高层建筑混凝土结构设计03

高层建筑混凝土结构设计第3章高层建筑的荷载和地震作用2高层建筑主要承受竖向荷载、风荷载和地震作用。3.1竖向荷载竖向荷载分为永久荷载（恒荷载）：结构及装饰材料自重。可变荷载（活荷载）：楼面均布活荷载、雪荷载、及施工检修荷载。恒荷载标准值可由《建筑结构荷载规范》GB50009-2012提供的各种材料自重标准值及构件和装饰物等截面尺寸进行计算。活荷载标准值应按《建筑结构荷载规范》GB50009-2012的有关规定采用。墙、柱、基础计算截面以上的层数12~34~56~89~2020计算截面以上各楼层活荷载总和的折减系数1.00(0.90)0.850.700.650.600.55活荷载按楼层的折减系数注：当楼面梁的从属面积超过25m2时，应采用括号内的系数。3计算高层建筑楼面活荷载引起的内力时，一般可不考虑楼面活荷载不利布置，因为高层建筑楼面活荷载标准值一般为2～3kN/m2，而高层建筑全部竖向荷载标准值一般为12～16kN/m2，楼面活荷载最不利布置对内力影响较小，为简化计算，可不考虑楼面活荷载不利布置，按活荷载满布进行计算，然后对梁弯矩乘以1.1～1.3的放大系数。当楼面活荷载大于4kN/m2时，应考虑活荷不利布置。特殊荷载：如楼顶停机坪、擦窗机等。43.2风荷载一、垂直于建筑物表面上的风荷载标准值kzsz0kw0wz——风荷载标准值；——基本风压；——风压高度变化系数；s——风荷载体型变化系数；z——z高度处的风振系数。1.基本风压：该地区空旷平坦地面上离地10m处、重现期50年的10分钟平均最大风速v0计算得到的风压。0201600v5全国各城市的风压注：其他省市风压此处从略，详见《建筑结构荷载规范》GB50009-2012附录E，表E.5。上表中分别给出了重现期为10、50、100年的基本风压。对于一般高层建筑可采用重现期为50年的基本风压，设计使用年限为100年的高层建筑可采用重现期为100年的基本风压。省市名城市名海拔高度（m）风压（kN/m2）R=10R=50R=100北京54.00.300.450.50天津天津市3.30.300.500.60塘沽3.20.400.550.65上海2.80.400.550.60重庆259.10.250.400.456对风荷载比较敏感的高层建筑，承载力设计时应按基本风压的1.1倍采用。高层建筑对风荷载是否敏感，主要与高层建筑的自振特性有关，目前尚无实用的划分标准，一般情况下，高度大于60米的高层建筑，承载力设计时风荷载可按基本风压的1.1倍采用。对于高度不超过60米的高层建筑风荷载是否提高，可由设计人员根据实际情况确定。重现期为10年的风压用于高层建筑的舒适度验算。7地面粗糙度按高层建筑所在地区的不同可分为A、B、C、D四类：A类指近海海面和海岛、海岸、湖岸及沙漠地区；B类指田野、乡村、丛林、丘陵以及房屋比较稀疏的乡镇；C类指有密集建筑群的城市市区；D类指有密集建筑群且房屋较高的城市市区。2.风压高度变化系数近地面风速较小，随高度增加风速逐渐增大某高度处风压与基本风压的比值，即为风压高度变化系数8风压高度变化系数μz离地面或海平面高度(m)地面粗糙度类别ABCD510152030405060708090100150200250300350400450500≥5501．091．281．421．521．671．791.891．972．052．122．182．232．462．642．782．912．912．912．912．912．911．001.001．131．231．391．521．621．711．791．871．932．002．252．462．632．772．912．912．912．912．910．650．650．650．740．881．001.101．201．281．361．431．501．792．032．242．432．602．762．912．912．910．510．510．510．510．510．600.690．770．840．910．981．041．331．581．812．022．222．402．582．742．9193.荷载体型系数反映了风压和建筑体型的关系迎风面的风压力在建筑物的中间偏上为最大，两边及底下最小；侧风面近侧大，远侧小，分布也不均匀；背风面一般两边大，中间小。103.荷载体型系数风荷载在建筑表面所引起的压力（吸力）与原始风速算得的理论风压的比值。表示建筑物表面在稳定风压下静态压力分布规律，主要与建筑物体型、尺度、周围环境等有关。根据设计经验与风洞试验确定体型系数圆形平面建筑取0.8正多边形及截角三角形平面建筑高度比H/B≤4的矩形、方形、十字形平面建筑取1.3其他形状见《建筑结构荷载规范》（GB50009-2012）表8.3s0.81.2n114.