风荷载和地震作用
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第二章 荷载和设计要求
结构设计步骤汇总：
步骤一：结构布置 步骤二：截面初选 步骤三：汇集荷载及荷载计算 ➢ 竖向恒荷载 ➢ 竖向活荷载 ➢ 水平风荷载 ➢ 地震作用
高层建筑结构——荷载
第二章 荷载和设计要求
步骤四：内力计算 ➢ 竖向恒荷载作用下内力计算 ➢ 竖向活荷载作用下内力计算 ➢ 水平风荷载作用下内力计算 ➢ 地震作用下内力计算
• 1940年11月7日，美国华盛顿州塔科马桥因风振致毁。这一 严重的桥梁事故，开始促使人们对悬索桥结构的空气动力稳 定问题进行研究。该桥主跨长853.4m，全长1810.56m，桥 宽11.9m，而梁高仅1.3m。通过两年时间的施工，于1940年 7月1日建成通车。但由于当时人们对柔性结构在风作用下的 动力响应的认识还不深入，该桥的加劲梁型式极不合理（板
坏。渔港西堤被巨浪冲垮2个
缺口，造成防波堤砌面下滑，
总长达100多米。险情发生后
，当地政府组织公安、边防、
民兵应急分队和群众及时进行
抢修，力争将损失降低到最低
限
度
。
高层建筑结构——荷载
§ 2.2风荷载（风的破坏力）
高层建筑结构——荷载
§ 2.2风荷载（风的破坏力）
高层建筑结构——荷载
§ 2.2风荷载（风的破坏力）
s =垂直于建筑表面的平均风作用力/基本风压值
高层建筑结构——荷载
§ 2.2风荷载（风荷载体型系数）
高层建筑结构——荷载
§ 2.2风荷载（风场）
高层建筑结构——荷载
§ 2.2风荷载（风场）
高层建筑结构——荷载
§ 2.2风荷载（风的破坏力）
❖ “森拉克”肆虐浙闽 防波堤
被冲垮百米
[ 2003 七月
28 12:43 ] 由于16号“森
拉克”台风的袭击，投资1.2
亿元、总长达1837米的玉环县
坎门渔港防波堤遭受严重的损
（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、形状以及表面状况有关
高层建筑结构——荷载
§ 2.2风荷载（特点）
风对高层建筑结构有如下的特点
➢ 风力作用与建筑物外形有直接关系，圆形与正方形受到的风力较合理
➢ 风力受到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
式钢梁），导致在中等风速(19m/s)下结构就发生破坏。幸
好在桥梁破坏之前封闭了交通。据说，在出事当天，一位记 者把车停在桥上，并把一条狗留在车内。桥倒塌时，只有他 本人跑到了桥台处。当地的报纸以简洁的标题对这场事故作 了报道，“损失：一座桥、一辆汽车、一条狗”。10年以后 ，才开始重新修建塔科马桥。仍采用悬索桥型式，但加劲梁 改为桁架式。新桥总长较旧桥长12m，于1950年10月14日建 成通车。该桥破坏时，当地Tacoma报社的编辑Leonard Costsworth恰好路过，并用摄影机记录下一段珍贵的胶片。 这才使得后人有机会一睹当年桥毁场面。
➢ 风力作用具有静力、动力两重性质。
➢ 风力在建筑物表面的分布很不均匀，在角区和建筑物内收的局部区域， 会产生较大的风力。
➢ 与地震作用相比，风力作用持续时间较长，其作用更接近于静力，但建 筑物的使用期限出现较大风力的次数较多。
➢ 由于有较长期的气象观测，大风的重现期很短，所以风力大小的估计比 地震作用大小的估计较为可靠。而且抗风设计具有较大的可靠性。
高层建筑结构——荷载
第二章 荷载和设计要求
荷载
➢ 竖向荷载 ◆恒荷载 ◆活荷载
➢ 风荷载 ➢ 地震作用
设计原则
➢ 简化计算方法 ➢ 抗震设计原则
高层建筑结构——荷载
§ 2.1竖向荷载
一、恒荷载：结构自重、附加永久荷载 隔墙、装饰、设备管道等（规范附录A）
二、活荷载 荷载规范：GB50009—2001 多层：应考虑活荷载不利分布 高层：不考虑，活荷载相对小，水平荷载引起内力大 经验值：单位面积竖向荷载重量 框架、框架—剪力墙结构体系：12～14 kN/m2 剪力墙、筒体结构体系：14～16 kN/m2
高层建筑结构——荷载
§ 2.2风荷载（计算公式）
三、风荷载的计算
