高層結(jié)構(gòu)設(shè)計第3章 高層建筑的荷載和地震作用

第3章高層建筑的荷載和地震作用豎向：恒、活（雪）其它荷載（作用）：溫度、基礎(chǔ)沉降等水平向：風(fēng)、地震3.1豎向荷載一、恒荷載：結(jié)構(gòu)自重、附加永久荷載

隔墻、裝飾、設(shè)備管道等（規(guī)范附錄A）

恒荷載標準值可由各構(gòu)件的截面尺寸、長度裝飾材料情況計算；設(shè)備管道重量由有關(guān)專業(yè)設(shè)計人員提供。二、活荷載:樓面均布活荷載、雪荷載、施工檢修人員與機具的重量。荷載規(guī)范：GB50009—2001

多層：應(yīng)考慮活荷載不利分布高層：不考慮，活荷載相對小，水平荷載引起內(nèi)力大三、經(jīng)驗值：單位面積豎向荷載重量框架、框架—剪力墻結(jié)構(gòu)體系：12～14kN/m2

剪力墻、筒體結(jié)構(gòu)體系：14～16kN/m2

3.2風(fēng)荷載“森拉克”肆虐浙閩防波堤被沖垮百米

[

2003年7月28日12:43

]。由于16號“森拉克”臺風(fēng)的襲擊，投資1.2億元、總長達1837米的玉環(huán)縣坎門漁港防波堤遭受嚴重的損壞。漁港西堤被巨浪沖垮2個缺口，造成防波堤砌面下滑，總長達100多米。

····

愛國守法自律真實文明發(fā)表評論：網(wǎng)友昵稱：廣州大道南一棟五層廠房近1000平方米的2塊鐵皮被卷起后砸中附近五金廠，100多名工人僥幸逃過大難一、總體風(fēng)荷載

高、大、細、長等柔性工程結(jié)構(gòu)的主要設(shè)計荷載

空氣流動形成的風(fēng)遇到建筑物時，就在建筑物表面產(chǎn)生壓力或吸力，這種風(fēng)力作用叫風(fēng)荷載。風(fēng)的大小與（1）近地風(fēng)的性質(zhì)、風(fēng)速、風(fēng)向有關(guān)（2）建筑物所在地的地藐及周圍環(huán)境（3）建筑本身的高度、形狀以及表面狀況有關(guān)風(fēng)對高層建筑結(jié)構(gòu)有如下的特點:l、風(fēng)力作用與建筑物外形有直接關(guān)系，圓形與正方形受到的風(fēng)力較合理。2．風(fēng)力受建筑物周圍環(huán)境影響較大，處于高層建筑群中的高層建筑，有時會出現(xiàn)受力更為不利的情況。3．風(fēng)力作用具有靜力、動力兩重性質(zhì)。

4．風(fēng)力在建筑物表面的分布很不均勻，在角區(qū)和建筑物內(nèi)收的局部區(qū)域，會產(chǎn)生較大的風(fēng)力。5．與地震作用相比，風(fēng)力作用持續(xù)時間較長，其作用更接近于靜力，在建筑物的使用期限內(nèi)出現(xiàn)較大風(fēng)力的次數(shù)較多。6．由于有較長期的氣象觀測，大風(fēng)的重現(xiàn)期很短，所以風(fēng)力大小的估計比地震作用大小的估計較為可靠。而且抗風(fēng)設(shè)計具有較大的可靠性。1、概念：空氣流動形成風(fēng)（近地風(fēng)起主要作用）迎風(fēng)面：壓力背風(fēng)面：吸力風(fēng)毀事故：橋梁高層—少，局部破壞多（玻璃）高聳—有2、隨機性—按照統(tǒng)計規(guī)律歸納出風(fēng)荷載標準值計算公式

當計算主要承重結(jié)構(gòu)時：風(fēng)荷載標準值（kN/m2）

2/1/2023133、風(fēng)荷載的計算

(1)基本風(fēng)壓空曠平坦地面、距地10m、50年一遇、10min平均最大風(fēng)速計算。：空氣密度具體查閱：荷載規(guī)范附錄D，不小于0.3kN/m2說明：一般高層建筑考慮50年一遇特別重要或者有特殊要求的高層建筑考慮100年一遇2/1/2023143、風(fēng)荷載的計算

(1)基本風(fēng)壓空曠平坦地面、距地10m、50年一遇、10min平均最大風(fēng)速計算。：空氣密度2/1/202315（2）風(fēng)荷載體型系數(shù)風(fēng)對建筑表面的作用力并不等于基本風(fēng)壓值，而是隨建筑物的體型、尺度、表面位置等而改變，其大小由實測或風(fēng)洞試驗確定

