第章风及地震荷载的对比
第3章高层建筑结构的荷载和地震作用(精)
第3章 高层建筑结构的荷载和地震作用[例题] 某高层建筑剪力墙结构，上部结构为38层，底部1-3层层高为4m,其他各层层高为3m ，室外地面至檐口的高度为120m ，平面尺寸为m m 4030⨯，地下室采用筏形基础，埋置深度为12m ，如图3.2.4(a)、(b)所示。
已知基本风压为2045.0m kN w =，建筑场地位于大城市郊区。
已计算求得作用于突出屋面小塔楼上的风荷载标准值的总值为800kN 。
为简化计算，将建筑物沿高度划分为六个区段，每个区段为20m ，近似取其中点位置的风荷载作为该区段的平均值，计算在风荷载作用下结构底部（一层）的剪力和筏形基础底面的弯矩。
解：（1）基本自振周期：根据钢筋混凝土剪力墙结构的经验公式，可得结构的基本周期为： s n T 90.13805.005.01=⨯==222210m s kN 62.19.145.0T w ⋅=⨯=（2）风荷载体型系数：对于矩形平面，由附录1可求得80.01=s μ57040120030480L H 0304802s .....-=⎪⎭⎫ ⎝⎛⨯+-=⎪⎭⎫ ⎝⎛+-=μ （3）风振系数：由条件可知地面粗糙度类别为B 类，由表3.2.2可查得脉动增大系数502.1=ξ。
脉动影响系数ν根据H/B 和建筑总高度H 由表3.2.3确定，其中B 为迎风面的房屋宽度，由H/B=3.0可从表3.2.3经插值求得=ν0.478；由于结构属于质量和刚度沿高度分布比较均匀的弯剪型结构，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，即H H i /z =ϕ，i H 为第i 层标高；H 为建筑总高度。
则由式（3.2.8）可求得风振系数为：HH 478050211H H 11iz i z ⋅⨯+=⋅+=+=μμξνμϕνξβ.. z z z（4）风荷载计算：风荷载作用下，按式（3.2.1）可得沿房屋高度分布的风荷载标准值为：()z z z z ....)z (q βμβμ6624=40×570+80×450=按上述公式可求得各区段中点处的风荷载标准值及各区段的合力见表3.2.4，如图3.2.4(c)所示。
《工程结构荷载及可靠度设计》课程笔记
《工程结构荷载及可靠度设计》课程笔记第一章：荷载类型1.1 荷载与作用荷载是指作用在结构上的各种力，它们可以导致结构的变形、位移或破坏。
荷载通常分为两类：直接作用和间接作用。
1. 直接作用：指直接施加在结构上的力，如人的重量、家具、车辆等。
这些力可以直接作用在结构的某个部分，导致该部分产生应力、应变和变形。
2. 间接作用：指不是直接施加在结构上的力，但会通过结构的一部分传递到另一部分，如温度变化、地震等。
这些力不会直接导致结构产生应力，但会通过结构的变形和位移产生影响。
1.2 作用的分类荷载作用可以分为以下几类：1. 恒载：指在结构使用过程中始终存在的荷载，如结构自重、固定设备等。
恒载的大小和作用点一般不会发生变化。
2. 活载：指在结构使用过程中可能变化的荷载，如人的活动、车辆的行驶等。
活载的大小和作用点可能会随着时间发生变化。
3.偶然荷载：指在结构使用过程中可能发生，但发生概率较小的荷载，如意外事故、爆炸等。
偶然荷载的大小和作用点通常难以预测。
4.地震作用：指地震时地面的震动对结构产生的影响。
地震作用是一种特殊的偶然荷载，其大小和作用点取决于地震的强度和震中距离。
5.风荷载：指风对结构产生的影响。
风荷载的大小和作用点取决于风速、风向和地形等因素。
6.温度作用：指温度变化对结构产生的影响。
温度作用可能导致结构产生膨胀或收缩，从而产生应力、应变和变形。
7.变形作用：指由于地基沉降、结构老化等原因导致结构产生的变形。
变形作用可能会导致结构的应力、应变和位移发生变化。
8.爆炸作用：指由于爆炸事故对结构产生的影响。
爆炸作用通常会导致结构产生局部破坏或整体破坏。
9.浮力作用：指由于水的浮力对结构产生的影响。
浮力作用通常发生在水下结构或浮体结构中。
