高层建筑结构3高层建筑结构荷载作用与结构设计原则

3.4.3
抗震设计时的组合
• 荷载分项系数的取值 （位移计算取1.0）
组合
G
1.2
1.2 1.2 1.2 1.2
Eh
1.3
— 1.3 1.3 1.3
Ev
—
1.3 0.5 — 0.5
W
—
— — 1.4 1.4
说明
重力荷载及水平地震作用
重力荷载及竖向地震作用 重力荷载、水平地震及竖 向地震作用 重力荷载、水平地震作用 及风荷载 重力荷载、水平地震作用、 竖向地震作用及风荷载
3.5.4 在计算个应考虑墙与柱子转向变形的影响
• 计算结构位移的公式为：
ij
MiM j EI
ds
Ni N j EA
ds
ViV j
GA
ds
• 高层建筑结构分析中，对于简化的手算方法，除考虑各杆 件的弯曲变形外，对于高宽比大于4的结构，宜考虑柱和 墙的轴向变形的影响；剪力墙宜考虑剪切变形。
3.4.1 荷载效应和地震作用效应的组合方式
• 在高层建筑结构上，作用有竖向荷载(包括恒荷载和使用 荷载)、风荷载；在抗震设计时，还有水平地震作用和竖 向地震作用。不同设计要求下，所应考虑的荷载和地震作 用见下表。
3.4.2
非抗震设计时的组合
非抗震设计时，荷载效应组合的设计值按下列公式确定：
S G SGk Q Q SQk w wSwk
来自百度文库
n
FEvk
j
(3)楼层各构件的竖向地震作用效应可按各构件承受的重力荷载代表值 比例分配，并宜乘以增大系数1.5。水平长悬臂构件、大跨度结构以及 结构上部楼层外挑部分考虑竖向地震作用时，竖向地震作用的标准值 在8度和9度设防时，可分别取该结构或构件承受的重力荷载代表值的 10％和20％。
3.4 荷载效应组合
3.5.2
高层建筑结构应考虑整体共同工作
• 高层建筑结构在风力和地震作用下，楼层的总水平力是已 知的，但这水平力如何分配到各片框架、各片剪力墙却是 未知的。由于各片抗侧力结构的刚度、形式不同，变形特 征也不相同，所以不能简单地按受荷面积、构件间距分配。
3.5.3
楼板在自身平面内的刚度为无限大，平面外的刚度 可以不考虑
• 直升机平台的活荷载应采用下列两款中能使平台产生最大 内力的荷载：
– （1）直升机总重量引起的局部荷载，按由实际最大起飞重量决定 的局部荷载标准值乘以动力系数确定; – (2)等效均布活荷载5kN／ ㎡。
3.2 风荷载的计算
3.2.1 风荷载标准值及基本风压
1 . 风荷载
– 高、大、细、长等柔性工程结构的主 要设计荷载。空气流动形成的风遇到 建筑物时，就在建筑物表面产生压力 或吸力，这种风力作用叫风荷载。
一般计算原则
• 地震区的高层建筑一般应进行抗震设防。6度设防时一般 不必计算地震作用，只须采取必要的抗震措施，7~9度设 防时，要计算地震的作用，10度及以上地区要进行专门研 究。 • 地震作用的影响:
地震影响系数曲线
3.3.2
水平地震作用计算
1 . 底部剪力法 ： 适用条件：高度不超过40m，以剪切变形为主，刚度 与质量沿高度分布比较均匀的建筑物。 结构总水平地震作用的标准值计算公式：
ym yi mi / mi yii / i
3.6.1 质量中心、刚度中心及扭转偏心距
2 . 刚心 所谓刚度中心，在近似方法中是指各抗侧力结构抗侧 刚度的中心，简称为刚心。 • 计算公式：
Dyi Vyi / y Dxk Vxk / x
3.6.1 质量中心、刚度中心及扭转偏心距
突出屋面上塔楼的地震力
• 小塔楼：突出屋面的楼梯间、水箱等，一般1～2层，高度 小、体积小，小塔楼作为一个质点。 • 鞭梢效应：屋面塔楼的刚度和质量比主体结构小得多，受 到经过主体建筑放大后的地震加速度，受到强化的激励， 产生显著的鞭梢效应。 • 塔楼计算：乘以放大系数
– 注明：有突出屋面的小塔楼时，顶部附加水平地震作用加在主体 结构的顶层，不加在小塔楼上
• 高层建筑进深大，剪力墙、框架等抗侧力结构的间距远小 于进深，楼板如同水平放置的深梁，在平面内的刚度非常 大。楼板一般可作为刚性隔板，在平面内只有刚体位移— —平移和转动，不改变形状。
