风荷载和地震作用
风荷载及地震作用课件
风荷载定义
风荷载是指风对建筑物产生的压力或吸力。
风荷载是指由于风的作用而产生的对建筑物的压力或吸力，这种力可以导致建筑 物产生弯曲、剪切和振动等效应，从而影响建筑物的安全性和稳定性。
风荷载类型
风荷载可分为平均风和脉动风两类。
平均风是指在一段时间内风速和风向 相对稳定的风，它对建筑物的作用力 是恒定的。脉动风则是指风速和风向 随时间变化的阵风或旋风，它对建筑 物的作用力是变化的。
02
地震作用是地震工程和结构抗震 设计的重要依据，也是地震灾害 评估和抗震减灾的重要基础。
地震作用的类型
水平地震作用
扭转地震作用
指地震动引起的水平方向的地面振动 ，是建筑物和构筑物受地震影响的主 要来源。
指地震动引起的地面振动中，水平方 向和垂直方向的振动发生相位差的现 象，对结构抗扭性能的要求较高。
地质构造和地表地质
地质构造和地表地质条件对地震波的传播和地表受到的地震作用有重 要影响。
建筑物和设施的类型、结构形式和抗震性能
不同类型的建筑物和设施以及不同的结构形式和抗震性能对地震作用 的影响也有所不同。
04
地震作用计算
BIG DATA EMPOWERS TO CREATE A NEW
ERA
地震烈度计算
总结词
针对风荷载与地震作用的共同影响，应加强结构整体性 和冗余度设计，提高结构抵抗灾害的能力。
详细描述
某核电站采用特殊的设计方案，针对风荷载和地震作用 进行了专项评估和加固措施，确保了核反应堆的安全运 行和周边居民的生命财产安全。
ERA
风速计算
平均风速
根据气象资料，确定某一地点的 平均风速，通常采用10米高度处 的风速。
阵风系数
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。
轻钢结构门式刚架风荷载与地震作用的计算问题
轻钢结构门式刚架风荷载与地震作用的计算问题１设计风荷载门式刚架轻型钢结构房屋高度小属低矮房屋，与一般房屋所受的气流机理不同。
由于靠近地面，受地面环境的影响，气流多呈湍流，其风压分布情况一般需通过能反映湍流影响的边界层风洞试验测得。
因为目前国内关于低矮房屋的边界层风洞试验资料尚不完备，所以标准CECS102采用了美国MBMA的资料作为门式刚架轻型钢结构房屋的风荷载体型系数，并对风荷载计算做了专门的规定。
该规定与标准GB50009有所不同，按照两本标准计算的风荷载效应存在差异。
《全国民用建筑工程设计技术措施2003（结构）第18.1.6条规定，跨高比L/h小于等于4的门式刚架应按GB50009计算风荷载标准值及体型系数，跨高比大于4时宜按CECS102取用。
以下的计算分析表明，跨高比为4的界分，并不能较好地满足门式刚架各个控制截面的安全性要求。
图1中分别表示了柱脚铰接和刚接的门式刚架按CECS102与GB50009计算所得的风荷载效应结果的比较，横坐标为跨度与檐口高度之比L/h，纵坐标为按两本标准所得的控制截面弯矩、柱脚剪力、柱脚拉力之比。
比值大于1表示按CECS102的计算值较大，比值小于1表示按GB50009的计算值较大。
计算条件为坡度1/10的等截面双坡刚架，利用结构静力计算手册中的门式刚架计算公式进行了不同跨高比，柱距（开间），基本风压的计算，计算结果表明该比值仅与刚架的跨高比有关。
值得注意的是，跨中弯矩M2、柱底拉力V以及柱脚刚接刚架的檐口弯矩M1，按GB50009的计算值均比按CECS102的计算值偏小，特别在某些跨高比区段内偏小较多，如跨中弯矩M2在跨高比大于2时偏小达50％左右。
由于门式刚架轻型钢结构房屋的自重相对较小，如无吊车则风荷载常起主要作用，风荷载内力计算值的差别会明显影响结构的安全性。
因此在一般情况下，轻钢结构门式刚架宜按标准CECS102的规定进行风荷载计算。
当刚架的跨高比位于按GB50009的计算值较大的区段时，可根据不同情况与设计要求，针对具体部位采取加强措施，如加强柱脚剪力键的设置、柱脚弯矩乘以放大系数等。
正常使用条件下结构水平位移按风荷载和地震作用计算
正常使用条件下结构水平位移按风荷载和地震作用计算引言结构水平位移是指结构在受到风荷载和地震作用时，由于荷载作用而发生的水平位移。
在正常使用条件下，结构水平位移的计算十分重要，可以用于评估结构的安全性和稳定性。
本文将介绍如何按照风荷载和地震作用计算结构水平位移，并提供相应的计算方法和公式。
风荷载的计算在计算结构水平位移之前，首先需要计算结构所承受的风荷载。
风荷载是结构在风的作用下受到的荷载，可分为静风荷载和动风荷载。
