高层建筑结构设计—第3、4章 高层建筑荷载.ppt

第3章 高层建筑荷载 教学提示：本章主要介绍了高层建筑风荷载的计算；抗震设防的准则和基本设计方法，水平地震作用的计算方法（主要是反应谱法）与竖向地震作用的计算方法。 教学要求：熟练掌握风荷载的计算方法，以及用反应谱方法计算水平地震作用的方法，理解抗震设防的准则和基本设计方法，理解反应谱理论。 高层建筑的荷载包括竖向荷载和水平荷载。竖向荷载的计算与一般房屋并无区别，这里不再重复。以下主要介绍水平荷载——风荷载和地震荷载的计算方法。 3.1 风荷载 空气流动形成的风遇到建筑物时，会使建筑物表面产生压力或吸力，这种作用称为建筑物所受到的风荷载。风的作用是不规则的，风压随风速、风向的变化而不断改变。实际上，风荷载是随时间波动的动力荷载，但设计时一般把它视为静荷载。长周期的风压使建筑物产生侧移，短周期的脉动风压使建筑物在平均侧移附近摇摆。对于高度较大且较柔的高层建筑，要考虑动力效应，适当加大风荷载数值。确定高层建筑风荷载，大多数情况(高度300m以下)可按照《建筑结构荷载规范》规定的方法，少数建筑(高度大、对风荷载敏感或有特殊情况)还要通过风洞试验确定风荷载，以补充规范的不足。 3.1.1风荷载标准值（kN/ m2 ） 1 当计算主要承重结构时 风压高度变化系数 风载体型系数 : 建筑物各个表面风作用力的平均值与基本风压的比值。 风振系数βz 对于基本自振周期大于0.25s的工程结构，以及高度大于30m且高宽比大于1.5的房屋建筑，应考虑风压脉动对结构发生顺风向风振的影响。 阵风系数 计算围护结构时的阵风系数按荷载规范 （GB50009－2001）表7.5.1确定。 横风向风振 对圆形截面的结构，还应根据雷诺数（Re）的不同情况进行横风向风振的校核，详见荷载规范（GB50009－2001）7.6节之规定。 总体风荷载：建筑物各个表面风荷载的合力，是沿高度变化的分布荷载，用于计算结构侧移和各构件内力。 3.1.3风洞试验 （JGJ3-2002)规定：有下列情况之一的建筑物，宜按风洞试验确定风荷载。 1 高度大于200m 2高度大于150m，且平面性状不规则、立面形状复杂，或立面开洞、连体建筑等 3 规范或规程中没有给出风载体形系数的建筑物 4 周围地形和环境复杂的建筑物 3.2 地震作用 3.2.1 地震作用的特点 地震效应: 地面运动产生的结构反应,包括加速度、速度、位移反应。 地面运动特性的特征量（三要素）：强度、频谱和持续时间。 震中距的影响 建筑物本身的动力特性对建筑破坏程度有很大的影响 建筑物的动力特性：主要指建筑物的自振周期、振型和阻尼。 3.2.2 抗震设防准则和基本方法 抗震设防是对建筑物进行抗震设计并采取一定的抗震措施，以达到结构抗震的效果和目的。 抗震设防的目标：(三水准) “小震不坏，中震可修，大震不倒” 即： 1·在遭受低于本地区设防烈度的多遇地震的影响时，建筑物一般不受损坏或不需修理仍可继续使用。（此时建筑物基本上处于弹性阶段） 2· 在遭受本地区规定的设防烈度的地震的影响时，建筑物（包括结构和非结构部分）可能有一定损坏，但不至危及人民生命和生产设备的安全，经一般修理仍可继续使用。（此时建筑物进入弹塑性阶段） 3· 在遭受高于本地区设防烈度的预估罕遇地震的影响时，建筑物不致倒塌或发生危及生命的严重破坏。（此时建筑物将产生严重破坏但不至于倒塌） 《抗震规范》以二阶段设计法来实现上述“三水准”抗震设计目标。 第一阶段设计：按小震作用效应和其它荷载效应的基本组合验算结构构件的承载能力，以及小震作用下验算结构的弹性变形，以满足第一、二水准的要求。然后通过概念设计和构造措施来满足第三水准的要求。 第二阶段设计：对于有特殊要求的建筑和地震时容易倒塌的结构，按大震作用下验算结构的弹塑性变形，以满足第三水准的要求。 建筑物的抗震设防类别 　建筑应根据其使用功能的重要性分为甲类、乙类、丙类和丁类四个抗震设防类别。 　甲类建筑应属于重大建筑工程和地震时可能发生严重次生灾害的建筑， 　乙类建筑应属于地震时使用功能不能中断或需尽快恢复的建筑， 　丙类建筑应属于除甲、乙、丁类以外的一般建筑， 　丁类建筑应属于抗震次要建筑。 各抗震设防类别建筑的抗震设防标准，应符合下列要求： 甲类建筑，地震作用应高于本地区抗震设防烈度的要求，其值应按批准的地震安全性评价结果确定；抗震措施，当抗震设防烈度为６～８度时，应符合本地区抗震设防烈度提高一度的要求，当为９度时，应符合比９度抗震设防更高的要求。 乙类建筑，地震作用应符合本地区抗震设防烈度的要求；抗震措施，一般情况下，当抗震设防烈度为６～