第三章高层建筑结构荷载 主要内容

第三章 高层建筑结构荷载

主要介绍水平荷载—风荷载和地震作用的计算方法。

3.1 风荷载

垂直作用在建筑物表面单位间积上的风荷载标准值k ω（kN/m 2） 可按下式决定： 对主要承重结构：

式中0ω——基本风压值，单位是（kN/m 2

）； μs ——风荷载体型系数； μz ——风压高度变化系数； βz ——z 高度处的风振系数；

基本风压值0ω

基本风压值0ω与风速大小有关。我国《建筑结构荷载规范》GB50009—2001给出了各地区、各城市的基本风压值0ω，它是取该地区（城市）空旷平坦地面上离地10m 处、重现期为50年的10分钟平均最大风速作为计算基本风压值的依据。

各地区的基本风压值0ω在《建筑结构荷载规范》GB50009—2001附录D.4中有详细规定。

风压高度变化系数μz

风速在地面处为0，沿高度按曲线逐渐增大。

风压随高度的变化规律与地面粗糙度有关，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。 风压高度变化系数μz 可利用教材P47表3-1 风载体型系数μs

当风流动经过建筑物时，对建筑物不同的部位会产生不同的效果。有压力，也有吸力。 风载体型系数z μ可以利用教材P49 表3-2确定

w w s z z k μμβ=

风振系数β

z

风的作用是不规则的，风压随着风速、风向的紊乱变化而不停地改变。通常可把风压作用

的平均值看成稳定风压。实际风压在平均风压的上下波动。结构设计时，利用风振系数β

z 加大风载效应。

《建筑结构荷载规范》GB50009—2001规定，对于高度大于30m，且高宽比大于1.5的房屋均需考虑风振系数。高层建筑一般质量和外形沿高度无明显变化的结构，可以只考虑

第一振型的影响，高度H

i 处的风振系数β

z

按照下式确定：

式中，μ

z

——风压高度变化系数；

φ

z

——振型系数，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剪弯型结构，也可近似地采用振型计算点距室

外地面高度H

i 与房屋高度H的比值，即φ

z

＝H

i

/H；

ξ——第一自振周期对应的脉动增大系数，按照P50表3-3取用。

ν——脉动影响系数，按P51表3-4采用。

减小风作用的途径

1、采用圆形或椭圆形等流线形的平面楼房

圆形或椭圆形平面的高楼其风荷载比矩形平面的高楼约减小27%

2、截锥体形状

采用上小下大的体形，由于顶部尺寸变小，减小了楼房上部较大的风荷载，可使高楼侧移值减小。

计算表明，当采用立面的倾斜度为8%的截锥体时，侧移值比采用棱柱体减小50%

3、采用三角形或矩形平面的高楼，转角处设计成圆角或切角

4、不大的高宽比：房屋的高宽比小于8

5、设透空层

6、安装阻尼器

本节应掌握风荷载的计算方法！！

例题：已知某12层框架－剪力墙结构，总高50m ，第一层层高6m ，其余楼层层高4m 。平面形状30m×20m （迎风面宽20m ），B 类地面，地区标准风压值为0.64KN/m2 体型系数μs ＝1.3。计算该结构的风荷载标准值及在室外地坪处产生的弯矩、剪力。 ● 解：结构基本周期T 1＝0.07Ns ＝0.07×12＝0.84s （12为楼层数，经验公式） ● 基本风压0ω＝1.1×0.64＝0.7kN/m 2

0ω×T 1＝0.7×0.84＝0.49k N/m2 ξ＝1.36 H/B ＝50/30＝5/3，B 类 ν＝0.49

0ωμμβωs z z z =＝（μz ＋H i /H× ξ ν）×1.3×0.7＝（μz ＋H i /H×0.67）×0.91（kN/m2） 列表计算如下：

层数

Hi （m ） 0.67×

Hi/H μz μz ＋0.67×Hi/H

Wz

Pi=wz×B×h （KN) 12 48 0.64 1.65 2.29 2.08 166.4 11 44 0.60 1.60 2.20 2.00 160 10 40 0.54 1.56 2.10 1.91 152.8 9 36 0.48 1.50 1.98 1.80 144 8 32 0.43 1.45 1.88 1.71 136.8 7 28 0.38 1.39 1.77 1.61 128.8 6 24 0.32 1.32 1.64 1.49 119.2 5 20 0.27 1.25 1.52 1.38 110.4 4 16 0.21 1.16 1.37 1.25 100 3 12 0.16 1.06 1.22 1.11 88.8 2 8 0.11 1.00 1.11 1.01 80.8 1 3

0.04

0.80

0.84

0.76 91.2

● 则地坪处V ＝∑P i =1479.2KN

● M= ∑(P i ×H i )=166.4×48＋160×44＋152.8×40＋144×36＋136.8×32＋128.8×28＋ 119.2×24＋110.4×20＋100×16＋88.8×12＋80.8×8＋91.2×3＝2961.6KN.m

仿照此例题的解题步骤，看懂P55 例3-1

3.2 地震作用

1．抗震设防的三水准目标

我国的房屋建筑采用三水准抗震设防目标，即“小震不坏，中震可修，大震不倒”。在小震作用下，房屋应该不需修理仍可继续使用；在中震作用下，允许结构局部进入屈服阶段，经过一般修理仍可继续使用；在大震作用下，构件可能严重屈服，结构破坏，但房屋不应倒塌、不应出现危及生命财产的严重破坏。也就是说，抗震设计要同时达到多层次要求。小、中、大震是指概率统计意义上的地震烈度大小：

小震指该地区50年内超越概率约为63%的地震烈度，即众值烈度，又称多遇地震；

中震指该地区50年内超越概率约为10%的地震烈度，又称为基本烈度或设防烈度；

大震指该地区50年内超越概率约为2%-3%的地震烈度，又称为罕遇地震。

各个地区和城市的设防烈度是由国家规定的。某地区的设防烈度，是指基本烈度，也就是指中震。小震烈度大约比基本烈度低1.55度，大震烈度大约比基七烈度高1度。2．抗震设计的两阶段方法

为了实现三水准抗震设防目标，抗震设计采取二阶段方法。

第一阶段在这阶段用相应于该地区设防烈度的小震作用计算结构的弹性位移和构件内力，并进行结构变形验算，用极限状态方法进行截面承载力验算，按延性和耗能要求进行截面配筋及构造设计，采取相应的抗震构造措施。虽然只用小震进行计算，但是结构的方案、布置、构件设计及配筋构造都是以三水准设防为目标，也就是说，经过第一阶段设计，结构应该实现小震不坏，中震可修，大震不倒的目标。

第二阶段为验算阶段。一些重要的或特殊的结构，经过第一阶段设计后，要求用与该地区设防烈度相应的大震作用进行弹塑性变形验算，以检验是否达到了大震不倒的目标。。如果大震作用下的层间变形超过允许值(倒塌变形限值)，则应修改结构设计，直到层间变形满足要求为止。

2008版建筑抗震设防类别

1特殊设防类：指使用上有特殊设施，涉及国家公共安全的重大建筑工程和地震时可能发生严重次生灾害等特别重大灾害后果，需要进行特殊设防的建筑。简称甲类。

2 重点设防类：指地震时使用功能不能中断或需尽快恢复的生命线相关建筑，以及地震时可能导致大量人员伤亡等重大灾害后果，需要提高设防标准的建筑。简称乙类。

3 标准设防类：指大量的除1、2、4款以外按标准要求进行设防的建筑。简称丙类。

4 适度设防类：指使用上人员稀少且震损不致产生次生灾害，允许在一定条件下适度