第2章 荷载及设计要求

0.06 0.08 0.10 0.20 0.40 0.60 0.80 1.00 2.00 4.00 6.00 8.00 10.00 20.00 30.00
总体风荷载
二、总体风荷载
总体风荷载是指某个方向的风在建筑物上产生风压力或吸力的合力。一 般情况下，只需要分别计算在结构平面的两个主轴方向作用的总风荷载, 是矢量运算。
β z = 1.0
风速 实际风速 平均风速
《规范》按下式计算：
ϕ zξυ βz = 1+ µz
时间t
风振系数
ϕz
—振型系数，可由结构力学计算确定，计算时可仅考 虑受力方向基本振型的影响；对于质量和刚度沿高度 分布比较均匀的弯剪型结构，也可近似采用振型计算 点距室外地面高度z与房屋高度H的比值。 —脉动增大系数；
§ 2 -1 竖向荷载
• 高层建筑结构的竖向荷载主要是恒载（结构自重） 和活荷载（使用荷载）。 • 恒载可由构件和装修的尺寸和材料的重量直接计算。 使用荷载按《建筑结构荷载规范》（GB50009-2001） 和《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ3-2002） 采用。如使用荷载较大时，应按实际情况采用。 • 荷载规范规定：设计楼面梁、墙、柱及基础时，楼 面活载标准值要乘以折减系数，根据建筑类别的不 同系数不同 。在高层建筑中，恒荷载较大，占了总 竖向荷载的80-85%；所以在实际工程中，往往不考 虑折减系数，按全部满荷载计算，有在设计基础时 考虑折减系数的。
• • • • •
风压高度变化系数
风压高度变化系数
离地面高度 地 面 粗糙度 5 10 15 20 30
µz
40 50 60 70
C 0.74 0.74 0.74 0.84 1.00 1.13 1.25 1.35 1.45 D 0.62 0.62 0.62 0.62 0.62 0.73 0.84 0.93 1.02 80 90 100 150 200 250 300 350 400 ≥450 3.12 3.12
βz
由于风速、风向不断变化，建筑会产生微小震动，这种波动风压 （T≈60s）在建筑物中引起的动力效应与建筑物的柔度有关。高度较 大、较柔的高层建筑的效应较大，在一般低层及多层建筑中，把风作 用近似看成稳定风压。基本风压取上下波动风压的平均值，按静力方 式计算其效应，而在高层建筑中则不可忽略风的动力效应。为简化， 计算时仍用静力方法。但用风振系数来考虑动力效应。荷载规范规定： β 只在高度大于30m，且高宽比大于1.5的高层建筑考虑 ，z 其他情况
竖向荷载
• 目前，国内高层多为钢砼结构，一般砼C40以下，自重大， 平均为15kN/㎡。框架结构12—14 kN/㎡，剪力墙、筒体： 15—18kN/㎡。 • 在计算高层建筑结构竖向荷载下产生的内力时，可以不考 虑活荷载的不利布置，按满布活荷载一次计算。因为高层 建筑中，活荷载占的比例很小（住宅、旅馆、办公楼活荷 载一般在2—3kN/㎡内，只占全部竖向荷载的15—20%）， 活荷载不同布置方式对结构内力产生的影响很小；再者， 高层建筑结构是复杂的空间体系，层数、跨数很多，不利 分布情况太多，各种情况都要计算工作量极大，对实际工 程设计往往是不现实的。在活荷载较大时，可将框架梁跨 中弯矩乘以放大系数1.1～1.2，以考虑活荷载不利分布的 影响。
ψ Q ,ψ W —分别为楼面活荷载组合值系数和风荷载组合值系数，当永 久荷载效应起控制作用时应分别取0.7和0.0；当可变荷载效 应起控制作用时应分别取1.0和0.6或0.7和1.0。
无地震作用效应组合时荷载分项系数
无地震作用效应组合时荷载分项系数
情 承 载 力 计 算 1、永久荷载分项系数 γ G 其效应对结构不利 其效应对结构有利 2、楼面活荷载分项系数 γ Q 一般情况 位移计算 3、风荷载分项系数 γ w γ G ,γ Q ,γ W 况 分项系数 1.2（可变荷载效应控制） 1.35（永久荷载效应控制） 1.0 1.4 1.4 1.0
三、局部风荷载
