华中科技大学高层建筑3

式中 fl——结构第1阶自振频率(Hz); kw——地面粗糙度修正系数，对A类、B
类、C类和D类地面粗糙度分别取1.28、1.0、 0.54 和0.26;
ζ1——结构阻尼比，对钢结构可取0.01，对 有填充墙的钢结构房屋可取0.02，对钢筋混 凝土及砌体结构可取0.05，对其他结构可根 据工程经验确定。
华中科技大学高层建筑3
教学要求
• 熟练掌握风荷载的计算方 法，以及用反应谱方法计算 水平地震作用的方法，理解 抗震设防的准则和基本设计 方法，理解反应谱理论。
• 高层建筑的荷载包括竖向荷载和水平荷载。恒
载与使用竖向活荷载的计算与一般房屋并无区
别。
• 钢筋混凝土高层建筑结构竖向荷载，对于框架 结构和框架-剪力墙结构大约为12～14kN/m2， 剪力墙和筒中筒结构约14～16kN/m2。
• 计算非直接承受风荷载的围护构件风荷载时，局 部数体按型下系 列数 规μ定s1采可用按:构件的从属面积折减，折减系 1)当从属面积不大于1m2时，折减系数取1.0； 2)当从属面积大于或等于25m2时，对墙面折减系 数取0.8 ，对局部体型系数绝对值大于1.0 的屋面 区域折减系数取0.6，对其他屋面区域折减系数取 1.0； 3)当从属面积大于1m2小于25m2时，墙面和绝对 值大于1.0的屋面局部体型系数可采用对数插值， 即按下式计算局部体型系数:
可取ρx=1。
• 振型系数应根据结构动力计算确定。对外形、质 量、刚度沿高度按连续规律变化的竖向悬臂型高 耸结构及沿高度比较均匀的高层建筑，振型系数 φ1(z) 也可根据相对高度z/H 按《荷载规范》附录 G确定。
横风向和扭转风振
对于横风向风振效应明显的高层建筑和细长圆形 截面构筑物，宜考虑横风向风振的影响；对于扭 转风振效应明显的高层建筑和高耸结构，宜虑扭 转风振的影响。详见荷载规范（GB50009－2019 ）8.5节之规定。
风振系数βz
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。
βz=1+2g1I0 Bz 1+R2
βz=1+2g1I0 Bz 1+R2
g——峰值因子，可取2.5; I10 ——10m 高度名义湍流强度，对应A 、B 、C 和D
3·在遭受高于本地区设防烈度的预估罕遇地 震的影响时，建筑物不致倒塌或发生危及 生命的严重破坏（此时建筑物将产生严重 破坏但不至于倒塌）。
《抗震规范》以二阶段设计法来实现上述“三水准 ”抗震设计目标。
第一阶段设计：按小震作用效应和其它荷载效应的 基本组合验算结构构件的承载能力，以及小震作 用下验算结构的弹性变形，以满足第一、二水准 的要求。然后通过概念设计和构造措施来满足第 三水准的要求。
地面运动特性的特征量（三要素）：强 度、频谱和持续时间。 震中距的影响
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。
3.2.2 抗震设防准则和基本方法
• 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)
对于远海海面和海岛的建筑物或构筑物，风压高度 变化系数除可按A 类粗糙度类别由上表确定外，还 应考虑下表中给出的修正系数。
表3-2 远海海面及海岛的修正系数
距海岸距离(km)
修正系数η
<40 40~60 60~100
1.0 1.0~1.1 1.1~1.2
风载体型系数
s
建筑物各个表面风作用力的平均值与基本风压的比值。
风荷载
3.1.3风洞试验
• 房屋高度大于200m 或有下列情况之一时， 宜进行风洞试验判断确定建筑物的风荷 载。 — 平面形状或立面形状复杂； — 立面开洞或连体建筑； — 周围地形和环境较复杂。
3.2 地震作用
3.2.1 地震作用的特点
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。
• 一般民用高层建筑设计时可不考虑活荷载的不 利布置，按满布活载计算内力。当活荷载较大 时，例如图书馆书库等，仍应考虑活荷载不利 布置。