10.制动力、牵引力与冲击力：指由于车辆行驶、机械运动等原因对结构产生的影响。
这些力可能会导致结构产生振动、噪声和疲劳损伤。
11.预加力：指在施工过程中预先施加在结构上的力，如预应力混凝土结构中的预应力钢筋。
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。
高层建筑结构的荷载和地震作用
4、风振系数 z
１）风速特点： 风速的变化可分为两部分：一种是长周期的成分，其值一般在10min以上；另一种 是短周期成分，一般只有几秒左右。因此，为便于分析，通常把实际风分解为平均风 （稳定风）和脉动风两部分。稳定风周期长，对结构影响小；脉动风周期短，对结构 影响大。
２）风的动力效应：对于高度较大、刚度较小的高层建筑，脉动风压会产生不可
2）定义：风荷载体型系数是指风作用在建筑物表面所引起的压力(吸力)与原 始风速算得的理论风压的比值。
3）特点：风荷载体型系数一般都是通过实测或风洞模拟试验的方法确定，它 表示建筑物表面在稳定风压作用下的静态压力分布规律，主要与建筑物的体型与尺 度有关。
3.2 风荷载
+0.8 －(0.48+0.03H/L)
0.8+1.2/n1/2
3）计算：在计算风荷载对建筑物的整体作用时，只需按各个表面的平 均风压计算，即采用各个表面的平均风荷载体型系数计算。
4）风荷载体型系数的确定：根据设计经验和风洞试验 （１）单体风压体型系数
例:
-0.6
当表面粗糙时取μs = 0.8
-0.6
3.2 风荷载
（2）群体风压体型系数 对建筑群，尤其是高层建筑群，当房屋相互间距较近时，由于漩涡
第3章 高层建筑结构的荷载和地震作用
高层建筑结构主要承受竖向荷载和水平荷载。
1）竖向荷载
恒荷载 活荷载
2）水平荷载
风荷载 地震作用
与多层建筑结构有所不同，高层建筑结构—— 1）竖向荷载效应远大于多层建筑结构； 2）水平荷载的影响显著增加，成为其设计的主要因素； 3）对高层建筑结构尚应考虑竖向地震的作用。
3.1 竖向荷载
3.1 恒荷载
第3章高层建筑结构的荷载和地震作用.
第3章高层建筑结构的荷载和地震作用[例题] 某高层建筑剪力墙结构，上部结构为38层，底部1-3层层高为4m,其他各层层高为3m，室外地面至檐口的高度为120m，平面尺寸为30m⨯40m，地下室采用筏形基础，埋置深度为12m，如图3.2.4(a)、(b)所示。
已知基本风压为w0=0.45kNm，建筑场地位于大城市郊区。
已计算求得作用于突出屋面小塔楼上的风荷载标准值的总值为800kN。
为简化计算，将建筑物沿高度划分为六个区段，每个区段为20m，近似取其中点位置的风荷载作为该区段的平均值，计算在风荷载作用下结构底部（一层）的剪力和筏形基础底面的弯矩。
2解：（1）基本自振周期：根据钢筋混凝土剪力墙结构的经验公式，可得结构的基本周期为： T1=0.05n=0.05⨯38=1.90sw0T12=0.45⨯1.92=1.62kN⋅s2m2（2）风荷载体型系数：对于矩形平面，由附录1可求得μs1=0.80H⎫120⎫⎛⎛⎪=- 0.48+0.03⨯⎪=-0.57 L40⎝⎭⎝⎭（3）风振系数：由条件可知地面粗糙度类别为B类，由表3.2.2可查得脉动增大系数ξ=1.502。
脉动影响系数ν根据H/B和建筑总高度H由表3.2.3确定，其中B 为迎风面的房屋宽度，由H/B=3.0可从表3.2.3经插值求得ν=0.478；由于结构属于质量和刚度沿高度分布比较均匀的弯剪型结构，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，即ϕz=Hi/H，Hi为第i层标高；H为建筑总高度。
则由式（3.2.8）可求得风振系数为：ξ ν ϕzξνHi1.502⨯0.478Hiβz=1+=1+⋅=1+⋅μzμzHμzH（4）风荷载计算：风荷载作用下，按式（3.2.1）可得沿房屋高度分布的风荷载标准值为：q(z)=0.45×(0.8+0.57)×40μzβz=24.66μzβzμs2=- 0.48+0.03按上述公式可求得各区段中点处的风荷载标准值及各区段的合力见表3.2.4，如图3.2.4(c)所示。
