_第3章-高层建筑结构的荷载2016讲解

离地高度（m）
梯度风 100
89 77 61
城市
梯度风 100
90
76 59 49
乡村
梯度风 100
91 79 70
海洋
风压高度变化系数：为某类地表上空高度处的风压与基本风 压的比值，该系数取决于地面粗糙程度指数。 现行规范将 地面粗糙程度分为四类：
A类——指近海海面、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——指密集建筑群且房屋较高的城市市区。
Wiz
面②
23.69 20.68 21.53 22.88 25.57 27.68 30.04 32.15 34.25 36.36 38.21 40.32 42.18 44.03 45.46 47.32 49.17 50.78 52.63 27.12
面③
23.69 20.68 21.53 22.88 25.57 27.68 30.04 32.15 34.25 36.36 38.21 40.32 42.18 44.03 45.46 47.32 49.17 50.78 52.63 27.12
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忽略的动力效应，在设计中
必须考虑，目前采用加大风荷载的办法来考虑这个动力
效应，即对风压值乘以风振系数。
对于基本自振周期T1大于0.25s的工程结构，以及
高度大于30m且高宽比大于1.5的高柔房屋均应考虑脉 动风压对结构产生的风振影响。
2）计算：
对于基本自振周期T1大于0.25s的工程结构，以及
高度大于30m且高宽比大于1.5的高柔房屋均应考虑脉动
风压对结构产生的风振影响。
2）计算：
3.1.2 总风荷载 总风荷载为建筑物各个表面上承受风力的合力，是
沿建筑物高度变化的线荷载。 z高度处的总风荷载标准值按下式计算：
Wz1 Wz2 Wz3 Wz4
Wz
85.29 74.45 77.50 82.36 92.06 99.65 108.14 115.72 123.31 130.89 137.57 145.16 151.83 158.51 163.67 170.35 177.03 182.80 189.48 97.62
第 3章 高层建筑结构的荷载和地震作用
面③
0.28 0.29 0.30 0.32 0.36 0.38 0.42 0.45 0.48 0.50 0.53 0.56 0.59 0.61 0.63 0.66 0.68 0.71 0.73 0.75
面①
37.90 33.09 34.44 36.61 40.92 44.29 48.06 51.43 54.80 58.17 61.14 64.51 67.48 70.45 72.74 75.71 78.68 81.24 84.21 43.39
一、沪环球金融中心建筑装风阻尼器
上海环球 金融中心 位于上海 浦东陆家 （492m）。
该工程上海环球金融中心在90层（地上395米）设置2台重 约150吨的配重物体风阻尼器，可抗12级以上台风。通过引入风 阻尼器，将能使强风时加在建筑物上的加速度（重力）降低 40%左右。另外，风阻尼器也可以降低强震对建筑物，尤其是 建筑物顶部的冲击。
中间层
20 (3.6 / 2)wiz 顶层
6 计算各楼层处总的风荷载
Wz W1z W2z 2 W3z cos 60
第 3章 高层建筑结构的荷载和地震作用
风荷载计算结果
层 HI(m) 数
1
5
2 8.6
3 12.2
4 15.8
5 19.4
6 23
7 26.6
8 30.2
9 33.8
10 37.4
31、）风定荷义载 ：风体荷型载系体数型系s 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。
2）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。
迎风面的风压力在建筑物的中间偏上为最大，两边 及底下最小；侧风面一般近侧大，远侧小，分布也极 不均匀；背风面一般两边略大，中间小。
-0.5
+0.8 +0.8
-0.5
3）风荷载体型系数的确定：根据设计经验和风洞试验
-0.7
-0.7
+0.4
-0.5
+0.8
-0.7
+0.4
-0.5
-0.7
0
-0.5
-0.5
0
-0.5
（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，
由于漩涡的相互干扰，房屋某些部位的局部风压会显著增大。 《高层规程》规定，当多栋或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。一般可将单体建筑的体型系 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确定。
11 41
12 44.6
13 48.2
14 51.8
15 55.4
16 59
17 62.6
18 66.2
19 69.8
20 73.4
z z
0.74 0.07
0.74 0.12
0.74 0.17
0.76 0.22
0.84 0.26
0.89 0.31
0.95 0.36
1 0.41
1.05 0.46
1.1 0.51
3.1.1 风荷载标准值wk
• 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
k z s z w0
– 2. 计算参数
•
基本风压值
•
体型系数
•
高度变化系数 风载作用面积
•
风振系数
3.1.1 风荷载标准值wk
1、基本风压 w0 我国《荷载规范》规定，基本风压系以当地比较空旷平坦地
—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。
迎风面 压力
背风面 吸力
浮力
因此，高层建筑 中一般不设外伸 构件。
风的破坏力
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
1.14 0.56