在下列情况下，考虑楼面的平面内刚度的计算方法。 • (1)楼面内有很大的开洞或缺口，宽度削弱； • (2)楼顶有较长的外伸段； • (3)底层大空间剪力墙结构的转换层楼面； • (4)楼面整体性较差。
3 . 几种结构刚心计算方法 • 框架结构、剪力墙结构和框架-剪力墙结构，刚心位 置的具体计算方法：
– (1)框架结构
3.3.2 水平地震作用计算
（2）自振周期的简化计算方法： • 假想顶点位移法：
– 质量、刚度沿高度分布比较均匀的框架、 框架-剪力墙结构
T1 1.7 T
–
uT
i
平力，按照弹性方法计算的顶点位移，单 位为(m)； – ΨT ——周期折减系数。
uT ——以楼层重力荷载代表值G 为楼层水
3.3.3
3.4.3
抗震设计时的组合
• 抗震设计时，考虑荷载效应和地震作用效应组合的设计值 按下式确定：
S G SGE Eh SEhK Ev SEvk w w Swk
w
——风荷载的组合值系数,应取0.2。
• 注： –(1)承载力计算时，分项系数应按表3.15采用。当重力 荷载效应对结构承载力有利时，γG不应大于1.0； –(2)位移计算时，各分项系数均应取1.0。
• 注：
– (1)承载力计算时： ①永久荷载的分项系数γG：当其效应对结构不利时，对由可 变荷载效应控制的组合应取1.2，对由永久荷载效应控制的组 合应取1.35；当其效应对结构有利时，应取1.0； ②楼面活荷载的分项系数γQ ：一般情况下应取1.4； ③风荷载的分项系数γW应取1.4。 – (2)位移计算时，各分项系数均应取1.0。
• 风的大小与下列因素有关
– （1）近地风的性质、风速、风向有 关 – （2）建筑物所在地的地藐及周围环 境 – （3）建筑本身的高度、形状以及表 面状况
3.2.1 风荷载标准值及基本风压
2 . 风荷载的标准值 • 垂直于建筑物表面上的风荷载应按下式计算：
Wk z s z w0
• 房屋高度大于200m时宜采用风洞试验来确定建筑物的风 荷载；房屋高度大于150m，有下列情况之一时，宜采用 风洞试验确定建筑物的风荷载：
3.2.1
• 地面粗糙度分类
风荷载标准值及基本风压
3.2.1
（4）风振系数
风荷载标准值及基本风压
Z
– 风分为平均风（即稳定风）和脉动风（常称阵风脉动） – 平均风——静力 – 脉动风——动力
•
3.2.2
(1) 总风荷载
总风荷载和局部风荷载
– 总风荷载可按下式计算；
Z Z0 (S1B1 cos1 Sn Bn cosn )
FEK 1Geq
1——相应于结构基本自振周期T1的值； Geq——结构等效总重力荷载代表值， Geq＝0.85 GE Gj——第j层重力荷载代表值。
底部剪力法计算简图
3.3.2 水平地震作用计算
• 考虑高层建筑弯曲振型的影响，顶层附加水平地震作用标 准值为：
Fn n FEK
– n——顶部附加水平地震作用系数，当基本自振周期T1<1.4Tg 时， n取为0；
3.2.1
风荷栽标准值及基本风压
风压分布
3.2.1
风荷载标准值及基本风压
（3）风压高度变化系数 z • 风压高度变化系数应该根据地面粗糙度类别确定 • 地面粗糙度分类：
– A类：近海海面和海岛、海岸、湖岸及沙漠地区； – B类：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：有密集建筑群的城市市区； – D类：有密集建筑群且房屋较高的城市市区；
3.4.2
非抗震设计时的组合
• （恒荷载起控制，无风）
S 1.35SGK 0.7 1.4SQK
• （活荷载起控制，有风）
S 1.2SGK 1.0 1.4SQK 0.6 1.4SWK
• （风荷载起控制，有风）
S 1.2SGK 1.0 1.4SWK 0.7 1.4SQK
第3章 高层建筑结构荷载作用与 结构设计原则
