高层建筑结构设计荷载和地震作用
高层建筑结构设计要求及荷载效应组合
结构的继续使用需要修复。
从抗震角度来看，出现超过设防烈度的地震是不可避 免的，结构应该具备足够的塑性变形能力。
但是结构过早地出现塑性变形也是十分不利的。结构 在小震、甚至风荷载作用下就出现塑性变形，必然导致裂 缝和变形过大，将影响到建筑物的正常使用。
② 短暂设计状况：适用于结构出现的临时情况，包括 结构施工和维修时的情况等；
③ 偶然设计状况：适用于结构出现的异常情况，包括结 构遭受火灾、爆炸、撞击时的情况等；
④ 地震设计状况：适用于结构遭受地震时的情况，在抗 震设防地区必须考虑地震设计状况。
1.1、持久设计状况和短暂设计状况下（无地震作用组合） 当荷载与荷载效应按线性关系考虑时，按下式：
结构顶点最大加速度
使用功能 住宅、公寓 办公、旅馆
alim (m / s盖竖向振动加速度限值
《高层规程》中规定楼盖结构的竖向振动频率不宜小于3Hz， 竖向振动加速度不应超过下表的限值。
2.4、稳定性与抗倾覆
结构整体稳定性是高层建筑设计的基本要求。研究表 明，高层建筑混凝土结构仅在竖向重力荷载作用下产生整 体丧失稳定的可能性很小。稳定性设计主要是控制在风荷 载或水平地震力作用下，重力荷载产生的二阶效应（P-Δ） 不致过大，以免引起结构的失稳、倒塌。
n—结构总层数。
2、高层建筑结构的稳定应符合下列规定
1）剪力墙、框架—剪力墙结构、筒体结构
n
EJd 1.4H 2 Gi i 1
2）框架结构：
n
Di 10 G j / hi j i
（i=1,2,…,n)
3、抗倾覆控制： ⑴、控制高宽比H/B； ⑵、控制基底零应力区面积，<15％总面积。
第3章高层建筑结构的荷载和地震作用(精)
第3章 高层建筑结构的荷载和地震作用[例题] 某高层建筑剪力墙结构，上部结构为38层，底部1-3层层高为4m,其他各层层高为3m ，室外地面至檐口的高度为120m ，平面尺寸为m m 4030⨯，地下室采用筏形基础，埋置深度为12m ，如图3.2.4(a)、(b)所示。
已知基本风压为2045.0m kN w =，建筑场地位于大城市郊区。
已计算求得作用于突出屋面小塔楼上的风荷载标准值的总值为800kN 。
为简化计算，将建筑物沿高度划分为六个区段，每个区段为20m ，近似取其中点位置的风荷载作为该区段的平均值，计算在风荷载作用下结构底部（一层）的剪力和筏形基础底面的弯矩。
解：（1）基本自振周期：根据钢筋混凝土剪力墙结构的经验公式，可得结构的基本周期为： s n T 90.13805.005.01=⨯==222210m s kN 62.19.145.0T w ⋅=⨯=（2）风荷载体型系数：对于矩形平面，由附录1可求得80.01=s μ57040120030480L H 0304802s .....-=⎪⎭⎫ ⎝⎛⨯+-=⎪⎭⎫ ⎝⎛+-=μ （3）风振系数：由条件可知地面粗糙度类别为B 类，由表3.2.2可查得脉动增大系数502.1=ξ。
脉动影响系数ν根据H/B 和建筑总高度H 由表3.2.3确定，其中B 为迎风面的房屋宽度，由H/B=3.0可从表3.2.3经插值求得=ν0.478；由于结构属于质量和刚度沿高度分布比较均匀的弯剪型结构，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，即H H i /z =ϕ，i H 为第i 层标高；H 为建筑总高度。
则由式（3.2.8）可求得风振系数为：HH 478050211H H 11iz i z ⋅⨯+=⋅+=+=μμξνμϕνξβ.. z z z（4）风荷载计算：风荷载作用下，按式（3.2.1）可得沿房屋高度分布的风荷载标准值为：()z z z z ....)z (q βμβμ6624=40×570+80×450=按上述公式可求得各区段中点处的风荷载标准值及各区段的合力见表3.2.4，如图3.2.4(c)所示。
《高层结构设计》 02高层建筑结构的荷载计算
高层建筑结构的荷载计算高层建筑结构的竖向荷载包括自重等恒载及使用荷载等活载，其计算方法与一般建筑结构类似，在此不再重复。
本章主要介绍在高层建筑结构设计中起主导作用的水平荷载—风荷载和地震荷载作用的计算方法。
第一节 风荷载空气流动形成的风遇到建筑物时，在建筑物表面产生的压力或吸力即建筑物的风荷载。
风荷载的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。
垂直于建筑物表面上的风荷载标准值可按下式计算：0ωµµβωz s z k =式中：k ω为风荷载标准值（kN/m 2）；z β为z 高度处的风振系数；s µ为风荷载体型系数；z µ为风压高度变化系数； 0ω为基本风压（kN/m 2）。
1. 基本风压0ω我国《建筑结构荷载规范》（GB50009-2001），《全国基本风压分布图》中给出的基本风压值0ω，是用各地区空旷地面上离地10m 高、重现期为30年的10min 平均最大风速0υ（m/s ）计算得到的，基本风压值1600/200υω=（kN/m 2）。
荷载规范给出的0ω值适用于多层建筑；对于一般高层建筑和特别重要的或有特殊要求的高层建筑可按《全国基本风压分布图》中的数值分别乘以1.1和1.2采用。
2. 风压高度变化系数z µ表1 风压高度变化系数风速大小与高度有关，一般近地面处的风速较小，愈向上风速逐渐加大，但风速的变化与地貌及周围环境有关。
