(3)风力扭矩——由横风向力、顺风向力引起二、风作用效应(1)使结构物或结构构件受到过大的风力或不稳定；(2)使结构物或结构构件产生过大的挠度或变形，引起外墙、外装修材料的损坏；(3)由反复的风振动作用，引起结构或结构构件的疲劳损坏；(4)气动弹性的不稳定，致使结构物在风运动中产生加剧的气动力；(5)由于过大的动态运动，使建筑物的居住者或有关人员产生不舒适感。第26页/共46页建筑物周围的风场第27页/共46页建筑物外表面风压第28页/共46页圆柱体二维绕流第29页/共46页建筑结构常见风致振动现象第30页/共46页尾流驰振第31页/共46页

人体振动舒适度控制界限程度使人烦恼非常烦恼无法忍受界限[a]15gal50gal150gal注：其中1gal=1/100m/s2三、抗风设计要求强度设计要求刚度设计要求舒适度设计要求局部构件的合理设计——外墙、玻璃、女儿墙等疲劳设计要求——高周疲劳第32页/共46页风荷载规范风荷载计算公式

1、体型系数可以查阅荷载规范，复杂体型由风洞试验确定

2、高度变化系数由地面粗糙度确定

3、风振系数由结构动力分析确定横向风效应：

由结构风效应分析确定气动稳定性

由结构风效应分析或风洞试验确定

第33页/共46页风洞试验（深圳地王大厦）第34页/共46页建筑结构总作用力估算总作用力包括底部总压力、总弯矩、总剪力第35页/共46页重力荷载的估算例：一幢10层建筑物平面如左图：1、建筑物总重力荷载：(10.0+2.0)×16×36×10＝46060kN2、底层中柱承受竖向荷载：(10.0+2.0)×6×8×10＝5760kN3、底层边柱承受竖向荷载：(10.0+2.0)×6×4×10＝2880kN第36页/共46页传力途径第37页/共46页水平地震作用估算例同上，若设防烈度取8度：

总水平地震作用：

各层水平地震作用：

总倾覆力矩：第38页/共46页风荷载效应估算基本方法与地震水平作用估算相同，但：1、对于低层建筑，风荷载大小可用单位面积风载（以建筑物顶端风压力估计）乘以受风面积计算2、对于高层建筑，风荷载按上大下小的阶梯形分布计算，每阶的风压值取该段建筑物最大标高的单位风载乘以相应建筑物宽度确定。3、风荷载的合力作用点与建筑物体型有关。第39页/共46页建筑物体型与水平作用力的联系第40页/共46页复杂建筑体型水平总作用力估算复杂体型可以分解为若干简单体型，总作用力估算按以下步骤：

（1）分别确定各简单体型的水平作用力（所受风荷载及基底力矩、水平地震作用及基底力矩）

（2）将各简单体型水平作用叠加，即得总水平作用第41页/共46页课外思考查阅资料：

1、如何构造建筑物最佳气动力体型，以使建筑物所受风荷载最小？

2、何种建筑物体型有利于抗震？下