《工程结构荷载与可靠度分析》李国强(第四版)课后习题答案
第一章荷载类型1、荷载与作用在概念上有何不同？荷载：是由各种环境因素产生的直接作用在结构上的各种力。
作用：能使结构产生效应的各种因素总称。
2、说明直接作用和间接作用的区别。
将作用在结构上的力的因素称为直接作用，将不是作用力但同样引起结构效应的因素称为间接作用，如温度改变，地震，不均匀沉降等。
只有直接作用才可称为荷载。
3、作用有哪些类型？请举例说明哪些是直接作用？哪些是间接作用？①随时间的变异分类：永久作用、可变作用、偶然作用②随空间位置变异分类：固定作用、可动作用③按结构的反应分类：静态作用、动态作用。
4、什么是效应？是不是只有直接作用才能产生效应？效应：作用在结构上的荷载会使结构产生内力、变形等。
不是。
第二章重力1、结构自重如何计算？将结构人为地划分为许多容易计算的基本构件，先计算基本构件的重量，然后叠加即得到结构总自重。
2、土的重度与有效重度有何区别？成层土的自重应力如何计算？土的天然重度即单位体积中土颗粒所受的重力。
如果土层位于地下水位以下，由于受到水的浮力作用，单位体积中，土颗粒所受的重力扣除浮力后的重度称为土的有效重度。
3、何谓基本雪压？影响基本雪压的主要因素有哪些？基本雪压是指当地空旷平坦地面上根据气象记录资料经统计得到的在结构使用期间可能出现的最大雪压值。
主要因素：雪深、雪重度、海拔高度、基本雪压的统计。
4、说明影响屋面雪压的主要因素及原因。
主要因素：风的漂积作用、屋面坡度对积雪的影响（一般随坡度的增加而减小，原因是风的作用和雪滑移）、屋面温度（屋面散发的热量使部分积雪融化，同时也使雪滑移更易发生）。
5、说明车列荷载与车道荷载的区别。
车列荷载考虑车的尺寸及车的排列方式，以集中荷载的形式作用于车轴位置；车道荷载则不考虑车的尺寸及车的排列，将车道荷载等效为均布荷载和一个可作用于任意位置的集中荷载形式。
第三章侧压力1.什么是土的侧压力？其大小与分布规律与哪些因素有关？土的侧向压力是指挡土墙后的填土因自重或外荷载作用对墙背产生的土压力。
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。
第一章 荷载与作用
3、偶然作用（accidental action）
在结构设计基准期内，不一定出现，但一旦出现，其量值很大且持续时间 较短的作用。
【例如】 地震作用、爆炸、船舶或漂流物的撞击作用、汽车撞击作用等。
§1.2 作用的分类 【注意】
由于可变作用的变异性比永久作用的变异性大， 可变作用的相对取值应比永久作用的相对取值大；
构上的集中力和分布力引起的直接作用有明显的变异性，在 设计时为了便于取值，通常是考虑荷载的统计特征赋予一个 规定的量值，这个量值称为荷载代表值。工程建设相关的国 家标准给出了荷载四种代表值：标准值、组合值、频遇值和 准永久值；
荷载标准值（standard value） ：荷载在结构使用期间
可能出现的最大值，是荷载的基本代表值。
另外由于偶然作用的出现概率较小，结构抵抗偶然
作用的可靠度要求可比抵抗永久作用和可变作用的
可靠度低。
§1.2 作用的分类
二、按随空间位置的变异分类—固定作用、自由作用
1、固定作用（fixation action）
在结构空间位置上具有固定的分布，其值可能具有随机性。
【例如】工业与民用建筑楼面上的固定设备荷载、结构构件自重等。
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结构工程基础知识
结构工程专门知识
§1.1 工程荷载与作用
工程结构（Engineering Structures）:采用建筑材料（混 凝土、钢、木等）建造的能够承受各种作用的结构体系 （房屋、道路、桥梁、隧道、堤坝等工程设施）。
首先应满足自身功能要求; 其次工程结构需要形成一个坚实的骨架，承受使用过程中可能出 现的各种环境作用。
§1.3 荷载代表值
对一些可以放松正常使用功能控制要求的，例