在近海海面、海岛、海岸、湖岸及沙漠地区，地面空旷，空气流动几乎无阻挡物（A 类粗糙度），风速随高度的增加最快；在中小城镇和大城市的郊区（B 类粗糙度），风速随高度的增加减慢；在有密集建筑物的大城市市区（C 类粗糙度），和有密集建筑群，且房屋较高的城市市区（D 类粗糙度），风的流动受到阻挡，风速减小，因此风速随高度增加更缓慢一些。
表1列出了各种情况下的风压高度变化系数。
高层建筑结构的荷载和地震作用
4、风振系数 z
１）风速特点： 风速的变化可分为两部分：一种是长周期的成分，其值一般在10min以上；另一种 是短周期成分，一般只有几秒左右。因此，为便于分析，通常把实际风分解为平均风 （稳定风）和脉动风两部分。稳定风周期长，对结构影响小；脉动风周期短，对结构 影响大。
２）风的动力效应：对于高度较大、刚度较小的高层建筑，脉动风压会产生不可
2）定义：风荷载体型系数是指风作用在建筑物表面所引起的压力(吸力)与原 始风速算得的理论风压的比值。
3）特点：风荷载体型系数一般都是通过实测或风洞模拟试验的方法确定，它 表示建筑物表面在稳定风压作用下的静态压力分布规律，主要与建筑物的体型与尺 度有关。
3.2 风荷载
+0.8 －(0.48+0.03H/L)
0.8+1.2/n1/2
3）计算：在计算风荷载对建筑物的整体作用时，只需按各个表面的平 均风压计算，即采用各个表面的平均风荷载体型系数计算。
4）风荷载体型系数的确定：根据设计经验和风洞试验 （１）单体风压体型系数
例:
-0.6
当表面粗糙时取μs = 0.8
-0.6
3.2 风荷载
（2）群体风压体型系数 对建筑群，尤其是高层建筑群，当房屋相互间距较近时，由于漩涡
第3章 高层建筑结构的荷载和地震作用
高层建筑结构主要承受竖向荷载和水平荷载。
1）竖向荷载
恒荷载 活荷载
2）水平荷载
风荷载 地震作用
与多层建筑结构有所不同，高层建筑结构—— 1）竖向荷载效应远大于多层建筑结构； 2）水平荷载的影响显著增加，成为其设计的主要因素； 3）对高层建筑结构尚应考虑竖向地震的作用。
3.1 竖向荷载
3.1 恒荷载
风荷载和地震作用对高层钢结构建筑的影响及设计方法
高层钢结构设计论文
风荷载和地震作用对高层钢结构建筑的影响及设计方法
摘 要：随着建筑科技的日益进步，高层钢结构建筑得到迅猛发展，人们对于高 层钢结构体系的研究日趋完善， 包括理论研究和工程设计。 风荷载和地震作用是 钢结构设计中至关重要的两大动力荷载， 这两种荷载对高层钢结构的强度和稳定 都会产生很大影响。 本文详细介绍了高层钢结构建筑在风荷载和地震作用下的动 力响应， 并根据规范要求以及国内外学者的相关研究，总结概括了针对风荷载和 地震作用的设计理论和设计方法。 关键词：高层钢结构；风荷载；抗风设计；地震作用；反应谱
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高层钢结构设计论文
第二章. 高层钢结构建筑风荷载作用与抗风设计
2.1 风荷载作用
2.1.1 风荷载的形成 风指的是空气的水平运动， 一般是由气压高处向气压低处流动而形成。太阳 的辐射热在地球周围的分布不均匀使得大气是不断运动的。大气是物质，自然就 有能量， 从地表面一直向上的整个大气柱对它下面的地表面和物体便有压力，单 位面积上承受的这种压力，叫做气压。各个地方大气压有高有低，例如一个地方 上面的空气冷，密度就大，气压也就大些;另一个地方上面的空气暖，密度就小 些，气压也就小些，这样，空气就从气压大的地方向气压小的地方流动。因此风 产生的直接原因是气压在水平方向上的不均匀分布。 风速的主要部分是大小和方向保持不变的平均风， 另外叠加一部分在方向和 大小上不断变化的脉动风。表征风特性的参数包括： （1）平均风速剖面； （2）紊 流风速剖面； （3）脉动风速谱以及（4）湍流积分强度等等。可以根据伯努利方 程由风速来确定风压。 风压对于结构或构件将产生过大的内力和不稳定，使得结 构物产生过大挠度或者变形，有可能引起外墙和装饰材料的破坏。 2.1.2 风荷载的组成与特性 风荷载对于建筑物的作用是一个随机的过程，其包括三个部分：平均风压产 生的平均力， 脉动风压所引起的随机脉动力以及由于风致建筑物振动产生的惯性 力。平均风是在给定的时间间隔内，把风对建筑物的作用力的速度、方向以及其 他物理量都看成不随时间而改变的量， 由于风的长周期远远大于结构的自振周期。 可等效为静态作用处理，应用结构静力 计算。脉动风的强度是随时间按随机规 律变化的，由于周期较短，应用随机振动理论进行分析。 按照风对于建筑物作用力的方向不同可以分为：1）在建筑物的迎风面上产 生的压力（气流流动产生的阻力） ；2）在横风向产生的横风向干扰力（气体流动 产生的漩涡扰力与湍流脉动压力） ；3）空气流经建筑物后在建筑物的背后产生的 涡流干扰力（包括背风向的吸力） 。当需要准确确定风荷载分布时，需要依靠模 型风洞试验来实现。 风荷载的作用与空间位置及时间的不确定性有关，受地形、地貌、周围建筑 环境等因素共同影响， 其具有静力和动力的双重特点，动力部分即脉动风的作用 会引起高层钢结构建筑的振动。除此之外，风荷载也与结构的几何外形相关，结 构体系的不同部分对风的敏感程度也不尽相同， 当结构尺寸在多个方向上比较接 近时，需要考虑空间相关性对风荷载的影响。对于具有显著非线性特征的结构，
高层建筑设计理论第3章
2、风压高度变化系数 μ Z 风速大小不仅与高度有关，一般越靠近地面风速越小，
愈向上风速越大，而且风速的变化与地貌及周围环境有直 接关系。
