1、高層建筑結構設計原理高層建筑結構設計原理 Design Principles of Highris Building第第3 3章章 高層建筑結構荷載高層建筑結構荷載3 高層建筑結構荷載高層建筑結構荷載 作用在高層建筑結構上的荷載 豎向荷載：恒載，活載 水平（側向）荷載：風，地震高層建筑結構設計原理高層建筑結構設計原理 Design Principles of Highris Building第第3 3章章 高層建筑結構荷載高層建筑結構荷載3.1 風荷載風荷載高層建筑結構設計原理高層建筑結構設計原理 Design Principles of Highris Building第第3 3章章 高層建

2、筑結構荷載高層建筑結構荷載風場風場高層建筑結構設計原理高層建筑結構設計原理 Design Principles of Highris Building第第3 3章章 高層建筑結構荷載高層建筑結構荷載（風的破壞力風的破壞力） v“森拉克”肆虐浙閩 防波堤被沖垮百米 2003 七月 28 12:43 由于16號“森拉克”臺風的襲擊，投資1.2億元、總長達1837米的玉環縣坎門漁港防波堤遭受嚴重的損壞。漁港西堤被巨浪沖垮2個缺口，造成防波堤砌面下滑，總長達100多米。險情發生后，當地政府組織公安、邊防、民兵應急分隊和群眾及時進行搶修，力爭將損失降低到最低限度 。 ( 施 兵 攝 影 報 道 ) 高層

3、建筑結構設計原理高層建筑結構設計原理 Design Principles of Highris Building第第3 3章章 高層建筑結構荷載高層建筑結構荷載（風的破壞力風的破壞力） 高層建筑結構設計原理高層建筑結構設計原理 Design Principles of Highris Building第第3 3章章 高層建筑結構荷載高層建筑結構荷載（風的破壞力風的破壞力） 高層建筑結構設計原理高層建筑結構設計原理 Design Principles of Highris Building第第3 3章章 高層建筑結構荷載高層建筑結構荷載（風的破壞力風的破壞力） 高層建筑結構設計原理高層建筑結構設

4、計原理 Design Principles of Highris Building第第3 3章章 高層建筑結構荷載高層建筑結構荷載（風的破壞力風的破壞力） 廣州大道南一棟五層廠房近1000平方米的2塊鐵皮被卷起后砸中附近五金廠，100多名工人僥幸逃過大難 高層建筑結構設計原理高層建筑結構設計原理 Design Principles of Highris Building第第3 3章章 高層建筑結構荷載高層建筑結構荷載塔科馬橋的風毀塔科馬橋的風毀 1940年11月7日上午，刮起了不算大的暴風，美國一座剛建成不久的懸索橋卻開始恐怖地晃動起來。4個月前，就在大橋開通典禮時，此橋還被評價為：是可以經受

5、住任何風暴的經典的工程杰作。但是，就在時速不過67.2KM/每小時(18米/秒)的風力下，橋的中部卻開始劇烈地晃動起來。開始，人們還以為風大時會晃動，橋設計時就是這樣設計的。起先只是覺得好奇，但事實并非如此。大約一個小時后，橋開始更加劇烈的晃動并扭曲起來，只有幾個膽大的人勉強過了橋。風勢減弱后，懸索吊著的部位還象海浪一樣顛簸起伏著。這時，人們已感覺到是橋梁工程設計的失誤。整個橋梁進入到一種另人難以置信的瘋狂的狀態之中。終于，橋崩塌 了高層建筑結構設計原理高層建筑結構設計原理 Design Principles of Highris Building第第3 3章章 高層建筑結構荷載高層建筑結構荷

6、載風毀事故風毀事故高層建筑結構設計原理高層建筑結構設計原理 Design Principles of Highris Building第第3 3章章 高層建筑結構荷載高層建筑結構荷載高層建筑結構設計原理高層建筑結構設計原理 Design Principles of Highris Building第第3 3章章 高層建筑結構荷載高層建筑結構荷載高層建筑結構設計原理高層建筑結構設計原理 Design Principles of Highris Building第第3 3章章 高層建筑結構荷載高層建筑結構荷載高層建筑結構設計原理高層建筑結構設計原理 Design Principles of Hig