静风荷载是指风对结构的直接静力作用，而动风荷载是指风对结构的动力作用。
下面将介绍计算风荷载的方法。
静风荷载的计算静风荷载的计算可以通过国家规范或相关标准进行。
一般采用以下公式来计算结构的静风荷载：Qs = 0.613 * V^2 * G * C0其中，Qs是结构的静风荷载，V是基本风速，G是地面粗糙度系数，C0是修正系数。
动风荷载的计算动风荷载的计算需要考虑风荷载的动力作用。
一般采用以下公式来计算结构的动风荷载：Qd = 0.613 * V^2 * G * C1 * Cg * Ca其中，Qd是结构的动风荷载，C1是动力放大系数，Cg是峰值系数，Ca是相应系数。
地震作用的计算在计算结构水平位移时，地震作用也是一个重要的考虑因素。
地震作用是指结构在地震时所受到的地动力荷载。
地震作用的计算涉及到结构的质量、刚度和地震动力学参数等。
下面将介绍计算地震作用的方法。
地震反应谱法地震反应谱法是一种常用的计算地震作用的方法。
该方法通过计算结构在地震作用下的动力反应谱，进而得到结构的地震作用。
具体的计算步骤如下：1.获取地震动力学参数，如地震加速度谱。
2.计算结构的地震反应谱。
3.根据地震反应谱，计算结构的地震作用。
等效地震力法等效地震力法是另一种常用的计算地震作用的方法。
该方法通过将地震作用转化为等效的静力作用，进而进行结构水平位移的计算。
具体的计算步骤如下：1.获取地震动力学参数，如地震加速度。
2.根据结构的质量和地震加速度，计算出等效的静力作用。
工业建筑荷载取值
工业建筑荷载取值1. 引言工业建筑荷载取值是指在工业建筑设计中，对于不同荷载的计算和确定，以确保工业建筑的结构安全和稳定。
荷载是指作用在建筑结构上的各种外力，包括自重、活载、风载、地震作用等。
合理的荷载取值是工业建筑设计的基础，对于确保工业建筑的安全性至关重要。
本文将详细介绍工业建筑荷载的分类、计算方法和取值规范，以及一些常见荷载的特点和计算过程。
2. 工业建筑荷载分类工业建筑荷载可以分为静态荷载和动态荷载两大类。
2.1 静态荷载静态荷载是指在工业建筑中不随时间变化的荷载，包括自重、建筑物使用荷载、永久荷载等。
2.1.1 自重自重是指建筑物本身的重量，包括结构体系、墙体、屋面、地板等。
自重是静态荷载中最重要的一个部分，通常由建筑设计师根据材料的密度和尺寸进行计算。
2.1.2 建筑物使用荷载建筑物使用荷载是指工业建筑中由人员、设备、机械等引起的荷载，如人员活动荷载、设备荷载、储物荷载等。
使用荷载是根据工业建筑的具体用途和功能来确定的，需要根据实际情况进行测算和估计。
2.1.3 永久荷载永久荷载是指工业建筑中长期存在的荷载，如固定设备、管道、水箱等。
永久荷载是由工业建筑的固定部分产生的，通常由建筑设计师根据设备和结构的重量进行计算。
2.2 动态荷载动态荷载是指在工业建筑中随时间变化的荷载，包括风荷载、地震作用等。
2.2.1 风荷载风荷载是指由风力引起的荷载，对于高层工业建筑尤为重要。
风荷载的计算需要考虑建筑物的高度、形状、风速等因素，通常采用国家标准中的计算方法进行。
2.2.2 地震作用地震作用是指地震引起的荷载，对于地震频繁地区的工业建筑尤为重要。
地震作用的计算需要考虑建筑物的地震烈度、地震波形等因素，通常采用国家标准中的计算方法进行。
3. 工业建筑荷载计算方法工业建筑荷载的计算方法是根据不同荷载的特点和计算原理进行确定的。
下面将介绍一些常见荷载的计算方法。
3.1 自重计算自重的计算可以根据建筑物的材料和结构进行估算。
荷载效应及地震作用效应组合(仅供参考)
8 荷载效应效应组合本设计所应用到的用于承载能力极限状态下的内力组合公式如下： ①无地震时，由可变荷载效应控制的组合： G GK Q Q QK W W WK S S S S γψγψγ=++式中 S —结构构件荷载效应组合的设计值，包括组合的弯矩、轴向力和剪力设计值； r G 、r Q 、r W —永久荷载、楼面活荷载和风荷载的分项系数；ΨQ 、ΨW —楼面活荷载和风荷载的组合系数，当为第一可变荷载时取1。
S GK 、S Qk 、S Wk —永久荷载、楼面荷载和风荷载效应标准值。
②无地震时，由永久荷载效应控制的组合(根据《建筑结构荷载规范》GB 50009-2001 [2]第3.2.3条注3，水平风荷载不参与组合。
但2006版规范中取消了此注，即水平风荷载参与组合，当风荷载效应不大时也可忽略之。
)：？G GK Q Q QK S S S γψγ=+③有地震时，即重力荷载与水平地震作用的组合：G GE Eh Ehk S S S γγ=+式中 S —结构构件荷载效应与地震作用效应组合的设计值； r G 、r Eh —重力荷载、水平地震作用的分项系数； S GE 、S Eh —重力荷载代表值、水平地震作用标准值。
