第3章 高层建筑结构荷载

=Wn+1hn+1[1+3hn+1/(4H)]
等效集中荷载示意图
经简化后，作用在高层建筑上的风荷载，结构分析
时可只取主体结构参与计算（图3-6）。
3.3 地震作用——多质点体系水平地震作用
1、结构体系的简化 一般把各层质量集中在 楼层处； n个楼层即形成n 个质点。 每一楼面标高位置的重量 (称重力荷载代表值 )由以下 几部分组成：
计算主体结构的风荷载效应时，风荷载体型系数s 按下列规定采用：
1 圆形平面建筑取0.8； 2 正多边形及截角三角形平面建筑，由下式计算(式中n是 多边形的变数)： 3 高宽比H/B不大于4的矩形、方形、十字形平面建筑取1.3; 4 下列建筑取1.4： 1) V形、Y形、弧形、双十字形、井字形平面建筑； 2) L形、槽形和高宽比H/B大于4的十字形平面建筑； 3) 高宽比H/B大于4，长宽比L/B不大于1.5的矩形、鼓形平 面建筑。
在需要更细致进行风荷载计算的场合，风荷载体型 系数可按表3-4 (pp62表3-2)采用，或由风洞试验确定。
风荷载体型系数在取值时应注意以下几点：
—迎风面为压力(表3-4中体型系数用“＋”号表示)；
—侧风面及背风面为吸力(表3-4中体型系数用“－” 号表示)；
—各面上的风压分布并不均匀(风压分布见图3-1)，计算主体 结构时，采用各个表面的平均风载体型系数； —风压(吸)力方向都垂直于该表面； —计算风荷载对某个局部表面的作用时，采用局部风载体型系 数——檐口、雨篷、遮阳板、阳台等水平构件，计算局部上 浮风荷载时，风荷载体型系数从不宜小于2.0。
3.2.2.1 风荷载标准值wk 及基本风压值w0
(1)风荷载标准值wk
垂直于建筑物表面单位面积上 的风荷载标准值Wk按下式计算：
wk=βzμzμsw0
(2)基本风压值w0
以当地比较空旷平坦地面上离地 10m 高统计所 2/2 w ＝ v 0 0 得的50年一遇10分钟平均年最大风速V0来确定：
(1)主体建筑上的等效均布风荷载
当按沿建筑高度 H的不同点确定 μz、 βz时，总风荷载的实际 分布，如图（a）； 如果沿 H分段取 μz、βz为常数，则总风荷载可简化为阶梯形 分布，如图（b）； 工程中为计算方便，常按建筑物底部弯矩相等的原则，将阶 梯形分布荷载简化为 沿主体建筑 H 的等效均布荷载 , 如图 （c）——以便于利用图表近似计算结构的内力、侧移等。 M0=p0H2/2=[W1h1h1/2+W2h2(h1+h2/2)+…+Wihi(h1+h2+…+hi1+hi/2) +…] 得：
(7)高度大于30m，高宽比大于1.5且可忽略扭转影响的高层建筑， 均可仅考虑第一振型的影响，按下式计算顺风向风振系数。
(8)对于横风向风振作用效应明显的高层建筑，宜考虑横风向 风振的影响。 (9)顺风向风振系数和横风向风振影响的计算参见《建筑结构 荷载规范》 GB 50009-2012。
3.2.2.5
3.2.2.3 风载体型系数μs
风荷载体型系数是指风作用在建筑物表面上所引起的实 际压力（或吸力）与基本风压w0的比值。 它描述的是建筑物表面在稳定风压作用下的静态压力的 分布规律，主要与建筑物的体型和尺度有关，也与周围 环境和地面粗糙度有关； 当多个建筑物，特别是群集的高层建筑，相互间距较近 时，宜考虑风力相互干扰的群体效应；一般可将单独建 筑物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得出。
3.1.3
高层建筑上竖向荷载的初估值
在方案估算阶段，可参考表3-2提供的结构单位 面积重量估算竖向荷载。 表3-2 结构单位面积重力荷载估算表
结构类型
框 架
重力荷载(包括活荷载) kN/m2（每层）
轻质填充墙 机制砖填充墙 轻质填充墙 机制砖填充墙 混凝土墙体 10～12 12～14 12～14 14～16 15～18
通常按x、y两个互相垂直的主轴方向分别计算总风荷载。 按下式计算z高度处1m高度的总风荷载标准值：
