【正文】 第 3 章 荷載和地震作用及結(jié)構(gòu)設(shè)計要求 金仁和 高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計和計算 標(biāo) 題 本章主要內(nèi)容： 主要內(nèi)容 豎向荷載 （簡介） 風(fēng)荷載 （重點） 地震作用 （工程結(jié)構(gòu)抗震課介紹此部分內(nèi)容） 豎向荷載 第 3章 高層建筑結(jié)構(gòu)的荷載和地震作用 與多層建筑結(jié)構(gòu)有所不同，高層建筑結(jié)構(gòu) —— 1）豎向荷載效應(yīng)遠(yuǎn)大于多層建筑結(jié)構(gòu)； 2）水平荷載的影響顯著增加，成為其設(shè)計的主要因素； 3）對高層建筑結(jié)構(gòu)尚應(yīng)考慮豎向地震的作用。 高層建筑結(jié)構(gòu)主要承受 豎向荷載 和 水平荷載 。 1）豎向荷載 2）水平荷載 恒荷載 活荷載 風(fēng)荷載 地震作用 豎向荷載 恒荷載 恒荷載是指各種結(jié)構(gòu)構(gòu)件自重和找平層、保溫層、防水層、裝修材料層、隔墻、幕墻及其附件、固定設(shè)備及其管道等重量，其標(biāo)準(zhǔn)值可按構(gòu)件及其裝修的設(shè)計尺寸和材料單位體積或面積的自重計算確定。 材料容重可從 《 荷載規(guī)范 》 查取；固定設(shè)備由相關(guān)專業(yè)提供。 豎向荷載 活荷載 樓面活載 1）高層建筑樓面均布活荷載的標(biāo)準(zhǔn)值及其組合值、頻遇值和準(zhǔn)永久值系數(shù)，可按 《 荷載規(guī)范 》 的規(guī)定取用。 2）在荷載匯集及內(nèi)力計算中，應(yīng)按未經(jīng)折減的活荷載標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行計算，樓面活荷載的折減可在構(gòu)件內(nèi)力組合時取用。 屋面活載 1）屋面均布活荷載的標(biāo)準(zhǔn)值及其組合值、頻遇值和準(zhǔn)永久值系數(shù)，可按 《 荷載規(guī)范 》 的規(guī)定取用。 2）有些情況下，應(yīng)考慮屋面直升機(jī)平臺的活荷載。 豎向荷載 屋面雪荷載 （ 1）屋面水平投影面上的雪荷載標(biāo)準(zhǔn)值： S0為基本雪壓，系以當(dāng)?shù)匾话憧諘缙教沟孛嫔辖y(tǒng)計所得 50 年一遇最大積雪的自重確定。按 《 荷載規(guī)范 》 取用； μr為屋面積雪分布系數(shù)，可按 《 荷載規(guī)范 》 取用。 （ 2）雪荷載的組合值系數(shù)可取 ；頻遇值系數(shù)可取 ；準(zhǔn)永久值系數(shù)按雪荷載分區(qū) Ⅰ 、 Ⅱ 和 Ⅲ 的不同，分別取 、 和 0。 （ 3）雪荷載不應(yīng)與屋面均布活荷載同時組合。 施工活荷載 施工活荷載一般取 ~。 對高層建筑結(jié)構(gòu)，計算活荷載產(chǎn)生的內(nèi)力時，可不考慮活荷載的最不利布置。為簡化計算，可按活荷載滿布進(jìn)行計算，然后將這樣求得的梁跨中截面和支座截面彎矩乘以 ~ 的放大系數(shù)。 0krSS?? 風(fēng)荷載 風(fēng)荷載 建筑高度 建筑外型 風(fēng)的動力作用 風(fēng)向 標(biāo)準(zhǔn)風(fēng)速 標(biāo)準(zhǔn)地貌 風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值 空氣從氣壓大的地方向氣壓小的地方流動就形成了風(fēng)，與建筑物有關(guān)的是靠近地面的流動風(fēng)，簡稱為近地風(fēng)。 當(dāng)風(fēng)遇到建筑物時在其表面上所產(chǎn)生的壓力或吸力即為建筑物的風(fēng)荷載。 對于高層建筑，一方面風(fēng)使建筑物受到一個基本上比較穩(wěn)定的風(fēng)壓，另一方面風(fēng)又使建筑物產(chǎn)生風(fēng)力振動。