《高層建筑結(jié)構(gòu)荷載》課件

高層建筑結(jié)構(gòu)荷載探討高層建筑結(jié)構(gòu)的荷載特點(diǎn)和力學(xué)行為,深入分析風(fēng)荷載、地震荷載、使用荷載等對(duì)高層建筑的影響,為優(yōu)化設(shè)計(jì)提供依據(jù)。課程簡(jiǎn)介高層建筑知識(shí)體系本課程涵蓋高層建筑的特點(diǎn)、結(jié)構(gòu)形式以及各類荷載的組成和計(jì)算方法。實(shí)踐示范案例通過具體案例講解,學(xué)習(xí)如何進(jìn)行高層建筑的荷載分析和抗震設(shè)計(jì)。提升設(shè)計(jì)能力掌握高層建筑結(jié)構(gòu)荷載計(jì)算和抗震設(shè)計(jì)的關(guān)鍵技能,提高從業(yè)者的專業(yè)水平。課程大綱理論知識(shí)本課程將全面介紹高層建筑的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、荷載構(gòu)成和計(jì)算方法。包括永久荷載、活荷載、風(fēng)荷載、地震等各類荷載的定義和計(jì)算方法。實(shí)踐應(yīng)用課程還將深入探討荷載組合、安全系數(shù)的確定，以及具體工程案例分析。幫助學(xué)生將理論知識(shí)與實(shí)際設(shè)計(jì)應(yīng)用相結(jié)合?？拐鹪O(shè)計(jì)課程的后半部分重點(diǎn)介紹高層建筑的抗震設(shè)計(jì),包括抗震性能要求、設(shè)計(jì)原則和方法,以及不同構(gòu)件的抗震設(shè)計(jì)策略。總結(jié)展望最后,課程將就高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的未來趨勢(shì)和發(fā)展方向進(jìn)行總結(jié)與展望。高層建筑的特點(diǎn)高層建筑由于其獨(dú)特的建筑形式和龐大的體量,展現(xiàn)出許多突出的特點(diǎn):外形高挑、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、受環(huán)境影響明顯、施工難度大、自重偏重等。這些特點(diǎn)給建筑設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)計(jì)算和施工帶來了許多挑戰(zhàn)。高層建筑結(jié)構(gòu)形式框架結(jié)構(gòu)由柱、梁和剛性節(jié)點(diǎn)組成的空間骨架結(jié)構(gòu)，能承受垂直荷載和水平荷載。適用于中低層高樓。剪力墻結(jié)構(gòu)由帶有開口的垂直剪力墻和連梁組成的體系，可以承受較大的水平力和垂直力。適用于高層建筑。核心筒結(jié)構(gòu)在建筑中設(shè)置一個(gè)堅(jiān)實(shí)的中心核心筒,可以極大提高建筑的整體剛度與穩(wěn)定性,適用于超高層建筑。鋼結(jié)構(gòu)由鋼材組成的結(jié)構(gòu)體系,具有高強(qiáng)度、輕質(zhì)和施工快捷的特點(diǎn),適用于高層建筑的一種新型結(jié)構(gòu)形式。高層建筑荷載的組成永久荷載由建筑物自重及永久附加物等組成的不變荷載?；詈奢d由人員、家具及可移動(dòng)設(shè)備等所產(chǎn)生的可變荷載。風(fēng)荷載由風(fēng)力作用于建筑物表面所產(chǎn)生的荷載。地震作用由地震運(yùn)動(dòng)引起的慣性作用力對(duì)建筑物的影響。永久荷載1自重包括建筑物本身的重量,如結(jié)構(gòu)材料、裝修材料、管線、電氣設(shè)備等。2永久附加荷載例如非可拆卸的設(shè)備、家具、裝置等造成的額外荷載。3預(yù)應(yīng)力作用由于預(yù)應(yīng)力對(duì)結(jié)構(gòu)的永久性影響所產(chǎn)生的荷載。4地基沉降由于地基長(zhǎng)期沉降而對(duì)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的永久性影響?；詈奢d變化性活荷載是指建筑物內(nèi)部或外部產(chǎn)生的非永久性荷載,其分布和大小會(huì)隨時(shí)間而變化。人員荷載由建筑物內(nèi)人員的重量、移動(dòng)等產(chǎn)生的荷載,如辦公室、教室、商場(chǎng)等處。設(shè)備荷載由建筑物內(nèi)各種設(shè)備的重量產(chǎn)生的荷載,如空調(diào)、電梯、管線等。積雪荷載由屋面上積累的雪的重量產(chǎn)生的荷載,主要出現(xiàn)在有降雪的地區(qū)。