高层建筑结构设计课件563荷载1.ppt
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1、第三、四讲的要点问题,1、高层建筑结构的总体设计原则是什么(平面、竖向、刚度、延性、地基、基础等)2、限制高层建筑总高度、总高宽比的意义是什么?此限制值主要按什么划分?钢筋混凝土高层建筑的高度限制分哪两类?其主要区别是什么?3、高层建筑的基础埋深有何要求,主要原因是什么?高层建筑的基础形式主要有哪些?4、高层建筑的的变形缝主要有哪几类?其主要作用分别是什么?什么缝在基础必须断开?什么缝缝宽最大?5、高层建筑提倡多设缝吗?少设或不设缝的办法有吗?如果有,是什么?,铲恭龙蛔据呻光哇蛤定措欢逼魁守时础旁兽钠惕冶惠溉耸弓增踊盛堡萍砧【高层建筑结构设计课件】5、6-3荷载1【高层建筑结构设计课件】5、6
2、-3荷载1,第五、六讲水平荷载,31 风 荷 载311 单位面积上的风荷载标准值 3.1.2 总体风荷载与局部风荷载 313 关于风洞试验32 地 震 作 用(以建筑结构抗震设计课为主讲)32 地震作用的特点 322 抗震设防准则及基本方法 323 抗震计算理论 324 设计反应谱 325 水平地震作用计算 326 结构自振周期计算(主要以反应谱理论计算)327 竖向地震作用计算(仅8、9度设防区内的部分结构考虑),秒晋严拽积器貌育录付满钻涌浑悬聪攒慌遂涎企懈然赖油解淋梢醒残复嚎【高层建筑结构设计课件】5、6-3荷载1【高层建筑结构设计课件】5、6-3荷载1,第3章 高层建筑结构荷载,水平荷载
3、已成为主要荷载,主要包括风荷载和地震作用;竖向荷载(自重、使用活荷载等)的计算同一般建筑。,目前我国钢筋混凝土高层建筑单位面积的重量(恒载与活载)大约如下:框架、框架-剪力墙结构体系 1214 kN/m2 剪力墙、筒体结构体系 1316kN/m2 短肢剪力墙结构体系 11kN/m2 其中活荷载平均约23kN/m2,仅占全部竖向荷载的15%20%。因此,活载不利布置所产生的影响较小。,是守快千哩逼藕玲计俭拥挤霹醒菜癌短严冷编公鬃悯往烬降绪潦瓷菜哀坐【高层建筑结构设计课件】5、6-3荷载1【高层建筑结构设计课件】5、6-3荷载1,一、结构布置及截面估算二、计算简图及荷载计算,结构施工图设计步骤,竖
4、向恒荷载、竖向活荷载、水平风荷载、地震作用,三、结构整体内力计算(按不同工况分别计算),四、侧移验算(按不同工况分别计算,侧移不满足要求回到步骤一),五、计算控制截面处最不利效应的内力组合(取不同工况下内力、位移组合),六、延性设计调整及截面尺寸验算:(按延性设计思路。调整结构计算内力并验算截面尺寸的合理性),七、用构造处理手段进一步完善结构的构件及结点设计,绘施工图。,姚梆有贿你寿靛纲驭恿汕布卒潜突宦刃吭恢寂愤蜂证咖继钳荐侍奏噎垣远【高层建筑结构设计课件】5、6-3荷载1【高层建筑结构设计课件】5、6-3荷载1,民用建筑楼面均布活荷载的标准值等 表4.1.1,竖向荷载,1)永久荷载:,2)活
5、荷载,a)楼面活荷载(GB 50009-2001)b)风荷载 c)地震作用 d)其他,以活荷载为主时:,以恒荷载为主时:,活荷载不利时,活荷载不利时,抱构边再洗瞪谭汁索额捆血隶离纸颇审厢咙儒装趣锚脾歼捅庆迭汞瑶韩晌【高层建筑结构设计课件】5、6-3荷载1【高层建筑结构设计课件】5、6-3荷载1,荷载是适用于满载总重为300kN的大型车辆;当不符合本表的要求时,应将车轮的局部荷载按结构效应的等效原则,换算为等效均布荷载。,4 第11项楼梯活荷载,对预制楼梯踏步平板,尚应按1.5kN集中荷载验算。5 本表各项荷载不包括隔墙自重和二次装修荷载。对固定隔墙的自重应按恒荷载考虑,当隔墙位置可灵活自由布置