如二级裂缝控制等级的预应力构件，可采用荷 载效应准永久组合；在控制钢筋混凝土受弯构 件挠度时，也要考虑荷载效应准永久组合对刚 度有降低的影响，此时可以通过荷载效应标准 组合和准永久组合弯矩设计值的比值确定刚度 的折减系数；
钢结构下册复习材料第一章
第一章1、轻型门式刚架结构的定义及适用范围及特点定义：单层门式刚架是指以轻型焊接H型钢（等截面或变截面）、热轧H型钢（等截面）或冷弯薄壁型钢等构成的实腹式门式刚架或格构式门式刚架作为主要承重骨架，用冷弯薄壁型钢（槽钢、卷边槽钢、Z形等）做檩条、墙梁；以压型金属板（压型钢板、压型铝板）做屋面、墙面；采用聚苯乙烯泡沫塑料、硬质聚氨酯泡沫塑料、岩棉、矿棉、玻璃棉等作为保温隔热材料并适当支撑的一种轻型房屋结构体系。
适用范围：1、具有轻型屋盖和轻型墙板的房屋，2、门式刚架的跨度取横向钢架柱间的距离宜为9-36m，3、无桥式吊车或有起重量不大于20t的中轻级工作制（A1-A5）桥式吊车或3t悬挂式起重机的单层房屋钢结构，4、不适于强腐蚀介质环境的房屋特点：1、质量轻2、工业化程度高，施工周期短3、综合经济效益高4、柱网布置比较灵活5、门式刚架体系的整体性可以依靠檩条、墙梁及隅撑来保证，从而减少了屋盖支撑的数量，同时支撑多用张紧的圆钢制成，很轻便6、门式刚架的梁、柱多采用变截面杆、可以节省材料7、组成构件的杆件较薄，对制作、涂装、运输、安装的要求高8、构件的抗弯刚度、抗扭刚度比较小，结构的整体刚度也比较柔2、门式刚架的结构类型按跨度分：单跨(ab) 双跨（e f g i）多跨(c d)按屋面坡脊数分：单脊单坡(a) 单脊双坡(bcdgh ) 双脊双坡(efi)3、门式刚架结构支撑和刚性系杆的布置原则1、在每个温度区段或分期建设的区段中，应分别设置能独立构成空间稳定结构的支撑体系；2、在设置柱间支撑的开间，应同时设置屋盖横向支撑，以构成几何不变体系；3、端部支撑宜设置在温度区端部的第一或第二个开间。
柱间支撑的间距应根据房屋纵向受力情况及安装条件确定，一般取30-45m；有吊车时不宜大于60m；4、当房屋高度较大时，柱间支撑应分层设置，当房屋宽度大于60m时，内柱列宜适当设置支撑；5、当端部支撑设在端部第二个开间时，在第一个开间的相应位置应设置刚性系杆；6、在钢架转折处应沿房屋全长设置刚性系杆；7、由支撑斜杆等组成的水平桁架，其直腹杆宜按钢性系杆考虑；8、刚性系杆可由檀条兼任，此时檩条应满足压弯构件的承载力和刚度要求，当不满足时可在钢架斜梁间设置钢管，H形钢或其他截面形式的杆件。
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。
第6章荷载统计分析
6.5.2 民用建筑楼面活荷载 楼面活荷载一般包括持久活荷载、临
时活荷载。 1.办公楼楼面持久活荷载 概率模型为：
经卡方分布检验， 他的分布不拒绝极值 I型分布，可以计算出 在基准期T内持久活荷载的统计参数。
2.临时性活荷载 他是调查测定,经卡 方统计检验，他服 从极值I型分布。可 以计算出他的统计 参数。 3. 办公楼楼面活荷载的统计参数 根据Turkstra 组合，可得其统计参数为:
对于出现的概率p<1的临时楼面活荷载、风 雪荷载，我国在T内最大荷载的概率分布函数：
FQT FQi (x) m......(6 5)
6.4 荷载组合和荷载效应组合的原则
1.荷载和荷载效应的关系
S ＝ C × Q……（6－7）
2.荷载组合和荷载效应组合
（1）Tukstra组合：
该规则轮流以一个荷载效应在T内的最大值与 其余荷载的任意时点值组合，取所有组合中的 最大值,见式6－9和图6－2。
第6章 荷载统计分析
教学基本要求
1.了解荷载的统计方法、常用荷载的统计 分析；
2. 熟悉荷载的代表值、设计值。
6.1 荷载的概率模型
荷载是一个随机变量，对于常见的楼面活荷载、 风荷载、雪荷载等采用了平稳二项随机过程概 率模型。基本假定如下： • 设计基准期T可以分为r个相等的时段，在内 荷载不变。 • 在上荷载出现概率为p， 不出现的概率为q=1-p。 • 在上荷载幅值是非负随机变 量且概率分布函数FQi(x)相同.