Wk=βzμzw0(μs1B1cosα1+μs2B2cosα2+…+μsnBncosαn)
(2)区别是风压力还是风吸力，以便作矢量相加； (3)各表面风荷载的合力作用点，即总风荷载作用点。
3.2.4 等效风荷载
高层建筑的荷载特点：
•竖向荷载远大于低层建筑，可引起相当大的结构内力； •水平荷载的影响显著增加，成为高层建筑结构设计的主要因 素。特别是，抗震设计对高层建筑结构来说是十分重要的。
3.1.1 恒荷载
(1) 恒载范围
结构本身的自重；
附加于结构上的各种永久荷载
(2) 恒载计算
常用材料和构件的自重可按《建筑结构荷载规范》 (GB50009－2012)取值；
第3章
高层建筑结构荷载
3.1 恒荷载及楼面活荷载（竖向荷载） 3.2 风 荷 载（水平荷载） 3.3 地震作用（水平荷载）
3.1 恒荷载及楼面活荷载（竖向荷载）
荷载类别：
•竖向荷载(包括恒荷载和活荷载)； •水平荷载(风荷载、水平地震作用)； •施工荷载；
•由于材料体积变化受阻引起的作用 (包括温度、混凝土的徐 变和收缩所引起的作用) •地基不均匀沉 降等。
(3)基本风压w0在取值时应注意的几个问题：
基本风压 w0应按照现行国家标准《建筑结构荷载规范》GB 50009-2012附录的规定采用 ，但应≥0.3kN／m2； 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。 基本风压值不是风对建筑物表面的压力； 《荷载规范（ GB50009-2012 ）》附录可查出重现期为 10 年、 50年、100年的w0值。
关于风洞试验
房屋高度大于200m或有下列情况之一时，宜进 行风洞试验判断确定建筑物的风荷载：
1 平面形状或立面形状复杂； 2 立面开洞或连体建筑； 3 周围地形和环境较复杂。
3.2.3 总风荷载
(1)总风荷载为建筑物各个表面承受风力的合力， 是沿建筑物高度变化的线荷载（图3-5）。
1 p0 H
(w h )
i 1 i i
n
水平地震作用简化（图2）
n 1 2 V0 qmax H Fi H i qmax 2 i 1 H
FH
i 1 i
n
i
作 业
本章结束，谢谢听讲！
表3-3
风压高度变化系数μs (GB 50009-2001)
3.1.2 楼(屋)面活荷载
高层建筑结构的楼面活荷载应按《荷载规范》取用； 规范中未规定的楼面均布活荷载可按表3-1取值；
表3-1
项次 l 2 3 4 5 类
规范中未规定的楼面均布活荷载
别 标准值(kN／m2) 3.0— 4.0 4.0一5.0 5.0— 8.0 4.0— 5.0 3.0一4.5 准永久值系数(ψq) 0.5 0.8 0.8 0.5 0.5
3.2.2.2 风压高度变化系数μz
(1)与离地面或海平面高度及地面粗糙度类别有关。当与离地 面高度为10米，且地面粗糙度类别为B类的μz为1.00。
(2)不同地面粗糙度的风速沿高度的变化曲线见教材。
(3)地面粗糙度可分为A、B、C、D四类： A类指近海海面和海岛、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类指有密集建筑群且房屋较高的城市市区。 (4)位于山峰和山坡地的高层建筑物，其风压高度变化系数亦 应考虑进行修正。 (5)风压高度变化系数见表3-3(pp61表3-1)。
酒吧间、舞厅、 展销厅 屋顶花园 贮藏室 饭店厨房、洗衣房 健身房、娱乐室
荷载较大时 按实际情况
施工活荷载一般取1.0～1.5 kN/m2；
施工中采用附墙塔、爬塔等对结构受力有影响的起重机械或 其他施工设备时，应根据具体情况确定对结构产生的施工荷载
旋转餐厅轨道和驱动设备的自重应按实际情况确定。 擦窗机等清洗设备应按其实际情况确定其自重的大小和作用 位置。 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：
(2)不均匀性
在计算整体作用时，取各个表面的平均风压； 在计算局部表面的作用时，采用局部风载体型系数。
(3)影响因素多