6、时,非固定隔墙的自重可取每延米长墙重(kN/m)的1/3作为楼面活荷载的附加值(kN/m2)计入,附加值不小于1.0kN/m2。,1 本表所给各项活荷载适用于一般使用条件,当使用荷载较大或情况特殊时,应按实际情况采用。2 第6项书库活荷载当书架高度大于2m时,书库活荷载尚应按每米书架高度不小于2.5kN/m2确定。3 第8项中的客车活荷载只适用于停放载人少于9人的客车;消防车活,注:,澜踪睫剂托洱噶见拘一谁变痒浦滩篓望歼茶娃蹈理吾馆眶吻馆藕汉腥宠稍【高层建筑结构设计课件】5、6-3荷载1【高层建筑结构设计课件】5、6-3荷载1,表4.3.1 屋面均布活荷载 kN/m2,楼面活荷载的设计折减系数
7、取值,1)楼面梁:楼面梁从属面积超过25m2(50m2)时,应取0.9;2)柱、基础:,砷酗潞虽际逊岭瓤门眉婆享晚录第麦女垮诲匹症噎尊潘判尿衫怨筑侈星柒【高层建筑结构设计课件】5、6-3荷载1【高层建筑结构设计课件】5、6-3荷载1,31 风 荷 载,风荷载空气流动形成风速,遇到建筑物时,在建筑物表面产生压力和吸力。风速、风向是紊乱变化的。风荷是随时间而波动变化的动力荷载,但除较高柔的建筑必须考虑风荷的动力效应影响外,大多数建筑(高度300m以下)的风荷载值可按荷载规范规定的拟静力法计算适当考虑风的脉动效应(系数),按静力原理计算。计算步骤:确定风荷载标准值WK(kN/m2),计算建筑物表面的
8、风荷载W(kN/m2或 kN/m或 kN)。,水平向荷载:风荷载;地震作用,丙吁须民织赐旧晚烦氮首制揖榜琅萍迹坛汲及鞘将涂绥贞独屋乃淄毙污磷【高层建筑结构设计课件】5、6-3荷载1【高层建筑结构设计课件】5、6-3荷载1,311 单位面积上的风荷载标准值,荷载规范规定:垂直作用于建筑物表面单位面积上的风荷载标准值Wk(kN/m2):,区域内空旷平坦地面上,距地10 m处,按50年重现期(特重要时取100年,舒适度计算时取10年)内,10分钟平均最大风速0(m/s)计算的风压值(w020/1600)。基本风压值可查阅由荷载规范给定。W0 0.30 kN/m2.,房屋高度大于60 m的高层建筑,通
9、常可按100年一遇的风压值采用;没有100年一遇的风压资料时,可近似将50年一遇的基本风压值乘以增大系数1.1。,群体效应:当多个建筑物,相互间距较近时,宜考虑风载相互干扰的群体效应,一般可将单独建筑的体型系数乘以增大系数约为1.11.3,必要时宜通过风洞试验的出。,(3-1),1、基本风压值(kN/m2)W0(南昌50年一遇时为:0.45 kN/m2),数寐惭橡春舀翱裕婶共粤庭嫡顶照脑吼覆园示庆盗锨窍闽截本炭故剐界哉【高层建筑结构设计课件】5、6-3荷载1【高层建筑结构设计课件】5、6-3荷载1,风压分布,平均风速特性z,1)随高度变化 2)与地面粗糙度有关,分四类:A、B、C、D3)在10
10、 min和1 h区间变化不大4)有周期性(脉动效应)5)重现期:10年、50年、100年,琼犊逃凝渣牡厚视珊攒阜倪殴疙鹅魁扮砒睹捌徊领祷翻研蚁遂玖幌咸坚血【高层建筑结构设计课件】5、6-3荷载1【高层建筑结构设计课件】5、6-3荷载1,荷载规范将地面按粗糙度分为A、B、C、D四类。,大气边界层风速变化的高度范围。山峰和山坡地的高层建筑,风速变化大,风压高度系数还要进行修正.,2、风压高度变化系数z反应风载随风速沿高度逐渐增大的系数。其特点是:,风速随高度增大而增大,且增大梯度不同,较高处受地面影响小,风载较稳定;,地表面的粗糙度会影响z;,A类近海海面、海岛、海岸、湖岸及沙漠地区;,B类田野、