風(fēng)荷載風(fēng)力作用風(fēng)荷載是由于風(fēng)力作用在建筑物表面產(chǎn)生的壓力和吸力。它取決于風(fēng)速和風(fēng)向。風(fēng)速大小建筑物的高度越高,受到的風(fēng)荷載就越大。高層建筑十分容易受到大風(fēng)的影響。風(fēng)向變化不同的風(fēng)向會(huì)導(dǎo)致建筑物受力情況的變化,需要考慮各種可能的風(fēng)向。氣動(dòng)特性建筑物的外形和氣動(dòng)特性會(huì)影響風(fēng)荷載的大小,需要進(jìn)行專業(yè)的風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)測(cè)試。地震作用1地震作用的特性地震作用具有不確定性、時(shí)變性和破壞性等特點(diǎn),給高層建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)帶來挑戰(zhàn)。2地震作用的計(jì)算方法可采用等效靜荷載法或動(dòng)力分析法對(duì)地震作用進(jìn)行合理的計(jì)算和評(píng)估。3地震作用的抗震措施合理選用抗震結(jié)構(gòu)體系、設(shè)置隔震或減震裝置等措施可以增強(qiáng)建筑物的抗震性能。4地震作用的設(shè)計(jì)要求應(yīng)滿足抗震設(shè)防要求,確保建筑物在地震作用下不會(huì)發(fā)生倒塌或嚴(yán)重?fù)p壞。溫度荷載溫度作用的來源溫度荷載主要由建筑物日照、季節(jié)變化以及熱烈冷等因素引起。建筑物受到太陽輻射、氣溫差異等外界環(huán)境溫度變化而產(chǎn)生不同程度的溫度變形。溫度荷載的影響溫度變化會(huì)導(dǎo)致建筑物結(jié)構(gòu)發(fā)生熱膨脹或收縮,從而產(chǎn)生內(nèi)部應(yīng)力。這些應(yīng)力可能會(huì)造成裂縫、變形或破壞,對(duì)建筑物的安全性和耐久性造成不利影響。施工荷載施工現(xiàn)場(chǎng)特點(diǎn)施工現(xiàn)場(chǎng)存在各種材料裝卸、運(yùn)輸、吊裝等作業(yè),會(huì)產(chǎn)生短期的臨時(shí)性荷載,需要特別關(guān)注。臨時(shí)性荷載如材料堆積、機(jī)械設(shè)備等會(huì)造成的臨時(shí)性荷載,應(yīng)該根據(jù)具體情況進(jìn)行測(cè)算和評(píng)估。臨時(shí)支撐在施工過程中,需要設(shè)置臨時(shí)支撐以確保結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性,這些臨時(shí)支撐也需要計(jì)入荷載考慮。組合荷載荷載組合的必要性高層建筑在實(shí)際使用過程中會(huì)同時(shí)受到多種荷載作用,因此需要對(duì)這些荷載進(jìn)行合理組合,以確保整個(gè)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性。荷載組合形式常見的荷載組合形式包括永久荷載與活荷載、風(fēng)荷載與地震作用等,每種形式都有其獨(dú)特的計(jì)算方法與設(shè)計(jì)要求。荷載組合的考慮因素在進(jìn)行荷載組合時(shí),需要充分考慮荷載的發(fā)生概率、持續(xù)時(shí)間、相互作用強(qiáng)度等因素,以確保整體受力分析的合理性。荷載系數(shù)在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中,為更準(zhǔn)確地評(píng)估各類荷載的實(shí)際作用效果,通常需要引入不同的荷載系數(shù)。這些系數(shù)反映了荷載的不確定性和荷載設(shè)計(jì)值與實(shí)際值之間的差異。不同類型的荷載系數(shù)有所差異,體現(xiàn)了各類荷載的不確定性和設(shè)計(jì)偏差。這些系數(shù)在后續(xù)的荷載組合計(jì)算中發(fā)揮重要作用。荷載組合1組合載荷根據(jù)建筑物的使用性質(zhì)和重要程度進(jìn)行合理組合2可靠性要求確保在各種可能的荷載組合下建筑物具備足夠的抗災(zāi)能力3荷載系數(shù)合理選取各荷載的荷載系數(shù)以反映其重要程度在高層建筑設(shè)計(jì)中,建筑物的安全性和抗災(zāi)能力是關(guān)鍵。因此,需要根據(jù)不同使用情況和重要程度對(duì)各種荷載進(jìn)行合理組合,并科學(xué)確定各荷載的系數(shù),確保建筑物在任何可能的載荷情況下都具有足夠的可靠性。