(一)基本风压 0
空旷平坦地面、距地10m、50年一遇、10min平均最大风速 0
计算。
0
1 2
2 0
：空气密度
具体查阅：荷载规范附录D，不小于0.3kN/m2 说明： 一般高层建筑考虑50年一遇 特别重要或者有特殊要求的高层建筑考虑100年一遇
高层建筑结构——荷载
§ 2.2风荷载（风的破坏力）
广州大道南一栋五层厂房
近1000平方米的2块铁皮被卷起后砸中附近五金厂， 100多名工人侥幸逃过大难
高层建筑结构——荷载
§ 2.2风荷载（水平荷载之一）
—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。 风的大小与
高层建筑结构——荷载
§ 2.2风荷载（概念）
一、概念：空气流动形成风（近地风起主要作用）
迎风面：压力
背风面：吸力
风毁事故：桥梁
高层—少，局部破坏多（玻璃）
高耸—有
二、随机性—按照统计规律归纳出风荷载标准值计算公式
当计算主要承重结构时
Wk z s z w0
Wk ：风荷载标准值（kN/m2）
高层建筑结构——荷载
高层建筑结构——荷载
§ 2.2风荷载（基本风压）
三、风荷载的计算Hale Waihona Puke Baidu
(一)基本风压 0
空旷平坦地面、距地10m、50年一遇、10min平均最大风速 0
计算。
0
1 2
2 0
：空气密度
高层建筑结构——荷载
§ 2.2风荷载（风荷载体型系数）
（二）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、表面位置等而改变，其大小由实测或风洞试验确定
步骤五：侧移验算 ➢ 侧移不满足要求回到步骤一
步骤六：控制截面及控制截面内力调整 ➢ 梁柱轴线端内力调整至构件边缘端 ➢ 竖向荷载梁端出现塑铰产生的塑性内力重分布
高层建筑结构——荷载
第二章 荷载和设计要求
步骤七：内力组合、确定最不利内力 ➢ 梁柱轴线端内力调整至构件边缘端 ➢ 竖向荷载梁端出现塑铰产生的塑性内力重分布 步骤八：截面尺寸验算 步骤九：延性设计调整 步骤十：抗弯承载力计算 步骤十一：抗剪承载力计算 步骤十二：构造要求
结构设计步骤汇总：
步骤一：结构布置 步骤二：截面初选 步骤三：汇集荷载及荷载计算 ➢ 竖向恒荷载 ➢ 竖向活荷载 ➢ 水平风荷载 ➢ 地震作用
高层建筑结构——荷载
第二章 荷载和设计要求
步骤四：内力计算 ➢ 竖向恒荷载作用下内力计算 ➢ 竖向活荷载作用下内力计算 ➢ 水平风荷载作用下内力计算 ➢ 地震作用下内力计算
• 1940年11月7日，美国华盛顿州塔科马桥因风振致毁。这一 严重的桥梁事故，开始促使人们对悬索桥结构的空气动力稳 定问题进行研究。该桥主跨长853.4m，全长1810.56m，桥 宽11.9m，而梁高仅1.3m。通过两年时间的施工，于1940年 7月1日建成通车。但由于当时人们对柔性结构在风作用下的 动力响应的认识还不深入，该桥的加劲梁型式极不合理（板
坏。渔港西堤被巨浪冲垮2个
缺口，造成防波堤砌面下滑，
总长达100多米。险情发生后
，当地政府组织公安、边防、
民兵应急分队和群众及时进行
抢修，力争将损失降低到最低
限
度
。
高层建筑结构——荷载
§ 2.2风荷载（风的破坏力）
高层建筑结构——荷载
§ 2.2风荷载（风的破坏力）
高层建筑结构——荷载
§ 2.2风荷载（风的破坏力）
s =垂直于建筑表面的平均风作用力/基本风压值
高层建筑结构——荷载
§ 2.2风荷载（风荷载体型系数）
高层建筑结构——荷载
§ 2.2风荷载（风场）
高层建筑结构——荷载
§ 2.2风荷载（风场）
高层建筑结构——荷载
§ 2.2风荷载（风的破坏力）
❖ “森拉克”肆虐浙闽 防波堤
被冲垮百米
[ 2003 七月
28 12:43 ] 由于16号“森
拉克”台风的袭击，投资1.2
亿元、总长达1837米的玉环县
坎门渔港防波堤遭受严重的损
（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、形状以及表面状况有关
高层建筑结构——荷载
§ 2.2风荷载（特点）
风对高层建筑结构有如下的特点