7、hris Building第第3 3章章 高層建筑結構荷載高層建筑結構荷載高層建筑結構設計原理高層建筑結構設計原理 Design Principles of Highris Building第第3 3章章 高層建筑結構荷載高層建筑結構荷載高層建筑結構設計原理高層建筑結構設計原理 Design Principles of Highris Building第第3 3章章 高層建筑結構荷載高層建筑結構荷載高層建筑結構設計原理高層建筑結構設計原理 Design Principles of Highris Building第第3 3章章 高層建筑結構荷載高層建筑結構荷載高層建筑結構設計原理高層建筑結構設

8、計原理 Design Principles of Highris Building第第3 3章章 高層建筑結構荷載高層建筑結構荷載高層建筑結構設計原理高層建筑結構設計原理 Design Principles of Highris Building第第3 3章章 高層建筑結構荷載高層建筑結構荷載高層建筑結構設計原理高層建筑結構設計原理 Design Principles of Highris Building第第3 3章章 高層建筑結構荷載高層建筑結構荷載高層建筑結構設計原理高層建筑結構設計原理 Design Principles of Highris Building第第3 3章章 高層建筑結

9、構荷載高層建筑結構荷載高層建筑結構設計原理高層建筑結構設計原理 Design Principles of Highris Building第第3 3章章 高層建筑結構荷載高層建筑結構荷載3.1 風荷載風荷載 風在建筑物表面產生壓力和吸力稱為風荷載。 影響因素： 風速、風向 建筑物的高度、形狀高層建筑結構設計原理高層建筑結構設計原理 Design Principles of Highris Building第第3 3章章 高層建筑結構荷載高層建筑結構荷載確定風荷載的方法確定風荷載的方法 按規范方法計算 風洞試驗+計算（高柔建筑、特殊建筑） 單位面積上的風荷載標準值 總體風荷載標準值高層建筑結構設

10、計原理高層建筑結構設計原理 Design Principles of Highris Building第第3 3章章 高層建筑結構荷載高層建筑結構荷載風荷載形成風荷載形成高層建筑結構設計原理高層建筑結構設計原理 Design Principles of Highris Building第第3 3章章 高層建筑結構荷載高層建筑結構荷載3.1.1 單位面積上的風荷載標準值單位面積上的風荷載標準值 W k = z s z W0 垂直作用于建筑物表面單位面積 上的風荷載標準值Wk W。基本風壓值，單位：kNm2； s風載體型系數； z一風壓高度變化系數； zz高度處的風振系數。高層建筑結構設計原理高層

11、建筑結構設計原理 Design Principles of Highris Building第第3 3章章 高層建筑結構荷載高層建筑結構荷載1） 基本風壓值基本風壓值W。 由建筑結構荷載規范得到； 荷載規范給出了各地區、各城市的基本風壓值W。高層建筑結構設計原理高層建筑結構設計原理 Design Principles of Highris Building第第3 3章章 高層建筑結構荷載高層建筑結構荷載規范確定基本風壓值的方法規范確定基本風壓值的方法 取該地區（城市）空曠平坦地面上離地10m處、重現期為50年(或100年)的10分鐘平均最大風速v0（ms） 計算基本風壓值。 W。=v02160

12、0 一般高層建筑：重現期50年 特殊高層建筑：重現期100年高層建筑結構設計原理高層建筑結構設計原理 Design Principles of Highris Building第第3 3章章 高層建筑結構荷載高層建筑結構荷載2）風壓高度變化系數）風壓高度變化系數z （表（表3-1） 與距地面高度有關 與地貌有關：地面粗糙度（規范分為A、B、C、D四類） A類：近海海面、海島、海岸、湖岸及沙漠地區； B類：田野、鄉村、叢林、丘陵以及房屋比較稀疏的鄉鎮和城市郊區； C類：有密集建筑群的城市市區； D類：有密集建筑群且房屋較高的城市市區。高層建筑結構設計原理高層建筑結構設計原理 Design Pri