Sc=max(Sc1+Sc2...+Scn)…(6-9）
(2)JCSS组合
该规则先假定可变荷载的样本函数为 平稳二项工程，将某一个可变荷载Q1 在基准期内[0,T]的最大值与另一个可 变荷载在时间1内的局部最大值效应 以及第三个可变荷载在时间1内的局 部最大值效应组合，以此类推。
高层住宅外墙外保温系统风荷载及地震荷载的计算
Trending Topics高层住宅外墙外保温系统风荷载及地震荷载的计算李小荷/香港大学李先立/山东创业房地产开发有限公司徐 新/北京振利高新技术有限公司摘要：本文依据GB50009-2012、JG158-2004、JGJ102-2003等规范中的有关规定，详细说明了高层住宅外墙风荷载标准值、设计值W、考虑地震荷载时荷载作用效应组合值的计算方法，以胶粉聚苯颗粒浆料贴砌聚苯板复合外墙外保温系统为例，将计算结果与该系统拉伸粘接强度规范标准值、检测值对比，证明该系统在山东省用于100m高的高层住宅，有较大的安全裕度，是安全、可靠的。
关键词：高层住宅，胶粉聚苯颗粒浆料，贴砌，聚苯板，外保温系统，抗风压性能，适用高度1引言目前国家及各省市发布的有关外墙外保温系统标准，未明确给出抗风压及抗震性能的计算方法，致使大家对各种外墙外保温系统的抗风压及地震荷载性能、适用高度等存在一定争议；例如山东省工程建设标准DBJ/T14-099-2013《外墙外保温应用技术规程（胶粉聚苯颗粒浆料复合型外墙外保温系统）》，其第3.0.1条仅规定，外保温工程应满足：能承受设计瞬时风荷载的作用而不产生破坏，在规定的抗震设防烈度范围内不应从基层上脱落。
本文以山东省淄博张店区某31层高层住宅为例，依据GB50009-2012、JG158-2004、JGJ102-2003等规范中的有关规定，详细说明了高层住宅外墙风荷载标准值、设计值W、考虑地震荷载时荷载作用效应组合值的计算方法，并将计算结果与胶粉聚苯颗粒浆料贴砌聚苯板复合外墙外保温系统规范标准值、检测值对比，证明该系统在山东省用于100m高的高层住宅，有较大的安全裕度，是安全、可靠的。
胶粉聚苯颗粒浆料贴砌聚苯板复合外墙外保温系统，采用胶粉聚苯颗粒浆料满粘贴砌聚苯板的做法、加上聚苯板的横槽设计使聚苯板受粘面积增大、聚苯板各点受力均匀，单位面积聚苯板的粘结强度大大增加，使得该系统具有优异的粘结性能和抗负风压性能；胶粉聚苯颗粒浆料贴砌聚苯板复合外墙外保温系统（涂料饰面）构造详图见图1。
第5章 荷载和荷载效应
第5章 荷载及效应组合玻璃结构必须承受外界施加给它的各种荷载和作用。
这里，荷载是指施加在结构上的集中力或分布力，作用是指不是以力的形式出现的能够引起结构产生外加变形或约束变形的原因。
按照这种分类，玻璃及其幕墙结构所受的主要荷载有重力荷载和风荷载，主要作用有地震作用和温度作用。
§5.1 荷载和作用取值5.1.1 重力荷载对于垂直的玻璃及其幕墙结构，重力荷载只有材料本身的自重。
材料的自重通常由材料的密度和体积求得。
下表列出了几种常用材料的密度：未作规定时，结构自重的标准值可按照下列数值采用：对于斜玻璃及其幕墙结构，重力荷载除了材料自重外，还应考虑施工荷载、雪荷载及雨水荷载等。
5.1.2 风荷载风荷载是直接作用于玻璃结构上的主要荷载，它垂直作用于玻璃的表面。
直接承受风荷载的玻璃及其幕墙是一种薄壁外围护结构，一块玻璃、一根杆件就是一个受力单元，而且质量较轻。
在设计时，既要考虑长期使用过程中，在一定时距平均最大风速的风荷载作用下保证其正常功能不受影响；又必须注意到在阵风袭击下不受损坏，避免安全事故。
《建筑结构荷载规范》GB50009[152]规定了垂直于建筑物表面的风荷载标准值，当计算主要承重结构时应按下式计算:0w w z s z k μμβ= （5-1）当计算围护结构时应按下列公式计算：0w w z s gz k μμβ= （5-2） 式中 k w ——风荷载标准值（kN/m 2）；βZ ——高度Z 处的风振系数；μS ——风荷载体型系数； μZ ——风压高度变化系数； w 0——基本风压（kN/m 2）； βgz ——高度Z 处的阵风系数。
1. 基本风压GB50009[152]规定的基本风压是根据全国气象台站历年来的最大风速纪录，按基本风速的标准要求，将不同风速仪高度和时距的年最大风速，统一换算为离地10m 高、时距10min 的平均年最大风速（m/s ）。
