高层建筑荷载与地震作用
高层建筑结构设计荷载和地震作用
结构地震反应分析
结构地震反应分析是研究结构在地震作用下的反应，包括位移、速度、加速 度和内力等反应。通过结构地震反应分析，可以确定结构的动力特性、地震 作用效应以及结构薄弱环节。
抗震设计
抗震设计是根据结构地震反应分析和建筑物的使用要求，采取相应的抗震措 施，包括场地选择、地基处理、结构体系选择、构造措施等，以满足建筑物 在地震作用下的安全性和可靠性要求。
采用有限元分析法对结构进行离散化分析， 得到各种荷载作用下的应力、应变、位移等 响应，并进行组合计算。
03
地震作用分析
地震作用特点及影响因素
地震作用随震源深度的增加而减小； 地震作用随场地土质的承载能力增加而减小；
地震作用随震中距离的增加而减小； 地震作用随建筑物高度增加而增加。
地震烈度指标和地震动参数
04
高层建筑结构荷载和地震作用精细化设计
基于性能的设计理念和原则
基于性能的设计理念
强调结构设计的安全性、适用性和耐久性，以结构性能为核心，综合考虑结构安 全性、使用性能和耐久性等多方面因素。
基于性能的设计原则
采用合理、有效的设计方法和措施，提高结构性能指标，降低结构安全风险和经 济成本，实现结构设计的高效、经济和安全。
可变荷载
包括楼面活荷载、风荷载、雪荷 载等，其数值随时间变化且与结 构使用性能有关。
偶然荷载
包括地震作用、爆炸力、撞击力等 ，其数值巨大、作用时间短暂，具 有随机性和不可预测性。
结构荷载效应组合
承载能力极限状态
结构或构件达到最大承载能力或出现不适于继续承载的变形状态，需要进行承载 能力极限状态计算。
《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。
高规2010
三、结构设计基本规定3．8．1 高层建筑结构构件的承载力应按下列公式验算：持久设计状况、短暂设计状况γ0S d≤R d(3．8．1—1)地震设计状况S d≤R d／γRE (3．8．1—2)式中：γ0——结构重要性系数，对安全等级为一级的结构构件不应小于1.1，对安全等级为二级的结构构件不应小于1.0；S d——作用组合的效应设计值，应符合本规程第5．6．1～5．6．4条的规定；R d——构件承载力设计值；γRE——构件承载力抗震调整系数。
3．9．1 各抗震设防类别的高层建筑结构，其抗震措施应符合下列要求：1 甲类、乙类建筑：应按本地区抗震设防烈度提高一度的要求加强其抗震措施，但抗震设防烈度为9度时应按比9度更高的要求采取抗震措施；当建筑场地为I类时，应允许仍按本地区抗震设防烈度的要求采取抗震构造措施。
2 丙类建筑：应按本地区抗震设防烈度确定其抗震措施；当建筑场地为I类时，除6度外，应允许按本地区抗震设防烈度降低一度的要求采取抗震构造措施3．9．3 抗震设计时，高层建筑钢筋混凝土结构构件应根据抗震设防分类、烈度、结构类型和房屋高度采用不同的抗震等级，并应符合相应的计算和构造措施要求。
A级高度丙类建筑钢筋混凝土结构的抗震等级应按表3．9．3确定。
当本地区的设防烈度为9度时，A级高度乙类建筑的抗震等级应按特一级采用，甲类建筑应采取更有效的抗震措施。
注：本规程“特一级和一、二、三、四级”即“抗震等级为特一级和一、二、三、四级”的简称。
3．9．4 抗震设计时，B级高度丙类建筑钢筋混凝土结构的抗震等级应按表3.9.4确定。
四、荷载和地震作用4．2．2 基本风压应按照现行国家标准《建筑结构荷载规范》GB 50009的规定采用。
对风荷载比较敏感的高层建筑，承载力设计时应按基本风压的1.1倍采用。