用于正常使用极限状态下的内力组合(标准组合)公式如下：？ GK Q QK W WK S S S S ψψ=++8.1控制截面及最不利内力类型8.1.1构件的控制截面框架梁的控制截面是支座截面和跨中截面。
在支座截面处，一般产生最大负弯矩(max M -)和最大剪力(m ax V )(水平荷载作用下还有正弯矩产生，故也要注意组合可能出现的正弯矩）；跨间截面则是最大正弯矩(max M +)作用处(也要注意组合可能出现的负弯矩)。
因此，框架梁的最不利内力为：梁端截面：max M +、max M -、m ax V 梁跨间截面：max M +由于内力分析的结果是轴线位置处的内力，而梁支座截面的最不利位置应是柱边缘处，因此，在求该处的最不利内力时，应根据梁轴线处的弯矩和剪力计算出柱边缘处梁截面的弯矩和剪力，即：/2M M Vb '=-/2V V qb '=-式中 M '—柱边缘处梁截面的弯矩标准值；V '—柱边缘处梁截面的剪力标准值；M —梁柱中线交点处的弯矩标准值；V —与M 相应的梁柱中线交点处的剪力标准值；b —柱截面高度；q —梁单位长度的均布荷载标准值。
建筑基础设计中考虑风和地震荷载作用的设计方法探讨
ｐ ｒ ｏ ｖ ｉ ｓ ｉ ｏ ｎｓ ．
【 关键词】 基础设计； 风荷载； 地震作用； 荷载组合； 承载力验算； 沉降验算
【 Ｋ ｅ ｙ ｖ ｖ ｏ ｒ ｄ ｓ 】 ｂ ａ ｓ ｉ ｃ ｄ ｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ； ｗ ｉ ｎ ｄ ｌ ｏ ａ ｄ ； ｓ ｅ ｉ ｓ ｍ ｉ ｃ ａ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ； ｌ ｏ ａ ｄ ｃ ｏ ｍ ｂ ｉ ｎ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ； ｂ ｅ ａ ｒ ｉ ｎ ｇ ｃ ａ ｐ ａ ｃ ｉ ｔ ｙ ； ｓ ｅ ｔ ｔ ｌ ｅ ｍ ｅ ｎ ｔ ｃ ａ ｌ ｃ ｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ
【 中图分 类号］ Ｔ Ｕ ２ ２ ２ ； Ｔ Ｕ ３ １ ２ ＋ ． １ 【 文献标志码】 Ａ 【 文章编号】 １ ０ ０ ７ ． ９ ４ ６ ７ （ ２ ０ １ ７ ） ０ ２ ． ０ ０ ２ ７ ． ０ ４
［ Ｄ ＯＩ ］ １ ０ ． １ ３ ６ １ ６ ￣ ． ｃ ｎ ｋ ｉ ． ｇ ｅ ｊ ｓ ｙ ｓ ｊ ． ２ ０ １ ７ ． ０ ２ ． ０ ０ ４
【 摘 要】 近年来 ， 随着建筑设计行业 的发展 ， 建 筑物越 来越 高， 风和地震荷载作用对 建筑物 的影 响也越来越 不可忽视 。
同时， 行业规 范的不断完善和建筑成本投入 水平的提 高， 给基础设 计考虑风和地震影响提供 了条件 。根据 现行规范 ， 按地 基承载力确定基础底面积及埋深或按 单桩承 载力确 定桩数 时， 传 至基础 或承 台底面上的作用效应 需按 正常使用极限状态
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。
风荷载及地震作用
风荷载的特点
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 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。
高层建筑与抗震设计-风荷载与地震作用
平均风压与波动风压图
高层建筑与抗震设计-风荷载与地震作用
《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ3-2002)中规 定： 当建筑物高度>30m、高宽比>1.5时，考虑风振 系数：
振型系数
脉动增大系数，按下表采用：
脉动影响系数 按照不同的地面粗糙度A类地形、 B类地形、 C类地 形和D类地形取值。见《高层建筑混凝土结构技术规 程》（JGJ3-2002)中的规定。 风压高度变化系数，按下表采用：
Z
风 压 高 度 变 化 系 数
离地面或海平 面高度（m)
5 15 50
地面粗糙度类别
A 1.17 1.52 2.03 B 1.00 1.14 1.67 C 0.74 0.74 1.25 D 0.62 0.62 0.84
