高层建筑结构荷载

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,高层建筑结构设计原理,Design Principles of Highris,Building,第,3,章 高层建筑结构荷载,3,高层建筑结构荷载,作用在高层建筑结构上的荷载,竖向荷载：恒载，活载,水平（侧向）荷载：风，地震,3.1,风荷载,风场,（,风的破坏力,）,“,森拉克,”,肆虐浙闽 防波堤被冲垮百米,2003,七月,28 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。,(,施兵摄影报道,),（,风的破坏力,）,（,风的破坏力,）,（,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,塔科马桥的风毁,1940,年,11,月,7,日上午，刮起了不算大的暴风，美国一座刚建成不久的悬索桥却开始恐怖地晃动起来。,4,个月前，就在大桥开通典礼时，此桥还被评价为：是可以经受住任何风暴的经典的工程杰作。但是，就在时速不过,67.2KM/,每小时,(18,米,/,秒,),的风力下，桥的中部却开始剧烈地晃动起来。开始，人们还以为风大时会晃动，桥设计时就是这样设计的。起先只是觉得好奇，但事实并非如此。大约一个小时后，桥开始更加剧烈的晃动并扭曲起来，只有几个胆大的人勉强过了桥。风势减弱后，悬索吊着的部位还象海浪一样颠簸起伏着。这时，人们已感觉到是桥梁工程设计的失误。整个桥梁进入到一种另人难以置信的疯狂的状态之中。终于，桥崩塌 了,风毁事故,3.1,风荷载,风在建筑物表面产生压力和吸力称为,风荷载。,影响因素：,风速、风向,建筑物的高度、形状,确定风荷载的方法,按规范方法计算,风洞试验,+,计算（高柔建筑、特殊建筑）,单位面积上的风荷载标准值,总体风荷载标准值,风荷载形成,3.1.1,单位面积上的风荷载标准值,W,k,= ,z,s,z,W,0,垂直作用于建筑物表面单位面积,上的风荷载标准值,W,k,W,。基本风压值，单位：,kN,m2,；,s,风载体型系数；,z,一风压高度变化系数；,zz,高度处的风振系数。,1,） 基本风压值,W,。,由,建筑结构荷载规范,得到；,荷载规范给出了各地区、各城市的基本风压值,W,。,规范确定基本风压值的方法,取该地区（城市）空旷平坦地面上离地,10m,处、重现期为,50,年,(,或,100,年,),的,10,分钟平均最大风速,v,0,（,m,s,）,计算基本风压值。,W,。,=v,0,2,1600,一般高层建筑：重现期,50,年,特殊高层建筑：重现期,100,年,2,）风压高度变化系数,z,（表,3-1,）,与距地面,高度,有关,与,地貌,有关：地面粗糙度,（规范分为,A,、,B,、,C,、,D,四类）,A,类：,近海海面、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。,风速随高度变化,3,） 风载体型系数,s,风荷载与建筑体型的关系,风荷载垂直于建筑表面正为压力负为吸力,4,） 风振系数, z,考虑波动风压即风的动力效应,风振系数,z,的取值,高度大于,30m,且高宽比大于,1.5,的房屋建筑，用风振系数考虑动力效应加大风载,(,否则取,1.0),参数简介,-,基本振型,z,高度处振型系数，当刚度和质量沿高度分布均匀时，可近似用代替振型系数；,脉动增大系数，按表,3-3,选用,查表时需要参数,W,0,T,2, W,0,为基本风压值,T,为结构基本周期,可用近似方法计算；,脉动影响系数，按表,3-4,选用；,z,风压高度变化系数，表,3-1,。,3.1.2,总风荷载与局部风荷载,总风荷载：建筑物各表面风力的合力；沿高度变化的线荷载。,Z,高度处的总风荷载,Wz,(,kN/m),W,= ,Z,Z,W,0,(,S1,B,1,),n,建筑外围表面数；,Bi,第,i,个表面的宽度；,i,第,i,个表面法线与总风荷载作用方向的夹角。,风荷载计算,楼板高度单位面积上的风荷载标准值,楼板高度各表面风力的合力及作用点（坐标）,楼板高度总风力的合力（线荷载）及作用点（坐标）,作用在楼板位置的集中荷载（总风力的合力,上下层高一半之和，,kN,),局部风荷载的定义及用途,用于计算结构局部构件或围护构件或围护构件与主体的连接；,如水平悬挑构件、幕墙构件及其连接件等。