4．3．1 各抗震设防类别高层建筑的地震作用，应符合下列规定：1 甲类建筑：应按批准的地震安全性评价结果且高于本地区抗震设防烈度的要求确定；2 乙、丙类建筑：应按本地区抗震设防烈度计算。
高层建筑结构与抗震常见问题解答第9章 荷载效应组合及设计要求
第9章 荷载效应组合及设计要求1．什么是荷载效应？什么是荷载效应组合？一般用途的高层建筑结构承受哪些何载？答：所谓荷载效应，是指在某种荷载作用下结构的内力或位移。
按照概率统计和可靠度理论把各种荷载效应按一定规律加以组合，就是荷载效应组合。
一般用途的高层建筑结构承受的竖向荷载有结构、填充墙、装修等自重（永久荷载）和楼面使用荷载、雪荷载等（可变荷载）；水平荷载有风荷载及地震作用。
各种荷载可能同时出现在结构上，但是出现的概率不同。
2．如何考虑荷载效应的组合？分项系数与组合系数各起何作用？答：通常，在各种不同荷载作用下分别进行结构分析，得到内力和位移后，再用分项系数与组合系数加以组合。
《建筑结构荷载规范》（GB50009-2001，以下简称为《荷载规范》）上给出的自重及使用荷载、雪荷载等值，以及风荷载及地震等效荷载值都称为荷载标准值。
各种标准荷载独立作用产生的内力及位移称为荷载效应标准值，在组合时各项荷载效应应乘以分项系数及组合系数。
分项系数是考虑各种荷载可能出现超过标准值的情况而确定的荷载效应增大系数，而组合系数则是考虑到某些荷载同时作用的概率较小，在叠加其效应时要乘以小于1的系数。
例如，风荷载和地震作用同时达到最大值的概率较小，因此在风荷载和地震作用组合时，风荷载乘以组合系数0.2。
3．如何选择控制截面及最不利内力类型答：在构件设计时，要找出构件设计的控制截面及控制截面上的最不利内力，作为配筋设计的依据。
首先要确定构件的控制截面，其次要挑选这些截面的最不利内力。
所谓最不利内力，就是使截面配筋最大的内力。
控制截面通常是内力最大的截面，但是不同的内力（如弯矩、剪力）并不一定在同一截面达到最大值，因此一个构件可能同时有几个控制截面。
对于框架横梁，其两端支座截面常常是最大负弯矩及最大剪力作用处，在水平荷载作用下，端截面还有正弯矩。
而跨中控制截面常常是最大正弯矩作用处。
在梁端截面（指柱边缘处的梁截面），要组合最大负弯矩及最大剪力，也要组合可能出现的正弯矩。
《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
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。
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。
构件地震作用效应案例
构件地震作用效应案例一、引言地震是一种不可预测的自然灾害，对建筑物的破坏性极大。
因此，在建筑物设计和施工中，必须考虑地震作用效应。
构件地震作用效应是指在地震作用下，构件所受到的力和变形等效应。
本文将以某高层建筑为例，详细介绍构件地震作用效应。
二、案例背景该高层建筑位于中国南方某城市，总高度为200米，共有50层。
建筑结构采用钢筋混凝土框架结构。
设计地震烈度为8度。
三、分析过程1. 地震荷载计算根据设计烈度和建筑结构类型，可以计算出该建筑所受到的地震荷载。
按照规范要求进行计算后，得到该建筑在水平方向上所受到的最大地震力为6000kN。
2. 结构分析对于钢筋混凝土框架结构来说，在进行地震分析时需要进行弹塑性分析。
通过有限元方法模拟出结构在不同荷载下的变形和受力情况，并得出各个节点的受力和变形。
3. 构件地震作用效应分析在进行构件地震作用效应分析时，需要考虑到构件所受到的力和变形等因素。
钢筋混凝土框架结构中，柱子、梁和墙体等构件是承担荷载的主要部分。