风压高度变化系数
表 3-7 风压高度变化系数 z
风压的高度变化
单位面积风荷载标准值
(1)当计算主要承重结构时
wk z s z w0
式中 wk ——风荷载标准值(kN/m2)； w0 ——基本风压(kபைடு நூலகம்/m2)；
s ——风压高度变化系数； z ——风荷载体型系数； z ——z 高度处的风振系数。
(2)当计算围护结构时
wk gz s z w0
式中 gz ——高度 z 处的阵风系数。
基本风压
作用在建筑物上的风压力与风速有关，可表示为：
0
1 2
2
式中 0 ——用于建筑物表面的风压(N／m2)； ——空气的密度，取 =1.25k9／m3； ——平均风速(m／s)。
全国l0年、50年和l00年一遇的风压标准值可由《建筑结 构荷载规范》(GB50009--2012)附表中查得。
屋面活荷载
屋面活荷载一般可按下述方法进行取值： 1.房屋建筑的屋面，其水平投影面上的屋面均布活荷载的标准值 及其组合值系数、频遇值系数和准永久值系数的取值，不应小于 表3-3的规定。 2．屋面直升机停机坪荷载应按局部荷载考虑，或根据局部荷载换 算为等效均布荷载考虑，其等效均布荷载不应低于5.0kN/m2。
2.风力受建筑物周围环境影响较大，处于高层建筑群中的高层建筑，有时会 出现受力更为不利的情况。例如，由于不对称遮挡而使风力偏心产生扭转；相邻 建筑物之间的狭缝风力增大，使建筑物产生扭转等等。在这些情况下要适当加大 安全度。
建筑结构设计：高层建筑结构有哪些设计特点？
建筑结构设计：高层建筑结构有哪些设计特
点？
1）水平荷载成为决定性因素。
建筑物自重和楼面使用荷载在竖向构件中所引起的轴力和弯矩的数值，仅与建筑物高度成线性关系；而水平荷载对结构产生的倾覆力矩，以及由此在竖向构件中引起的轴力，是与建筑物高度的二次方成正比。
另外，对某一定高度建筑物而言，竖向荷载大体上是定值，而作为水平荷载的风荷载和地震作用，其数值是随结构动力特性的不同而有较大幅度的变化。
2）轴向变形不容忽视。
高层建筑中，竖向荷载数值很大，能够在柱中引起较大的轴向变形，从而会对连续梁弯矩产生影响，造成连续梁中间支座处的负弯矩值减小，跨中正弯矩和端支座负弯矩值增大；还会对预制构件的下料长度产生影响，要求根据轴向变形计算值，对下料长度进行调整；另外对构件剪力和侧移产生影响。
3）侧移成为控制指标。
与较低楼房不同，结构侧移已成为高楼结构设计中的关键因素。
随着楼房高度的增加，水平荷载下结
构的侧移变形迅速增大，因而结构在水平荷载作用下的侧移应被控制在某一限度之内。
4）结构延性是重要设计指标。
相对于较低楼房而言，高楼结构更柔一些，在地震作用下的变形更大一些。
为了使结构在进入塑性变形阶段后仍具有较强的变形能力，避免倒塌，特别需要在构造上采取恰当的措施，来保证结构具有足够的延性。
高层建筑结构设计水平地震作用
水平荷载与结构计算简化原则
第二节 地震作用
一、特点
地震时，地震波产生地面运动，通过房屋基础使上部结构产生振动， 这就是地震作用。地震作用使结构产生的运动称为地震反应，包括位移、 速度、与加速度，加速度将使结构产生惯性力，过大的惯性力将会影响 结构的正常使用，甚至造成结构的破坏。 地震波使建筑房屋产生竖向振动和水平振动，一般对房屋的破坏主要 由水平振动造成。设计中主要考虑水平地震作用，只有震中附近的高烈 度区域才考虑竖向地震作用。 地震动三要素： 1、强度：反应地震波的幅值，烈度大，强度大。 2、频谱：反应地震波的波形，1962年墨西哥地震时，墨西哥市a=0.05g， 但由于地震卓越周期与结构接近，从而破坏严重。 3、持时：反应地震波的持续时间，短则对结构影响不大。
动速度和位移可能对结构的破坏具有更大影响，但振型反应谱法或底部剪力尚无 法对此作出估计。出于结构安全的考虑，《高层规程》规定了结构各楼层水平地 震剪力最小值的要求，给出了不同烈度下的楼层地震剪力系数（即剪重比），结 构的水平地震作用效应应据此进行相应的调整。 水平地震作用计算时，结构各楼层对应于地震作用标准值的剪力应符合下式要 求：
1、计算范围： 水平地震作用：
• 6度区 （除甲类建筑和IV类场地上的较高房屋
外）可不算 • 7-9度区 （除可不进行上部结构抗震验算的房 屋外）均算
竖向地震作用：
•8、9度大跨度结构和长悬臂结构 •9度的高层建筑
2、水平地震作用的计算原则： – 一般正交布置抗侧力构件的结构，可沿纵横主轴方向分别计算 – 斜交布置抗侧力构件的结构，宜按平行于抗侧力构件方向计算 – 质量和刚度明显不均匀、不对称的结构，应考虑水平地震作用的 扭转影响
5、动力时程分析法
在结构设计中有哪些容易违反的强制性条文
在结构设计中有哪些容易违反的强制性条文一、荷载及地震作用1. 楼面均布活荷载取值有误。
取值有误的楼面活荷载主要有阳台、走道、门厅、楼梯、电梯公用前室及消防疏散楼梯的活荷载。
可能出现人流密集的建筑主要是指学校、公共建筑和高层建筑。
民用建筑未明确的常用楼面活荷载标准值如下:设浴缸、坐厕的卫生间4KN/㎡;有分隔蹲厕的公共卫生间8KN/㎡(包括填料、隔墙)或按实际考虑;阶梯教室、微机房3KN/㎡;银行金库、配电室、水泵房10KN/㎡;地下一层顶板施工活荷载5 KN/㎡;楼板下挂管道及设备荷载按实际情况考虑且不小于0.5 KN/㎡;宾馆、饭店的大型厨房不小于8 KN/㎡或有较重炉灶、设备及储料时应按实际取用。
《建筑结构荷载规范》GB50009-2022第5.1.1条。
