2011-11-10高层建筑结构课件第3章(荷载作用与结构设计原则)

高层建筑结构的设计原则,本课件为设计院注册结构师所作,具有很好的设计指导作用。

第三章

荷载作用与结构设计原则3.1 竖向荷载计算 3.2 风荷载计算 3.3 地震作用计算 3.4 荷载效应组合 3.5 结构简化计算原则 3.6 扭转效应的简化计算 3.7 抗震设计的一般原则 (见《抗震设计》) 抗震设计》

高层建筑结构的设计原则,本课件为设计院注册结构师所作,具有很好的设计指导作用。

3-1 竖向荷载计算一.恒荷载一般恒载由楼( 面构造查《荷载规范》 1)一般恒载由楼(屋)面构造查《荷载规范》。 应根据楼面结构平面布置，明确荷载传递路线 荷载传递路线。 2)应根据楼面结构平面布置，明确荷载传递路线。 计算时不能漏项和少算。 3)计算时不能漏项和少算。

二.楼面活荷载楼面活荷载( 1)楼面活荷载(kN/m2):酒吧、舞厅、展览厅：3.0酒吧、舞厅、展览厅：3.0-4.0 健身房、娱乐室： 3.0健身房、娱乐室： 3.0-4.5 储藏室：5.0储藏室：5.0-8.0 办公室、住宅等： 办公室、住宅等：2.0 楼梯间：2.0楼梯间：2.0-2.5 电梯机房： 电梯机房：6.0 屋顶花园：3.0(不含覆土) 屋顶花园：3.0(不含覆土) 不上人屋面：0.5不上人屋面：0.5-0.7 上人屋面： 上人屋面：2.0

高层建筑结构的设计原则,本课件为设计院注册结构师所作,具有很好的设计指导作用。

特殊荷载应按实计算(如施工附墙塔等设备、 2)特殊荷载应按实计算(如施工附墙塔等设备、 旋转餐厅轨道和驱动设备、擦窗机等)。 旋转餐厅轨道和驱动设备、擦窗机等)。

高层建筑结构的设计原则,本课件为设计院注册结构师所作,具有很好的设计指导作用。

直升机平台活荷载： 3)直升机平台活荷载： 总重引起的局部荷载(考虑动力系数1.4) 总重引起的局部荷载(考虑动力系数1.4) 局部荷载 1.4 取较大值) (取较大值) 等效均布荷载( 等效均布荷载(取5kN/m2) 在设计楼面梁、 墙及基础时， 4)在设计楼面梁、柱、墙及基础时，楼面活荷载应乘以 折减系数(见荷载规范)。 折减系数(见荷载规范)。 在高层结构设计、抗震设计时，活荷载较大小， 5)在高层结构设计、抗震设计时，活荷载较大小，仅占竖向荷载 10%~ 可不考虑最不利布置，恒载、活载合并满布计算， 的 10%~15% 可不考虑最不利布置，恒载、活载合并满布计算， 但应将框架梁正、负弯矩同时放大1.1 1.3。 1.1但应将框架梁正、负弯矩同时放大1.1-1.3。 单位面积楼面荷载( 标准值( 6)单位面积楼面荷载(恒+活)标准值(kN/m2): KJ、 12KJ、K-W 12-14 13W、 T 13-16

back

高层建筑结构的设计原则,本课件为设计院注册结构师所作,具有很好的设计指导作用。

3-2 风荷载计算一.高层建筑风荷载特点风荷载的波动风压引起高层建筑的动力效应。 1)风荷载的波动风压引起高层建筑的动力效应。 采用等效静力法计算风荷载， 2)采用等效静力法计算风荷载，即在风压值上乘以 大于1 考虑风振对结构的影响。 大于1的风振系数βZ,考虑风振对结构的影响。 3)超高层宜做风洞试验(一般 ≥200m,或≥150m且 超高层宜做风洞试验 一般H≥200m 风洞试验( ≥200m, 150m且 平面不规则

、立面复杂，或周围地形和环境复杂时)。 平面不规则、立面复杂，或周围地形和环境复杂时)。

二.单位面积风荷载标准值(kN/m2) 单位面积风荷载标准值(kN/m

wk = β z µ s µ z w 0附录1 附录1 表3.3

高层建筑结构的设计原则,本课件为设计院注册结构师所作,具有很好的设计指导作用。

与高层的自振特征有关。 与高层的自振特征有关。 一般≥60m时宜放大 时宜放大； 一般≥60m时宜放大； 60m时由实际决定是否 <60m时由实际决定是否 1.基本风压 基本风压w 1.基本风压 0 放大。 放大。 按荷载规范采用(50年重现期 年重现期)。 1)按荷载规范采用(50年重现期)。 特别重要或对风荷载较敏感的高层 应按100 的高层， 100年 2)对特别重要或对风荷载较敏感的高层，应按100年 重现期的风压值采用。如没有100年的数据，可将50 100年的数据 50年 重现期的风压值采用。如没有100年的数据，可将50年 1.1。 一遇的风压×1.1。 (高层规程强制性条文) 高层规程强制性条文)