根据该风速数据经统计分析确定重现期为50年的最大风速，作为当地的基本风速V 0。
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。
第二章 荷载
32
建
筑 2008年中国地震情况
结
构
时间
地点
震级
概 8月30日20时 新疆维吾尔自治区巴音郭楞蒙古 5.6 级 震 ， 震 源 深
论 46分
自治州和静县（北纬42.7度，东 度约10公里 经83.9度）
8 月 30 日 16 时 四川省攀枝花市仁和区、凉山 6.1 级 震 ， 震 源 深
16
建
筑 风速
结
构 概
由于摩擦作用，风速随离地面高度不同而
论 变化，离地面越近，风速越小。
风速与地貌、高度等有关
17
建
筑 风级、风压
结
构 风级：风的大小
概 论
0~12级
风压：风在以一定速度向前运动时，对阻碍物产生的压力
w 1 v2
2
w – 风压； – 空气密度；v – 风速
18
建
筑 结
分布荷载 分布作用在一定面积或长度上的荷载
如风、雪、自重等荷载
9
建
筑 荷载的分类
结
构
按结构的动力反应
概
论
静载
静力荷载的数量、方向和位置不随时间变 化或变化极其缓慢，不使结构产生显著的
加速度，因而可以忽略惯性力的影响
动载
动力荷载是随时间迅速变化或在短暂时间 内突然作用或消失的荷载，使结构产生显 著的加速度
建 筑 结 构 概 论
奈尔维作品——罗马奥林匹克小体育馆
“结构工程师也是建筑工程师”，两类人才的素质统一 到一个人身上。如意大利的奈尔维（P.L.Nervi）和西班牙的托 罗哈（E.Torroja）就是这种人。
建
筑
结
构
风及地震荷载的对比
05
工程实例分析
风荷载工程实例分析
风荷载是自然界中常见的外力，对建筑物和结构物产生影响。
风荷载工程实例分析中，需要考虑风速、风向、地形地貌、建筑物形状等因素，通 过计算和分析确定风荷载对结构的作用和影响程度。
例如，在沿海地区，台风是常见的自然灾害，对建筑物和结构物产生较大的风荷载 作用，需要进行专门的分析和设计。
数值模拟
利用计算流体动力学（CFD）方 法，对气流进行数值模拟，预测 建筑物表面的风压分布。
实地观测
在建筑物或结构上安装传感器， 实时监测风荷载数据，并进行长 期观测和记录。
地震荷载的模拟和分析方法
振动台试验
在振动台上模拟地震动， 对建筑物或结构施加地震 荷载，测试其抗震性能。
数值模拟
利用有限元分析（FEA） 或有限差分分析（FEM） 方法，对结构进行地震响 应分析。
建筑物本身的结构和特性
建筑物的结构类型、质量分布、刚度等特性会影响其对地震荷载的 响应。
03
风与地震荷载的对比
产生机理的对比
风荷载
空气流动产生的动力效应，主要受到风速、风向、地形地貌和建筑物本身的影 响。
地震荷载
地球内部地质应力释放产生的地震波，通过地面和建筑物传递的动荷载。
影响因素的对比
风荷载
风及地震联合作用的工程实例分析
在实际工程中，风荷载和地震荷载常常同时作用于建筑物 和结构物上，产程实例分析中，需要考虑两者的共 同作用和相互影响，通过综合分析和计算来确定结构的安 全性和稳定性。
例如，在某些沿海地区，地震和台风是常见的自然灾害， 需要对建筑物和结构物进行抗风抗震的综合设计和加固， 以减小自然灾害对结构的影响和破坏。
风荷载具有随机性，因为风速和风向 是随机的，且不同地区的风特性也不 同。
第3章1-风荷载
s ——第i个表面的风载体型系数；
ai ——第i个表面法线与总风荷载作用方向的夹角。
3.2 风荷载
3.2.2总体风荷载和局部风荷载
W z z0 (s1B1 cos1 s 2 B2 cos2 ... sn Bn cosn )
3.2 风荷载
3.2.3风洞试验
风洞试验要求在风 洞中能实现大气边界层 内风的平均风剖面、紊 流和自然流动，即能模 拟风速随高度的变化， 大气紊流纵向分量与建 筑物长度尺寸应具有相 同的相似常数。一般， 风洞尺寸达到宽2-4m、 高2-3m、长5-10m时可满 足要求。
3.2 风荷载
例题3-1
计算具有右图平面的 框架-剪力墙结构的总 风荷载及其合力作用 点。18层，高58m， H/B=1.72，D类地区， 地区标准风压 w0=0.70kN/m2。
-0.7
+0.4
-0.7
0 +0.8
-0.5 -0.5
0
-0.5
3.2 风荷载
4.风振系数 z
