高層荷載估算

高層建筑結構方案設計荷載估算高層建筑結構方案設計荷載估算1.2高層建筑結構作用效應的特點1.2.1高層建筑結構的受力特點建筑結構所受的外力（作用）主要來自垂直方向和水平方向。在低、多層建筑中，由于結構高度低、平面尺寸較大，其高寬比很小，而結構的風荷載和地震作用也很小，故結構以抵抗豎向荷載為主。也就是說，豎向荷載往往是結構設計的主要控制因素。建筑結構的這種受力特點隨著高度的增大而逐漸發(fā)生變化。在高層建筑中，首先，在豎向荷載作用下，由圖1.2.1-1所示的框架可知，各樓層豎向荷載所產生的框架柱軸力為：邊柱 N=wlH/2h中柱 N=wlH/h即框架柱的軸力和建筑結構的層數(shù)成正比;邊柱軸力較中柱小，基本上與其受荷面積成正比。就是說，由各樓層豎向荷載所產生的累積效應很大，建筑物層數(shù)越多，底層柱軸力越大；頂、底層柱軸力差異越大；中柱、邊柱軸力差異也越大。其次，在水平荷載作用下，作為整體受力分析，如果將高層建筑結構簡化為一根豎向懸臂梁，那么由圖1.2.1-2、圖1.2.1-3所示其底部產生的傾復彎矩為：水平均布荷載 Mmax=qH2/2倒三角形水平荷載 Mmax=Qh3/3即結構底部產生的傾復彎矩與樓層總高度的平方成正比。就是說，建筑結構的高度越大，由水平作用對結構產生的彎矩就更大，較豎向荷載對結構所產生的累積效應增加更快，其產生的結構內力占總結構內力的比重越大，從而成為結構強度設計的主要控制因素。1.2.2高層建筑結構的變形特點在豎向荷載作用下，高層建筑結構的變形主要是豎向構件的壓縮變形。由于各豎向構件的應力大小不同，因而其壓縮變形大小也不同。在鋼筋混凝土結構中，由于在施工過程中的找平，同時由于各豎向構件的基底軸力大小不同，若不對基底應力進行調整，也可能導致基礎產生不均勻沉降。在水平荷載作用下，高層建筑結構最大的頂點位移為：水平均布荷載 △max=qH4/8EI倒三角形水平荷載 △max=11qH4/120EI式中EI為結構的從以上可看出，結構頂點位移與其總高度的四次方成正比。則又比水平荷載作用下的內力累積效應增加更快，這就說明，高層建筑結構對結構的水平側移是相當敏感的。水平荷載作用下所引起的結構內力及側移是高層建筑結構設計的主要控制因素。結構應具備較大的抗側剛度，而不僅僅滿足強度、剛度和穩(wěn)定要求。在地震區(qū)，還要求建筑物能抗震。由于地震是一種瞬時作用，但作用所產生的效應非常強烈，故結構的過大變形是不可避免的（這種變形在不發(fā)生地震時是不允許的），這就要求結構有較好的延性，能在強烈地震作用下結構雖產生較大變形而不破壞。2.3我國現(xiàn)行規(guī)范中規(guī)定的主要限定標準風荷載作用下房屋頂點質心位置的側移應H/500（總高），各層質心層間位移H/400（總高）且結構平面端部構件的最大側移值不得超過質點側移值的1.2倍。地震作用下，第一階段抗震設防時在多遇地震作用下結構層間位移應^h/250，且結構平面端部構件最大側移值不得超過質心位置側移的1.3倍。對于框架一支撐（剪力板）體系中總框架所承擔的地震剪力不得小于結構底部總剪力的25%，當對結構平面的兩個主軸方向分別計算水平地震效應時，要求角柱和兩個方向的支撐（或剪力墻板）所共有的柱構件應在這地震剪力的基礎上再將桿件內力提高30%進行設計。