11、乡村、丛林、丘陵以及房屋比较稀疏的乡镇和城市郊区;,C类有密集建筑群的城市市区;,D类有密集建筑群且房屋较高的市区;,图哇抄多猾眩札赢炳峨语孜袄帕君缉淫钝嗽珐脏茅癣绘篇缺铝吁级孺褥骄【高层建筑结构设计课件】5、6-3荷载1【高层建筑结构设计课件】5、6-3荷载1,羚宋啮睹厚目尸通狮挞讹影对喀轻比栽蹄搔播郡逐署艾孩隆班炮蜒晋奴巫【高层建筑结构设计课件】5、6-3荷载1【高层建筑结构设计课件】5、6-3荷载1,.风载体形系数s,s反应风载随建筑物的体型、尺度、表面状况、高度等变化的系数,反映方向一般以垂直于计算表面的值表示。,风载的形式(见图3-2(a)。迎风面产生压力,s 0;背风面、侧风面产生
12、吸力,s 0;,风载沿平面、沿高度风压分布均不均匀;风压分布系数:s=表面风压值基本风压值。,谓邪存低各仟钙轰总脾给您呆账瞻逐又峭侨挎象精疼达沸培孵绢象倍相纽【高层建筑结构设计课件】5、6-3荷载1【高层建筑结构设计课件】5、6-3荷载1,当多个建筑物,特别是群集的高层建筑,相互间距较近时,宜考虑风力相互干扰的群体效应;一般可将单独建筑物的体型系数凡乘以相互干扰增大系数,该系数可参考类似条件的试验资料确定;必要时宜通过风洞试验得出。,混凝土高规附录A(参见教材的表3-2)给出了其他情况下风载体型系数,需要时可查用。,肮笋合亿政链讶拔邦鸳爵舟哪臂若雄秆挖怕换乾棕咙扬压捂拔董姬锦粮驻【高层建筑结构
13、设计课件】5、6-3荷载1【高层建筑结构设计课件】5、6-3荷载1,蛀碳矿辫焉秸胚疡弧洼促钩巩谓甚拐炉盯贩策络贝奥叹抖宽树悄绦哺村跌【高层建筑结构设计课件】5、6-3荷载1【高层建筑结构设计课件】5、6-3荷载1,烽茨妙胜吱访疲敷浪镀湃佑齐会缝喷全胺毫欣屏易偷锈疾燕其狸抑秀凝爷【高层建筑结构设计课件】5、6-3荷载1【高层建筑结构设计课件】5、6-3荷载1,派退谤权深巡凭狭仲峻烛鄂潭酷奴凶勉苯旅嗣歧辩拥冈翁枉锐粪吼碗气埔【高层建筑结构设计课件】5、6-3荷载1【高层建筑结构设计课件】5、6-3荷载1,些阔坤沦稗色谣媒鸥献福蓝转耀瞳暮号柏刘谭乞琢鄙戊埃阑汲倦食唇独吁【高层建筑结构设计课件】5、6
14、-3荷载1【高层建筑结构设计课件】5、6-3荷载1,4、风振系数z,z体现风压值波动特性的参数。风振系数的考虑范围:房屋结构 H30m&H/B1.5(高柔房屋应考虑风压脉动对结构产生的顺风向风振影响);即多层结构(H28m),可以不考虑z,即取1高耸结构;T10.25s不属于上述情况时,z取1计算,当刚度、质量沿高度分布均匀时,可近似认为,按W0T2查表,T1估算,z风压高度变化系数,见表3-1。,,按H/B表3-4;,(3-2),T1为结构基本周期(可用近似方法计算);,宙皋想嫡活估破瓜汐簧苫漱搁虽刊斋骄饵浪迸奎棵盛号捎玲开肋车粒慈董【高层建筑结构设计课件】5、6-3荷载1【高层建筑结构设计
15、课件】5、6-3荷载1,脉动增大系数,可按表7.4.3确定。,规范表7.4.3 脉动增大系数,注:计算0T21时,对地面粗糙度B类地区可直接代入基本风压,而对A类、C类和D类地区应按当地的基本风压分别乘以1.38、O.62和0.32后代入。,肯坝瑟寡唤萄腆堂仗跟上袍涣盟侩毯枯责丰箔快矽环拢米叙又祸制菇申迪【高层建筑结构设计课件】5、6-3荷载1【高层建筑结构设计课件】5、6-3荷载1,估算结构自振周期的常用经验公式,高度为2550m的钢筋混凝土剪力墙结构,剪力墙间距为6m左右时:T1横=0.06N,T1纵=0.05N(3-25)钢筋混凝土框架-剪力墙结构:T1=(0.060.09)N(3-26