稳定风压(平均风压——静力): 风速的平均值产生的风压, 使建筑 物产生静侧移； 波动风压——动力：实际风速产生的风压，在平均风压附近 波动。
它把圣保罗大教堂与新的泰特现代艺 术画廊和星球剧院联系起来。这座泰 晤士河上的“千年桥”耗资1820万英 镑，2000年6月10日首次向公众开放时， 桥身出现明显摆动，三天后被迫关闭。 有关部门在这座350米长的步行桥上加 装了91个类似汽车减震器的装置，方 得以重新向公众开放。重新开放后的 千年桥热闹非凡。
伦敦千年桥
4.风振系数 z
3.2 风荷载
考虑范围： 房屋结构 H>30m 且 H/B>1.5 高耸结构 T1>0.25s
第章风及地震荷载的对比
概念设计(seismic concept design of building ) —正确地解决总体方案、材料使用和细部构
造，以达到合理抗震设计的目的。
混凝土房屋结构
欧洲抗震规范EC-8从四个方面来体现延性： 1、非线性设计反映谱及其延性系数 2、局部延性水准校核 3、能力设计 4、构造措施 希腊抗震规范NEAK-1995(New Greek Aseismic Code)，这本规范编的简洁实用，希腊是个多地 震国家，一千多年前就有地震纪录。延性的体现 与欧洲规范相同，只是更加实用，使用方便。 台湾1999年的耐震设计规范考虑了： 1、非线性设计反映谱及其延性系数 2、构造措施
混凝土房屋结构
• 分布区域 • 对环境的要求 • 分布特性 • 动力特性 • 能量输入特性 • 高强度时的作用时间长短 • 作用在建筑物上的方式 • 对建筑物的敏感程度 • 建筑物的位移反应及规范要求不同 • 建筑物的内力反应 • 验算对象（整体结构，局部构件，围护构件等） • 计算方法不同 • 采取的应对措施不同（抗侧力体系，减震体系）
而地震作用控制下的结构设计则需要结构有适中 的抗侧刚度
采用减振（震）措施时，两者的控制目标和采取 的手段各不相同
混凝土房屋结构
水平荷载与结构计算简化原则
空间结构体系与荷载的复杂性 要求在结构设计时必须 进行简化计算。
一、荷载作用方向 实际风荷载以及地震作用方向是随意不定的。结构计算 常常假定水平作用在结构主轴方向， 对互相正交的主轴进 行内力分析。
50年
设防烈度 中震
10% 475年
罕遇地震对应的烈度 大震
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混凝土房屋结构
建筑物的位移反应及规范要求不同
高烈度区结构在风荷载下的位移反应要 远小于地震作用下的位移反应。
高层结构中，除了对建筑结构在风及地 震作用下的弹性层间位移限值进行规定外，还 对结构在罕遇地震作用下的弹塑性层间位移进 行了规定。
对建筑物的作用及内力反应
混凝土房屋结构
对于比较规则的建筑，两者对结构的作 用分布趋势比较接近（作用力上大下小，剪 力及弯矩上小下大），引起的结构内力也有 相近趋势。
风载作用面积
先计算各层作用,再计算总的底部剪力
混凝土房屋结构
计算方法不同(底部剪力法)
先
计
• 总水平地震作用标准值为：
算 总
的
底
部
• 各楼层的水平地震作用标准值为：
剪 力
,Байду номын сангаас
再
计
算
上
部
• 顶部附加水平地震作用标准值为：
各
层
作
用
采取的应对措施不同
混凝土房屋结构
风荷载控制下的结构设计，要求结构刚度越大越 好
0.90
0.80
混凝土房屋结构
0.60
无人区未予记录
0.90
全国基本风压分布图（kN/m2）
混凝土房屋结构
两者对环境的要求
混凝土房屋结构
风荷载：地表状况。
如地面粗糙度、是否山峰、山坡、谷地、谷口、山口等
地震作用：地震地质构造。
如是否板块交接处，地质构造是否均匀， 场地土的软弱程度，是否山峰、山坡等
混凝土房屋结构
二、平面结构假定
任何结构都为一个空间结构，但是对于多数结构而 言，可以简化为平面结构， 使计算大大简化。
假定： 1、一片框架或者墙可以抵抗本身平面内的侧向力，
而在平面外刚度很小，可以忽略。整个结构可以划分为若干 个平面结构， 共同抵抗与平面结构平行的荷载， 垂直该方 向的结构不参与受力。
而地震作用控制下的结构设计则需要结构有适中 的抗侧刚度
采用减振（震）措施时，两者的控制目标和采取 的手段各不相同
混凝土房屋结构
水平荷载与结构计算简化原则
空间结构体系与荷载的复杂性 要求在结构设计时必须 进行简化计算。