2. 基本风压、基本雪压取值不对。
对风荷载比较敏感的高层建筑(一般可认为是高度超过60m的高层建筑)，承载力设计应按基本风压的1.1倍采用。
计算位移按50年一遇基本风压，计算结构风振舒适度按10年一遇风荷载标准值。
对雪荷载敏感的结构主要是大跨、轻质屋盖结构，此类结构的雪荷载经常是控制荷载，应采用100年重现期雪压。
确定门式刚架轻型房屋钢结构的基本风压Wo时，应按现行国家标准《建筑结构荷载规范》GB 50009的规定值乘以1.05采用。
《建筑结构荷载规范》GB50009-2022第7.1.1条，第7.1.2条，第8.1.1条，第8.1.2;《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ3-2022第4.2.2。
3、设计楼面梁、墙、柱及基础时，未按规范进行荷载折减。
这是考虑楼面上的活载不能同时布满所有的楼面。
如果不折减会造成基础设计过于保守，柱子内力及配筋计算有误。
新荷规修订，设计楼面梁、墙、柱及基础时对消防车的活荷载的折减不在包含在强制性条文中。
《建筑结构荷载规范》GB50009-2022第5.1.2条。
4、大、中、小学校的各类建筑，考虑到人流密集，对阳台、楼梯、看台、外廊及屋面栏板或栏杆的顶部未进行水平承载力验算。
高层建筑的抗震设计
高层建筑的抗震设计高层建筑是现代城市发展中不可或缺的一部分，它们不仅提供了大量的办公和居住空间，也是城市地标和人们生活的象征。
然而，由于地震的频发和破坏力，高层建筑的抗震设计显得尤为重要。
本文将探讨高层建筑的抗震设计原则、技术以及未来的发展趋势。
一、抗震设计原则1. 结构合理性高层建筑的结构设计应合理，结构形式选择应考虑各种力的影响，如竖向荷载、水平荷载以及地震荷载。
2. 隔震设计隔震设计是高层建筑抗震的关键措施之一。
通过设置隔震装置，能有效减轻地震对建筑物的冲击。
常见的隔震装置包括橡胶隔震支座和钢球隔震装置等。
3. 抗震墙抗震墙是高层建筑中常见的抗震设计手段。
通过将抗震墙布置在建筑的关键部位，可以提高建筑的整体抗震能力。
4. 钢结构设计钢结构在高层建筑中的应用越来越广泛，其强度和韧性使其成为抗震设计的理想选择。
钢结构能够在地震中更好地吸收能量，并分散到整个结构中。
5. 增加结构强度通过增加材料的强度和截面尺寸，可以提高高层建筑的抗震能力。
在设计过程中，应根据地震的烈度和建筑物的高度，选择适当的强度和截面尺寸。
二、抗震设计技术1. 数值模拟数值模拟是高层建筑抗震设计中常用的技术手段之一。
通过计算机模拟地震力对建筑物的作用，可以评估不同结构形式和材料参数的抗震性能。
2. 结构监测与预警系统结构监测与预警系统可以实时监测高层建筑的结构状态，并在地震发生前提供预警信息。
这为人们提供了逃生和避险的宝贵时间。
3. 新型材料的应用随着科技的进步，新型材料如碳纤维复合材料等逐渐应用到高层建筑的抗震设计中。
这些材料具有更好的抗震性能和轻质高强的特点。
4. 钢筋混凝土结构的优化在高层建筑的抗震设计中，钢筋混凝土结构是最常见的结构形式之一。
通过优化设计方法和加强施工质量管理，可以提高钢筋混凝土结构的抗震性能。
三、未来的发展趋势1. 结构柔性化未来的高层建筑抗震设计将朝着结构柔性化发展。
通过使用可调节的结构和材料，在地震发生时，建筑物可以自动调整结构形态，减少地震荷载对建筑的影响。
《高层建筑结构与抗震》期末复习题指导
《高层建筑结构与抗震》期末复习题1.在高层建筑结构设计中，（ C ）起着决定性作用，A.地震作用B.竖向荷载与地震作用C.水平荷载与地震作用D.竖向荷载与水平荷载2.（ A ）的优点是建筑平面布置灵活，可以做成有大空间的会议室，餐厅、车间、营业室教室等，需要时，可用隔断分割成小房间，外墙用半承重构件，可使立面灵活多变。
A.框架结构体系 B.剪力墙结构体系 C.框架—剪力墙结构体系 D.筒体结构体系3.（ A ）具有造价低廉，取材丰富，并可浇筑各种复杂断面形状，而且强度高、刚度大、耐火性和延性良好、结构平面布置方便，可组成多种结构体系等优点。
A.钢筋混凝土结构 B.钢结构 C.钢—钢筋混凝土组合结构 D.钢—钢筋混凝土组合结构4.（ D ）最主要的特点是它的空间受力性能。
它比单片平面结构具有更大的抗侧移刚度和承载力，并具有较好的抗扭刚度。
因此，该种体系广泛用于多功能、多用途、层数较多的高层建筑中。
A.框架结构体系B.剪力墙结构体系C.框架—剪力墙结构体系D.筒体结构体系5.下列关于荷载对结构的影响叙述中，错误的是（ C ）。
A .低层和多层建筑的竖向荷载为主要荷载 B .高层建筑的水平荷载为主要荷载C .左右建筑都必须考虑风荷载作用的影响D .在地震区需要考虑地震作用的影响6.“小震不坏，中震可修，大震不倒”是建筑抗震设计三水准的设防要求，所谓小震，下列叙述正确的是（ C ）。
A.6度或7度的地震B.50年设计基准期，超越概率大于10%的地震C.50年设计基准期内，超越概率为63.2%的地震D.6度以下的地震7.在目前，国内设计规范，仍沿用（ A ）方法计算结构内力，按弹塑性极限状态进行截面设计。
A.弹性B. 塑性C.弹塑性D.都不对8.框架梁的弯矩调幅只对（ C ）作用下的内力进行。
A.地震荷载 B.水平荷载 C.竖向荷载 D.风荷载9.在修正反弯点法中，梁、柱的线刚度比值越大，修正系数α植（A ）。
高层建筑的风载与地震载设计
高层建筑的风载与地震载设计一、引言随着城市化进程的不断加快，高层建筑在城市中的比重越来越大。