=垂直于建筑表面的平均風(fēng)作用力/基本風(fēng)壓值

2/1/202316（2）風(fēng)荷載體型系數(shù)風(fēng)對建筑表面的作用力并不等于基本風(fēng)壓值，而是隨建筑物的體型、尺度、表面位置等而改變，其大小由實測或風(fēng)洞試驗確定

=垂直于建筑表面的平均風(fēng)作用力/基本風(fēng)壓值

壓力為正號吸力為負號2/1/202318(3)風(fēng)壓高度變化系數(shù)μZ

風(fēng)壓高度變化系數(shù)應(yīng)該根據(jù)地面粗糙度類別確定

A類：指近海面、海島、海岸、湖岸以及沙漠B類：指田野、鄉(xiāng)村、叢林、丘陵以及房屋比較稀疏的鄉(xiāng)鎮(zhèn)和城市郊區(qū)C類：指密集建筑裙的城市市區(qū)D類：指有密集建筑物裙且房屋較高的城市市中心ABCD（4）風(fēng)振系數(shù)(高度Z處風(fēng)振系數(shù))風(fēng)分為平均風(fēng)（即穩(wěn)定風(fēng)）和脈動風(fēng)（常稱陣風(fēng)脈動）平均風(fēng)——靜力脈動風(fēng)——動力2/1/202321與結(jié)構(gòu)的自振特性有關(guān)，（包括自振周期、振型等，也與結(jié)構(gòu)的高度有關(guān)）

基本自振周期T1>0.25S的工程結(jié)構(gòu)，高度大于30m且高寬比大于1.5的高柔房屋，考慮風(fēng)壓脈動對結(jié)構(gòu)發(fā)生順風(fēng)向風(fēng)振的影響。風(fēng)振計算按照隨機振動理論進行，結(jié)構(gòu)自振周期按照結(jié)構(gòu)動力學(xué)計算一般懸臂型結(jié)構(gòu)（構(gòu)架、塔架、煙囪等高聳結(jié)構(gòu)），高度大于30m，高寬比大于1.5且可以忽略扭轉(zhuǎn)影響的高層建筑，按照下式計算：

2/1/202322

——脈動增大系數(shù)

——脈動影響系數(shù)

——振型系數(shù)

——風(fēng)壓高度變化系數(shù)2/1/202323

脈動增大系數(shù)ξ

主要與結(jié)構(gòu)的周期、基本風(fēng)壓和地面粗糙程度有關(guān)w0·

T120.010.020.040.060.080.100.200.400.60鋼結(jié)構(gòu)1.471.571.691.771.831.882.042.242.36有填充墻的房屋鋼結(jié)構(gòu)1.261.321.391.441.471.501.611.731.81混凝土及砌體結(jié)構(gòu)1.111.141.171.191.211.231.281.341.38w0·T120.801.002.004.006.008.0010.0020.0030.00鋼結(jié)構(gòu)2.462.532.803.093.283.423.543.914.14有填充墻的房屋鋼結(jié)構(gòu)1.881.932.102.302.432.522.602.853.01混凝土及砌體結(jié)構(gòu)1.421.441.541.651.721.771.821.962.062/1/202324

振型系數(shù)可由結(jié)構(gòu)動力計算確定，計算時可僅考慮受力方向基本振型的影響；對于質(zhì)量和剛度沿高度分布比較均勻的彎剪型結(jié)構(gòu)，也可近似采用振型計算點距室外地面高度Z與房屋高度H的比值代替振型系數(shù)Z/H查表

脈動影響系數(shù)與房屋總高度、粗糙度類別、H/B有關(guān)，查表。2/1/202325結(jié)構(gòu)基本自振周期的經(jīng)驗公式方法一：

鋼筋混凝土框架和框剪結(jié)構(gòu)：

鋼筋混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)：

H——房屋總高度(m)B——房屋寬度(m)方法二：

框架結(jié)構(gòu)：T1＝（0.08～0.1）N

框架－剪力墻結(jié)構(gòu)：T1＝（0.06～0.08）N

剪力墻結(jié)構(gòu)及筒中筒：T1＝0.05NN——房屋層數(shù)2/1/2023264、總風(fēng)荷載各個表面承受風(fēng)力的合力，沿高度變化的分布荷載

:建筑物表面法線與風(fēng)作用方向的夾角＝0：風(fēng)力作用方向與建筑表面垂直，風(fēng)壓全部計算＝90：風(fēng)力作用方向與建筑表面平行，風(fēng)壓不算0<<90:風(fēng)力的分量，注意風(fēng)力分解時區(qū)別風(fēng)力為壓力或吸力2/1/2023274、總風(fēng)荷載各個表面承受風(fēng)力的合力，沿高度變化的分布荷載windμs=