风振系数实测风速平均风速风速变化分为两部分：一部分是长周期部分，周期一般在10min以上；另一部分是短周期部分，一般只有几秒。第一部分远离结构自振周期，属静力性质；第二部分与结构自振周期接近，属于动力性质。因此，将风分为平均风与脉动风两部分。124.风振系数对高度较大、刚度较小的高层建筑，脉动风产生不可忽略的动力作用，设计中必须考虑。目前采用加大风荷载的办法考虑这个动力效应，即对风压值乘以风振系数。对于高度大于30m且高宽比大于1.5的房屋，以及基本自振周期大于0.25s的高耸结构，应考虑脉动风压对结构产生的风振影响。——（采用振型分解法计算总风压时得到的）振型系数，由风动力计算确定，计算时可只考虑基本振型的影响；zzz1zz——脉动增大系数；——脉动影响系数；——风压高度变化系数；134.风振系数脉动增大系数ξ脉动影响系数ν14二、总体风荷载总体风荷载是建筑物各表面承受风作用力的合力，是沿高度变化的线荷载。通常按x、y两个互相垂直的方向分别计算总体风荷载，以用于计算抗侧力构件的侧移和构件内力。局部风荷载对于檐口、雨蓬、遮阳板、阳台等水平构件，计算局部上浮风荷载时，风荷载体型系数μs不宜小于2.0。zz0s111s222snnncoscoscoswwBBB——建筑外围表面数；niBsii——第i个表面的宽度；——第i个表面的风荷载体型系数；——第i个表面法线与总风荷载作用方向的夹角。15三、风洞试验房屋高度大于200m或有下列情况之一时，宜进行风洞试验判断确定建筑物的风荷载。高度大于200m平面形状或立面形状复杂；立面开洞或连体建筑；周围地形和环境较复杂。163.3地震作用1985年，墨西哥城大地震剪力墙的x形裂缝2008年，汶川地震173.3地震作用一、地震作用的有关规定1.高层建筑工程抗震设防分类1)特殊设防类：指使用上有特殊设施，涉及国家公共安全的重大建筑工程和地震时可能发生严重次生灾害等特别重大灾害后果，需要进行特殊设防的建筑。简称甲类。2)重点设防类：指地震时使用功能不能中断或需尽快恢复的生命线相关建筑，以及地震时可能导致大量人员伤亡等重大灾害后果，需要提高设防标准的建筑。简称乙类。3)标准设防类：指大量的除1、2款以外按标准要求进行设防的一般高层民用建筑。简称丙类。1）对国内、外广播的广播电台和节目传输中心、电视发射中心。通常指国家级、省级和直辖市级的广播电视中心；2）城市和长途通讯枢纽、国际无线电台；3）有200床位以上的医院病房楼、门诊楼。属于乙类建筑的高层建筑物可以有：183.高层建筑结构的地震作用计算原则1）一般情况下，应至少在结构两个主轴方向分别计算水平地震作用；有斜交抗侧力构件的结构，当相交角度大于15°时，应分别计算各抗侧力构件方向的水平地震作用；2）质量与刚度分布明显不对称的结构，应计算双向水平地震作用下的扭转影响；其他情况，应计算单向水平地震作用下的扭转影响；3）高层建筑中的大跨度、长悬臂结构，7度（0.15g）、8度抗震设计时应计入竖向地震作用；4）9度抗震设计时应计算竖向地震作用。计算双向水平地震方法见《抗规》第5.2.3条中的第3）款。各抗震设防类别的高层建筑的地震作用，应符合下列规定：1)甲类建筑：应按批准的地震安全性评价的结果且高于本地区抗震设防烈度的要求确定；2)乙、丙类建筑：应按本地区抗震设防烈度计算。19二、地震作用计算方法计算单向地震作用时应考虑偶然偏心的影响。每层质心沿垂直于地震作用方向的偏移值可按下式采用：式中：ei——第i层质心偏移值（m），各楼层质心偏移方向相同；Li——第i层垂直于地震作用方向的建筑物总长度（m）。高层建筑结构应根据不同情况，分别采用下列地震作用计算方法：1高层建筑结构宜采用振型分解反应谱法。对质量和刚度不对称、不均匀的结构以及高度超过100m的高层建筑结构应采用考虑扭转耦联振动影响的振型分解反应谱法；2高度不超过40m、以剪切变形为主且质量和刚度沿高度分布比较均匀的高层建筑结构，可采用底部剪力法；ii0.05eL2037～9度抗震设防的高层建筑，下列情况应采用弹性时程分析法进行多遇地震下的补充计算：1）甲类高层建筑结构；2）下表所列的乙、丙类高层建筑结构；3）不满足《高规》关于”结构竖向布置”规定的高层建筑结构；4）《高规》规定的复杂高层建筑结构。采用时程分析法的高层建筑结构设防烈度、场地类别建筑高度范围8度I、II类场地和7度100m8度III、IV类场地80m9度60m21三、钢筋混凝土高层建筑结构的抗震等级A级高度的高层建筑结构抗震等级91《高规》就已执行此表，10《高规》有所调整。2202《高规》才增加此表上述两表一般直接用于丙类建筑，甲、乙类建筑应按本地区设防烈度提高一度查用，详见《高规》。23思考与多层建筑结构相比，高层建筑结构的荷载有何不同？（1）竖向荷载远大于多层建筑结构（2）水平荷载的影响显著，成为设计的主要因素（3）高层建筑结构需要考虑竖向地震作用