然而，高楼大厦所处的环境复杂多变，不仅需要承受自身重力荷载，还需要考虑外部因素对其产生的影响，其中风载和地震载是最为重要的两项。
本文将重点讨论高层建筑的风载和地震载设计原理及方法。
二、风载设计1. 风压计算方法风是高层建筑结构受力的重要外部因素之一，而风压则是描述风对建筑物外立面产生作用的力。
根据《GB50009-2012建筑结构荷载规范》等相关规范，风载通常分为静风压和动态风压两部分。
静风压是指风作用下建筑物所受的静态压力，一般可根据建筑物外形采用简化公式计算；动态风压则是指风速变化引起的压力波动，需要考虑更多复杂因素。
2. 风振问题除了直接的风压作用外，高层建筑还会因为风致使结构发生振动，即所谓的风振问题。
当风速较大时，如果结构频率与风激励频率接近甚至相等，就会导致共振现象发生，加剧了结构受力情况。
因此，在设计过程中需要对结构进行合理的抗风振设计，避免共振现象的发生。
三、地震载设计1. 地震波与地震烈度地震是另一个常见的自然灾害，对高层建筑的破坏性极大。
在地震设计中需要考虑到地震波对结构产生的作用。
通常地震波可通过地震烈度参数进行描述，建筑物所受地震作用取决于地震波传递到建筑物基础下时的幅值和频率内容。
2. 结构抗震设计结构抗震设计是为了保证建筑物在发生地震时有足够抵抗破坏的能力。
常见的抗震措施包括设置剪力墙、加固节点连接等。
此外，在设计过程中还应考虑土壤条件、楼层质量、柱网间距等因素对结构抗震性能的影响。
四、综合考虑与优化1. 风载与地震载的叠加效应高层建筑在实际情况下受到的是同时存在的多种荷载作用，包括自重、风荷载、地震荷载等。
这些荷载不仅会单独作用于结构上，并且还会相互影响产生复杂叠加效应，因此在设计时需要综合考虑各种荷载对结构安全性的影响。
2. 结构优化设计为了更好地确保高层建筑在复杂环境下的安全性能，工程师们往往还会进行结构优化设计。
基于规范的高层建筑风荷载与地震作用对比分析
基于规范的高层建筑风荷载与地震作用对比分析高层建筑在设计与施工过程中需要考虑到多种因素，其中包括风荷载与地震作用。
风荷载是指建筑物受到风的作用而产生的荷载，地震作用是指建筑物受到地震震动的影响而产生的荷载。
本文将基于规范对高层建筑的风荷载与地震作用进行比较分析。
首先，风荷载与地震作用的产生机理不同。
风荷载是由风向、风速、风压等因素决定的，而地震作用是由地震的震级、频率、振动周期等因素决定的。
风荷载作用于建筑物的外墙、屋顶等表面，而地震作用主要作用于建筑物的结构体系。
其次，风荷载与地震作用的特点也存在差异。
风荷载具有不均匀性和非静止性，即风的力量会不断变化，而且不同方向的风荷载也不同。
相比之下，地震作用具有不确定性和瞬时性，即地震会在短时间内产生瞬时的巨大力量。
风荷载对建筑物的作用是周期性的，而地震作用是一次性的。
此外，规范对于高层建筑的风荷载与地震作用有不同的计算方法和安全系数要求。
对于风荷载，规范一般采用了静力学方法进行计算，并根据建筑物的形状、高度、使用范围等参数来确定相应的风荷载系数。
而对于地震作用，规范会根据地震活动的频率、地震带的情况等因素，采用动力学方法来计算结构的地震反应，并要求建筑物在地震作用下具有足够的抗震安全储备。
最后，高层建筑的结构设计也存在差异。
为了能够承受风荷载和地震作用，高层建筑的结构体系通常采用了钢结构或混凝土结构，并结合适当的剪力墙、框架结构等来提高其抗风抗震能力。
而在设计时，需要根据规范对风荷载与地震作用的计算结果进行结构的优化设计，以确保高层建筑的安全性。
综上所述，高层建筑的风荷载与地震作用是设计与施工中需要考虑的重要因素。
虽然二者在产生机理、特点和计算方法上存在差异，但都要求建筑物具有足够的抗风抗震能力。
因此，在高层建筑的设计与施工过程中，需要根据规范对风荷载与地震作用进行合理的分析与比较，以确保建筑物的安全性。
高层建筑受力分析
高层建筑受力分析高层建筑是现代城市发展的重要标志，然而，由于其高度和结构的复杂性，受力分析成为设计和施工的关键问题。
本文将对高层建筑的受力特点、受力分析方法以及常见的受力问题进行探讨。
一、高层建筑的受力特点高层建筑由于自身重量的影响，以及外界风力、地震力等因素的作用，存在着复杂的受力情况。
为了确保高层建筑的结构稳定和安全性，需要对其受力特点进行全面分析。
1. 自重受力：高层建筑的自重主要由建筑材料的重量构成，包括楼板、墙体、柱子等。
自重受力是高层建筑最基本也是最直接的受力形式。
2. 垂直荷载受力：除了自重外，高层建筑还需要承受来自人们活动、家具设备以及各种设施的垂直荷载。
在设计和施工过程中，需要对这些荷载进行准确合理的估计和计算。
3. 风荷载受力：高层建筑由于其外形特殊，容易受到风的作用，尤其是靠近沿海或者山区的高层建筑更容易受到强风的影响。
设计和施工过程中，需要预先估计风荷载并进行合理的受力分析。
4. 地震荷载受力：地震是高层建筑最大的威胁之一，特别是在地震多发地区。
鉴于地震的不确定性，设计者需要合理地预测地震的荷载，并采取相应的防护措施。
二、高层建筑的受力分析方法为了对高层建筑的受力情况进行准确的分析和计算，工程师们采用了各种分析方法，包括静力分析、弹性分析和有限元分析等。
1. 静力分析：静力分析是最常见的高层建筑受力分析方法之一。
通过假设结构和外界荷载静止不变，采用力学平衡原理对结构进行受力分析。
这种方法适用于受力简单、结构稳定的情况。