+0.8μs=-0.6μS

壓力為“+”拉力為“—”

B4α4=900μs=-0.6α2=900B1α1=0α3=00μs=-0.5B3B2h=zWZμs=

+0.82/1/202328二、局部風(fēng)荷載風(fēng)壓在建筑物表面是不均勻的，在計算局部構(gòu)件時，應(yīng)考慮風(fēng)荷載的局部效應(yīng)。計算時，用增大風(fēng)荷載體型系數(shù)的方法考慮局部效應(yīng)。局部風(fēng)壓體型系數(shù)：正壓區(qū)：同上取法負壓區(qū)：

◆墻面：-1.0

◆墻角邊：-1.8

◆屋面局部部位（周邊和屋面坡度大于100的屋脊部位）：-2.2

◆檐口、雨篷、遮陽板等突出構(gòu)件：-2.0

2/1/2023293.3地震作用一、地震作用計算的有關(guān)規(guī)定1、高層建筑重要性分類（1）甲類建筑是指有特殊要求，如遇地震破壞會導(dǎo)致嚴重次生災(zāi)害的建筑。（2）乙類建筑是指地震時使用功能不能中斷或需盡快恢復(fù)的建筑。屬于乙類建筑的高層建筑物可以有：對國內(nèi)、外廣播的廣播電臺和節(jié)目傳輸中心、電視發(fā)射中心。通常指國家級、省和直轄市級的廣播電視中心；城市和長途通訊樞紐、國際無線電臺；有200床位以上的醫(yī)院病房樓、門診樓。（3）丙類建筑是指一般的建筑。2、設(shè)防標準甲類建筑：地震破壞會導(dǎo)致嚴重后果，造成經(jīng)濟上嚴重損失或特別重要的建筑物；按照高于本地區(qū)抗震設(shè)防烈度計算，其值應(yīng)按批準的地震安全性評價結(jié)果確定。乙類建筑：地震時必須維持正常使用和救災(zāi)需要的建筑物，人員大量集中的公共建筑物或其他重要的建筑物；應(yīng)按本地區(qū)抗震設(shè)防烈度計算。丙類建筑物：除上述以外的一般高層建筑；應(yīng)按本地區(qū)抗震設(shè)防烈度計算?？拐鹪O(shè)防烈度為6度及以上地區(qū)的建筑，必須進行抗震設(shè)計。3、抗震設(shè)防目標具體通過“三水準”的抗震設(shè)防要求和“兩階段”的抗震設(shè)計方法實現(xiàn)。三水準地震作用的標定地震影響50年超越概率地震重現(xiàn)期眾值烈度（多遇地震）小震63.2%50年基本烈度（設(shè)防烈度地震）中震10%475年罕遇烈度（罕遇地震）大震2-3%1642-2475年三水準：“小震”“中震”“大震”抗震設(shè)防目標水準涵義要求第一水準小震不壞當遭受低于本地區(qū)設(shè)防烈度的多遇地震影響時，一般不受損壞或不需修理仍可繼續(xù)使用第二水準中震可修當遭受相當于本地區(qū)抗震設(shè)防烈度的地震影響時，可能損壞，經(jīng)一般修理或不需修理仍可繼續(xù)使用第三水準大震不倒當遭受高于本地區(qū)抗震設(shè)防烈度的預(yù)估的罕遇地震影響時，不致倒塌或發(fā)生危及生命的嚴重破壞

“兩階段”抗震設(shè)計方法第一階段設(shè)計：按小震作用效應(yīng)和其它荷載效應(yīng)的基本組合驗算結(jié)構(gòu)構(gòu)件的承載能力和結(jié)構(gòu)的彈性變形，以滿足第一水準抗震設(shè)防目標的要求。

第二階段設(shè)計：在大震作用下驗算結(jié)構(gòu)的彈塑性變形，以滿足第三水準抗震設(shè)防的要求。說明：第二水準的設(shè)防要求，是通過概念設(shè)計和構(gòu)造措施來滿足的，對大多數(shù)結(jié)構(gòu)．可只進行第一階段設(shè)計；只有對《抗震現(xiàn)范》所規(guī)定的部分結(jié)構(gòu)，如有特殊要求的建筑和地震時易倒塌的結(jié)構(gòu)以及有明顯薄弱層的不規(guī)則結(jié)構(gòu)，才進行第二階段的抗震驗算。4、地震作用計算原則一般情況下，計算兩個主軸方向的地震作用；有斜交抗側(cè)力構(gòu)件（角度大于15度）時應(yīng)分別計算各抗側(cè)力構(gòu)件方向的地震作用質(zhì)量與剛度分布明顯不對稱、不均勻的結(jié)構(gòu)，應(yīng)計算雙向水平地震作用下的扭轉(zhuǎn)影響，其他情況應(yīng)計算單向地震作用下的扭轉(zhuǎn)影響8度和9度抗震設(shè)計時，高層建筑中的大跨度和長懸臂結(jié)構(gòu)應(yīng)考慮豎向地震作用9度抗震設(shè)計時應(yīng)計算豎向地震作用