13、nciples of Highris Building第第3 3章章 高層建筑結構荷載高層建筑結構荷載風速隨高度變化風速隨高度變化高層建筑結構設計原理高層建筑結構設計原理 Design Principles of Highris Building第第3 3章章 高層建筑結構荷載高層建筑結構荷載3） 風載體型系數風載體型系數s風荷載與建筑體型的關系風荷載與建筑體型的關系高層建筑結構設計原理高層建筑結構設計原理 Design Principles of Highris Building第第3 3章章 高層建筑結構荷載高層建筑結構荷載風荷載垂直風荷載垂直于建筑表面于建筑表面正為壓力負正為壓力負為吸力

14、為吸力高層建筑結構設計原理高層建筑結構設計原理 Design Principles of Highris Building第第3 3章章 高層建筑結構荷載高層建筑結構荷載4） 風振系數風振系數 z考慮波動風壓即風的動力效應考慮波動風壓即風的動力效應高層建筑結構設計原理高層建筑結構設計原理 Design Principles of Highris Building第第3 3章章 高層建筑結構荷載高層建筑結構荷載風振系數風振系數z的取值的取值 高度大于30m且高寬比大于1.5的房屋建筑，用風振系數考慮動力效應加大風載(否則取1.0)高層建筑結構設計原理高層建筑結構設計原理 Design Princ

15、iples of Highris Building第第3 3章章 高層建筑結構荷載高層建筑結構荷載參數簡介參數簡介 -基本振型z高度處振型系數，當剛度和質量沿高度分布均勻時，可近似用代替振型系數； 脈動增大系數，按表3-3選用, 查表時需要參數W0T2, W0為基本風壓值,T為結構基本周期, 可用近似方法計算； 脈動影響系數，按表3-4選用； z風壓高度變化系數，表3-1。高層建筑結構設計原理高層建筑結構設計原理 Design Principles of Highris Building第第3 3章章 高層建筑結構荷載高層建筑結構荷載3.1.2 總風荷載與局部風荷載總風荷載與局部風荷載 總風荷

16、載：建筑物各表面風力的合力；沿高度變化的線荷載。 Z高度處的總風荷載Wz(kN/m) W= ZZW0 (S1B1 ) n 建筑外圍表面數； Bi 第i個表面的寬度； i第i個表面法線與總風荷載作用方向的夾角。高層建筑結構設計原理高層建筑結構設計原理 Design Principles of Highris Building第第3 3章章 高層建筑結構荷載高層建筑結構荷載風荷載計算風荷載計算 樓板高度單位面積上的風荷載標準值樓板高度各表面風力的合力及作用點（坐標）樓板高度總風力的合力（線荷載）及作用點（坐標）作用在樓板位置的集中荷載（總風力的合力上下層高一半之和，kN)高層建筑結構設計原理高層建

17、筑結構設計原理 Design Principles of Highris Building第第3 3章章 高層建筑結構荷載高層建筑結構荷載局部風荷載的定義及用途局部風荷載的定義及用途 用于計算結構局部構件或圍護構件或圍護構件與主體的連接； 如水平懸挑構件、幕墻構件及其連接件等。高層建筑結構設計原理高層建筑結構設計原理 Design Principles of Highris Building第第3 3章章 高層建筑結構荷載高層建筑結構荷載（局部風壓體型系數局部風壓體型系數） 局部風壓體型系數：局部風壓體型系數： 正壓區：同上取法正壓區：同上取法 負壓區：負壓區： 墻面：墻面：-1.0-1.0

18、墻角邊：墻角邊：-1.8-1.8 屋面局部部位（周邊和屋面坡度大于屋面局部部位（周邊和屋面坡度大于10100 0的屋脊部位）：的屋脊部位）：-2.2-2.2 檐口、雨篷、遮陽板等突出構件：檐口、雨篷、遮陽板等突出構件：-2.0-2.0 高層建筑結構設計原理高層建筑結構設計原理 Design Principles of Highris Building第第3 3章章 高層建筑結構荷載高層建筑結構荷載習題習題3 P.72 3.3 基本風壓值W0=0.45kN/m2，基本周期T=1.0s，C類地面粗糙度。沿高度分布：作用在各樓面位置的風荷載。高層建筑結構設計原理高層建筑結構設計原理 Design P