施工及建筑设备荷载
• 施工中采用附墙塔、爬塔等对结构受力有 影响的起重机械或其他施工设备时，应根 据具体情况确定对结构产生的施工荷载。
• 旋转餐厅轨道和驱动设备的自重应按实际 情况确定。
z
近海、海岸 乡村、郊区
市区
密集高层市区
•对于平坦或稍有起伏的地形，风压高度变化系数应 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。
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。
zz w 0 (s 1 B 1 c1 o 2 B 2 c s2 o s n B n cn ) o
围护构件及其连接的风荷载
在计算结构局部构件或围护构件，以及围护构 件与主体的连接时，风荷载标准值
s 1 ( A ) s 1 [s 1 ( 2 ) 5 s 1 ( 1 )l] o A /1 .4 g
• 对封闭式建筑物，内表面也会有压力或吸力，计 算围护构件风荷载时，建筑物内部压力的局部体 型系数，对于封闭式建筑物，按其外表面风压的 正负情况取一0.2或0.2；仅一面墙有主导洞口的 建筑物，按下列规定采用：
表3-1 风压高度变化系数μz（2019版）
离地面或海平面
地面粗糙度类别
高度(m)
பைடு நூலகம்
A
B
C
D
5
1.09
1.00
0.65
0.51
10
1.28
1.00
0.65
0.51
15
1.42
1.13
0.65
0.51
20
1.52
1.23
0.74
0.51
30
1.67
1.39
0.88
0.51
40
1.79
1.52
1.00
0.60
筑; 2) L形、槽形和高宽比H/B大于4的十字形平面
建筑; 3) 高宽比H/B大于4，长宽比L/B不大于1.5的矩
形、 鼓形平面建筑。 • 5 在需要更细致进行风荷载计算的场合，风荷载
体型系数可按表3-2或由风洞试验确定。
檐口、雨篷、遮阳板、阳台等水平构件，计算局部 上浮风荷载时，风荷载体型系数μs 不宜小于2.0。
θv 1.00 1.10 1.20 1.32 1.50 1.75 2.08 2.53 3.30 5.60
脉动风荷载空间相关系数可按下列规定确定：
1)竖直方向的相关系数可按下式计算：
10H+60e-H/60-60
ρz =
H
2)水平方向的相关系数可按下式计算：
10B+50e-H/50-50
ρx =
B
式中: B——结构迎风面宽度(m)，B≤2H。 3)对迎风面较小的高耸结构，水平方向的相关系数
50
1.89
1.62
1.10
0.69
60
1.97
1.71
1.20
0.77
70
2.05
1.79
1.28
0.84
80
2.12
1.87
1.36
0.91
90
2.18
1.93
1.43
0.98
100
2.23
2.00
1.50
1.04
150
2.46
2.25
2.03
1.33
200
2.64
2.46
2.24
1.58
250
2 当计算围护结构时
k(z)gzsz0
• 基本风压 0
一般高层建筑取重现期为50年的风压值计算风荷载。 对风荷载比较敏感的高层建筑（高度大于60m），承 载力设计时应按基本风压的1.1倍采用。
在进行舒适度计算时，取重现期为10年的风压值计算 风荷载。
• 风压高度变化系数 z
wk(z) zszw0
k gzs1z0
式中：βgz——高度z处的阵风系数； μs1——风荷载局部体型系数。
• 局部体型系数可按下列规定采用：
1)封闭式矩形平面房屋的墙面及屋面可按《荷载 2规)檐范口》、表雨8.篷3.3、的遮规阳定板采、用边；棱处的装饰条等突出 构件，取-2.0； 3)其他房屋和构筑物可按上节规定的体型系数的 1.25倍采用。
类地面粗糙度，可分别取0.12 、0.14 、0.23 和0.39; R ——脉动风荷载的共振分量因子; Bz ——脉动风荷载的背景分量因子。
R=
π
x12
6ζ1 (1+x12)4/3
x1 =
30f1 kwω0
, x1
>5
R=
π
x12
6ζ1 (1+x12)4/3
x1 =