300
3.12
2.97
2.75
2.45
高层建筑与抗震设计-风荷载与地震作用
C Z 0.616
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。
高层建筑与抗震设计-风荷载与地震作用
3-1 风荷载
1、高层建筑风荷载的特点
高层建筑结构设计荷载和地震作用
温度变化的影响
温度变化的定义
温度变化是指由于环境温度的变化而引起结构材料的热胀冷缩，从而产生变形和应力。
温度变化对高层建筑结构的影响
温度变化对高层建筑结构的影响主要体现在结构的变形和应力的变化上，可能导致结构开 裂、变形过大等问题。
温度变化的设计方法
在进行高层建筑结构设计时，应考虑温度变化对结构的影响，可以采用相应的设计方法来 减小温度变化对结构的影响，如设置伸缩缝、采用柔性结构等。
01
早在20世纪初，人们就开始研究高层建筑的结构设计，而荷载和地震作用的研 究可以追溯到20世纪中期。
02
随着计算机技术和数值计算方法的不断发展，对于高层建筑结构设计中荷载和 地震作用的研究也日益深入。
03
目前，高层建筑结构设计已经成为了建筑领域的重要分支，而荷载和地震作用 的研究仍然是该领域的热点和难点问题之一。
智能化技术的应用
未来可以应用人工智能、大数据、云计算等技术，对高层建筑结构设计进行智能化优化， 提高设计效率和质量。
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土壤-结构相互作用的 设计方法
在进行高层建筑结构设计时，应考虑 土壤-结构相互作用对结构的影响， 可以采用相应的设计方法来减小土壤 -结构相互作用对结构的影响，如选 择合适的基础形式、加强基础承载能 力等。
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
地震烈度分为12个烈度，其中 烈度1表示人无感觉，烈度7表
示建筑物普遍毁坏。
结构地震反应分析和抗震设计
结构地震反应分析是研究地震作用对结构产生的影 响和结构对地震作用的反应。
第五节 水平地震作用和风荷载计算
第五章水平地震作用和风荷载计算第一节横向水平地震作用计算一、重力荷载计算计算结构在地震作用下的动力反应时要采用集中质量法，即计算地震作用时的重力荷载G是假设集中作用在各层楼盖处的集中作用力，集中质量的界限范围应该取为：1/2h i～1/2h i+1，i＝1，2，……，n。
h为楼层高度，n为结构的层数。
（一）第11层重力荷载代表值1、结构构件重量屋面板重量：（33．6＋1.5×2）2×6.57＝8800.91kN，次梁重量：[25×0.3×（0.6－0.14）＋17×0.01×（0.6－0.14）×2＋17×0.01 ×0.3] ×(36.6×3+8.7×2) +25×0.3×（0.4－0.14）＋17×0.01×（0.4－0.14）×2＋17×0.3×0.01×1.35×20+2.14×（33.6＋1.35×2）×4=848.51kN,主梁重量：（25×0.4×（0.8－0.14）＋17×0.01×（0.8－0.14）×2＋17×0.01 ×0.4）×（33.6×5+8.4×3+8.4×3）+（25×0.3×（0.8－0.14）＋17×0.01×（0.8－0.14）×2＋17×0.01×0.3）×（7.2×4+7.175×3）＝1767.48kN，合计楼盖重量：8800.91+848.51+1767.48＝11416.90kN。
框架柱重量：（25×0.7×0.7＋17×0.01×0.7×4）×（3.5－0.8）×7+（25×0.6×0.6＋17×0.01×0.6×4）×（3.5－0.8）×12＝545.48kN，剪力墙重量：{（25×0.3×9.625＋17×0.01×9.625×2）×[（3.5－0.14）－25×2.2×0.3×2.4－25×0.85×0.3×1.7]}+ [25×0.2×9.625×（3.5－0.14）]+ [75.46×（3.5－0.14）－25×1.2×0.3×2.1×3－25×1.85×0.3×2.1]+[ 75.46×（3.5－0.14）－25×1.2×0.3×2.1×2－25×1.5×0.3×2.1]+ (25×0.2×7.225＋17×0.01×7.225×2)×（3.5－0.14）+[75.46×（3.5－0.14）－25×1.7×0.3×2.1]+ [25×19.4×0.3×（3.5－0.14）－25×0.8×0.3×2.0×2－25×2.375×0.3×2.1－25×3.25×0.3×2.8]+ 