荷載計(jì)算實(shí)例一1確定建筑物荷載根據(jù)建筑物的類型和用途,確定各種荷載作用2計(jì)算永久荷載包括建筑物自重和裝修等常時(shí)作用力3計(jì)算活荷載取決于建筑物的使用功能,如住宅、辦公等4計(jì)算風(fēng)荷載根據(jù)當(dāng)?shù)貧夂驐l件和建筑物特點(diǎn)確定本例將以一棟40層的高層辦公樓為例,詳細(xì)說明如何計(jì)算各種結(jié)構(gòu)荷載。首先確定建筑物類型和用途,然后分別計(jì)算永久荷載、活荷載和風(fēng)荷載,最后綜合得出總的設(shè)計(jì)荷載。此過程是高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重要基礎(chǔ)。荷載計(jì)算實(shí)例二1建筑物概況這是一棟34層的高層辦公大樓,總建筑面積達(dá)到25,000平方米。樓層高度為4米,采用鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)。2永久荷載計(jì)算根據(jù)設(shè)計(jì)要求,建筑物自重、樓地板、墻體等永久荷載為18kN/㎡。3活荷載計(jì)算辦公建筑的活荷載標(biāo)準(zhǔn)值為2.5kN/㎡?？紤]到設(shè)備、裝修等因素,本項(xiàng)目的活荷載取值為3.0kN/㎡。荷載計(jì)算實(shí)例三確定結(jié)構(gòu)類型根據(jù)建筑設(shè)計(jì)確定高層建筑的結(jié)構(gòu)形式,如框架結(jié)構(gòu)、剪力墻結(jié)構(gòu)或混合結(jié)構(gòu)等。確定荷載組成針對(duì)該結(jié)構(gòu)類型,確定各類荷載的作用情況,包括永久荷載、活荷載、風(fēng)荷載和地震作用等。計(jì)算荷載大小根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和設(shè)計(jì)規(guī)范,計(jì)算各類荷載的具體作用值,如樓板活荷載、風(fēng)壓力和地震剪力等。組合荷載計(jì)算依據(jù)不同工況組合各類荷載,確定結(jié)構(gòu)的最不利受力狀態(tài),作為設(shè)計(jì)依據(jù)。抗震設(shè)計(jì)概述結(jié)構(gòu)完整性確保建筑物在地震期間不會(huì)發(fā)生局部崩塌或傾覆,保持整體結(jié)構(gòu)安全。荷載傳遞合理的荷載傳遞路徑,使建筑物能夠安全地將地震作用傳遞至地基。變形能力建筑物要具有足夠的塑性變形能力,吸收地震能量,避免脆性破壞。安全性即使在地震作用下,建筑物也要確保安全,保護(hù)人員生命財(cái)產(chǎn)不受損害?？拐鹪O(shè)計(jì)的原則1耐震性結(jié)構(gòu)應(yīng)能承受預(yù)期的地震作用而不發(fā)生嚴(yán)重?fù)p壞，確保在發(fā)生地震時(shí)人員的生命安全。2抗傾覆結(jié)構(gòu)在地震作用下應(yīng)能抵抗傾覆失穩(wěn)，保持整體穩(wěn)定性。3強(qiáng)柱弱梁抗震設(shè)計(jì)應(yīng)采用"強(qiáng)柱弱梁"的理念，確保結(jié)構(gòu)在發(fā)生塑性變形時(shí)梁柱節(jié)點(diǎn)優(yōu)先發(fā)生破壞。4合理布局結(jié)構(gòu)應(yīng)具有合理的剛度分布和質(zhì)量分布，避免局部過強(qiáng)或過軟的情況?？拐鹦阅芤蟀踩越Y(jié)構(gòu)在遭受地震作用時(shí)應(yīng)能保證人員生命安全,避免發(fā)生劇烈破壞和倒塌?？拐鹉芰ㄖ镌谛〉卣鹣卤３终Ｊ褂?中地震下不發(fā)生重大損壞,大地震下避免倒塌?？拐鹧有越Y(jié)構(gòu)在地震作用下發(fā)生塑性變形,能夠耗散大量能量,最終避免整體性崩潰。功能性即使在大地震后,建筑物應(yīng)盡快恢復(fù)正常使用,避免造成過多經(jīng)濟(jì)損失?？拐鹪O(shè)計(jì)方法力矩設(shè)計(jì)法根據(jù)建筑物的總重量和預(yù)估地震力,計(jì)算出所需的抗力矩,并相應(yīng)地設(shè)計(jì)墻體、柱子和基礎(chǔ)。位移設(shè)計(jì)法根據(jù)預(yù)期的地震位移,設(shè)計(jì)出可承受該位移的結(jié)構(gòu)系統(tǒng),以確保建筑物在地震時(shí)不會(huì)倒塌。能量耗散設(shè)計(jì)法利用結(jié)構(gòu)中的塑性變形能耗散地震能量,從而降低地震力對(duì)建筑物的影響。