2/1/202336二、高層建筑結(jié)構(gòu)應(yīng)根據(jù)不同情況采用不同計算方法：對質(zhì)量和剛度不對稱、不均勻的結(jié)構(gòu)和高度超過100m的高層建筑應(yīng)采用考慮扭轉(zhuǎn)耦連振動影響的振型分解反應(yīng)譜法高度不超過40m、以剪切變形為主的且質(zhì)量和剛度沿高度分布較均勻的高層建筑結(jié)構(gòu)，可采用底部剪力法7～9度設(shè)防的高層建筑，下列情況宜采用彈性時程分析法進行多遇地震作用下的補充計算：

(1)甲類高層建筑結(jié)構(gòu)

(2)剛度與質(zhì)量沿豎向分布特別不均勻的高層建筑結(jié)構(gòu)

(3)表中所示的乙、丙類高層建筑結(jié)構(gòu)

設(shè)防烈度、場地類別建筑高度范圍7度、8度I、II類場地>100m8度III、IV類場地>80m9度>60m2/1/2023371、底部剪力法結(jié)構(gòu)總水平地震作用的標準值計算公式：1——相應(yīng)于結(jié)構(gòu)基本自振周期T1的值Geq——結(jié)構(gòu)等效總重力荷載代表值Geq＝0.85GEGj——第j層重力荷載代表值考慮高層建筑彎曲振型的影響，頂層附加水平地震作用標準值為：n——頂部附加水平地震作用系數(shù)，當基本自振周期T1<1.4Tg時，n取為0；當基本自振周期T1≥1.4Tg時，n按照表中采用

2/1/202338總水平地震作用的標準值－頂層附加水平地震作用標準值(FEK－Fn)分配到各樓層：

2/1/202339（1）、水平地震影響系數(shù)根據(jù)烈度、場地類別、設(shè)計地震分組、結(jié)構(gòu)自振周期T和阻尼比確定，由下式計算：當T≤Tg時＝max當T>Tg時＝max（2）、重力荷載代表值：100％恒荷載＋50％雪荷載＋50％樓面活荷載（80％藏書庫、檔案庫、庫房活荷載）（3）、結(jié)構(gòu)等效總重力荷載代表值Geq＝0.85GE（4）、頂部附加水平地震作用標準值2/1/202340（5）、基本自振周期的簡化計算方法：假想頂點位移法：

質(zhì)量、剛度沿高度分布比較均勻的框架、框架－剪力墻結(jié)構(gòu)

——以樓層重力荷載代表值Gi為樓層水平力，按照彈性方法計算的頂點位移，單位為(m)ΨT

——周期折減系數(shù)自振周期的修正：計算中未考慮砌體填充墻的剛度影響，計算周期較實際周期長，地震作用偏于不安全，故應(yīng)乘以周期折減系數(shù)ΨT框架結(jié)構(gòu)：ΨT＝0.6～0.7框架－剪力墻：ΨT＝0.7～0.8剪力墻結(jié)構(gòu)：ΨT＝0.9～1.0

2/1/202341（6）、帶小塔樓的高層建筑結(jié)構(gòu)小塔樓：突出屋面的樓梯間、水箱等，一般1～2層，高度小體積小，小塔樓作為一個質(zhì)點。鞭梢效應(yīng)：屋面塔樓的剛度和質(zhì)量比主體結(jié)構(gòu)小得多，受到經(jīng)過主體建筑放大后的地震加速度，受到強化的激勵，產(chǎn)生顯著的鞭梢效應(yīng)塔樓計算：乘以放大系數(shù)注明：有突出屋面的小塔樓時，頂部附加水平地震作用加在主體結(jié)構(gòu)的頂層，不加在小塔樓上

2/1/2023422、振型分解反應(yīng)譜法（1）、單向水平地震作用下，考慮扭轉(zhuǎn)的地震作用效應(yīng)(2)、考慮雙向水平地震作用下的扭轉(zhuǎn)地震作用效應(yīng)，應(yīng)按下列公式中較大值確定3、時程分析法（1）、振動方程（2）、輸入地震波的選用三、豎向地震作用地震時地面運動是多分量的，即3個位移分量和3個轉(zhuǎn)動分量。大量的宏觀震害表明，建筑物在地震時，主要是由于水平運動造成的破壞，因此在抗震設(shè)計時較多地考慮水平地震作用的影響，僅對9