25×2.4×0.2×（3.5－0.14）×2+25×[2.4×0.2×（3.5－0.14）×2＋25×3.25×0.3×0.7]+ [25×2.4×0.2×（3.5－0.14）×2－25×1.2×0.2×2.1]+ [25×3.3×0.2×（3.5－0.14）－25×1.4×0.2×2.1]+ [25×19.4×0.3×（3.5－0.14）－25×0.85×0.3×1.7－25×3.25×0.3×2.8]=2298.91kN,合计竖向构件总重量：545.48+2298.91＝2844.39kN2、非结构构件重量隔墙重量：11.8×0.19×（3.5－0.4）×[（9.9×3＋6.3×4＋4.2×12＋6.5×5＋3.3×2＋1.8×2）+（36.6×1＋9.9×1＋1.8×4＋5.4×1＋6.6×10＋28.8×1）]=2517.85kN,玻璃幕墙重量：1.2×36.6×3.5×4＝614.88kN，合计非结构构件重量：2517.85+614.88＝3132.73kN。
地震工况活荷载组合系数
地震工况活荷载组合系数在建筑结构和桥梁设计中，地震工况活荷载组合系数是一个重要的参数，它涉及到地震作用与其他荷载如风荷载、竖向荷载、水平荷载等的组合情况。
本文将详细介绍地震工况活荷载组合系数的定义和应用。
1.地震作用与风荷载组合地震作用与风荷载在结构设计中经常同时考虑。
地震作用和风荷载的组合系数通常根据规范进行计算。
根据不同的规范和标准，具体的计算方法可能有所不同。
在设计时，需要考虑地震作用和风荷载的各自特点和影响因素，以及它们在结构上产生的效应，从而合理确定组合系数。
2.地震作用与竖向荷载组合地震作用与竖向荷载的组合主要考虑的是地震作用对结构竖向平衡的影响。
在计算组合系数时，需要考虑地震作用的强度和频率，以及竖向荷载的大小和分布情况。
根据实际情况，可以分别计算地震作用和竖向荷载各自产生的效应，然后根据规范进行组合；也可以采用一些简化方法进行计算。
3.地震作用与水平荷载组合地震作用与水平荷载的组合需要考虑地震作用对结构水平平衡的影响。
在计算组合系数时，需要考虑地震作用的强度和频率，以及水平荷载的大小和分布情况。
根据实际情况，可以分别计算地震作用和水平荷载各自产生的效应，然后根据规范进行组合；也可以采用一些简化方法进行计算。
4.地震作用与重力荷载组合地震作用与重力荷载的组合需要考虑重力荷载对结构整体稳定性的影响。
在计算组合系数时，需要考虑重力荷载的大小和分布情况，以及地震作用的强度和频率。
根据实际情况，可以分别计算地震作用和重力荷载各自产生的效应，然后根据规范进行组合；也可以采用一些简化方法进行计算。
5.地震作用与土压力荷载组合地震作用与土压力荷载的组合需要考虑土压力对结构稳定性和变形的影响。
在计算组合系数时，需要考虑土压力的大小和分布情况，以及地震作用的强度和频率。
根据实际情况，可以分别计算地震作用和土压力各自产生的效应，然后根据规范进行组合；也可以采用一些简化方法进行计算。
6.地震作用与水压力荷载组合地震作用与水压力荷载的组合需要考虑水压力对结构稳定性和变形的影响。
2、梁柱线刚度、风荷载、地震作用的计算
各层柱抗侧刚度D值以及柱剪力
层号
层剪 力
J(边柱) KD
各柱D值计算 K(中柱) L(中柱)
KD
KD
S(边柱) KD
柱剪力
∑D
J(KN )
K(KN) L(KN)
11 13.9 0.24 23736 0.64 53671 0.617 #### 0.22 ### ### 2.18 4.936 4.785
11 40.8 0.87 0.229 1.14 0.383 0.24 2.87 1.8 4.7 14 13.9
柱线刚度计算
柱号
截面 bh （m （m
柱高
惯性矩I0
bh3（ 线刚m度4）ic 12
EIc h
(KN
/ m)
度(m)
））
0.4 0.4 5.2 0.00213333 13743.58974
0.4 0.4 4.2 0.00213333 17015.87302
2 4.2 9.4 15082.3 141773.6 0.032 107 2793 1 5.2 5.2 133007.1 691636.9 0.157 522 3315
4392189
102.5
横向框架抗震变形验算
层号 剪力 刚度 位移