在第二階段抗震設計時結構層間位移應Mh/70,層間側移延性比（指結構層間最大側移與其彈性側移之比）不得超過下表中限值：結構種類結構體系層間側移延性比全鋼結構框架體系3.5框架偏心支撐3.0框架中心支撐2.5鋼骨結構型鋼一混凝土框架2.5鋼一混凝土混合2.0風荷載作用下順風和橫風向頂點最大加速度應滿足以下要求：對公共建筑aw（或atr）<0.20m/s2對公寓建筑aw（或atr）<0.28m/s2園筒形平面的高層建筑容易因橫向風引起的渦流共振，為防止橫風向引起共振，因此JGJ99-98中采用房屋頂部風速來限制要求：頂部風速Vn<Ucr臨界風速Vcr=5D/T1（T1為直徑D的結構基本自振周期）當滿足不了Vn<Ucr時應增大結構剛度或進行橫風向渦流脫落試驗。為了較合理選擇適宜的結構方案規(guī)范對不同的結構種類提出了結構高寬比限值。1.3高層建筑的作用1.3.1高層建筑的靜荷載1.3.2高層建筑的活荷載1.3.2.1樓面和屋面活荷載第3.1.1條民用建筑樓面均布活載的標準值及其組合值，頻遇值和準永久值系數(shù)，應按《建筑結構荷載規(guī)范》GBJ50009-XXXX（以下簡稱《荷載規(guī)范》）的第4.1.1條的規(guī)定采用，該條無規(guī)定者，可按本規(guī)定表3.1.1米用。民用建筑樓面均布活載 表3.1.1項次類別標準值（kN/m2）組合值系數(shù)pc頻遇值系數(shù)衍準永久值系數(shù)pg酒吧間、展銷間3.0-4.00.70.60.5體操房、娛樂室3.5-5.00.70.60.5三賓館、飯店建筑宴會廳3.0-4.00.70.50.5廚房：中小型4.0-5.00.70.60.5大型6.0-8.00.70.60.5洗衣房4.0-5.00.70.60.5貯藏室5.0-8.00.70.60.8四電子計算機房一般微機3.00.70.60.5網絡中心4.50.70.60.5五電梯間機房6.00.70.60.6六圖書館檔案的書庫和檔案1一般排列時5.0-7.00.70.60.82密集排列時>10.00.70.60.8電話交換機房6.00.70.60.6多層停車庫的車道5.50.70.60.6九醫(yī)院建筑注（1）本表所列各項活載適用于一般的使用條件，當使用荷載較大時，應按實際情況采用。（2） 第五項活載應按電梯產品規(guī)格規(guī)定采用。（3） 第八項活載只適用于停放轎車的車庫。（4） 醫(yī)療建筑的活載按實際情況采用。（5） 本表各項活載未包括隔墻自重。第3.1.2條設計樓面梁、墻、柱及基礎時，民用建筑樓面均勻活載標準值的折減系數(shù)應按《荷載規(guī)范》第4.1.2條規(guī)定。表3.1.1中的樓面活載標準值按下列規(guī)定乘以相應的折減系數(shù)。一、 設計樓面梁時的折減系數(shù)第一?七項和第九項，當樓面梁的從屬面積超過50m2時取0.9。第八項取0.8。二、 設計墻、柱及基礎時的折減系數(shù)采用與其樓面梁相同的折減系數(shù)。第3.1.3條工業(yè)建筑樓面活荷載的標準值及其系數(shù)，應按《荷載規(guī)范》第4.2.1?第4.2.3條及附錄C采用。當設計樓面梁、墻、柱及基礎時，其樓面活載標準值的折減系數(shù)，按表3.1.3的規(guī)定采用。工業(yè)樓面活荷載標準值折減系數(shù) 表3.1.3類別折減系數(shù)備注生產車間>10kN/m20.6?0.8<10kN/m20.7?0.8折減后不少于4kN/m2倉庫按實際情況定第3.1.4條樓面的附加懸掛管道荷載標準值，應按實際情況確定，當缺乏資料時，對一般管道采用0.5?1.0kN/m2，其組合值系數(shù)Qc=0.7,頻遇值系數(shù)①f=0.6；準永久值系數(shù)①g=0.6。