《高层结构设计》 - 02高层建筑结构的荷载计算

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1、高层建筑结构的荷载计算高层建筑结构的竖向荷载包括自重等恒载及使用荷载等活载，其计算方法与一般建筑结构类似，在此不再重复。本章主要介绍在高层建筑结构设计中起主导作用的水平荷载—风荷载和地震荷载作用的计算方法。第一节风荷载空气流动形成的风遇到建筑物时，在建筑物表面产生的压力或吸力即建筑物的风荷载。风荷载的大小主要和近地风的性质、风速、风向有关；和该建筑物所在地的地貌及周围环境有关；同时和建筑物本身的高度、形状以及表面状况有关。垂直于建筑物表面上的风荷载标准值可按下式计算：ω=βµµωkzsz02式中：ω为风荷载标准值（kN/m）；β为z高度处的风振系数；kz2µ为风荷

2、载体型系数；µ为风压高度变化系数；ω为基本风压（kN/m）。sz01.基本风压ω0我国《建筑结构荷载规范》（GB50009-2001），《全国基本风压分布图》中给出的基本风压值ω，是用各地区空旷地面上离地10m高、重现期为30年的10min平均最大风速υ（m/s）0022计算得到的，基本风压值ω=υ/1600（kN/m）。荷载规范给出的ω值适用于多层建筑；000对于一般高层建筑和特别重要的或有特殊要求的高层建筑可按《全国基本风压分布图》中的数值分别乘以1.1和1.2采用。2.风压高度变化系数µz表1风压高度变化系数风速大小与高度有关，一般近地面处的风速较小，愈向上

3、风速逐渐加大，但风速的变化与地貌及周围环境有关。在近海海面、海岛、海岸、湖岸及沙漠地区，地面空旷，空气流动几乎无阻挡物（A类粗糙度），风速随高度的增加最快；在中小城镇和大城市的郊区（B类粗糙度），风速随高度的增加减慢；在有密集建筑物的大城市市区（C类粗糙度），和有密集建筑群，且房屋较高的城市市区（D类粗糙度），风的流动受到阻挡，风速减小，因此风速随高度增加更缓慢一些。表1列出了各种情况下的风压高度变化系数。3.风载体型系数µs当风流经建筑物时，对建筑物不同的部位会产生不同的效果，有压力，也有吸力，空气流动还会产生涡流，对建筑物局部有较大的压力或吸力，因此，风对建筑

4、物表面的作用力并不等于基本风压值。通过实测可以得到风在建筑物表面的实际风压，风载体型系数是指实际风压与基本风压的比值。图1风压分布图1（a）为风流经建筑物时对建筑物的作用，迎风面为压力（体型系数用+号表示），侧风面及背风面为吸力（体型系数用－号表示），各面上的风压分布并不均匀；图1（b）分别为房屋迎风面和背风面（均为立面图）的等风压线，可以看出在建筑物表面上的某些部分风压力（或吸力）较大，而另一部分则较小。表2给出了一般多、高层建筑常用的各种平面形状各个表面的平均风压系数，称为风载体型系数，荷载规范中还给出了其他各种情况下的风载体型系数，但这些只是适用简单体型情况

5、，对于复杂结构的风载体型系数还必须借助风洞试验来确定。4.风振系数βz图2平均风压与波动风压表2多、高层建筑结构风载体型系数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的改变，通常可把风压作用的平均值看成稳定风压，实际风压在平均风压的上下波动，如图2所示。平均风压使建筑物产生一定的侧移，而波动风压会使建筑物在平均侧移附近摇摆。波动风压对建筑产生的动力效应与建筑物高度和刚度有关，对高度较大、刚度较小的高层建筑，波动风压会产生一些不可忽略的动力效应，产生振幅加大现象，设计时采用加大风载的方法来考虑这个动力效应，在风压值上乘以风振系数β。z风振系数β的大小与结

6、构自振特性有关，包括自振周期、振型等，也与结构高度有关，z《钢筋混凝土高层建筑设计与施工规程》规定，高层建筑的风振系数按下式计算：Hiξνβ=1+⋅zHµz式中：H为第i层标高；H为建筑物总高；ξ为动力系数，按表3取用；iν为脉动影响系数，A类地貌ν＝0.48，B类地貌ν＝0.53，C类地貌ν＝0.63；µ为风压高度变化系数，按表1取用。z表3动力系数例题1：某10层现浇框架剪力墙结构高层办公楼，其平面及剖面如图3所示。当地基本风2压为0.7kN/m，地貌粗糙度为A类，求在图示风向作用下，建筑物各楼层的风力标准值。图3解：T=0.06N＝0.06×10＝0.6s2

7、ω＝1.1×0.7＝0.77kN/m022ωT=0.77×0.6=0.277，由表3得ξ＝1.33。0地貌粗糙度为A类，ν＝0.48根据地貌粗糙度A类和离地面的高度H查表1可得到相应的µ值。iz按各楼层位置处的风振系数计算结果见表4。表4各楼层风振系数值的计算结果H39.3风荷载体型系数µ＝0.8+0.48+0.03=0.8+0.48+0.03×=1.364（根据表2中sL6+6+2.1的公式计算）各楼层受风面积A=相邻两楼层平均层高×房屋长度，各楼层风力F=Aβµµωiiziszi0计算结果见表5。表5各楼层风力计算结果第二节地震作用的特点及抗震设计目标地震时，

8、由于地震波