1.19 0.61
1.23 0.66
1.27 0.71
1.3 0.75
1.34 0.8
1.38 0.85
1.41 0.9
1.45 0.95
1.48
1
z
1.06 1.11 1.15 1.19 1.21 1.23 1.25 1.28 1.29 1.31 1.33 1.34 1.36 1.38 1.39 1.40 1.41 1.43 1.44 1.45
罕遇烈度：建筑所在地区在设计基准期（50年）内具有超越概率 2%-3%的地震烈度。也称为大震烈度，重现期约为2000年。
(2)模拟方法
• 自然形成法和人工形成法。
（1）自然形成法：在均匀粗糙壁上自然形成模拟的 大气边界层，所需试验段非常长，一般要求20米 以上，而且通常还需加上一定的人工紊流装置， 目前很少采用。
（2）人工形成法：当前国际上主要采用的大气边界 层模拟方法。方法有：曲网法、棍栅法、曲线切 面蜂窝法、1/4椭圆尖劈+挡板+粗糙元法、大孔眼 格网法、尖塔旋涡发生器法和孔板速度车法。
面上离地 10m高，统计所得的 50 年一遇 10 分钟平均最大风速 v0（m/s）为标准，按风速确定的风压值，但不得小于 0.3kN/m2。 特别重要的高层建筑，取100年。
0.90
0.80 0.60
无人区未予记录
0.90
全国基本风压分布图（kN/m2）
2、风压高度变化系数z 风速大小与高度有关，一般近地面处的风速较小，愈向上
高层建筑结构设计
第 3 章 高层建筑结构荷载
第3章 高层建筑结构的荷载
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
风荷载
2）水平荷载
活荷载
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）局部风压体型系数 在计算风荷载对建筑物某个局部表面的作用时，要采用 局部风荷载体型系数，用于验算表面围护结构及玻璃等强度和 构件连接强度。檐口、雨蓬、遮阳板、阳台等水平构件计算局 部上浮风荷载时，风荷载体型系数不宜小于2.0。设计建筑幕 墙时，应按有关的标准规定采用。
(1)风洞试验目的
• 结构抗风研究与设计时需要结构的体形系数和风振系数， 但仅依靠荷载规范，往往很难精确得到。在实际中，常采 用风洞试验来准确获得体形复杂结构的体型系数和风振系 数。
近似假定室内外地面相同，则二层楼面离室外地面高度为5m，
查表，对于C类地面粗糙度，
z 0.74
同理可求得其余各层楼面标高处的风压高度系数。
Hale Waihona Puke Baidu
3 计算风振系数
z
1z
z
w0T12 0.71.22 1.01对于C类地面，乘0.62
根据0.62×1.01=0.63 查表 1.386
房屋高宽比H/B=(5+3.6×19)/34.64=2.1，查表， 0.485
面①
0.44 0.46 0.48 0.51 0.57 0.62 0.67 0.71 0.76 0.81 0.85 0.90 0.94 0.98 1.01 1.05 1.09 1.13 1.17 1.21
wiz
面②
0.28 0.29 0.30 0.32 0.36 0.38 0.42 0.45 0.48 0.50 0.53 0.56 0.59 0.61 0.63 0.66 0.68 0.71 0.73 0.75
总风载计算步骤
总风载计算步骤
（kN)
例题
3.2 风荷载
-0.5
第 3章 高层建筑结构的荷载和地震作用
20m
一高层钢筋混凝土结构，平面形状为
正六边形，边长为20m。房屋共20层， 风向
除底层层高为5m外，其余层高为3.6m。
该房屋的第一自振周期T1=1.2S，所在
地区的基本风压
w0 0.7kN / m2
国内主要风洞
TJ-2 ：实验段高2.5 米×宽3.0米×长15m ，风速3～67 米/秒。
TJ-3 ：实验段 2.0 米高×15米宽× 15米长 ，风速
0.5～17 米/秒。
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。
二、台湾101大楼装风阻尼器
“台湾101金 融大楼”位于 台北信义计划 区，这座达 508米高的建 筑物将超过美 国芝加哥的西 尔斯大楼，成 全球最高的建 筑物。
大楼楼顶内部用钢缆悬着一颗重660吨、直径5.5米的巨球， 巨球位于88楼，这是世界最大、最重、唯一外露可供参观的风 阻尼器，它是通过巨大钢球的摆动来减缓建筑物的晃幅。造价 新台币一亿三千两百万元(人民币约2640万元)。
风速逐步加大。当达到一定高度时（300~500m），风速不受地 表影响，达到所谓梯度风。而且风速的变化还与地面粗糙程度 有关。
风压沿高度的变化规律一般用指数函数表示，即
z vH z H
H vH ——分别为标准高度（例如10m）及该处的平均风速；
——地面粗糙度系数；地表粗糙程度愈大， 值则愈大；
3.2.1地震作用的性质
地震反应：地震振动使工程结构产生内力 和变形的动 态反应。 即：结构由于地震激发引起的振动，在结构 中产生随时间变化的位移、速度、加速度、内力和变 形等
地震作用：结构上的质量因加速度的存在而产生的惯性 力。
第 3章 高层建筑结构的荷载和地震作用
众值烈度：建筑所在地区在设计基准期（50年）内出现的频度最高 的烈度。其超越概率为63.2%，重现期为50年。
对于质量和刚度沿高度比较均匀的房屋，结构振型系数可以取
z z / H z / 73.4
第 3章 高层建筑结构的荷载和地震作用 4 计算各个面不同高度的分布风荷载
wiz z sz w0
5 计算各个面各楼层处的集中风荷载
20 (5 3.6) / 2 wiz 底层
Wiz B hj wiz 20 3.6wiz
地面粗糙度为C类。试计算各楼层处与风向一致方向总的风荷 载标准值。
[解] 1 确定体形系数
该房屋共有6个面，查表得到各 个面的风荷载体形系数，如图 所示，不为零的4个面分别用① ②③④表示。
0 ① +0.8 0
③-0.5
② -0.5
④ -0.5 60
第 3章 高层建筑结构的荷载和地震作用 2 计算各层的风压高度系数