性能設(shè)計(jì)法根據(jù)建筑物的使用功能和重要性,設(shè)計(jì)出滿足不同性能指標(biāo)的抗震結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)抗傾覆保證結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性高層建筑在受到風(fēng)力、地震等外部荷載作用時(shí),必須具有足夠的重量和基礎(chǔ)抗力,以防止整體結(jié)構(gòu)產(chǎn)生傾覆。提高基礎(chǔ)抗力通過優(yōu)化基礎(chǔ)形式和增加基礎(chǔ)尺寸,提高建筑物的抗傾覆能力,確保在極端荷載作用下仍能保持穩(wěn)定。合理布置構(gòu)件科學(xué)合理地布置豎向構(gòu)件和水平構(gòu)件,增強(qiáng)整體受力系統(tǒng)的抗傾覆能力。采用抗傾覆措施可通過設(shè)置阻擋墻、設(shè)置重力式墻、設(shè)置附加配重、增加地基擴(kuò)散面積等措施來提高抗傾覆能力。結(jié)構(gòu)抗剪切抗剪承載力結(jié)構(gòu)需具備足夠的抗剪承載力,以抵抗由地震、風(fēng)力等作用產(chǎn)生的剪切應(yīng)力。剪力傳遞機(jī)制通過梁柱連接、剪力墻、支撐等構(gòu)件,將剪切力從上部傳遞至地基。剪切破壞模式結(jié)構(gòu)可能出現(xiàn)斜裂縫、剪切滑移、剪切壓碎等不同剪切破壞模式?？辜粼O(shè)計(jì)措施合理配置縱橫向鋼筋,增設(shè)剪切墻、支撐等構(gòu)件,提高整體抗剪性能。結(jié)構(gòu)抗彎曲彎矩抵抗高層建筑結(jié)構(gòu)在受到各種荷載作用時(shí),需要具備足夠的抗彎承載能力,以確保整體結(jié)構(gòu)的剛度和穩(wěn)定性。截面強(qiáng)度設(shè)計(jì)在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中,需要根據(jù)承受的彎矩和剪力等作用合理配置鋼筋和混凝土斷面尺寸,確保結(jié)構(gòu)可靠。節(jié)點(diǎn)受力特征高層建筑的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn),如梁柱連接處,需要特別關(guān)注受力特性,采取適當(dāng)?shù)臉?gòu)造措施。結(jié)構(gòu)抗壓縮承載能力結(jié)構(gòu)部件必須具備足夠的抗壓強(qiáng)度，以承受由于自重、活荷載等引起的壓縮應(yīng)力。穩(wěn)定性結(jié)構(gòu)部件還需要具備足夠的穩(wěn)定性，避免在壓縮作用下發(fā)生整體或局部失穩(wěn)。變形控制壓縮應(yīng)力引起的變形必須控制在允許范圍內(nèi),以確保結(jié)構(gòu)的安全性和使用功能?；A(chǔ)設(shè)計(jì)1基礎(chǔ)類型選擇根據(jù)地質(zhì)條件和建筑規(guī)模,選擇合適的基礎(chǔ)形式,如獨(dú)立基礎(chǔ)、條形基礎(chǔ)或筏式基礎(chǔ)。2承載力計(jì)算針對(duì)不同地基條件,進(jìn)行地基承載力和沉降計(jì)算,確?；A(chǔ)安全可靠。3抗震設(shè)計(jì)結(jié)合建筑的抗震要求,對(duì)基礎(chǔ)進(jìn)行抗傾覆、抗滑移和抗剪切的設(shè)計(jì)。4施工及監(jiān)測(cè)做好基礎(chǔ)施工質(zhì)量控制,并對(duì)基礎(chǔ)沉降情況進(jìn)行監(jiān)測(cè),確保建筑物運(yùn)行安全?？拐鹪O(shè)計(jì)案例一本案例以某大型商業(yè)高層為例,介紹了其抗震設(shè)計(jì)的關(guān)鍵要點(diǎn)。該建筑高度100米,設(shè)計(jì)基本地震烈度為8度,采用框架-核心筒結(jié)構(gòu)體系。主要抗震措施包括:加強(qiáng)核心筒剛度、合理布置剪力墻、優(yōu)化梁柱截面尺寸、采用高強(qiáng)混凝土等。通過精細(xì)的分析計(jì)算和構(gòu)造措施,確保建筑物在強(qiáng)震作用下能夠保持良好的抗震性能。高層建筑抗震設(shè)計(jì)案例二我們將探討一個(gè)大型綜合體的抗震設(shè)計(jì)案例。該項(xiàng)目位于高風(fēng)險(xiǎn)地區(qū),采用了剪力墻結(jié)構(gòu)體系,以提高整體剛度和抗震能力。設(shè)計(jì)中還充分考慮了建筑物的不規(guī)則性,采用了多種措施來控制扭轉(zhuǎn)