11 399.8 1E+06 0.000331 10 762.5 1E+06 0.000632 9 1184 2E+06 0.000785 8 1536 2E+06 0.001018 7 1848 2E+06 0.001225 6 2119 2E+06 0.001404 5 2349 2E+06 0.001557 4 2538 2E+06 0.001682 3 2686 2E+06 0.00178 2 2793 1E+06 0.002479 1 3315 1E+06 0.002399
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。
地震作用内力及风荷载作用内力计算表
D柱梁端弯矩 和
0.9 0.9 0.9 0.9 0.9 0.9
1.97 1.97 1.97 1.97 1.97 1.97
18.36380711 44.00795939
64.521 79.90781726 90.16515228 90.34764975
表5-30结 构变形验
算
层间剪力 层间刚度
层次 6 5
n
Gj
ji
2029.4 3138.7 3154.8
3 3 3 3 3 3
Fi H i
0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 3063.43 3564.52 2281.29 1283.23 570.32 143.50
5447261.55
（kN）
D轴
F轴
11.27080234 11.27080234
2
381000 0.0038
1 1499.82 285000 0.0053
备注：层 间相对弹 性转角均 满足
3
0.001266667
3
0.001766667
表5-4各楼层 的刚重比和
剪重比
层号 6 5 4 3 2 1
层号 6 5 4 3 2 1
）
3
192375 3
3
192375 3
3
192375 3
h (m)
轴号 A轴
D轴 F轴
楼层 6 5
4 3 2 1 6 5
（kN）
6.988 16.745
24.551 30.405 34.308 43.606 11.27 27.008
(m)
1.125 1.35
1.425 1.5 1.5 1.8 1.35 1.5
第二章风荷载和地震作用
高层建筑结构——荷载
§ 2.2
风荷载
“森拉克”肆虐浙闽 防波堤 被冲垮百米 [ 2003年7月 28日 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 。
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——荷载
§ 2.3
地震作用
五、高层建筑结构应根据不同情况采用不同计算方法： 对质量和刚度不对称、不均匀的结构和高度超过 100m 的 高层建筑应采用考虑扭转耦连振动影响的反应谱振型分 解反应谱法 高度不超过40m、以剪切变形为主的且质量和刚度沿高度 分布较均匀的高层建筑结构，可采用反应谱底部剪力法 7 ～ 9 度设防的高层建筑，下列情况宜采用弹性时程分析 法进行多遇地震作用下的补充计算： (1)甲类高层建筑结构 (2)刚度与质量沿竖向分布特别不均匀的高层建筑结构 (3)表中所示的乙、丙类高层建筑结构
高层建筑结构——荷载
§ 2.2
风荷载
(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。（单位：kN/m2） 2 0 0
/1600
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
结构形式
高 层 建 筑 结 构 设 计 流 程
结构方案优选
中欧风荷载 地震作用 荷载效应组合的对比研究及欧洲规范版SATWE软件开发
结果与讨论
此外，我们还发现欧洲规范版SATWE软件在计算荷载组合时具有较高的精度和 效率。该软件采用有限元方法和程序自动生成技术，可快速准确地计算出结构在 不同荷载组合下的响应。同时，软件还提供了丰富的数据分析和可视化功能，方 便工程师进行数据处理和结构安全评估。
结论
结论
本次演示通过对欧洲风荷载、地震作用和荷载效应组合的对比研究，总结出 以下结论：
1、欧洲和中国规范在风荷载、地震作用和荷载效应组合方面的规定存在一定 差异，这些差异将对结构物的安全性能产生影响。因此，在实际工程中需注意规 范差异，选择合适的规范进行结构设计。
结论
2、欧洲规范版SATWE软件在计算荷载组合时具有较高的精度和效率，可快速 准确地计算出结构在不同荷载组合下的响应。同时，该软件还提供了丰富的数据 分析和可视化功能，方便工程师进行数据处理和结构安全评估。
结论