2. 弹性分析：弹性分析是一种更为精确的分析方法，通过考虑结构的变形和刚度的影响，在分析过程中考虑结构的弹性变形。
这种方法适用于受力复杂、结构刚度较大的情况。
3. 有限元分析：有限元分析是一种更加综合和精确的受力分析方法，可用于高层建筑的复杂受力情况。
通过将结构分割成有限个小单元，将结构的受力和变形问题转化为求解各个单元的受力和变形问题。
三、高层建筑的常见受力问题在高层建筑的设计和施工过程中，存在一些常见的受力问题，需要进行仔细的分析和解决。
高层建筑结构设计荷载和地震作用
要点三
温度变化的取值标准
根据现行国家规范和标准，结合结构 设计实际情况确定温度变化值。
土壤-结构相互作用
土壤-结构相互作用的概念
土壤-结构相互作用是指高层建筑结构与地基之间的相互作用，包括侧向力和垂直向下的 重力。
土壤-结构相互作用对高层建筑结构的影响
土壤-结构相互作用对高层建筑结构的影响主要体现在结构的稳定性、沉降和侧移等方面 ，可能影响结构的正常使用和耐久性。
土壤-结构相互作用的取值标准
根据高层建筑结构的类型、地质条件等因素，按照现行国家规范和标准确定土壤-结构相 互作用的数值。同时根据实际情况进行地基处理和加固措施，以保障高层建筑结构的稳定 性。
05
设计案例分析
某高层办公楼结构设计方案
01
结构形式
采用钢筋混凝土框架-核心筒结构形式，具有较高的承载力和侧向刚度Leabharlann 结构设计中的荷载组合和分布
荷载组合
根据结构设计需要，将不同荷载进行组合，以考虑其对结构 的影响。
荷载分布
分析不同荷载在结构中的分布情况，以确定结构设计的重点 和难点。
荷载对结构安全和使用寿命的影响
结构安全性
荷载对结构安全性影响较大，过大的荷载可能导致结构失稳或破坏。
使用寿命
荷载对结构使用寿命有很大影响，过大的荷载可能缩短结构使用寿命。
目前对于高层建筑结构设计荷载和地震作用的研究数据仍不充足 ，需要加强实测数据的积累和整理。
研究方法的局限性
现有的研究方法主要基于理论分析和数值模拟，对于真实情况下 的高层建筑结构设计荷载和地震作用仍存在一定的误差。
未来研究的需求
需要加强高层建筑结构设计荷载和地震作用的多学科交叉研究，包 括结构工程、地震工程、地理信息科学等领域。
高层建筑结构设计难点分析
高层建筑结构设计难点分析
高层建筑是如今城市中常见的建筑形式，其不仅可以提供更多的空间，同时也是城市
发展的标志。
由于高层建筑的结构设计需要考虑的因素较多，所以其设计难度也相对较大。
本文将从地基承载、风荷载、地震作用等方面分析高层建筑结构设计的难点。
一、地基承载
地基承载是高层建筑结构设计中的一大难点。
在选择地基承载方式时，需要考虑建筑
物的自重、荷载、地基土壤的承载力等因素。
地基土壤的承载力对地基承载能力起着至关
重要的作用。
不同地基土壤的承载力不同，所以需要根据实际情况进行地基土壤勘察，以
确定地基承载方式和地基基础结构。
高层建筑地基承载还需要考虑地铁、地下管线等因素
的影响，这些都会对地基承载产生一定的影响，需要结构设计师进行合理的考虑和设计。
二、风荷载
风荷载是高层建筑结构设计中的另一大难点。
由于高层建筑受到风力的作用，所以需
要考虑风荷载对建筑物的影响。
通常情况下，高层建筑结构设计中会对建筑物采取一些措
施来减小风荷载的影响，比如采用空气动力学设计、采用减震措施等。
高层建筑结构设计
中还会考虑到建筑的稳定性和抗风性能，这些也是结构设计中需要进行综合考虑的因素。
所以，在高层建筑结构设计中，风荷载是需要进行综合分析和设计的一大难点。
地基承载、风荷载、地震作用等因素都是高层建筑结构设计中的难点。
尽管如此，随
着科技的发展和建筑技术的不断进步，相信这些难点在未来会得到更好的解决。
相信在不
久的将来，高层建筑的结构设计将更加完善，也将为城市的发展和规划带来更多的可能。
高层建筑结构抗震概念设计原则
高层建筑结构抗震概念设计原则随着科技的发展和城市化的加速，越来越多的高层建筑拔地而起，为人们的生产和生活提供了更高效、便捷的服务。
但在城市建设中，却经常会遭受天灾人祸的威胁，其中最常见的就是地震。
因此，为了确保高层建筑在地震中安全稳定，高层建筑结构抗震概念设计原则至关重要。
一、基础设施的抗震设计作为高层建筑的根基，基础设施的建设和设计必须充分考虑地震对其的影响。
首先，建立深厚的地基，以确保建筑物有足够的支撑和稳定性。
其次，应该考虑到地震时的水土流失和液化现象，采取相应的措施降低其影响。
二、结构的抗震设计高层建筑的结构设计应当从多方面考虑地震造成的动力荷载和地震位移，以确保结构的稳定性。
在设计结构时，应采用高强度、高韧性、耐久性能好的材料，并合理使用抗震支撑、隔震措施等。
三、设备设施的抗震设计设备设施也是高层建筑重要的组成部分，特别是一些重要的使用设备，更是与建筑安全直接相关。
因此，在设备设施的设计中要充分考虑地震的影响，如将设备安装在低处等，在震动作用下可以降低可能的灾害。
四、综合保护设计在高层建筑的设计过程中，建筑各部分之间是相互联系、相互依赖的。
因此，综合保护设计是重要的一环，要从各方面考虑高层建筑的抗震应对能力。
从建筑的外部形态来看，应减少突出于墙体的结构（如挑檐、明窗等）；在建筑的内部结构上，应合理设置梁柱系统，营造均衡、稳定的结构体系；在管道和连接设备的设计中，应采取防震措施以强化其抗震性。
总之，高层建筑结构抗震概念设计原则是一个综合性、相互依存的过程，需要从基础设施、结构、设备设施、综合保护等方面进行考虑。