近地风的性质、风速、风向有关； 建筑物所在地的地貌及周围环境有关； 建筑物本身的高度、形状以及表面状况有关。
3.2.2 风荷载标准值
3.2.2.1 风荷载标准值wk 及基本风压值w0 3.2.2.2 风压高度变化系数μz 3.2.2.3 风载体型系数μs 3.2.2.4 风振系数βz
2 p0 2 H
hi [Wi hi ( h j )] 2 i 1 j 1
n
i 1
(2)小塔楼上的风荷载
突出屋面的楼（电）梯间、水箱、女儿墙等的风荷载， 按对主体结构顶部位移相等的原则，简化为作用在主体结 构顶部的集中力P。
hn+1
wn+1
塔楼
P1 P1
m1
hn+1
P1
m1
2
主体结构
3.2.2.4 风振系数βz
(1)风振系数是用来考虑风压脉动影响的。 (2)风作用不规则，风压随着风速、风向而不停地改变。 (3)通常把风作用的平均值看成稳定风压，即平均风压。 (4)实际风压是在平均风压上下波动，见图3-2。 (5) 考虑的方法是采用风振系数 βz，设计时用它加大风荷载， 仍然按照静力作用计算风载效应。 (6) 对于高度大于 30m 且高宽比大于 1.5 的房屋和基本自振周期 T1大于0.25s的各种高耸结构以及大跨度屋盖结构，均应考虑 风压脉动对结构发生顺风向风振的影响。
得：P=P1+P2=Fn+1+3Fn+1hn+1/(2H)=Fn+1[1+3hn+1/(2H)]
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ 说明：将主体结构上的风荷载简化成均布荷载；水 平地震作用简化成倒三角形荷载时，也有按结构底 部剪力相等的原则进行的。 风荷载简化（图1） V0=p0H=[w1h1+w2h2+…+wihi +…]
P1=Wn+1hn+1
H
P1
n+1 m1=P1 h2
P2
P1+P2
小塔楼上风荷载的简化
小塔楼上风荷载的简化
△P=P2H3/(3EI) ； △m1=m1H2/(2EI)； 令△P =△m1，得： P2=3m1/(2H)=3P1hn+1/(4H) P=P1+P2=P1+3P1hn+1/(4H) =P1[1+3hn+1/(4H)]
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，对具有液压轮 胎起落架的直升机，动力系数可取1.4；——当没有机型技 术资料时，局部荷载标准值及其作用面积可根据直升机类 型按表下取用。 2 等效均布活荷载5kN／m2。
设计楼面梁、墙、柱及基础时，楼面活荷载标准值应乘以 《荷载规范》规定的折减系数。
恒荷载（本层楼面结构及上、下各半层墙、柱）的全部； 简化后的计算简图如图， 雪荷载的50％； 图中Gi为第i层质点的重 一般楼面活荷载的50％，藏书库、档案库活荷载的 80％。
力荷载代表值。
2、反应谱底部剪力法计算水平地震作用
多质点体系的水平地震作用分布特点：当质量、刚 度沿高度分布较均匀（Gi≈Gj）时，Fi与Hi成正比。 3、水平地震作用的简化 （1）主体结构:高层建筑主体结构上的水平地震作用 力可按底部弯矩相等的原则，简化为倒三角形分布，
框架-剪力墙
剪力墙、筒体
3.2 风 荷 载（水平荷载）
3.2.1 风荷载的特点
3.2.2 风荷载标准值wk 3.2.3 总风荷载 3.2.4 等效风荷载
3.2.1 风荷载的特点
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。
(1)动力特性
波动风压会在建筑物上产生一定的动力效应（用静荷载乘 风振系数βz来考虑）。
n （a) 实际地震作用：
M 0 Fi H i
i 1
1 简化后： （ b ） M 0 q max H 2 3
qmax
3 2 H
F H
i 1 i
n
i
（2）顶部小塔楼：按主体结构顶部侧移相等的原则， 简化为作用在主体结构顶部的水平力。
取: P1=Fn+1, m1=Fn+1hn+1, P2=3m1/(2H)=3Fn+1hn+1/(2H)