【2017年整理】第五章-横向风荷载计算

M 右(左梁)= μ 1Mc
M 左(右梁)= μ 2Mc
求得

边跨 μ 1=1 μ 2=1
中跨 μ 1=0.531 μ 2=0.469
风荷载作用下框架梁端剪力和柱轴力标准植
楼 层L
AB 跨梁端剪力
M左
M右
VE
BC 跨梁端剪力
L M左 M右
VE
柱轴力 边柱 中柱
5 7.2 2.795 2.039 0.671 2.7 1.800 1.800 1.333 0.671 0.662
第五章 横向风荷载计算
5.1 自然情况
基本风压为 0.40kN/m²,即Ｗ0=0.40kN/m²,c 类粗糙度。
5.2 荷载计算：
1.风荷载标准值 Ｗk=β zμ sμ zWo Fwki wki A
β z-高度 z 处的风
振系数
2.风压高度变化系数（μ z）： μ 5=0.84 μ 4=μ 3=μ 2=μ 1=0.74 3.风荷载体型系数: μ s=1.4 4.Z 高度处的风振系数
LLDPE 120～125 ＞300 50～75 -100～-75 — — —
HDPE 125～137 ＞300 60～80 -100～-70 11～16 1925～2301 0.42
超高相对分子质量聚乙烯 190～210 ＞300 75～85 -140～-70 — — —
4.电性能
PE 分子结构中没有极性基团，因此具有优异的电性能，几种 PE 的电性能见
高的浓度下对 PE 也无显著作用。但浓硫酸和浓硝酸及其他氧化剂对聚乙烯有缓
慢侵蚀作用。
PE 在室温下不溶于任何溶剂，但溶度参数相近的溶剂可使其溶胀。随着温
度的升高，PE 结晶逐渐被破坏，大分子与溶剂的作用增强，当达到一定温度后
PE 可溶于脂肪烃、芳香烃、卤代烃等。如 LDPE 能溶于 60℃的苯中，HDPE 能溶
表 1-3。PE 的体积电阻率较高，介电常数和介电损耗因数较小，几乎不受频率的
影响，因而适宜于制备高频绝缘材料。它的吸湿性很小，小于 0.01％（质量分
数），电性能不受环境湿度的影响。尽管 PE 具有优良的介电性能和绝缘性，但由
于耐热性不够高，作为绝缘材料使用，只能达到 Y 级（工作温度≤90℃）。
防止 PE 的氧化降解，便于贮存、加工和应用，一般使用的 PE 原料在合成过程中
已加入了稳定剂，可满足一般的加工和使用要求。如需进一步提高耐老化性能，
可在 PE 中添加抗氧剂和光稳定剂等。
6.卫生性
PE 分子链主要由碳、氢构成，本身毒性极低，但为了改善 PE 性能，在聚合、
成型加工和使用中往往需添加抗氧剂和光稳定剂等塑料助剂，可能影响到它的卫
45～70
18～28
5.化学稳定性
超高相对分子质量聚乙烯 ≥1017 ≤2.35 ＜0.0005 ＞35
PE 是非极性结晶聚合物，具有优良的化学稳定性。室温下它能耐酸、碱和
盐类的水溶液，如盐酸、氢氟酸、磷酸、甲酸、醋酸、氨、氢氧化钠、氢氧化钾
以及各类盐溶液(包括具有氧化性的高锰酸钾溶液和重铬酸盐溶液等)，即使在较
1.柱剪力 Vik=D/Σ D ×Vi ， 柱弯矩 M 下=Vik×Yi ，M 上=Vik×（1-Yi）×hi
2.反弯点高度 h’=(y0+y1+y2+y3) ×h
y0——标准反弯点高度比
y1——为上、下层梁线刚度变化修正值
y2——为上层层高变化修正值 y3——为下层层高修正值
根据框架总层数 m,该柱所在层数 n 和梁柱线刚度比值 K 确定，对于地震作用，y
层H 5 3.6
ΣD
D
D/Σ D
118332 23333 0.303
4 3.6 118332 23333 0.303 3 3.6 118332 23333 0.303 2 3.6 118332 23333 0.303 1 4.43 98388 21914 0.277
Vi 5.63
12.27 18.91 25.55 32.96
几种 PE 的热性能见表 1-2。
表 1-2 几种 PE 热性能
性能 熔点／℃ 热降解温度(氮气)／℃ 热变形温度(0.45MPa)／℃ 脆化温度／℃ 线性膨胀系数／(×10-5K-1) 比热容／J·(kg·K)-1 热导率/ W·(m·K)-1