通过合理的抗震设计，可以使高层建筑在地震中更加稳定和安全，为人们的生活和社会发展做出更加重要的贡献。
高层结构设计第3章 高层建筑的荷载和地震作用
3、抗震设防目标
具体通过“三水准”的抗震设防要求和 “两阶段”的抗震设计方法实现。
三水准地震作用的标定
三水准：“小震”“中震”“大震” 地震影响 众值烈度（多遇地震）小震 基本烈度（设防烈度地震）中震 罕遇烈度（罕遇地震）大震 50年超越概率 63.2% 10% 2-3% 地震重现期 50年 475年 1642-2475年
：空气密度
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（2）风荷载体型系数 s 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、表面位臵等而改变，其大小由实测或风洞试验确定 s =垂直于建筑表面的平均风作用力/基本风压值
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（2）风荷载体型系数 s 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、表面位臵等而改变，其大小由实测或风洞试验确定 s =垂直于建筑表面的平均风作用力/基本风压值
吸力
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4、总风荷载
各个表面承受风力的合力，沿高度变化的分布荷载
Z Z 0 (1 B1 cos1 Zn Bn cos n )
α2 =900 α1=0 μs= +0.8 B1 wind B4
μs=-0.6
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μs=-0.6
4、地震作用计算原则
一般情况下，计算两个主轴方向的地震作用；有斜交抗 侧力构件（角度大于 15 度）时应分别计算各抗侧力构件 方向的地震作用 质量与刚度分布明显不对称、不均匀的结构，应计算双 向水平地震作用下的扭转影响，其他情况应计算单向地 震作用下的扭转影响 8 度和 9 度抗震设计时，高层建筑中的大跨度和长悬臂结 构应考虑竖向地震作用 9度抗震设计时应计算竖向地震作用
高层建筑结构的荷载和地震作用31竖向荷载ss=
第3章 高层建筑结构的荷载和地震作用高层建筑结构主要承受竖向荷载和和水平荷载。
恒荷载 风荷载 1) 竖向荷载 2)水平荷载活荷载 地震作用 本章主要内容z 竖向荷载（简介） z 风荷载（重点）z 地震作用（工程结构抗震课介绍此部分内容） 与多层建筑结构有所不同，高层建筑结构：z 竖向荷载效应远大于多层建筑结构；z 水平荷载的影响显著增加，成为其设计的主要因素； z 对高层建筑结构尚应考虑竖向地震的作用。
3.1 竖向荷载3.1.1 恒荷载1）恒荷载是指各种结构构件自重和找平层、保温层、防水层、装修材料层、隔墙、幕墙及其附件、固定设备及其管道等重量，其标准值可按构件尺寸、和材料密度（单位体积或面积的自重）计算确定。
2）材料容重可从《荷载规范》查取；固定设备由相关专业提供。
3.1.2 活荷载 1. 楼面活载1）高层建筑楼面均布活荷载的标准值及其组合值、频遇值和准永久值系数，可按《荷载规范》的规定取用。
2）在荷载汇集及内力计算中，应按未经折减的活荷载标准值进行计算，楼面活荷载的折减可在构件内力组合时进行。
2. 屋面活载1）屋面均布活荷载的标准值及其组合值、频遇值和准永久值系数，可按《荷载规范》的规定取用。
2）有些情况下，应考虑屋面直升机平台的活荷载：（优于五星级酒店的是，七星级酒店将提供秘书式的“管家服务”，辟有直升机停机坪，用直升机和“大奔”接送客人。
）3. 屋面雪荷载1）屋面水平投影面上的雪荷载标准值k s ，应按下式计算：0r k s s μ= （3.1.1）式中：0s 为基本雪压，系以当地一般空旷平坦地面上统计所得50年一遇最大积雪的自重确定，按《荷载规范》取用；μr为屋面积雪分布系数，屋面坡度α≤25°时，μr取1.0，其它情况可按《荷载规范》取用。
2）雪荷载的组合值系数可取0.7；频遇值系数可取0.6；准永久值系数按雪荷载分区Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ的不同，分别取0.5、0.2和0。
3）雪荷载不应与屋面均布活荷载同时组合。
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高层建筑结构的荷载和地震作用
3.2 活荷载
1、楼面活载 1）高层建筑楼面均布活荷载的标准值及其组合值、频遇值和准永久值
系数，可按《荷载规范》的规定取用。 2）在荷载汇集及内力计算中，应按未经折减的活荷载标准值进行计算，
楼面活荷载的折减可在构件内力组合时取用。 2、屋面活载 1）屋面均布活荷载的标准值及其组合值、频遇值和准永久值系数，可
3.1 竖向荷载
高层建筑结构的荷载和地震作用 3.1 恒荷载
恒荷载是指各种结构构件自重和找平层、保温层、防水层、装修材料 层、隔墙、幕墙及其附件、固定设备及其管道等重量，其标准值可按构 件及其装修的设计尺寸和材料单位体积或面积的自重计算确定。
材料容重可从《荷载规范》查取；固定设备由相关专业提供。
3.1 竖向荷载
风压高度变化系数：为某类地表上空高度处的风压与基本风压的比值， 该系数取决于地面粗糙程度指数。 现行规范将地面粗糙程度分为四类：