2.风振系数βZ 2.风振系数考虑范围： 1)考虑范围：

动力效应

高层结构 H >30m 、H/B >1.5 高耸结构 T1>0.25s

考虑方法： 与房屋的自振周期、振型和高度有关。 2)考虑方法： 与房屋的自振周期、振型和高度有关。

ξν z βz = 1+ µz

高层建筑结构的设计原则,本课件为设计院注册结构师所作,具有很好的设计指导作用。

三.总体风荷载和局部风荷载(kN) 总体风荷载和局部风荷载(kN)1.总体风荷载 1.总体风荷载抗风设计时， 抗风设计时，应按整个房屋在某一 高度处的总体风载计算结构的内力和 位移。 位移。(如同抗震设计时计算各层的 水平地震力F 水平地震力 i) 总体风荷载

Fn

Wzn

Fi F1 FEk

Wzi Wz1

建筑物各表面在某高度 处的风载合力，是沿高度变化的线荷载， 处的风载合力，是沿高度变化的线荷载，可 合并为各楼层的集中力， 方向分别计算。 合并为各楼层的集中力，按x、y方向分别计算。外围表面数

风向与表面法线的夹角

高层建筑结构的设计原则,本课件为设计院注册结构师所作,具有很好的设计指导作用。

2.局部风荷载 2.局部风荷载在迎风面和侧风面1/6墙宽范围的角隅， 1/6墙宽范围的角隅 1)在迎风面和侧风面1/6墙宽范围的角隅，应验算 围护结构的强度和连接强度， 围护结构的强度和连接强度，此时风载体型系数 应放大： 应放大： 迎风面： 迎风面：µs=1.5 侧风面： 侧风面：µs=-1.5 对于檐口、雨棚、遮阳板、阳台等悬挑构件， 2)对于檐口、雨棚、遮阳板、阳台等悬挑构件， 应验算上浮风荷载 上浮风荷载， 应验算上浮风荷载，此时 µs=2.0

back

高层建筑结构的设计原则,本课件为设计院注册结构师所作,具有很好的设计指导作用。

3-3 地震作用计算地震力三要素：强度、频谱、 地震力三要素：强度、频谱、持时 建筑动力特性：自振周期、振型、 建筑动力特性：自振周期、振型、阻尼

使自由振动衰减 的各种摩擦和其 他阻碍作用，我 们称之为阻尼。

一. 一般设计原则高于本地区设防烈度计算地震作用 甲类建筑，应按

高于本地区设防烈度计算地震作用， 1)甲类建筑，应按高于本地区设防烈度计算地震作用， 其值按批准的地震安全评价结构确定。 其值按批准的地震安全评价结构确定。 乙类、丙类建筑，应按本地区设防烈度计算地震作用。 乙类、丙类建筑，应按本地区设防烈度计算地震作用。 一般应按二主轴方向分别考虑水平地震作用。 2)一般应按二主轴方向分别考虑水平地震作用。 一般质量、刚度不对称、不均匀的结构， 3)一般质量、刚度不对称、不均匀的结构，应计算双向 水平地震作用时的扭转影响。 水平地震作用时的扭转影响。 度设计时，大跨度、长悬臂结构应考虑竖向地震作用。 4)8、9度设计时，大跨度、长悬臂结构应考虑竖向地震作用。

高层建筑结构的设计原则,本课件为设计院注册结构师所作,具有很好的设计指导作用。

二. 等效水平地震作用的计算方法40m,质量、 1)H ≤40m,质量、刚度沿高度较均匀的结构 底部剪力法 2)除1)外的一般高层结构 振型分解反应谱法 房屋较高，烈度较大，或质量、 3)房屋较高，烈度较大，或质量、刚度沿高度极不均匀的结构 时程分析法补充