19、rinciples of Highris Building第第3 3章章 高層建筑結構荷載高層建筑結構荷載3.2 地震作用地震作用 3.2.1地震學基礎 地震是一種可能造成生命、財產損失的自然現象。 地震的類型：火山地震，陷落地震，構造地震（可能造成震害） 構造地震：地質構造變動（巖石斷裂、錯動）引起的地震。高層建筑結構設計原理高層建筑結構設計原理 Design Principles of Highris Building第第3 3章章 高層建筑結構荷載高層建筑結構荷載地球內部構造地球內部構造高層建筑結構設計原理高層建筑結構設計原理 Design Principles of Highris B

20、uilding第第3 3章章 高層建筑結構荷載高層建筑結構荷載構造地震形成示意構造地震形成示意高層建筑結構設計原理高層建筑結構設計原理 Design Principles of Highris Building第第3 3章章 高層建筑結構荷載高層建筑結構荷載地殼分成地殼分成6大板塊和許多小板塊大板塊和許多小板塊高層建筑結構設計原理高層建筑結構設計原理 Design Principles of Highris Building第第3 3章章 高層建筑結構荷載高層建筑結構荷載兩條大的地震活動帶兩條大的地震活動帶高層建筑結構設計原理高層建筑結構設計原理 Design Principles of Hi

21、ghris Building第第3 3章章 高層建筑結構荷載高層建筑結構荷載高層建筑結構設計原理高層建筑結構設計原理 Design Principles of Highris Building第第3 3章章 高層建筑結構荷載高層建筑結構荷載地震波地震波體波：體波： 縱波，縱波， 橫波橫波面波：面波：Rayleigh波，波，Love波波高層建筑結構設計原理高層建筑結構設計原理 Design Principles of Highris Building第第3 3章章 高層建筑結構荷載高層建筑結構荷載高層建筑結構設計原理高層建筑結構設計原理 Design Principles of Highris

22、Building第第3 3章章 高層建筑結構荷載高層建筑結構荷載地震的度量地震的度量 震級：地震的大小。 反映地震釋放能量的大小 一次地震只有一個震級。 烈度：地面震動的強烈程度。 不同震中距可能有不同的烈度。高層建筑結構設計原理高層建筑結構設計原理 Design Principles of Highris Building第第3 3章章 高層建筑結構荷載高層建筑結構荷載地震地面運動的六個振動分量地震地面運動的六個振動分量 兩個水平分量 一個豎向分量 三個轉動分量 地震地面運動三要素 峰值（振幅，強度）峰值加速度、 速度、位移 頻譜（頻率成分） 持續時間高層建筑結構設計原理高層建筑結構設計原理

23、 Design Principles of Highris Building第第3 3章章 高層建筑結構荷載高層建筑結構荷載1940 El Centro 地震地面運動時程地震地面運動時程高層建筑結構設計原理高層建筑結構設計原理 Design Principles of Highris Building第第3 3章章 高層建筑結構荷載高層建筑結構荷載影響地震地面運動的因素影響地震地面運動的因素 震源機制（很復雜） 震級（震級大：峰值大，持時長，主要周期長） 距離（距離大：峰值小，持時短，主要周期長） 場地（基巖、硬土：峰值小，主要周期短，持時短；軟土：峰值大，主要周期長，持時長）高層建筑結構設計

24、原理高層建筑結構設計原理 Design Principles of Highris Building第第3 3章章 高層建筑結構荷載高層建筑結構荷載對建筑物震害的影響對建筑物震害的影響 大震、遠距、軟土： 長周期結構震害大 中震、震中區、硬土： 低層建筑震害大 地震有選擇的破壞（未抗震設計的建筑結構）高層建筑結構設計原理高層建筑結構設計原理 Design Principles of Highris Building第第3 3章章 高層建筑結構荷載高層建筑結構荷載場地與房場地與房屋破壞率屋破壞率的關系的關系高層建筑結構設計原理高層建筑結構設計原理 Design Principles of Hig