3、在实际工程中，建议采用欧洲规范版SATWE软件进行结构分析和设计。同 时，应加强欧洲和中国规范在风荷载、地震作用和荷载效应组合方面的对比研究， 以便更好地指建筑结构安全性能的重要因素之一。不同国家 和地区的风荷载规范存在一定的差异，因此，对顺风向等效风荷载及响应主要国 家建筑风荷载规范进行比较分析，对于提高建筑物的抗风性能和保证其安全具有 重要意义。
文献综述
因此，针对欧洲风荷载、地震作用和荷载效应组合进行深入对比研究十分必 要。
研究方法
研究方法
本研究采用理论分析和数值模拟相结合的方法。首先，收集欧洲和中国规范 中关于风荷载、地震作用和荷载效应组合的相关规定和计算方法进行对比分析。 其次，建立地震作用和风荷载的数值模型，并利用欧洲规范版SATWE软件进行计 算和分析。最后，对计算结果进行对比和讨论，总结出欧洲和中国规范在风荷载、 地震作用和荷载效应组合方面的差异和优劣。
工程师建筑结构中的风荷载与地震效应分析
工程师建筑结构中的风荷载与地震效应分析工程师在设计建筑结构时必须考虑到风荷载和地震效应对结构的影响。
风荷载是指建筑物受到的风力作用，地震效应则是指地震引起的结构振动。
本文将探讨这两个重要因素的分析方法和应对策略。
一、风荷载的分析与应对策略风荷载是对建筑结构产生的主要外部力之一，它对结构的影响可导致结构破坏甚至倒塌。
因此，在设计过程中正确分析和评估风荷载非常重要。
1. 风荷载的计算方法风荷载的计算一般依据风荷载标准，例如中国民用建筑结构荷载规范 GB 50009-2012 中提供的计算方法。
该规范基于工程结构所处的地理条件和建筑形式，将风荷载分为四个等级，即I、II、III和IV类。
具体的计算方法根据建筑物高度、形状、开启面积等参数进行综合考虑，得出合理的设计风速和相应的风荷载。
2. 风荷载对结构的影响风荷载对结构的影响主要表现在围护结构、承重结构和基础上。
围护结构包括墙体、窗户等，它们在受到风荷载作用时需要有足够的抗风能力，以保证建筑的稳定性和安全性。
承重结构主要是指梁、柱、框架等，其设计应考虑到风荷载引起的弯曲、剪切和变形等影响。
基础的设计和施工也需要考虑到风荷载的作用，以保证建筑的整体稳定。
为了应对风荷载的影响，工程师可以采取以下策略：- 根据风荷载标准准确计算风荷载，并在结构设计中合理考虑；- 合理选择建筑材料和结构形式，提高结构的抗风能力；- 对围护结构、承重结构和基础进行细致的设计和施工，确保其能承受风荷载的作用。
二、地震效应的分析与应对策略地震是造成建筑物破坏的主要自然灾害之一，特别是在地震频繁的地区，工程师必须充分考虑地震效应对结构的影响。
1.地震力的计算方法地震力的计算通常依据国家地震标准进行，如中国的《建筑抗震设计规范》GB 50011-2010。
该规范根据建筑物所处的地震烈度、场地类别和结构类型，确定了相应的设计地震动参数，并提供了计算方法。
工程师可根据所处地区的地震状况，分析和计算出合理的地震力。
高层建筑结构设计荷载和地震作用
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
Sk （1）屋面水平投影面上的雪荷载标准值：
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。 （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。
高层建筑结构的荷载和地震作用
唐山地区交通局，砖混结构的三层办公楼遭到破坏。（此处为唐山地震重点 保护遗迹之一。）
高层建筑结构的荷载和地震作用
唐山市河北省矿业学院图书馆，三层高的阅览室，系装配式纯框架结构，西头倒 毁，东头框架幸存。（此处为唐山地震重点保护遗迹之一。）
高层建筑结构的荷载和地震作用
干旱
热浪 霜冻、大风雪 台风、龙卷风 地震、海啸、火山爆发 泥石流、雪崩 与动物、微生物有关 虫害 疾病︰如伤寒、“非典”、 瘟疫 与植物有关 病害︰如小麦的铁锈病 野草蔓延、赤潮
細菌或病毒
真菌 数量激增
高层建筑结构的荷载和地震作用
死亡24人，经济损失94亿美元。
高层建筑结构的荷载和地震作用
12层钢筋混凝土住宅和商务大楼，自楼梯间相接处分裂，东侧楼6 层以下全部塌陷，并向东侧倒在邻房4层楼公寓上。西侧楼5层以 下全部倒塌，并向西倾倒在另一栋大楼上，柱间距介于8米到10米， 且柱子数量偏少。
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。
荷载效应及地震作用效应组合(仅供参考)