A类——指近海海面、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——指密集建筑群且房屋较高的城市市区。
的相互干扰，房屋某些部位的局部风压会显著增大。 《高层规程》规定，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。一般可将单体建筑的体型系数乘以相互干 扰增大系数，该系数可参考类似条件的试验资料确定，必要时宜通过风洞 试验确定。
（3）局部风压体型系数 在计算风荷载对建筑物某个局部表面的作用时，要采用局部风荷载 体型系数，用于验算表面围护结构及玻璃等强度和构件连接强度。 檐口、雨蓬、遮阳板、阳台等水平构件计算局部上浮风荷载时，风 荷载体型系数不宜小于2.0。设计建筑幕墙时，应按有关的标准规定采用。
高层建筑结构的荷载和地震作用
3、风荷载体型系数 s
1）风压分布系数——风压与体型的关系
迎风面的风压力在建筑物的中间偏上为最大，两边及底下最小；侧风面一般近 侧大，远侧小，分布也极不均匀；背风面一般两边略大，中间小。
2）定义：风荷载体型系数是指风作用在建筑物表面所引起的压力(吸力)与原 始风速算得的理论风压的比值。
高层建筑结构的荷载和地震作用
第3章 高层建筑结构的荷载和地震作用
高层建筑结构主要承受竖向荷载和水平荷载。
1）竖向荷载
恒荷载 活荷载
2）水平荷载
风荷载 地震作用
与多层建筑结构有所不同，高层建筑结构—— 1）竖向荷载效应远大于多层建筑结构； 2）水平荷载的影响显著增加，成为其设计的主要因素； 3）对高层建筑结构尚应考虑竖向地震的作用。
3.1 竖向荷载
高层建筑结构的荷载和地震作用
3.2 风荷载
空气从气压大的地方向气压小的地方流动就形成了风，与建筑物有关的是靠 近地面的流动风，简称为近地风。 当风遇到建筑物时在其表面上所产生的压力或吸力即为建筑物的风荷载。
标准地貌
建筑高度
标准风速
风荷载标准值
建筑外型
风向
风的动力作用
对于高层建筑，一方面风使建筑物受到一个基本上比较稳定的风压，另一
（2）雪荷载的组合值系数可取 0.7；频遇值系数可取 0.6；准永久值系数按雪 荷载分区Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ的不同，分别取 0.5、0.2 和 0。
（3）雪荷载不应与屋面均布活荷载同时组合。
4、施工活荷载
施工活荷载一般取 1.0~1.5kN/m2。
对高层建筑结构，计算活荷载产生的内力时，可不考虑活荷载的最不利布置。 为简化计算，可按活荷载满布进行计算，然后将这样求得的梁跨中截面和支座截 面弯矩乘以 1.1~1.3 的放大系数。
方面风又使建筑物产生风力振动。（静力＋动力）
3.2 风荷载
高层建筑结构的荷载和地震作用
3.2.1 风荷载标准值 wk
1、基本风压 w0
我国《荷载规范》规定，基本风压系以当地比较空旷平坦地面上离地 10m高， 统计所得的 50 年一遇 10 分钟平均最大风速v0（m/s）为标准，按风速确定的风压值， 但不得小于 0.3kN/m2。特别重要的高层建筑，取100年。
3.2 风荷载
高层建筑结构的荷载和地震作用
2、风压高度变化系数 z
风速大小与高度有关，一般近地面处的风速较小，愈向上风速逐步加大。当
达到一定高度时（300~500m），风速不受地表影响，达到所谓梯度风。而且风速的 变化还与地面粗糙程度有关。
离地高度（m）
梯度风 100
89
77
梯度风 100
90
梯度风 100
61
76
91
59
79
49
70
城市
乡村
海洋
风压沿高度的变化规律一般用指数函数表示，即
vz vH z H
H vH ——分别为标准高度（例如10m）及该处的平均风速；
——地面粗糙度系数；地表粗糙程度愈大， 值则愈大；
3.2
风荷载
高层建筑结构的荷载和地震作用
由于《规范》只给出了10m高度处的风压，则其他高度处的风压可由此求得。
4）风荷载体型系数的确定：根据设计经验和风洞试验 （１）单体风压体型系数
例:
-0.6
当表面粗糙时取μs = 0.8
-0.6
3.2 风荷载
+0.8 －(0.48+0.03H/L)
0.8&的荷载和地震作用
（2）群体风压体型系数 对建筑群，尤其是高层建筑群，当房屋相互间距较近时，由于漩涡
按《荷载规范》的规定取用。 2）有些情况下，应考虑屋面直升机平台的活荷载。
3.1 竖向荷载
高层建筑结构的荷载和地震作用
3、屋面雪荷载
（1）屋面水平投影面上的雪荷载标准值：Sk r S0
S0为基本雪压，系以当地一般空旷平坦地面上统计所得 50 年一遇最大积雪的 自重确定。按《荷载规范》取用；μr为屋面积雪分布系数，可按《荷载规范》取 用。
高层建筑结构的荷载和地震作用
4、风振系数 z
１）风速特点： 风速的变化可分为两部分：一种是长周期的成分，其值一般在10min以上；另一种 是短周期成分，一般只有几秒左右。因此，为便于分析，通常把实际风分解为平均风 （稳定风）和脉动风两部分。稳定风周期长，对结构影响小；脉动风周期短，对结构 影响大。
3）特点：风荷载体型系数一般都是通过实测或风洞模拟试验的方法确定，它 表示建筑物表面在稳定风压作用下的静态压力分布规律，主要与建筑物的体型与尺 度有关。
3.2 风荷载
高层建筑结构的荷载和地震作用
3）计算：在计算风荷载对建筑物的整体作用时，只需按各个表面的平 均风压计算，即采用各个表面的平均风荷载体型系数计算。