LDPE 105～115 ＞300 38～50 -80～-50 16～24 2218～2301 0.35
值由按荷载表查得，并由内插法根据 K 值确定，并考虑层高的因素进行修正。
3.边柱弯矩计算：
层H 5 3.6
ΣD 118332
D 23333
D/Σ D 0.197
Vi
Vik
5.63 1.109
k 0.79
Y
M下
0.30 1.198
M上 2.795
4 3.6 3 3.6 2 3.6
118332 118332 118332
熔点与结晶度和结晶形态有关。HDPE 的熔点约为 125～137℃，MDPE 的熔点约为
126～134℃，LDPE 的熔点约为 105～115℃。相对分子质量对 PE 的熔融温度基本
上无影响。
PE 的玻璃化温度（Tg）随相对分子质量、结晶度和支化程度的不同而异，而 且因测试方法不同有较大差别，一般在-50℃以下。PE 在一般环境下韧性良好，
耐低温性(耐寒性)优良，PE 的脆化温度(Tb)约为-80～-50℃，随相对分子质量增
大脆化温度降低，如超高相对分子质量聚乙烯的脆化温度低于-140℃。
PE 的热变形温度(THD)较低，不同 PE 的热变形温度也有差别，LDPE 约为 38～ 50℃(0.45MPa，下同)，MDPE 约为 50～75℃，HDPE 约为 60～80℃。PE 的最高连
4 7.2 6.719 5.309 1.671 2.7 4.690 4.690 3.474 2.342 2.465
3 7.2 10.856 8.772 2.726 2.7 7.747 7.747 5.739 5.068 5.478
2 7.2 15.094 12.603 3.847 2.7 11.131 11.131 8.245 8.915 9.876
6.层间剪力 V5=5.63kN V4=12.276kN V3=18.91kN V2=25.55kN V1=32.96kN 7.荷载作用分布图：
F5 F4
Fn
F3
F2
F1
3600
3600
3600
3600
V5
5.63
V4
12.27
V3
18.91
V2
25.55
V1
32.96
4430
5.3 风荷载作用下框架柱剪力和柱弯矩（D 值法，取横向中框架计算）
25.55
1
0.74
0.41
7.41
32.96
5.Fwk5=0.47 ×（0.8+1.8）×4.5=5.63kN Fwk4=0.41 ×3.6 ×4.5=6.642kN Fwk3=0.41 ×3.6 ×4.5=6.642kN Fwk2=0.41 ×3.6 ×4.5=6.642kn Fwk1=0.41 ×(1.8+2.215) ×4.5=7.41kN
1.一般性能 聚乙烯为白色蜡状半透明材料，柔而韧，比水轻，无嗅、无味、无毒， 常温下不溶于一般溶剂，吸水性小，但由于其为线性分子可缓慢溶于某些有 机溶剂，且不发生溶胀。工业上为使用和贮存的方便通常在聚合后加入适量的 塑料助剂进行造粒，制成半透明的颗粒状物料。PE 易燃，燃烧时有蜡味，并伴
有熔融滴落现象。聚乙烯的性质因品种而异，主要取决于分子结构和密度，也 与聚合工艺及后期造粒过程中加入的塑料助剂有关。
1 4.43 98388
4.中柱弯矩计算：
23333 23333 23333 21914
0.197 0.197 0.197 0.223
12.27 2.417 18.91 3.725 25.55 5.033 32.96 7.350
0.79 0.79 0.79 0.97
0.40 3.480 5.221 0.45 6.035 7.386 0.50 9.059 9.059 0.65 21.164 11.396
在实际工程中，对于高度不大于 30m，高宽比小于 1.5 的高层建筑，取风振系
数β Z=1.0
层数 β Z
μS
μ Zi
W0
Wki
FWki
Vi
5
0.84
0.47
5.63
5.63
4
0.74
0.41
6.64
12.27
3 1.0 1.4 0.74 0.40 0.41
6.64
18.91
2
0.74
0.41
6.64
于 80～90℃的苯中，超过 100℃后二者均可溶于甲苯、三氯乙烯、四氢萘、十氢
萘、石油醚、矿物油和石蜡中。但即使在较高温度下 PE 仍不溶于水、脂肪族醇、