➢ 风力作用与建筑物外形有直接关系，圆形与正方形受到的风力较合理
➢ 风力受到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
式钢梁），导致在中等风速(19m/s)下结构就发生破坏。幸
好在桥梁破坏之前封闭了交通。据说，在出事当天，一位记 者把车停在桥上，并把一条狗留在车内。桥倒塌时，只有他 本人跑到了桥台处。当地的报纸以简洁的标题对这场事故作 了报道，“损失：一座桥、一辆汽车、一条狗”。10年以后 ，才开始重新修建塔科马桥。仍采用悬索桥型式，但加劲梁 改为桁架式。新桥总长较旧桥长12m，于1950年10月14日建 成通车。该桥破坏时，当地Tacoma报社的编辑Leonard Costsworth恰好路过，并用摄影机记录下一段珍贵的胶片。 这才使得后人有机会一睹当年桥毁场面。
➢ 风力作用具有静力、动力两重性质。
➢ 风力在建筑物表面的分布很不均匀，在角区和建筑物内收的局部区域， 会产生较大的风力。
➢ 与地震作用相比，风力作用持续时间较长，其作用更接近于静力，但建 筑物的使用期限出现较大风力的次数较多。
➢ 由于有较长期的气象观测，大风的重现期很短，所以风力大小的估计比 地震作用大小的估计较为可靠。而且抗风设计具有较大的可靠性。
高层建筑结构——荷载
第二章 荷载和设计要求
荷载
➢ 竖向荷载 ◆恒荷载 ◆活荷载
➢ 风荷载 ➢ 地震作用
设计原则
➢ 简化计算方法 ➢ 抗震设计原则
高层建筑结构——荷载
§ 2.1竖向荷载
一、恒荷载：结构自重、附加永久荷载 隔墙、装饰、设备管道等（规范附录A）
二、活荷载 荷载规范：GB50009—2001 多层：应考虑活荷载不利分布 高层：不考虑，活荷载相对小，水平荷载引起内力大 经验值：单位面积竖向荷载重量 框架、框架—剪力墙结构体系：12～14 kN/m2 剪力墙、筒体结构体系：14～16 kN/m2
高层建筑结构——荷载
§ 2.2风荷载（计算公式）
三、风荷载的计算
(一)基本风压 0
空旷平坦地面、距地10m、50年一遇、10min平均最大风速 0
计算。
0
1 2
2 0
：空气密度
具体查阅：荷载规范附录D，不小于0.3kN/m2 说明： 一般高层建筑考虑50年一遇 特别重要或者有特殊要求的高层建筑考虑100年一遇
高层建筑结构——荷载
§ 2.2风荷载（风的破坏力）
广州大道南一栋五层厂房
近1000平方米的2块铁皮被卷起后砸中附近五金厂， 100多名工人侥幸逃过大难
高层建筑结构——荷载
§ 2.2风荷载（水平荷载之一）
—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。 风的大小与
高层建筑结构——荷载
§ 2.2风荷载（概念）
一、概念：空气流动形成风（近地风起主要作用）
迎风面：压力
背风面：吸力
风毁事故：桥梁
高层—少，局部破坏多（玻璃）
高耸—有
二、随机性—按照统计规律归纳出风荷载标准值计算公式
当计算主要承重结构时
Wk z s z w0
Wk ：风荷载标准值（kN/m2）
高层建筑结构——荷载
高层建筑结构——荷载
§ 2.2风荷载（基本风压）
三、风荷载的计算Hale Waihona Puke Baidu
(一)基本风压 0
空旷平坦地面、距地10m、50年一遇、10min平均最大风速 0
计算。
0
1 2
2 0
：空气密度
高层建筑结构——荷载
§ 2.2风荷载（风荷载体型系数）
（二）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、表面位置等而改变，其大小由实测或风洞试验确定
步骤五：侧移验算 ➢ 侧移不满足要求回到步骤一
步骤六：控制截面及控制截面内力调整 ➢ 梁柱轴线端内力调整至构件边缘端 ➢ 竖向荷载梁端出现塑铰产生的塑性内力重分布
高层建筑结构——荷载
第二章 荷载和设计要求
步骤七：内力组合、确定最不利内力 ➢ 梁柱轴线端内力调整至构件边缘端 ➢ 竖向荷载梁端出现塑铰产生的塑性内力重分布 步骤八：截面尺寸验算 步骤九：延性设计调整 步骤十：抗弯承载力计算 步骤十一：抗剪承载力计算 步骤十二：构造要求