下面将分别对这些构件进行地震作用效应分析。
（1）柱子柱子是钢筋混凝土框架结构中承担荷载的主要部分之一。
在地震作用下，柱子所受到的力会导致其产生弯曲变形。
同时，在柱子上方的楼板也会因为受到弯曲力而产生一定的位移。
（2）梁梁是连接柱子之间的主要承重构件。
在地震作用下，梁所受到的力会导致其产生剪切变形和弯曲变形。
同时，在梁上方的楼板也会因为受到弯曲力而产生一定的位移。
（3）墙体墙体是钢筋混凝土框架结构中起着支撑和隔断作用的重要部分。
在地震作用下，墙体所受到的力会导致其产生弯曲变形和剪切变形。
同时，墙体上方的楼板也会因为受到弯曲力而产生一定的位移。
四、结论通过对某高层建筑进行构件地震作用效应分析，可以得出以下结论：1. 构件地震作用效应是指在地震作用下，构件所受到的力和变形等效应。
2. 钢筋混凝土框架结构中，柱子、梁和墙体等构件是承担荷载的主要部分。
3. 在地震作用下，柱子、梁和墙体等构件所受到的力会导致其产生弯曲变形、剪切变形等效应。
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。
高层建筑结构设计荷载和地震作用
为了提高高层建筑的抗震性能，可以采取多重抗震措施， 如设置抗震隔离层、采用隔震支座、安装消能器等。
抗震加固
对于已经建成的老旧高层建筑，如果其抗震性能不足，需 要进行抗震加固。常用的抗震加固方法包括增大截面法、 粘贴钢板法、碳纤维加固法等。
04
结构设计实例
上海中心大厦结构设计
建筑高度
上海中心大厦高度达 632米，是中国第一高
结构反应
02
结构反应是指高层建筑在地震作用下的变形和内力分布情况。
结构抗震性能评估
03
通过对结构反应的分析，评估高层建筑的抗震性能，确定是否
需要进行抗震加固或采取其他措施。
抗震设计方法
基于性能的抗震设计
基于性能的抗震设计是一种以结构性能目标为导向的抗震 设计方法，通过对不同性能目标下的结构反应进行分析和 评估，选择最优的抗震设计方案。
高层建筑未来发展方向
超高层建筑
随着技术的不断进步，未来高层建筑的高度将不断增加，超高层建筑将成为一种新的发展 趋势。
绿色化建筑
未来高层建筑将更加注重绿色环保，采用更多的可再生能源和环保材料，降低能耗和环境 影响。
智能化建筑
未来高层建筑将更加注重智能化设计和管理，利用先进的计算机技术和物联网技术，提高 建筑的智能化水平和运营效率。
结构设计的优化建议
精细化设计
高层建筑的结构设计需要更加精细化，考虑更多的因素，如风荷载 、地震作用、材料性能等，以确保结构的安全性和稳定性。
智能化设计
利用计算机技术和数值模拟方法，进行高层建筑的结构设计和优化 ，提高设计效率和准确性。
创新性设计
鼓励采用新的结构形式和材料，以及新的施工方法和技术，提高高层 建筑的结构性能和经济效益。
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
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。
第3,4章 高层建筑荷载
建筑物的抗震设防类别
建筑应根据其使用功能的重要性分为甲类、乙 类、丙类和丁类四个抗震设防类别。 甲类建筑应属于重大建筑工程和地震时可能发 生严重次生灾害的建筑， 乙类建筑应属于地震时使用功能不能中断或需 尽快恢复的建筑， 丙类建筑应属于除甲、乙、丁类以外的一般建 筑， 丁类建筑应属于抗震次要建筑。
局部风荷载：用于计算局部构件或围护构件或
维护构件与主体的连接。 对于檐口、雨蓬、遮阳板、阳台等突出构件的 上浮力，取μs>=-2.0。 对封闭式建筑，按外表面风压的正、负情况取2.0或+2.0。
