第二章风荷载和地震作用

高层建筑结构——荷载
第二章 荷载作用和结构设计要求
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：截面配筋设计 步骤九：延性设计调整 步骤十：构造要求
高层建筑结构——荷载
第二章 荷载作用和结构设计要求
荷载作用
竖向荷载 ◆恒荷载 ◆活荷载 风荷载 地震作用
高层建筑结构——荷载
§ 2.2
风荷载
高层建筑结构——荷载
§ 2.2
风荷载
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
二、风荷载的计算参数：
Wk z s z w0
Wk
：风荷载标准值（kN/m2）
高层建筑结构——荷载
§2.3
地震作用
（3）两阶段的抗震设计方法 第一阶段：承载力和使用状态下的变形验算。取 小震的地震动参数，按弹性方法进行承载力和变 形验算（小震不坏），并通过抗震构造措施满足 中震的抗震延性要求（中震可修）。
第二阶段：弹塑性变形验算。对特别重要、不规 则复杂结构以及存在抗震薄弱层地震时易倒塌的 结构应进行大震作用下结构薄弱层的弹塑性层间 变形验算（大震不倒）。
§ 2.2
风荷载
典型风荷载体型系数举例（压力为正号，吸力为负号）
高层建筑结构——荷载
§ 2.2
风荷载
局部风压体型系数： 正压区：同上取法 负压区： ◆ 墙面：-1.0 ◆ 墙角边：-1.8 ◆ 屋面局部部位（周边和屋面坡度大于100的屋脊部位）： -2.2 ◆ 檐口、雨篷、遮阳板等突出构件：-2.0
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§2.3
地震作用
（2）三水准抗震设计目标——小震不坏，中震可修，大震不倒 小震不坏：建筑遭遇本地区多遇地震（小震），即相当于低 于本地区设防烈度1.5度的地震作用下，结构处于弹性工作状 态。 中震可修：在偶遇地震（中震），即设防烈度的地震作用下， 结构局部进入弹塑性状态（局部损坏），震后经修理可继续 使用。 大震不倒：在罕遇地震（大震），即相当于高于本地区设防 烈度1~1.5度的地震作用下，结构严重损坏，但要求不倒塌。 为了实现三 水准的抗震 设计目标 概念抗震 计算抗震 构造抗震
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§ 2.2 风荷载 脉动增大系数 ξ
主要与结构的周期和基本风压和地面粗糙程度有关
高层建筑结构——荷载
§ 2.2
风荷载
振型系数 Z


可由结构动力计算确定，计算时可仅考虑受力方向 基本振型的影响； 对于质量和刚度沿高度分布比较均匀的弯剪型结构， 也可近似采用振型计算点距室外地面高度Z与房屋高 度H的比值代替振型系数 Z/H
第二章 荷载作用和结构设计要求
结构计算分析及结构构件设计：
步骤一：构件截面初选（估算荷载） 步骤二：汇集荷载及荷载计算（精确计算荷载） 竖向恒荷载 竖向活荷载 水平风荷载 地震作用 步骤三：构造结构计算简图
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第二章 荷载作用和结构设计要求
步骤四：刚度验算 侧移不满足要求回到步骤二 步骤五：内力计算分析 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（左风、右风） 地震作用下内力计算（左地震、右地震） 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
基本自振周期T1> 0.25 S的工程结构，高度大于30m且高宽 比大于1.5的高柔房屋，考虑风压脉动对结构发生顺风向风 振的影响。风振计算按照随机振动理论进行，结构自振周 期按照结构动力学计算 一般悬臂型结构（构架、塔架、烟囱等高耸结构），高度 大于30m ，高宽比大于 1.5 且可以忽略扭转影响的高层建筑， 按照下式计算：
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。
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
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§ 2.2
风荷载
Z Z 1 Z
Z－振型系数，可近似取 Z＝ Z H －脉动增大系数，与0，T1及粗糙度有关 －脉动影响系数，与 H B，粗糙度和总高H有关
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§ 2.2 风荷载 脉动增大系数 ξ
主要与结构的周期和基本风压和地面粗糙程度有关
结构形式
高 层 建 筑 结 构 设 计 流 程
结构方案优选
结构体系 结构布置 构造结构计算简图
结构计算分 析及结构构 件设计
内力计算分析及内力调整
罕遇地震下薄弱层弹塑性变形验算 构件截面配筋计算
轴压比，剪压比等参数控制要求 抗震构造措施
配筋率，加密区等参数控制要求 钢筋连接及锚固构造要求 ……
高层建筑结构——荷载