8 荷载效应效应组合本设计所应用到的用于承载能力极限状态下的内力组合公式如下： ①无地震时，由可变荷载效应控制的组合： G GK Q Q QK W W WK S S S S γψγψγ=++式中 S —结构构件荷载效应组合的设计值，包括组合的弯矩、轴向力和剪力设计值； r G 、r Q 、r W —永久荷载、楼面活荷载和风荷载的分项系数；ΨQ 、ΨW —楼面活荷载和风荷载的组合系数，当为第一可变荷载时取1。
S GK 、S Qk 、S Wk —永久荷载、楼面荷载和风荷载效应标准值。
②无地震时，由永久荷载效应控制的组合(根据《建筑结构荷载规范》GB 50009-2001 [2]第3.2.3条注3，水平风荷载不参与组合。
但2006版规范中取消了此注，即水平风荷载参与组合，当风荷载效应不大时也可忽略之。
)：？G GK Q Q QK S S S γψγ=+③有地震时，即重力荷载与水平地震作用的组合：G GE Eh Ehk S S S γγ=+式中 S —结构构件荷载效应与地震作用效应组合的设计值； r G 、r Eh —重力荷载、水平地震作用的分项系数； S GE 、S Eh —重力荷载代表值、水平地震作用标准值。
用于正常使用极限状态下的内力组合(标准组合)公式如下：？ GK Q QK W WK S S S S ψψ=++8.1控制截面及最不利内力类型8.1.1构件的控制截面框架梁的控制截面是支座截面和跨中截面。
在支座截面处，一般产生最大负弯矩(max M -)和最大剪力(m ax V )(水平荷载作用下还有正弯矩产生，故也要注意组合可能出现的正弯矩）；跨间截面则是最大正弯矩(max M +)作用处(也要注意组合可能出现的负弯矩)。
因此，框架梁的最不利内力为：梁端截面：max M +、max M -、m ax V 梁跨间截面：max M +由于内力分析的结果是轴线位置处的内力，而梁支座截面的最不利位置应是柱边缘处，因此，在求该处的最不利内力时，应根据梁轴线处的弯矩和剪力计算出柱边缘处梁截面的弯矩和剪力，即：/2M M Vb '=-/2V V qb '=-式中 M '—柱边缘处梁截面的弯矩标准值；V '—柱边缘处梁截面的剪力标准值；M —梁柱中线交点处的弯矩标准值；V —与M 相应的梁柱中线交点处的剪力标准值；b —柱截面高度；q —梁单位长度的均布荷载标准值。
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§ 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
（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
高层建筑结构——荷载
§ 2.2风荷载（基本风压）
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
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
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）
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
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Biblioteka § 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
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
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。
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
• 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
➢ 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。
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（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（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