3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 3.6 3.7 恒荷载及楼面活荷载的计算 风荷载的计算 地震作用的计算 荷载效应组合 结构简化计算原则 扭转效应的简化计算 抗震设计的一般原则
退出本章
3.1 恒荷载及楼面活荷载的计算
3.1 恒荷载及楼面活荷载的计算
(2) 局部风荷载
– 单位面积上风荷载为：
i 1.5 z z0 c 1.5 z z0
– 对于阳台、雨篷、遮阳板等悬挑构件，应验算上浮风荷载。当其 超过自重时，悬挑构件会出现反弯矩，局部向上体型系数取2.0， 即
i 2 z z0
3.3 地震作用的计算
3.3.1
3.6 扭转效应的简化计算
3.6.1 质量中心、刚度中心及扭转偏心距
在近似方法中，要先确定水平力作用点及刚度中心，二者距 即为扭转偏心距。 1 . 质心 • 等效地震荷载的作用点即惯性力的合力作用点，与 质量分布有关，称为质心。 • 计算公式：
xm xi mi / mi xii / i
• 当基本自振周期T1＞1.4Tg时，n按照书中表3.10采用。 • 总水平地震作用的标准值——顶层附加水平地震作用标准 值(FEK－Fn)分配到各楼层：
Fi
Gi H i
G
j 1
n
( FEK Fn )
j
j
H
3.3.2
水平地震作用计算
2 . 自振周期的修正 （1）周期修正 计算中未考虑砌体填充墙的刚度影响，计算周期较 实际周期长，地震作用偏于不安全，故应乘以周期折减系 数ΨT • 框架结构： ΨT＝0.6～0.7 • 框架－剪力墙：ΨT＝0.7～0.8 • 剪力墙结构： ΨT＝0.9～1.0
9度，水平长悬臂8度、9 度 9度；水平长悬臂8度、9 度 60m以上的高层建筑
60m以上的高层建筑；9度； 水平长悬臂8度、9度
3.5 结构简化计算原则
3.5.1
•
弹性工作状态
高层建筑结构的内力与位移按弹性方法计算，在非抗 震设计时，在竖向荷载和风荷载作用下，结构应保持正常 使用状态，结构处于弹性工作阶段；在抗震设计时，结构 计算是对多遇的小震(低于设防烈度1.5度)进行的，此时结 构处于不裂的弹性阶段。 • 对于罕遇地震的第二阶段设计，绝大多数结构不要 求进行内力和位移计算，“大震不倒”通过构造要求予以 保证。实际上由于在强震下结构已进入弹塑性阶段，处于 开裂、破坏状态，构件刚度已难以确切给定，内力计算已 无重要意义。
恒荷载 恒荷载包括结构本身的自重和附加于结构上的各种永 久荷载。材料的自重可按《建筑结构荷载规范(GB 50009—2001)(以下简称《荷载规范》)取值。 3.1.2 活荷载 • 高层建筑结构的楼面活荷载应按《荷载规范》取用。 3.1.1
– 设计楼面梁、墙、柱及基础时，楼面活荷载标准值应乘以规定的 折减系数。 – 施工活荷载一般取1.0～1.5kN/㎡。
– – – ①平面形状不规则，立面形状复杂； ②立面开洞或连体建筑； ③周围地形和环境较复杂。
3.2.1 风荷载标准值及基本风压
(1) 基本风压ω0 • 以空旷平坦地面、距地10m、50年一遇、10min平均最 大风速v0计算。
1 2 0 0 2
重现期(年) 重庆基本风压 50 0.25 50 0.40 100 0.45
北京基本风压
上海基本风压 成都基本风压
0.30
0.40 0.20
0.45
0.55 0.30
0.50
0.60 0.35
3.2.1 风荷载标准值及基本风压
（2）风荷载体型系数 • 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、表面位置等而改变，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
Fn n Fn0
小塔楼地震作用增大系数
3.3.4
竖向地震作用的计算
⑴结构总竖向地震作用标准值可按下列公式计算：
FEvk v maxGeq Geq 0.75GE
v max 0.65 max
⑵结构质点i的竖向地震作用标准值可按下式计算:
Fvt
Gi H i
G H
j 1 j