30f1 kwω0
, x1
>5
“小震不坏，中震可修，大震不倒 即”：
1.在遭受低于本地区设防烈度的多遇地震 的影响时，建筑物一般不受损坏或不需 修理仍可继续使用（此时建筑物基本上 处于弹性阶段）。
2·在遭受本地区规定的设防烈度的地震的影 响时，建筑物（包括结构和非结构部分） 可能有一定损坏，但不至危及人民生命和 生产设备的安全，经一般修理仍可继续使 用。（此时建筑物进入弹塑性阶段）
2) 对迎风面和侧风面的宽度沿高度按直线或接近直 线变化，而质量沿高度按连续规律变化的高耸结构，
上式计算的背景分量因子Bz应乘以修正系数θB和θv。 θB为构筑物在z高度处的迎风面宽度B(z) 与底部宽 度B(0) 的比值；θv可按表3-4确定。
表3-4 修正系数θv
B(H)/ 1 0.9 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 ≤0.1 B(0)
• 计算主体结构的风荷载效应时，风荷载体型 系数 s 可按下列规定采用:
1 圆形平面建筑取0.8; 2 正多边形及截角三角形平面建筑，由下 式计算:
s 0.81.2/ n
式中 n --- 多边形的边数。 3 高宽比不大于4的矩形、方形、十字形 平面建筑取1.3;
• 4 下列建筑取1.4: l) V形、Y形、弧形、双十字形、井字形平面建
ρx——脉动风荷载水平方向相关系数； ρz——脉动风荷载竖直方向相关系数；
k，a1——系数，按表3-3取值。
表3-3 系数k和a1
粗糙度类别
A
B
C
D
高层建 k 筑 a1
高耸结 k 构 a1
0.944 0.670 0.295 0.112 0.155 0.187 0.261 0.346 1.276 0.910 0.404 0.155 0.168 0.218 0.292 0.376
当多栋或群集的高层建筑相互间距较近时，
宜考虑风力相互干扰的群体效应。一般可将 单栋建筑的体型系数μs 乘以相互干扰增大系 数，相互干扰系数可按下列规定确定: 1 对矩形平面高层建筑，当单个施扰建筑与 受扰建筑高度相近时，根据施扰建筑的位置， 对顺风向风荷载可在1. 00~ 1. 10 范围内选 取，对横风向风荷载可在1. 00~ 1. 20 范围 内选取; 2 其他情况可比照类似条件的风洞试验资料 确定，必要时宜通过风洞试验确定。
1)当开洞率大于0.02 且小于或等于0. 10 时，取 0.4μs1； 2) 当开洞率大于0. 10 且小于或等于0. 30 时，取 0. 6μs1； 3) 当开洞率大于0.30 时，取0.8μs1。 • 其他情况，应按开放式建筑物的μs1取值。
• 计算围护结构(包括门窗)风荷载时的阵风系 数应按下表确定。
第二阶段设计：对于有特殊要求的建筑和地震时容 易倒塌的结构，按大震作用下验算结构的弹塑性 变形，以满足第三水准的要求。
• 脉动风荷载的背景分量因子可按下列规定确定:
1)对体型和质量沿高度均匀分布的高层建筑和高耸结 构，可按下式计算:
Bz
kHa1xz
1(z) z
式中: φ1(z)——结构第1阶振型系数; H ——结构总高度(m) ，对A 、B 、C 和D
类地面粗糙度，H的取值分别不应大于300m 、350m 、 450m 和550m；
• 擦窗机等清洗设备应按其实际情况确定其 自重的大小和作用位置。
• 确定高层建筑风荷载： 大多数情况(高度300m以下)可按照
《建筑结构荷载规范》规定的方法； 少数建筑(高度大、对风荷载敏感或
有特殊情况)还要通过风洞试验确定风 荷载，以补充规范的不足。
3.1.1风荷载标准值（kN/ m²）
1 当计算主要承重结构时 wk(z) zszw0
2.78
2.63
2.43
1.81
300
2.91
2.77
2.60
2.02
350
2.91
2.91
2.79
2.22
400
2.91
2.91
2.91
2.40
450
2.91
2.91
2.91
2.58
位于山区的高层建筑，按上述方法确定风压高度变 化系数后，尚应按现行国家标准 《建筑结构荷载规 范》GB50009的有关规定进行修正。