丙酮、乙醚、甘油和植物油中。
PE 在大气、阳光和氧的作用下易发生老化，具体表现为伸长率和耐寒性降
低，力学性能和电性能下降，并逐渐变脆、产生裂纹，最终丧失使用性能。为了
续使用温度不算太低，LDPE 约为 82～100℃，MDPE 约为 105～121℃，HDPE 为
121℃，均高于 PS 和 PVC。PE 的热稳定性较好，在惰性气氛中，其热分解温度超
过 300℃。
PE 的比热容和热导率较大，不宜作为绝热材料选用。PE 的线胀系数约在
(15～30)×10-5K-1 之间，其制品尺寸随温度改变变化较大。
相对分子质量增大，分子链间作用力相应增大，所有力学性能，包括韧性也都提
高。几种 PE 的力学性能见表 1-1。
表 1-1 几种 PE 力学性能数据
性能 邵氏硬度(D) 拉伸强度／MPa 拉伸弹性模量／MPa 压缩强度／MPa 缺口冲击强度／kJ·m-2 弯曲强度／MPa
LDPE 41～46 7～20 100～300 12.5 80～90 12～17
1 7.2 20.455 16.721 5.163 2.7 14.769 14.769 10.94 14.078 15.653
风荷载作用下的框架内力图如下：
聚乙烯（PE）简介
1.1 聚乙烯 化学名称：聚乙烯 英文名称：polyethylene，简称 PE
结构式：
聚乙烯是乙烯经聚合制得的一种热塑性树脂，也包括乙烯与少量 α -烯烃的 共聚物。聚乙烯是五大合成树脂之一，是我国合成树脂中产能最大、进口量最多 的品种。 1.1.1 聚乙烯的性能
Vik 1.706
k
Y
1.49 0.38
M下 2.303
M上 3.839
3.718 5.730 7.742 9.130
1.49 0.43 5.689 7.696 1.49 0.48 9.798 10.830 1.49 0.5 13.936 13.936 1.84 0.57 22.892 17.554
计算过程
（1）Vik
D D
Vi
（2） M下 Vik yh ;
（3） M上 Vik (1 y)h
5.4 荷载作用下梁端弯矩计算
根据节点平衡由柱端弯矩求得梁轴线处弯矩
右（左梁）
下（上柱） 上（下柱）
左（右梁）
Σ Mc= M 右+ M 左= M 上+ M 下
1
K1 K1 K2
；
K2 2 K1 K2
表 1-3 聚乙烯的电性能
性能
LDPE
LLDPE
HDPE
体积电阻率/Ω ·cm
≥1016
介电常数/F·m-1（106Hz） 2.25～2.35
≥1016 2.20～2.30
≥1016 2.30～2.35
介电损耗因数（106Hz） ＜0.0005
＜0.0005
＜0.0005
介电强度/kV·mm-1
＞20
生性。树脂生产厂家在聚合时总是选用无毒助剂，且用量极少，一般树脂不会受
到污染。
PE 长期与脂肪烃、芳香烃、卤代烃类物质接触容易引起溶胀，PE 中有些低
相对分子质量组分可能会溶于其中，因此，长期使用 PE 容器盛装食用油脂会产
生一种蜡味，影响食用效果。 1.1.2 聚乙烯的分类
聚乙烯的生产方法不同，其密度及熔体流动速率也不同。按密度大小主 要分为低密度聚乙烯（LDPE）、线型低密度聚乙烯（LLDPE）、中密度聚乙烯 （MDPE）、高密度聚乙烯（HDPE）。其中线性低密度聚乙烯属于低密度聚乙 烯中的一种，是工业上常用的聚乙烯，其他分类法有时把 MDPE 归类于 HDPE 或 LLDPE。
2.力学性能 PE 是典型的软而韧的聚合物。除冲击强度较高外，其他力学性能绝对值在 塑料材料中都是较低的。PE 密度增大，除韧性以外的力学性能都有所提高。LDPE
由于支化度大，结晶度低，密度小，各项力学性能较低，但韧性良好，耐冲击。
HDPE 支化度小，结晶度高，密度大，拉伸强度、刚度和硬度较高，韧性较差些。
LLDPE 40～50 15～25 250～550 — ＞70 15～25
HDPE 60～70 21～37 400～1300 22.5 40～70 25～40
超高相对分子质量聚乙烯 64～67 30～50 150～800 — ＞100 —
3.热性能
PE 受热后，随温度的升高，结晶部分逐渐熔化，无定形部分逐渐增多。其