总风荷载取各表面的平均风压计算。但实际风作用在建筑物表面的压力（或 吸力）是不均匀的，在高层建筑较高的某些局部表面上，实际的风压力（或 吸力）可能很大，超过平均风压值，如在迎风面的中部、背风面的边缘部位， 以及房屋侧面宽度为1/6墙面的角隅部分，在这些部位需要用局部风载验算围 护结构（墙板或玻璃）的强度及连接强度。
§2—3
地震作用
局部风荷载
ω k = β gz µ s µ z ω 0
详荷载规范
檐口、雨篷、遮阳板、阳台等水平构件，计算局部上浮荷 载时，风荷载体型系数 µ s 不宜小于2。
§2—3 地震作用
地震作用在《建筑结构抗震 设计》课程中已专门介绍， 此处略。
在计算重力荷载代表值时，有个组合值系数问题， 在钢筋混凝土高层中，自重占了重力荷载的绝大部 分，活荷载相对较小，只占15-20%，即使折减 50%也不过将代表值降至90-95%。因此在实际工 程中，活荷载也可以不折减，相应地适当加大了地 震作用的计算值。 规范理解P42
γ 1 承载力计算时，分项系数按下表采用。当重力荷载效应对结构承载力有利时， G 不 应大于1.0。
2 位移计算时，各分项系数均应取1.0。
非抗震设计时，进行无地震作用组合。抗震设计时，进行无地震作用和有地震 作用组合；有地震组合尚要按有关规定进行调整。 高规5.6.5
§2—4 荷载效应组合
§2 —4 荷载效应组合
一、无地震作用效应组合时，荷载效应组合的设计值应按下列公式确定 无地震作用效应组合时，
S = γ G S GK + ψ Q γ Q S QK + ψ W γ W SWK
γ G ,γ Q ,γ W
—分别为永久荷载、楼面活荷载和风荷载的分项系数；
S GK , S QK , S WK —分别为永久荷载、楼面活荷载和风荷载效应标准值。
ω =
v
•
—离地10m、重现期50年、10分钟平均最大 风速（m/s）。对于特别重要或对风荷载比较敏感 的高层建筑，其基本风压应按100年重现期的风压 值采用。对于体型复杂的高度较大的高层建筑，宜 采用风洞试验确定风荷载。 • 使用时 ω0 可查规范表
v0
1600
(kN / m )
2
风荷载标准值
• 垂直于建筑物表面的单位面积上的风荷 载标准值 k （kN/㎡）
ω
当计算主要承重结构时
ω k = β z µ z µ sω 0
ω 0 —高层建筑基本风压； µ s —风荷载体型系数； µ z — z 高度处的风压高度变化系数；
βz —
z
高度处的风振系数。
风压高度变化系数
• • 1、风压高度变化系数 µ z 地面粗糙度——风在到达结构物以前吹越过2㎞范围内的 地面时，描述该地面上不规则障碍物分布状况的等级。 分四类。 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。 风速与高度有关，低处小、高处大，也与地貌及周围环 境有关。依据离地高度和地面粗糙度确定 µ z 。
ξ
υ —脉动影响系数，对于外形、质量沿高度比较均匀
的结构可按规范表3.2.6-2采用
脉动增大系数表
脉 动 增 大 系 数
ω T ( kN ⋅ s / m )
2 0 1 2 2
地面粗糙度类别 A 1.21 1.23 1.25 1.30 1.37 1.42 1.45 1.48 1.58 1.70 1.78 1.83 1.87 2.04 —— B 1.19 1.21 1.23 1.28 1.34 1.38 1.42 1.44 1.54 1.65 1.72 1.77 1.82 1.96 2.06 C 1.17 1.18 1.19 1.24 1.29 1.33 1.36 1.38 1.46 1.57 1.63 1.68 1.73 1.85 1.94 D 1.14 1.15 1.16 1.19 1.24 1.28 1.30 1.32 1.39 1.47 1.53 1.57 1.61 1.73 1.81
在实际计算时，活荷载占的比例较小，常与恒荷载合并为竖向荷载一次 计算其内力与位移。此时竖向荷载承载力计算时总的分项系数可取为 1.25。非抗震时风荷载组合值系数取1.0。
地震作用效应组合