:建筑物表面法线与风作用方向的夹角 ＝0：风力作用方向与建筑表面垂直，风压全部计算 ＝90：风力作用方向与建筑表面平行，风压不算 0< <90: 风力的分量，注意风力分解时区别风力为压力 或吸力
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开始
风 荷 载 计 算 步 骤
计算W0，确定粗糙度，μs 计算ξ，ν 计算各层地μZ，ψZ，βZ
风荷载
（二）风压高度变化系数 z （风速大小与高度及所处地貌有关系）
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
z可查表，也可通过公式计算
高层建筑结构——荷载
§2.3
地震作用
四、高层建筑结构应按下列原则考虑地震作用： 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
高层建筑结构——荷载
§2.3
地震作用
三、抗震设防标准、设计目标和设计方法 （1）建筑物重要性分类及抗震设防标准 甲类建筑：地震破坏会导致严重后果，造成经济上严重 损失或特别重要的建筑物；按照高于本地区抗震设防烈 度计算，其值应按批准的地震安全性评价结果确定 乙类建筑：地震时必须维持正常使用和救灾需要的建筑 物，人员大量集中的公共建筑物或其他重要的建筑物； 应按本地区抗震设防烈度计算 丙类建筑物：除上述以外的一般高层建筑；应按本地区 抗震设防烈度计算 丁类建筑物：次要建筑，一般情况下地震作用仍应符合 本地区抗震设防烈度的要求，抗震措施应允许比本地区 抗震设防烈度的要求适当降低，但抗震设防烈度为6度时 不应降低。
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§ 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 。
计算各层的Wk
计算各层的Pk 结束
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§ 2.2
风荷载
（六）局部风荷载计算
1、计算外挑构件——阳台、雨篷（风向上地浮力） 2、围蔽构件计算——窗、幕墙等（局部风压）
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§2.3
地震作用
一、地震的成因 地震发生时，由于地震波的作用产生地面运动（横向和 纵向），通过房屋基础影响上部结构，使结构产生振动 二、地震作用特点 地震波：竖向振动和水平振动（主要破坏）－P波及S波 地震反应：位移、速度、加速度（产生惯性力） 动力荷载作用，其作用大小除了与地震波本身的特性有 关，还与场地土特性，建筑自身特性有关 地震是一种随机振动，其特征包括：振幅、频谱、持续 时间 特 征 周 期 的 影 响 ： 短 周 期 （ 0.1~0.3s ） ， 长 周 期 （1.5~2s）
结构体系 平均重度（kN/m2） 框架结构 0.9~1.2 框－剪结构 1.1~1.4 框筒结构 1.3~1.5 剪力墙结构 1.4~1.7
注：H>100（或>30层）取上限，H<60（或>20层）取下限 高层建筑结构——荷载
§ 2.2
风荷载
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（紊流）
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§ 2.2
风荷载
一、风荷载的成因和影响因素：
1、成因：近地空气流动（即近地 风）在建筑物表面产生的风压 和风吸作用即为建筑物所受到 的风荷载。 2、影响因素： 近地风的性质、风速、风向
建筑物所在地的地貌和周边环境
建筑物本身的特性－高度、形状 及表面状况 这些影响因素通过 Wk
z s z w0 中的参数综合考虑
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§ 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
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§ 2.2
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
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§ 2.2
风荷载
（三）风荷载体型系数 ຫໍສະໝຸດ Baidus
典型风荷载体型系数举例（压力为正号，吸力为负号）
高层建筑结构——荷载
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Z 2 z＝ （ ） 10
ψ－地面粗糙度及梯度风高度影响系数 Z －计算点离地高度（标高） α－地面粗糙度指数
地面粗糙度
A ψ α 1.397 0.12 B 1 0.16 C 0.616 0.22 D 0.318 0.3
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§ 2.2
风荷载
（三）风荷载体型系数 s
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§ 2.2
风荷载
（四）风振系数 Z (高度Z处风振系数)
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
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§ 2.2
风荷载
（四）风振系数 Z (高度Z处风振系数) 与结构的自振特性有关，（包括自振周期、振型等， 也与结构的高度有关）
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§ 2.1 竖向荷载（尽量做到“轻”、“准” ）
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：可以不考虑活荷载不利布置（因为：占在竖向荷载 中所占比重小，另外对于框架梁其水平荷载引起内 力更大）
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§ 2.2

风荷载
脉动影响系数
与房屋总高度、粗糙度类别、H/B有关，查表。 注意：B为迎风面宽度
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§ 2.2
风荷载
(五)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 Z0 (S1B1 cos1 Sn Bn cos n )