,（,局部风压体型系数,）,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,10,0,的屋脊部位）：,-2.2,檐口、雨篷、遮阳板等突出构件：,-2.0,习题,3,P.72 3.3,基本风压值,W0=0.45kN/m2,，基本周期,T=1.0s,，,C,类地面粗糙度。沿高度分布：作用在各楼面位置的风荷载。,3.2,地震作用,3.2.1,地震学基础,地震是一种可能造成生命、财产损失的自然现象。,地震的类型：火山地震，陷落地震，构造地震（可能造成震害）,构造地震：地质构造变动（岩石断裂、错动）引起的地震。,地球内部构造,构造地震形成示意,地壳分成,6,大板块和许多小板块,两条大的地震活动带,地震波体波： 纵波， 横波,面波：,Rayleigh,波，,Love,波,地震的度量,震级：地震的大小。,反映地震释放能量的大小,一次地震只有一个震级。,烈度：地面震动的强烈程度。,不同震中距可能有不同的烈度。,地震地面运动的六个振动分量,两个水平分量,一个竖向分量,三个转动分量,地震地面运动三要素,峰值（振幅，强度）,峰值加速度、,速度、位移,频谱（频率成分）,持续时间,1940 El Centro,地震地面运动时程,影响地震地面运动的因素,震源机制（很复杂）,震级（震级大：峰值大，持时长，主要周期长）,距离（距离大：峰值小，持时短，主要周期长）,场地（基岩、硬土：峰值小，主要周期短，持时短；软土：峰值大，主要周期长，持时长）,对建筑物震害的影响,大震、远距、软土：,长周期结构震害大,中震、震中区、硬土：,低层建筑震害大,地震有选择的破坏（未抗震设计的建筑结构）,场地与房屋破坏率的关系,3.2.3,抗震设防准则及基本方法,1,）三水准抗震设防目标,小震不坏,结构为弹性,中震可修,部分构件屈服，不严重,大震不倒,结构破坏，保证生命、财产安全,三水准抗震,小震,50,年内超越概率,63.5%,的地震烈度，重现期,50,年,中震,50,年内超越概率,10%,的地震烈度，重现期,475,年,大震,50,年内超越概率（,2-3,）,%,的地震烈度，重现期大于,2000,年,小震烈度,比设防烈度低约,1.55,度,中震烈度,设防烈度，基本烈度，由国家规定，北京,8,度,大震烈度,罕遇烈度，比基本烈度高,1,度,2,）两阶段抗震设计方法,第一阶段：结构设计阶段,结构方案和结构布置,抗震计算：弹性方法，结构层间位移，荷载效应及效应组合,截面承载力验算,抗震构造措施,（地震作用：采用小震计算地震作用及其效应）,第二阶段：弹塑性变形验算,少数高层建筑结构,结构进入屈服,地震作用：大震,弹塑性时程计算，静力弹塑性计算,3,）抗震设防范围,设防烈度为,6,度及,6,度以上地区的建筑结构需要抗震设防,建筑抗震设计规范,适用于,6,9,度地区的建筑抗震设计,1957,年地震烈度区划图,1990,年地震烈度区划图,抗震设防烈度和设计基本地震加速度值的对应关系,抗震设防,烈度,6 7 8 9,设计基本,地震加速,0.05g 0.10 g 0.20 g 0.40 g,度值,(0.15)g (0.30) g,全国设计基本地震加速度分布,设计基本地震加速度 城镇个数,0.05g,近,1100,0.10g,约,700,0.15g,约,350,0.20g,约,300,0.30g,近,45,0.40g 15,注：不设防的城镇约,380,个。,3.2.4,抗震计算理论,计算地震作用的方法：,静力法（弹性方法）,反应谱方法（弹性方法）,时程分析法,(,弹性方法，弹塑性方法,),静力法,静力法：二十世纪初,地震作用为一个总水平力等于建筑物理总重量乘以一个,地震系数,1924,年，日本取,0.1,1927,年，美国取,0.0750.1,反应谱方法,反应谱方法：用地震加速度反应谱计算结构的地震作用。,40,年代，获得强震地面运动加速度时程记录，提出计算反应谱的概念。,50,年代初，计算了大量的反应谱曲线，解决了高振型对地震作用的影响,54,年，美国加州规范首先采用反应谱理论,反应谱,反应谱：一定阻尼比、一系列单自由度弹性体系的地震反应最大值的曲线。,加速度反应谱，速度反应谱，位移反应谱。,结构设计：加速度反应谱,反应谱,反应谱代表地震地面运动的特性（地震地面运动的频率成分），不代表结构的反应。,影响反应谱曲线的因素：地震地面运动（加速度时程记录）阻尼比,影响反应谱曲线的因素,影响反应谱曲线的因素,时程分析法,时程分析法：输入加速度时程，数值积分，得到结构地震反应的时程。,动力方法：随时间变化。,包括了地面运动的频率成分、持续时间对结构地震反应的影响（峰值与设防烈度有关）,