三. 重力荷载代表值Gi 重力荷载代表值GG+ kQ +一般取0.5 一般取0.5 藏书室、档案室、库房等， 藏书室、档案室、库房等，取0.8

高层建筑结构的设计原则,本课件为设计院注册结构师所作,具有很好的设计指导作用。

四. 自振周期计算对于质量和刚度沿高度分布比较均匀的框架结构、 1、对于质量和刚度沿高度分布比较均匀的框架结构、框 剪力墙结构，其自振周期T1可按下式计算： T1可按下式计算 架-剪力墙结构，其自振周期T1可按下式计算：

T1 = 1.7ΨT2、经验公式： 经验公式： 框架结构

u

T

T1= 0.08 ~ 0.10 N ( )T1= 0.06 ~ 0.08 N ( )

框架-剪力墙结构 框架剪力墙结构

T1= 0.04 ~ 0.05 N ( )n各层重力荷载代表值

五. 剪力要求(剪重比)(高层规程强制性条文) 剪力要求(剪重比) 高层规程强制性条文)各楼层对应于F 各楼层对应于 k i的剪力 V E ki ≥

λ

∑Gj=i

j

back

水平地震剪力系数， 水平地震剪力系数，不应小 P34页表3.11的值 页表3.11的值。 于P34页表3.11的值。

高层建筑结构的设计原则,本课件为设计院注册结构师所作,具有很好的设计指导作用。

3-4 荷载效应组合解决两个问题： 解决两个问题： 那些荷载参与组合； 1、那些荷载参与组合； 各荷载如何组合。 2、各荷载如何组合。

设计中考虑的荷载和地震作用表

P36表 P36表3.13

高层建筑结构的设计原则,本课件为设计院注册结构师所作,具有很好的设计指导作用。

高层建筑中活荷载所占的比例很小， 高层建筑中活荷载所占的比例很小，而且一般不 考虑活荷载的不利分布，按满载计算， 考虑活荷载的不利分布，按满载计算，所以常常 将恒荷载和活荷载合并为竖向荷载进行一次性处 理，这时竖向荷载效应的分项系数γG 可取为 1.25。 1.25。 S = γ G S Gk + ψ Q γ Q S Qk + ψ w γ w S wk

一. 无地震作用效应组合时 无地震作用效应组合时永久荷载控制

时， 永久荷载控制时， 永久荷载控制时， 永久荷载控制时，

S =1S S0. ×SQk S = 1.35.25(+ Gk7+1.4S) Gk Qk 有利时1.0) (有利时 ) 书库、档案库等0.9) (书库、档案库等 ) 楼面活荷载控制时， 楼面活荷载控制时， S = 1.2SGk +1.0×1.4SQk + 0.6×1.4Swk (或1.0) ) 风荷载控制时， 风荷载控制时， 风荷载控制时， 风荷载控制时， S = 1.2SGk + 0.7×1.4SQk +1.0×1.4Swk S =1.25(SGk + SQk ) +1.4Swk 有利时1.0) (有利时 ) 书库、档案库等0.9) (书库、档案库等 ) 有利时1.0) (有利时 )

位移计算时， 位移计算时， 所有分项系数均取1.0 所有分项系数均取

高层建筑结构的设计原则,本课件为设计院注册结构师所作,具有很好的设计指导作用。

非抗震设计时结构内力的组合

P37表 P37表3.14

高层建筑结构的设计原则,本课件为设计院注册结构师所作,具有很好的设计指导作用。

二. 有地震作用效应组合时 有地震作用效应组合时藏书室、 恒 + 0.5活(或0.8藏书室、 活 藏书室 档案室、库房等) 档案室、库房等) 0.2

S = γ G S GE + γ Eh S Ehk + γ Ev S Evk + ψ w γ w S wk1.2或 或 ≤1.0 1.3 0.5或1.3 或 位移计算时， 位移计算时， 所有分项系数均取1.0 所有分项系数均取 1.4

9 度抗震设计时，或水平长悬臂结构8、9度设计时， 度抗震设计时，或水平长悬臂结构8 度设计时， 才考虑竖向地震作用参与组合 60m以上的高层，才考虑风荷载与地震作用组合 60m以上的高层， 以上的高层

高层建筑结构的设计原则,本课件为设计院注册结构师所作,具有很好的设计指导作用。

地震作用属于可变作用或偶然作用， 可靠指标的取值应低于静力作用下的 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 可变作用 可靠指标。因而，从理论上说， 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 承载力验算 用时的材料强度设计值。但设计规范为了使用方便 使用方便， 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。 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其承载力。 承载力抗震调整系数来提高其承载力 通过引入承载力抗震调整系数来提高其承载力。

无地震作用组合时： 无地震作用组合时： 有地震作用组合时： 有地震作用组合时：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