3.1.3风洞试验
（JGJ3-2002)规定：有下列情况之一的建筑物， 宜按风洞试验确定风荷载。 1 高度大于200m 2高度大于150m，且平面性状不规则、立面形 状复杂，或立面开洞、连体建筑等 3 规范或规程中没有给出风载体形系数的建筑 物 4 周围地形和环境复杂的建筑物
3.2.3抗震计算理论
计算地震作用的方法可分为静力法、反应谱方法 （拟静力法）和时程分析法（直接动力法）。
反应谱理论
反应谱：单质点弹性体系在一定的地面 运动作用下，其最大反应（加速度、速 度和位移反应）与体系自振周期之间的 变化曲线（谱曲线）。
• 直接动力理论
用地震波（加速度时程）作为地面运动输入，直接计算 并输出结构随时间而变化的地震反应。 • 地震波的选取： 采用弹塑性动力分析方法进行薄弱层验算时，宜符合以下 要求：
第3章 高层建筑荷载
教学提示：本章主要介绍了高层建筑风荷载
的计算；抗震设防的准则和基本设计方 法，水平地震作用的计算方法（主要是 反应谱法）与竖向地震作用的计算方法。 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
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荷载作用 竖向荷载
水平荷载
恒载 楼面，屋面活荷载 风荷载 地震作用 其他作用
本章主要内容
• 风荷载计算 • 地震作用特点和抗震设计目标 • 地震作用的计算方法 • 结构自振周期 • 荷载效应组合 • 结构设计要求 • 结构抗震性能设计要求 • 重力二阶效应和结构稳定性 • 高层建筑结构计算的基本假定、计算简图和计算要求
• 丙类：除了上述以外的一般高层建筑
抗震设防标准
• 甲类建筑：地震作用应高于本地区抗震设 防烈度的要求，抗震措施应比本地区设防 烈度提高1度要求。
• 乙类建筑：地震作用按本地区抗震设防烈 度的要求，抗震措施应比本地区设防烈度 提高1度要求。
• 丙类建筑:地震作用和抗震措施按本地区设 防烈度要求。
抗震设计的目标
地震加速度与设防烈度
• 一般情况下，设防烈度可采用中国地震烈度区划 图中的地震基本烈度
• 也可以采用设计地震基本加速度值对应的烈度值。 • 设计基本地震加速度定义为：50年设计基准期超
越概率10%的地震加速度设计取值。
小，中，大震概念
小、中、大震是指概率统计意义上的地震烈度大小：
小震是指该地区50年内超越概率约为63％的地震烈 度，即众值烈度，又称多遇地震。 中震是指该地区50年内超越概率约为10％的地震烈 度，又称基本烈度或设防烈度。 大震是指该地区50年内超越概率约为2％～3％的地 震烈度，又称为罕遇地震。
C，密集建筑物的大城市
D，密集建筑物群，且房屋较高
与建筑物平面形状有关
风 荷 载 体 型 系 数s
• 建筑物上各个面的风压分布并不均匀 • 迎风面一般是压力作用（体型系数用+表示） • 侧风面和背风面一般为吸力（体型系数用—表示） • 通过实测可以得到建筑物表面的实际风压 • 实际风压是指基本风压值乘以体型系数 • 实际计算风荷载对建筑物的作用时，是按照各个
• 地震作用
地震波作用，产生地面运动，通过房屋基础影响上 部结构，使结构产生振动，这就是地震作用。
• 作用方式
产生竖向振动和水平振动，破坏主要有水平振动造 成的，一般仅考虑水平振动，震中附近高烈度区或 者竖向振动产生严重影响时才考虑竖向振动。
地震反应
• 地震反应
位移，速度，加速度，引起内力，变形
• 影响因素
地震波特性有关，与场地土特性有关，场 地土类别（软土，坚硬土质，覆盖层厚度）
与房屋的动力特性有关，自振周期，振型， 阻尼，结构的质量和刚度