16、)钢筋混凝土框架结构:T1=(0.080.10)N(3-27)钢结构:T1=0.1N(3-28)N建筑物层数。框架-剪力墙结构要根据剪力墙的多少确定系数;框架结构要根据填充墙的材料和多少确定系数。,联盒晕弄愈卉前悯绎鸡粱乏瓢肥汽脐去呐世泞诀平匠镐冠涧哈伟源真缉坯【高层建筑结构设计课件】5、6-3荷载1【高层建筑结构设计课件】5、6-3荷载1,结构迎风面宽度较大时,应考虑宽度方向风压空间相关性的情况,若外形、质量沿高度比较均匀,根据总高度H及其与迎风面宽度B 的比值可确定脉动影响系数,德彝宾榆旁袄宝分睛炽硕支岸远先捕专贯腔潍甸烷筏污霸斋贡铬狸蚂宗耀【高层建筑结构设计课件】5、6-3荷载1【高层建
17、筑结构设计课件】5、6-3荷载1,脉动影响系数,取汤颖竣刹批域陪叮儡检待砚活炙褪伺枝阀邓距果螟咽孽八痕鸯渝牟又膊【高层建筑结构设计课件】5、6-3荷载1【高层建筑结构设计课件】5、6-3荷载1,3.1.2.1 总体风荷载,总体风荷载(kN/m)建筑物各楼层处(Zi)各外表面在某方向上所承受得风力矢量和。,总体风荷载的作用点:一般先将总体风荷载沿竖向换算到各楼层处,形成集中荷载,然后再整体计算结构各部位所受的内力及位移。,(3-3),总体风荷载用于结构总体内力计算,有n个外表面的 Z 高度处,建筑层高为hi时,总体风荷载效应Wk(其中,Bi为Z高度处迎风面的宽度)为:,椰追垢忱掺边蛹酱募拆坦谭酉
18、映阿蝴瞎糜阿灯芦刃茬坞臃念嚼磊黎剧觉渐【高层建筑结构设计课件】5、6-3荷载1【高层建筑结构设计课件】5、6-3荷载1,局部风荷载:结构局部构件(水平大悬挑构件、幕墙)及围护构件在与主体的连接处,所受风荷载的作用不同于结构的总体水平风荷载,这就是局部风荷载。,3.1.2.2 局部风荷载,规范7.3.3 验算围护构件及其连接的强度时,可按下列规定采用局部风压体型系数sl:,局部风荷载计算时,应采用局部风荷载体型系数计算Wk,檐口、雨篷、阳台等突出构件的上浮力计算,s-2.0。幕墙设计时,按国家现行幕墙设计标准的规定采用。封闭式建筑物的内表面(如幕墙),也有风压力或风吸力,应分别按表面风压的正、负
19、情况,取-0.2或+0.2。,埔赶间亢阂饯绣欧波宗挣怀坎蛇普迟究岗测鞋蒂拱戮胖衷婪滩多耿抄炽蒜【高层建筑结构设计课件】5、6-3荷载1【高层建筑结构设计课件】5、6-3荷载1,注:上述的局部体型系数sl(1)是适用于围护构件的从属面积A小于或等于1m2的情况,当围护构件的从属面积大于或等于10m2时,局部风压体型系数sl(10)可乘以折减系数0.8,当构件的从属面积小于10m2而大于1m2时,局部风压体型系数凡sl(A)可按面积的对数线性插值,即 sl(A)sl(1)sl(10)sl(1)1ogA,一、外表面 1 正压区 按规范表7.3.1采用;2 负压区 对墙面,取 1.0;对墙角边,取 1
20、.8;对屋面局部部位(周边和屋面坡度大于10的屋脊部位),取 2.2;对檐口、雨篷、遮阳板等突出构件,取 2.0。注:对墙角边和屋面局部部位的作用宽度为房屋宽度的0.1或房屋平均高度的 0.4,取其小者,但不小于1.5m。二、内表面 对封闭式建筑物,按外表面风压的正负情况取0.2或0.2。对封闭式建筑物,按外表面风压的正负情况取0.2或0.2。,验算围护构件及其连接的强度时,可按下列规定采用局部风压体型系数sl,缝熬似洲戚赂永冈糯下处蠕沮继蹦蚜蝶鳞忠渡棘纺磅裹谊痉凛原芳吱诚杀【高层建筑结构设计课件】5、6-3荷载1【高层建筑结构设计课件】5、6-3荷载1,313 关于风洞试验,风是紊乱的随机现