二、有地震作用效应组合时，荷载效应与地震作用效应组合的设计值按下 有地震作用效应组合时， 式计算
S = γ G S GE + γ Eh S Ehk + γ EV S Evk + ψ W γ W SWK
2、风荷载型系数 µ s 、 µ s 指实际风压平均值与基本风压的比值。实际风压可实测得到。
µ s 与体型有关。复杂体型的高层建筑在进行内力与位移计算时，正反两
个方向风荷载的绝对值可按两个方向中较大值采用。 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：
µ s = 0.8 + 1.2 / n
S GE —重力荷载代表值效应；
S Ehk
—水平地震作用标准值的效应，尚应乘以相应的增大系数或调整系数； —竖向地震作用标准值的效应，尚应乘以相应的增大系数或调整系数； —风荷载的组合值系数，应取0.2。
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S Evk
ψW
三、有地震作用效应组合时，荷载效应与地震作用效应分项系数按下列规定采用 有地震作用效应组合时，
ω = β z µ z ω 0 ( µ s1 B1 cos α 1 + µ s 2 B2 cos α 2 + ⋯ + µ sn Bn cos α n )
n —建筑物外围的表面数；
Bn —第个表面的宽度；
µ n —第n个表面的体型系数； α n —第n个表面法线与风荷载作用方向的夹角。
各分力的合力中心，即总风荷载的作用中心，宜与刚度中心相重或尽可能接近。
n
—多边形的边数；
3）高宽比H/B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： V形、Y形、弧形、双十字形、井字形平面建筑； L形、槽形和高宽比大于4的十字形平面建筑； 高宽比大于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下表 采用，或由风洞试验确定。
离地面高度 地 面 粗糙度
C 1.54 1.62 1.70 2.03 2.30 2.54 2.75 2.94 3.12 D 1.11 1.19 1.27 1.61 1.92 2.19 2.45 2.68 2.91
H一定时，A→B→C→D，µ z ↘；A、B、C、D 一定时，H↗， z ↗。
µ
风荷载型系数
ξ
表中,
T1 —结构基本自振周期，可由结构力学计算确定。对比较规则的结构，也可采
用近似公式计算： 框架—剪力墙（筒体） T1 = (0.06 ~ 0.08)n 框架结构 T1 = (0.08 ~ 0.1) N n —为结构层数。 剪力墙及筒中筒 T1 = (0.05 ~ 0.06)n
ω 0 —基本风压；
第二章 荷载及设计要求
• 能使结构产生效应（结构或构件的内力、应力、 位移、应变、裂缝等）的各种因素总称为作用； 将可归结为作用在结构上的力的因素称为直接作 用；将不是作用力但同样引起结构效应的因素称 为间接作用。严格意义上，只有直接作用才可称 为荷载，习惯上，特别是在工程中也将间接作用 称为荷载，此时荷载可理解为具有广义的意义。 狭义的荷载=直接作用，广义的荷载=作用。 。 • 结构上的荷载根据时间的变异性可分为永久荷载 （恒荷载）、可变荷载（活荷载）和偶然荷载 （地震作用、爆炸力、撞击力等）。
• 数据来源高规理解P18
§ 2—2
风荷载
• 风遇到建筑物时，在建筑物表面产生的压 力或吸力即建筑物的风荷载。 • 其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 以及表面状况有关。
风荷载
• 一、单位面积上的风荷载
• 《荷载规范》中基本风压 2 0 0
高 层 建 筑 风 荷 载 体 型 系 数
风压分布简图
体型系数是实际风压平均值与基本风压的比值。它描述了建筑物表面在稳 定风压作用下静态压力的分布规律，主要与建筑物的体型和尺度有关。体 型系数通常由建筑物的风压现场实测或由建筑物模型的风洞试验得到。下 图是一矩形建筑物的实测结果。
风振系数
3、风振系数 、