一、荷载作用方向 实际风荷载以及地震作用方向是随意不定的。结构计算 常常假定水平作用在结构主轴方向， 对互相正交的主轴进 行内力分析。
而对于比较复杂的建筑则各有自己的特 点。
验算对象
混凝土房屋结构
风荷载除对承力的结构构件进行验算外，还对 围护构件如玻璃幕墙等进行局部强风考虑。
而地震作用主要对结构构件进行设计和验算。
计算方法不同
混凝土房屋结构
• 风荷载作用面积 ：垂直于风向的最大投影面积
– 1. 基本计算公式
– 2. 计算参数 • 基本风压值 • 体型系数 • 高度变化系数 • 风振系数
50年
设防烈度 中震
10% 475年
罕遇地震对应的烈度 大震
2-3%
16422475年
Im
I0
Is
I
混凝土房屋结构
风荷载与地震作用的频谱特性
– 波动风的长周期成分较多 – 地震波的周期相对于风的周期较短，频率较高
风
地震
混凝土房屋结构
风荷载与地震作用的能量特性
– 风作用的能量输入相对平缓，输入能量较小 – 地震动的能量输入较为剧烈，输入能量较大
0.80
剪力墙
0.85
各类受剪、偏拉构件
0.85
混凝土房屋结构
地震作用属于可变作用或偶然作用，其可靠指标的取值 应低于静力作用下的可靠指标。因而，从理论上说，抗震设 计中采用的材料强度设计值应高于静力作用时的材料强度设 计值。但设计规范为了使用方便，便于将地震作用效应与静 力荷载作用效应直接比较，在抗震设计中仍采用静力设计时 的材料强度设计值。但通过引入承载力抗震调整系数来提高
迎风面 压力
背风面 吸力
对建筑物的敏感程度
混凝土房屋结构
风荷载作用：外部表面形状与较柔建筑物 的刚度
地震作用：建筑物质量及其整体刚度
-0.7
+0.4
-0.5
x
m
kx
+0.8 -0.5
k
+0.4
-0.5
-0.7
对建筑物的敏感程度
混凝土房屋结构
建筑结构平面布置不同，上下布置 不同（如内部抽柱等），虽外部表面一 致，风荷载大致相同，但引起的地震反 应截然不同。
其承载力。
混凝土房屋结构
二、荷载效应组合及最不利内力
1、无地震作用时的荷载效应组合
无地震作用组合应用于非抗震设计及6度抗震 设防、但不要求作地震作用计算的结构:
S GSGk Q1 S Q1 Q1k w wSwk
SGk、SQ1k、Swk
分别为恒荷载、活荷载和风荷载标准值 计算的荷载效应；
k、 Q1、 k 分别为恒荷载、活荷载和风荷载标准值
2、连结各个抗侧力结构间的楼板在自身平面内很 大， 平面外很小。
混凝土房屋结构
混凝土房屋结构
三、楼板无限刚性假定 假定楼板在自身平面内为绝对刚性，在平面外刚度
很小可以忽略。
无扭转时
§3 设计要求及荷载效应组合
混凝土房屋结构
什么是荷载？ 什么是荷载效应？
§3 设计要求及荷载效应组合 一、承载力验算
– 对于某一地区，高风压而且低烈度时，何种作 用对结构起控制作用，需通过详细验算。
风荷载与地震作用 的高强度持时特性
混凝土房屋结构
平均高风压持续时间大约10分钟， 而地震的持时在60s左右时就会引起大 的破坏。
混凝土房屋结构
作用在建筑物上的方式
风荷载作用：主动，力→位移 地震作用：惯性力作用，位移→力
风荷载分布特性
混凝土房屋结构
– 基本风压呈极值分布 – 符合极值I型
风荷载 最大风压的平均值
50年 超越 重现期 概率
50年
f(w)
w
地震作用分布特性
混凝土房屋结构
– 地震强度呈极值分布 – 烈度符合极值III型
f(I)
地震影响
50年 超越 概率
地震重 现期
多遇地震对应的烈
度——众值烈度 小震
63.2 %
混凝土房屋结构
• 分布区域 • 对环境的要求 • 分布特性 • 动力特性 • 能量输入特性 • 高强度时的作用时间长短 • 作用在建筑物上的方式 • 对建筑物的敏感程度 • 建筑物的位移反应及规范要求不同 • 建筑物的内力反应 • 验算对象（整体结构，局部构件，围护构件等） • 计算方法不同 • 采取的应对措施不同（抗侧力体系，减震体系）
无地震作用组合时：
有地震作用组合时：
混凝土房屋结构
无地震作用组合时构件内力设计值 不考虑地震作用时构件的承载能力设计值 有地震作用组合时构件内力设计值 考虑地震作用时构件的承载能力设计值
承载力抗震调整系数
材料
抗震承载力调整系数
结构构件
RE
梁
0.75
钢筋
轴压比小于0.15的柱
0.75
混凝 土
轴压比不小于0.15的柱