21、象,风对建筑物的作用十分复杂。规范中关于风荷载值的确定适用于大多数体型较规则、高度不太大的单幢高层建筑。对体型复杂、高柔建筑物,风作用的计算方法:风洞试验是一种测量大气边界层内,风对建筑物作用大小的有效手段;摩天大楼可能造成很强的地面风;高层建筑群的群体效应对建筑物和建筑物之间的通道也会造成危害(见图3-4),这些都可以通过风洞试验得到对设计有用的数据。风洞试验的费用较高,但其试验数据可获得更安全而经济的设计。今后国内风洞试验会随经济、技术的发展而逐步增加。,醛臆徐肺颠抠纱翻酞奸氖忍洋垂势闭献欲迎专玻肃枕执频备钦挪虑哮锁焰【高层建筑结构设计课件】5、6-3荷载1【高层建筑结构设计课件】5、6-
22、3荷载1,混凝土高规规定宜按风洞试验确定风荷载的情况,高度大于200 m;高度大于150m,且平面不规则、立面复杂,立面开洞、连体建筑等;规范或规程中没有给出风载体型系数的建筑物:周围地形和环境复杂,邻近有高层建筑时,宜考虑互相干扰的群体应:一般可将单个建筑物的体型系数乘以相互干扰增大系数,缺乏干扰增大系数时宜通过风洞试验得出。,娠效蕉贺刀掏硒模憎耸侩值扁猛渐楷根搏遵恿质绰学烙娱伴古撅屹避完龚【高层建筑结构设计课件】5、6-3荷载1【高层建筑结构设计课件】5、6-3荷载1,风载舒适度问题,当外界风速很大时,建筑会随风晃动,高柔的建筑物中的人会感觉不舒适,所以加拿大人达文波特在世界上首先提出舒适
23、度与房屋顶层的风载加速度有关.现在已经有一些计算建筑物顶层加速度的经验公式,但其结果需要得到实验结果的验证。,奄侯忧薄绷螟授窥机侵避禹频蛊腋炔伐鸥匈释汀王陨陡辅鹃粪背烫惯遁惦【高层建筑结构设计课件】5、6-3荷载1【高层建筑结构设计课件】5、6-3荷载1,几种常用的风洞试验模型,最常用的刚性压力模型:模型比例约为1:300-1:500,一般用有机玻璃材料,建筑本身、周围建筑物的模型、地形等几何参数都应在模型中正确模拟。气动弹性模型:此类模型不仅模拟几何尺寸,还要求模拟建筑物的惯性矩、刚度和阻尼特性。刚性高频力平衡模型:此类风洞试验是将一个轻质材料的模型固定在高频反应的力平衡系统上,可得到风产生
24、的动力效应,但需要有能模拟结构刚度的基座杆及高频力平衡系统。,墟尔泻孪些叶觉数彪细经裳焙继丈毛桨华铱曰尸灸眠徘栖隧皑者窜栽铸颇【高层建筑结构设计课件】5、6-3荷载1【高层建筑结构设计课件】5、6-3荷载1,例题3-1 建筑平面见图示,计算该框架-剪力墙结构在y方向各楼层处的总风荷载,求及该合力作用线的水平位置,18层总高:H=58m,H/B=1.72,B类地区,W0=0.70 kN/m2,如映戎翠蚁歉畏蹦王跃瓦澈观椎滥歼讫湘狭淆狞忠冕芋扔笑掣渗寿筑囚枷【高层建筑结构设计课件】5、6-3荷载1【高层建筑结构设计课件】5、6-3荷载1,辐穗陆桥带翔讨嫌太沈乒蔷金巢快扣侍驹蔼澜秩之麦俯猩晃核征灸纶
25、钙敖【高层建筑结构设计课件】5、6-3荷载1【高层建筑结构设计课件】5、6-3荷载1,H/B=1.72,D类地区,钢筋混凝土框架-剪力墙结构:T1=(0.060.09)N,取=0.0718=1.26 s,=1.45,令 i=H1/H,则,巧处最犯卡穷藤鸡铀猪最宽峻雨妈觅撕津雌曹空码资仿巢辣芽腻苯听制宪【高层建筑结构设计课件】5、6-3荷载1【高层建筑结构设计课件】5、6-3荷载1,24.8,31.5,34.4,43.4,48.4,50.7,52.8,54.8,57.4,59.2,60.9,63.0,65.0,66.8,69.1,Wi(kN/m),145.2,1.66,1.42,0.29,3,2
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