5、6-3荷载

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？第五、六讲——水平荷载3．1风荷载3．1．1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3．1．3关于风洞试验3．2地震作用（以《建筑结构抗震设计》课为主讲）3．2．１地震作用的特点3．2．2抗震设防准则及基本方法3．2．3抗震计算理论3．2．4设计反应谱3．2．5水平地震作用计算3．2．6结构自振周期计算（主要以反应谱理论计算）3．2．7竖向地震作用计算（仅8、9度设防区内的部分结构考虑）第3章高层建筑结构荷载•水平荷载已成为主要荷载，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12～14kN/m2•剪力墙、筒体结构体系13～16kN/m2•短肢剪力墙结构体系1０～1２kN/m2其中活荷载平均约2～3kN/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。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。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）活荷载，a)楼面活荷载（GB50009-2001）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：项次类别标准值(kN／m2)组合值系数Ψc频遇值系数Ψf准永久值系数Ψq1(1)住宅、宿舍、旅馆、办公楼、医院病房、托儿所、幼儿园(2)教室、试验室、阅览室、会议室、医院门诊室2.00.70.50.60.40.52食堂、餐厅、一般资料档案室2.50.70.60.53(1)礼堂、剧场、影院、有固定座位的看台(2)公共洗衣房3.03.00.70.70.50.60.30.54(1)商店、展览厅、车站、港口、机场大厅及其旅客等候室(2)无固定座位的看台3.53.50.70.70.60.50.50.35(1)健身房、演出舞台(2)舞厅4.04.00.70.70.60.60.50.36(1)书库、档案库、贮藏室(2)密集柜书库5.012.00.90.90.87通风机房、电梯机房7.00.90.90.8,2.1G,35.1G活荷载不利时活荷载不利时,0.19.0或G9厨房(1)一般的(2)餐厅的2.04.00.70.70.60.70.50.710浴室、厕所、盥洗室：(1)第1项中的民用建筑(2)其他民用建筑2.02.50.70.70.50.60.40.511走廊、门厅、楼梯：(1)宿舍、旅馆、医院病房、托儿所、幼儿园、住宅(2)办公楼、教学楼、餐厅，医院门诊部(3)当人流可能密集时2.02.53.50.70.70.70.50.60.50.40.50.312阳台：(1)一般情况(2)当人群有可能密集时2.53.50.70.60.5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。8汽车通道及停车库：(1)单向板楼盖(板跨不小于2m)客车消防车(2)双向板楼盖(板跨不小于6m×6m)和无梁楼盖(柱网尺寸不小于6m×6m)客车消防车4.035.02.520.00.70.70.70.70.70.70.70.70.60.60.60.61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：表4.3.1屋面均布活荷载kN/m2项次类别标准值组合值系数Ψc频遇值系数Ψf准永久值系数Ψq1不上人的屋面0.50.70.502上人的屋面2.00.70.50.43屋顶花园3.00.70.60.5•楼面活荷载的设计折减系数取值1）楼面梁：楼面梁从属面积超过25m2(50m2)时，应取0.9；2)柱、基础：墙柱基础计算截面以上的层数12~34~56~89~1020各楼层活荷载折减系数1.00(0.9)0.850.700.650.600.553．1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：①确定风荷载标准值WK(kN/m2)，②计算建筑物表面的风荷载W(kN/m2或kN/m或kN)。•水平向荷载：风荷载；地震作用3．1．1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10m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υ0(m/s)计算的风压值（w0＝υ20/1600)。基本风压值可查阅由《荷载规范》给定。W0≥0.30kN/m2.•房屋高度大于60m的高层建筑,通常可按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1.1~1.3,必要时宜通过风洞试验的出。0zszk(3-1)1、基本风压值(kN/m2)W0(南昌50年一遇时为：0.45kN/m2)•风压分布),160012120200一般情况（vvw•平均风速特性μz1）随高度变化2）与地面粗糙度有关,分四类：A、B、C、D3）在10min和1h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•《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μz——反应风载随风速沿高度逐渐增大的系数。其特点是：①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；②地表面的粗糙度会影响μz；A类——近海海面、海岛、海岸、湖岸及沙漠地区；B类——田野、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；•考虑地形变化的影响1)山峰、山坡的修正系数B，与坡度、高度有关，大于12)山间盆地的修正:B＝0.75~0.853)谷口、山口的影响：B＝1.2~1.5３.风载体形系数——μs•μs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))。①迎风面产生压力，μs0；②背风面、侧风面产生吸力，μs0；•风载沿平面、沿高度风压分布均不均匀；•风压分布系数:μs=表面风压值／基本风压值。•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。4、风振系数βz•βz——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（H≤28m），可以不考虑βz，即取1–高耸结构；T10.25s–不属于上述情况时，βz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•μz——风压高度变化系数，见表3-1。•，按H/B表3-4；zzz1),,(210ZoneTypeTf脉动增大系数，高度处振型系数),,(:TypeHzfZiz),,/,(ZoneTypeBHHf脉动影响系数(3-2)Hzz/•T1为结构基本周期(可用近似方法计算)；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ξω0T21(kNs2／m2)0.010.020.040.060.080.100.200.400.60钢结构1.471.571.691.771.831.882.042.242.36有填充墙的钢结构1.261.321.391.441.471.501.611.731.81混凝土及砌体结构1.111.141.171.191.211.231.281.341.38ω0T21(kNs2／m2)0.801.002.004.006.008.0010.0020.0030.00钢结构2.462.532.803.093.283.423.543.914.14有填充墙的钢结构1.881.932.102.302.432.522.602.853.01混凝土及砌体结构1.421.441.541.651.721.71.821.962.06注：计算ω0T21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。估算结构自振周期的常用经验公式•高度为25~50m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=(0.06~0.09)N(3-26)•钢筋混凝土框架结构：T1=(0.08~0.10)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。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脉动影响系数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。niiiiSiZZkniiiSiZZkhBWkNWBWmkNW1010)cos()(;)cos()/(•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：•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