பைடு நூலகம்
抗震设防标准
• 功能重要性分类： • 甲类：地震破坏导致严重后果，造成严重
损伤，建筑物特别重要。
• 乙类：地震时须维持正常使用的建筑物 （医院），人员大量集中的公共建筑。
• 计算公式风：振系数z计算方法
风荷载标准值计算
• 垂直于建筑物表面
总的风荷载
所有的作用面的合力
风荷载计算例题
建筑物剖面图: 基本条件： 基本风压值:0=0.35kN/m2 地面粗糙度B类 结构基本周期0.76s
平面图
计算公式：
已知：0=0.35kN/m2 风荷载体型系数：迎风面0.8，背风面-0.5 风压高度变化系数，根据高度查表插值计算 风振系数，《荷载规范》规定，高度大于30米，高宽比大于1.5， 可忽略扭转影响的高层建筑，可仅考虑第一振型影响，按下面 公式计算。
（1）小震不坏：建筑物使用期间可能遇到的多遇地 震，相当于比设防烈度低1.5度的地震作用。建筑 物应该保持弹性作用不损坏，按这种受力状态进 行内力计算和截面设计。
（2）中震可修：出现设防烈度相同的地震作用，结 构可以出现损坏，局部进入塑性状态，经过维修 后可以使用。
（3）大震不倒：遭遇千年一遇的罕遇地震，超出设 防烈度1~1.5倍，要求不倒塌，保证生命安全。
表面的平均风压计算的平均风压系数，称为风荷 载体型系数
风压分布特点
规范规定
与风向变化有关的系数
风振系数z
什么是风振系数？
变化的风压值对高层建筑的动力效应
什么时候考虑？
高度较高，刚度较小的建筑，必须考虑
如何考虑？
其实质是乘以一个大于1的系数，仍然按照 静力作用计算风荷载效应，对于大于200
米的高层，最好进行风洞试验
抗震设计的要点
• 概念设计 • 抗震计算 • 构造措施
概念设计
• 结构方案选型 • 结构布置 • 由于设计者的经验对结构薄弱环节的加强
抗震计算
• 用定量的方法计算地震反应，保证结构有足够的刚度和承载能力 • 规范要求采用二阶段的设计方法
承载力和使用状态下的变形验算
采用第一水准烈度的地震动参数，先计算出结构在弹性状态下的地震作用 效应，与风、重力等荷载效应组合，并引入承载力抗震调整系数，进行构件 截面设计，从而满足第一水准的强度要求；
风振系数计算公式
脉动影响系数：对于结构迎风面宽度较大时，可根据总高度与 迎风面宽度的比值，查表确定。迎风面H/B=0.435，粗糙度B类。 查表V=0.42。
具体计算过程
• 具体计算时，可取平面图中某一轴线的一品框架，例如③ 轴线，其负载宽度是7.2米，则沿高度分布的风荷载是：
2 地震作用特点和抗震设计目标
1 风荷载计算
关键词
作用在建筑物的表面
压力 吸力
基本风压值
风速 风向 建筑物高度
风振系数 风压高度变化系数
建筑物的位置
地面粗糙度类别
建筑物表面形状
风荷载体型系数
风荷载标准值计算
• 垂直于建筑物表面
与风速有关的基本风压值0
《荷载规范》给出
下列因素相关：
风速，50年一遇10min平均最大风速
空旷地面上
弹塑性变形验算
采用同一地震动参数计算出结构的弹性层间位移角，使其不超过规定的限值。 同时采取相应的抗震构造措施，保证结构具有足够的延续、变形能力和塑性 耗能，从而自动满足第二水准的变形要求。
抗震构造措施
• 保证结构的延性 • 实现在罕遇地震下避免倒塌
3 地震作用的计算方法
10米高度处
50年一遇
具体计算公式
0=v02/1600
风速变化与高度有关
风压高度变化系数z
1. 风速变化与高度有关 （离地面高度或海平面高度） 2. 风速变化与地貌有关 3. 风速变化与周围环境有关
地面粗糙度类别
A，海面，沙漠，空旷，空 气无阻挡
地面粗糙度类别 A,B,C,D
B，田野，乡村，丘陵，房屋稀 疏，大城市郊区