第3.1.5條作用在多層工業(yè)建筑的板面和次梁（肋）上的非承重隔墻荷載，可按等效均布荷載的確定方法，求得構件上的隔墻荷載增值標準值，為了簡便計算，可根據(jù)隔墻重量和樓面活載標準值，按表3.1.5確定隔墻荷載增值標準值，并應注意下列條件要求：一、 任何情況下，布置在板面和次梁（肋）上的隔墻宜采用輕質隔墻；應盡量不采用重隔墻。二、 適用于現(xiàn)澆板或具有良好整體作用的裝配整體式樓板。三、 雙向板及無梁樓板等上的隔墻荷載增值標準值，應按等效原則另行計算。四、 隔墻盡量布置在次梁（肋）上，或布置在距次梁（肋）中線左右1/5板跨范圍內（即避免在板跨中3/5的范圍內布置）作用在板面和次梁(肋)上的隔墻荷載增值 表3.1.5隔墻荷載增值(kN/m2)隔 墻重kN/m備注3.04.05.06.07.08.09.010.011.0樓面活荷載(kN/m2)3.01.01.52.02.53.03.54.04.55.04.00.51.01.52.02.53.03.54.04.55.00.51.02.02.53.03.54.06.00.51.02.02.53.03.57.00.51.02.02.53.08.00.51.02.02.09.00.51.01.010.00.5第3.1.6條作用在多層工業(yè)建筑的主梁或框架梁上的非承重隔墻荷載可根據(jù)隔墻重量和作用位置，按等效原則計算確定其隔墻荷載增值標準值。對直接設置在主梁或框架梁上的隔墻荷載，可不考慮樓板的整體作用，全部由主梁或框架梁承受。第3.1.7條用等效均布荷載進行計算時，仍可采用實際連續(xù)結構的計算簡圖。對于倉庫及活荷載的分布可能出現(xiàn)較大變化的樓層結構，應考慮荷載的不利布置影響，可以采用簡單方法，如對框架梁可將按滿載計算的跨中彎矩乘以考慮活載不利布置影響的內力增大系數(shù)1.1?1.2。第3.1.8條高層建筑結構的活荷載在計算內力時，可不作最不利布置，按滿載計算。第3.1.9條居住建筑的非人防地下室頂板，若考慮作為地震時疏散用，其頂板活荷載應按倒塌荷載30kN/m2計算。第3.1.10條采用鋼筋混凝土自防水平屋面，宜考慮有增設防水措施的可能，一般可按0.3kN/m2采用。第3.1.11條平屋面兼作公共活動場所用途時，其屋面均布活荷載應根據(jù)使用性質類別，按相應的樓面均布活載采用，但不應小于2.5kN/m2,組合值系數(shù)0.7，頻遇值系數(shù)0.6，準永久值系數(shù)按相應的樓面均布活荷載采用。第3.1.12條作屋頂花園使用的平屋面有草皮部份：其屋面均布活載應按其實際復蓋的草皮構造類別，厚度等而定。除考慮屋面承重構件，建筑防水構造等材料自重外，一般考慮00mm厚卵石濾水層，300?500mm厚浸水飽和土層(或其它輕質培養(yǎng)粉)等材料重。若無具體資料可按2.0kN/m2采用，其組合值系數(shù)0.7,頻遇值系數(shù)0.6，準永久值系數(shù)0.6。無草皮部份：屋面均布活荷載可按不小于4.0kN/m2,其組合值系數(shù)0.7,頻遇值系數(shù)0.6，準永久值系數(shù)0.6。第3.1.13條當高層建筑的平屋面作為直升機停機坪時，其直升機平臺的活荷載應采用下列兩款中能使平屋面產生最大內力的荷載。一、直升機總重量引起的局部荷載，按實