第二讲高层建筑结构荷载

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1、第二讲高层建筑结构荷载建筑物都应该能够抵抗外荷载，高层建筑的外荷载有竖向荷裁和水平荷载。竖向荷载，包括自重等恒载及使用荷载等活载，与一般房屋并无区别，不再重复。下面主要介绍水平荷载一一风荷载和地震作用的计算方法。一、风荷载空气流动形成的风遇到建筑物时，就在建筑物表面产生压力和吸力，这种风力作用称为风荷载。风的作用是不规则的，风压随着风速、风向的紊乱变化而不停地改变。实际上，风荷载是随时间而波动的动力荷载，但房屋设计中一般把它看成静荷载。在设计抗侧力结构、维护构件及考虑人们的舒适度时都要用到风荷载。首先，要确定建筑物表面单位面积上的风荷载标推值，然后计算建筑物表面的风荷载。对于

2、高度较大且比较柔软的高层建筑，要考虑动力效应影响，适当加大风荷载数值（大于60m的建筑基本风压乘以1.1的提高系数）。确定高层建筑风荷载的方法有两种，大多数建筑（高度300m以下）可按照荷载规范规定的方法计算风荷载值，少数建筑（高度大、对风荷载敏感或有特殊情况者）还要通过风洞试验确定风荷载，以补充规范的不足。1、顺风向单位面积上的风荷载标准值①k二/^M*关于风振系数风的作用是不规则的。通常近似把风速的平均值看成稳定风速或平均风速。它对建筑物的作用使建筑物产生静侧移；实际风速在平均风速附近被动，风压也在平均风压附近波动，称为波动风压，因此实际上建筑物在平均侧移附近摇摆。见下对

3、于高度大于30m且高宽比大于1.5的房屋建筑，设计时，用风振系数及加大风载（否则取凡=1.0）。《荷载规范》给出了P的计算公式：Az式中:__基本振型Z高度处的振型系数，当刚度和质量沿高度分布均匀时，可近似用Z///代替•脉动增大系V一一脉动影响系数。一一风压高度变化系数2、横风向风振为说明横风向风振的产生，以柱体结构为例。当空气流绕过圆截面柱体时(图(a)),沿上风面AB速度逐渐增大，到B点压力达到最低值，再沿下风面BC速度又逐渐降低，压力又重新增大，但实际上由于在边界层内气流对柱体表面的摩擦要消耗部分能量，因此气流实际上是在BC中间某点S处速度停滞，漩涡就在S点生成，并在

4、外流的影响下，以一定的周期脱落((b))，这种现象称为卡门(Karman)涡街。漩涡周期脱落对于園柱体结构试验表明，涡流脱落振动特征描述:Re=69000vD惯性力_pv2D2_pvD_vD粘性力__ZDPIAIIz7=0.145xl(r4m2/s根据雷诺数的大小，可分为三个临界范围为1、亚临界范围：周期脱落振动Re<3xl05/Jj―0.2~0.52、超临界范随机不规则振动3xl053.5xl06jUL-0.2-0.25对于建筑，1,3范围可能产生共振。1范围内，速度小，影响不大，可以忽略3范围内，速

5、度大，影响很大，不可忽略工程上关注的是跨临界范围的共振共振临界风速：根据斯脱罗哈数（StrouhalNumberrisD7?…第j个自振周S.nt•斯脱罗哈数涡流脱落频率产生共振的条件:Re=69000vD>3.5xl06DTjSt=Vl6OO/z2wo=横风向共振时运动方程为:m(z)又+e(z)i+(£7(z);/y=l/7v(2Z)/zLsinco^t2按结构动力学即可求解为:Xmax(Z)二'我D(P伸入j3200^-m^2H(Pj(z)dz(P2f^)dz如取=0.2,则相应的横风向共振等效风荷载为:2v；D/t.么⑵=m〒眶⑴=识,⑵16000(VcWc—————

6、—横向共振风力共振起点高度可由以下求出:voHt=10VV0y顶点风速：H'=H横风向风振主要考虑的是共振影响，因而可与结构不同的振型发生共振效应。对跨临界的强风共振，设计时必须按不同振型对结构予以验算。式中的计算系数是对振型情况下考虑与共振区分布有关的折算系数。若临界风速起始点在结构底部，整个髙度为共振区，它的效应最为严重，系数值最大；若临界风速起始点在结构顶部，则不发生共振，也不必验算横风向的风振荷载。一般认为低振型的影响占主导作用，只需考虑前4个振型即可满足要求，其中以前两个振型的共振最为常见。3、高层建筑钢结构顺风向顶点最大加速度lot•一重现期调整系数，0.83一脉

7、动增大系数v一脉动影响系lot一总质量A—总迎风面积4、高层建筑钢结构横风向顶点最大加速度b,.^BLZ?=2.05x10-4nym4bl匕，w一横风向顶点平均风速，、，恥机M典仏一建筑物平均重力iKNIm3、一建筑物横风向的临界阻尼比值。7；—建筑物横风向第一自振周期。B,L一建筑物平面的宽度和长度。二、地震作用1、结构抗震设计1.1抗震设防目标综述目前，我国新修订的建筑结构抗震规范，将抗震设防目标分为基本目标和性能化目标两大类。基本目标是指一般情况下，建筑结构具有小震不坏、中震可修、大震不倒的基本性