（靜力＋動力） 風(fēng)荷載 風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值 kw基本風(fēng)壓 我國 《 荷載規(guī)范 》 規(guī)定，基本風(fēng)壓系以當(dāng)?shù)乇容^空曠平坦地面上 離地 10m高，統(tǒng)計所得的 50 年一遇 10 分鐘平均最大風(fēng)速 v0（ m/s）為標(biāo)準(zhǔn)， 按風(fēng)速確定的風(fēng)壓值，但不得小于 。特別重要的高層建筑，取 100年。 0w 風(fēng)荷載 風(fēng)壓沿高度的變化規(guī)律一般用指數(shù)函數(shù)表示，即 風(fēng)壓高度變化系數(shù) 風(fēng)速大小與高度有關(guān)，一般 近地面處的風(fēng)速較小，愈向上風(fēng)速逐步加大 。當(dāng)達(dá)到一定高度時（ 300~500m），風(fēng)速不受地表影響，達(dá)到所謂梯度風(fēng)。而且風(fēng)速的變化還與地面粗糙程度有關(guān)。 z?梯度風(fēng)梯度風(fēng)海洋鄉(xiāng)村城市70799110049597690100617789100梯度風(fēng)離地高度（m）? ??Hzvv Hz ?H Hv —— 分別為標(biāo)準(zhǔn)高度（例如 10m）及該處的平均風(fēng)速； ?? —— 地面粗糙度系數(shù)；地表粗糙程度愈大， 值則愈大； 由于 《 規(guī)范 》 只給出了 10m高度處的風(fēng)壓，則其他高度處的風(fēng)壓可由此求得。風(fēng)壓高度變化系數(shù)：為某類地表上空高度處的風(fēng)壓與基本風(fēng)壓的比值，該系數(shù)取決于地面粗糙程度指數(shù)。 現(xiàn)行規(guī)范將地面粗糙程度分為四類： A類 ——指近海海面、海島、海岸、湖岸及沙漠地區(qū)； B類 ——指田野、鄉(xiāng)村、叢林、丘陵以及房屋比較稀疏的鄉(xiāng)鎮(zhèn)和城市郊區(qū)； C類 ——指有密集建筑群的城市市區(qū)； D類 ——指密集建筑群且房屋較高的城市市區(qū) 。 風(fēng)荷載 風(fēng)荷載體型系數(shù) 1）風(fēng)壓分布系數(shù) ——風(fēng)壓與體型的關(guān)系 2）定義： 風(fēng)荷載體型系數(shù)是指風(fēng)作用在建筑物表面所引起的壓力 (吸力 )與原始風(fēng)速算得的理論風(fēng)壓的比值。 3）特點： 風(fēng)荷載體型系數(shù)一般都是通過實測或風(fēng)洞模擬試驗的方法確定，它表示建筑物表面在穩(wěn)定風(fēng)壓作用下的靜態(tài)壓力分布規(guī)律，主要與建筑物的 體型與尺度 有關(guān)。 s?迎風(fēng)面的風(fēng)壓力在建筑物的中間偏上為最大，兩邊及底下最小；側(cè)風(fēng)面一般近側(cè)大，遠(yuǎn)側(cè)小，分布也極不均勻；背風(fēng)面一般兩邊略大，中間小。 風(fēng)荷載 3）計算： 在計算風(fēng)荷載對建筑物的整體作用時，只需按各個表面的平均風(fēng)壓計算，即采用各個表面的平均風(fēng)荷載體型系數(shù)計算。 4）風(fēng)荷載體型系數(shù)的確定：根據(jù)設(shè)計經(jīng)驗和風(fēng)洞試驗 （１）單體風(fēng)壓體型系數(shù) 例 : +0.8 －(8+) +1.2/n1/2 當(dāng)表面粗糙時取 μs = s?s?（ 2）群體風(fēng)壓體型系數(shù) 對建筑群，尤其是高層建筑群，當(dāng)房屋相互間距較近時，由于漩渦的相互干擾，房屋某些部位的局部風(fēng)壓會顯著增大。 《 高層規(guī)程 》 規(guī)定，當(dāng)多棟或群集的高層建筑相互間距較近時，宜考慮風(fēng)力相互干擾的群體效應(yīng)。一般可將單體建筑的體型系數(shù)乘以相互干擾增大系數(shù)，該系數(shù)可參考類似條件的試驗資料確定，必要時宜通過風(fēng)洞試驗確定。 （ 3）局部風(fēng)壓體型系數(shù) 在計算風(fēng)荷載對建筑物某個局部表面的作用時，要采用局部風(fēng)荷載體型系數(shù)，用于驗算表面圍護(hù)結(jié)構(gòu)及玻璃等強(qiáng)度和構(gòu)件連接強(qiáng)度。 檐口、雨蓬、遮陽板、陽臺等水平構(gòu)件計算局部上浮風(fēng)荷載時，風(fēng)荷載體型系數(shù)不宜小于 。設(shè)計建筑幕墻時，應(yīng)按有關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定采用。 風(fēng)荷載 風(fēng)振系數(shù) １）風(fēng)速特點： 風(fēng)速的變化可分為兩部分：一種是長周期的成分，其值一般在 10min以上；另一種是短周期成分，一般只有幾秒左右。因此，為便于分析，通常把實際風(fēng)分解為 平均風(fēng)（穩(wěn)定風(fēng)）和脈動風(fēng) 兩部分。穩(wěn)定風(fēng)周期長，對結(jié)構(gòu)影響??；脈動風(fēng)周期短，對結(jié)構(gòu)影響大。 ２ ）風(fēng)的動力效應(yīng)： 對于高度較大、剛度較小的高層建筑，脈動風(fēng)壓會產(chǎn)生不可忽略的動力效應(yīng)，在設(shè)計中必須考慮，目前采用加大風(fēng)荷載的辦法來考慮這個動力效應(yīng)，即對風(fēng)壓值乘以風(fēng)振系數(shù)。 z? 風(fēng)荷載 2）計算： 對于基本自振周期 T1大于 ，以及高度大于 30m且高寬比大于 均應(yīng)考慮脈動風(fēng)壓對結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的風(fēng)振影響。 風(fēng)荷載 風(fēng)荷載 總風(fēng)荷載 總風(fēng)荷載為建筑物各個表面上承受風(fēng)力的合力 ， 是 沿建筑物高度變化的線荷載 。通常按 x、 y兩個互相垂直的方向分別計算總風(fēng)荷載 。 z高度處的總風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值按下式計算： +0.8 －(8+) Wz1 Wz2 Wz3 Wz4 風(fēng)荷載 例 題 風(fēng)荷載 風(fēng)荷載 引致災(zāi)害的自然作用 災(zāi)害類別 氣象方面 極端雨量 太多 洪災(zāi) 太少 干旱 極端氣溫 太高 熱浪 太低 霜凍、大風(fēng)雪 極端強(qiáng)風(fēng) 臺風(fēng)、龍卷風(fēng) 地貌方面 板塊活動 地震、海嘯、火山爆發(fā) 重力作用 泥石流、雪崩 生物方面 與動物、微生物有關(guān) 蝗蟲、白蟻等 蟲害 細(xì)菌或病毒 疾病 ︰ 如傷寒、 “ 非典 ” 、瘟疫 與植物有關(guān) 真菌 病害 ︰ 如小麥的鐵銹病 數(shù)量激增 野草蔓延、赤潮 第一章 抗震設(shè)計的基本知識和基本要求 167。 地震災(zāi)害概述 一、地震是群災(zāi)之首 災(zāi)害 自然災(zāi)害 人為災(zāi)害 人為災(zāi)害： 火災(zāi)、污染（大氣、 水、海洋）、核泄 漏、戰(zhàn)爭等 自然災(zāi)害： 地震災(zāi)害是群災(zāi)之 首，它具有突發(fā)性和不 可預(yù)測性，次生災(zāi)害嚴(yán)重，對社會產(chǎn)生很大影響等特點。 死亡 24人，經(jīng)濟(jì)損失 94億美元。 12層鋼筋混凝土住宅和商務(wù)大樓，自樓梯間相接處分裂，東側(cè)樓 6層以下全部塌陷，并向東側(cè)倒在鄰房 4層樓公寓上。西側(cè)樓 5層以下全部倒塌，并向西傾倒在另一棟大樓上，柱間距介于 8米到 10米，且柱子數(shù)量偏少。 16層鋼筋混凝土住宅大樓。地震時其中一棟傾倒，靠在呈 L型平面大樓上，柱間距 7至 10米。造成傾倒的原因是底層柱子數(shù)量少，間距太大。 唐