25、hris Building第第3 3章章 高層建筑結構荷載高層建筑結構荷載3.2.3 抗震設防準則及基本方法抗震設防準則及基本方法 1）三水準抗震設防目標 小震不壞結構為彈性 中震可修部分構件屈服，不嚴重 大震不倒結構破壞，保證生命、財產安全高層建筑結構設計原理高層建筑結構設計原理 Design Principles of Highris Building第第3 3章章 高層建筑結構荷載高層建筑結構荷載三水準抗震三水準抗震 小震50年內超越概率63.5%的地震烈度，重現期50年 中震50年內超越概率10%的地震烈度，重現期475年 大震50年內超越概率（2-3）%的地震烈度，重現期大于2000

26、年 小震烈度比設防烈度低約1.55度 中震烈度設防烈度，基本烈度，由國家規定，北京8度 大震烈度罕遇烈度，比基本烈度高1度高層建筑結構設計原理高層建筑結構設計原理 Design Principles of Highris Building第第3 3章章 高層建筑結構荷載高層建筑結構荷載2）兩階段抗震設計方法）兩階段抗震設計方法 第一階段：結構設計階段 結構方案和結構布置 抗震計算：彈性方法，結構層間位移，荷載效應及效應組合 截面承載力驗算 抗震構造措施（地震作用：采用小震計算地震作用及其效應）高層建筑結構設計原理高層建筑結構設計原理 Design Principles of Highris B

27、uilding第第3 3章章 高層建筑結構荷載高層建筑結構荷載第二階段：彈塑性變形驗算第二階段：彈塑性變形驗算 少數高層建筑結構 結構進入屈服 地震作用：大震 彈塑性時程計算，靜力彈塑性計算高層建筑結構設計原理高層建筑結構設計原理 Design Principles of Highris Building第第3 3章章 高層建筑結構荷載高層建筑結構荷載3）抗震設防范圍）抗震設防范圍 設防烈度為6度及6度以上地區的建筑結構需要抗震設防 建筑抗震設計規范適用于69度地區的建筑抗震設計高層建筑結構設計原理高層建筑結構設計原理 Design Principles of Highris Building

28、第第3 3章章 高層建筑結構荷載高層建筑結構荷載1957年地震烈度區劃圖年地震烈度區劃圖高層建筑結構設計原理高層建筑結構設計原理 Design Principles of Highris Building第第3 3章章 高層建筑結構荷載高層建筑結構荷載1990年地震烈度區劃圖年地震烈度區劃圖高層建筑結構設計原理高層建筑結構設計原理 Design Principles of Highris Building第第3 3章章 高層建筑結構荷載高層建筑結構荷載高層建筑結構設計原理高層建筑結構設計原理 Design Principles of Highris Building第第3 3章章 高層建筑結構

29、荷載高層建筑結構荷載抗震設防烈度和設計基本地震加速度值抗震設防烈度和設計基本地震加速度值的對應關系的對應關系 抗震設防 烈度 6 7 8 9 設計基本 地震加速 0.05g 0.10 g 0.20 g 0.40 g 度值 (0.15)g (0.30) g 高層建筑結構設計原理高層建筑結構設計原理 Design Principles of Highris Building第第3 3章章 高層建筑結構荷載高層建筑結構荷載全國設計基本地震加速度分布全國設計基本地震加速度分布 設計基本地震加速度 城鎮個數 0.05g 近1100 0.10g 約700 0.15g 約350 0.20g 約300 0.3

30、0g 近45 0.40g 15 注：不設防的城鎮約380 個。高層建筑結構設計原理高層建筑結構設計原理 Design Principles of Highris Building第第3 3章章 高層建筑結構荷載高層建筑結構荷載3.2.4 抗震計算理論抗震計算理論 計算地震作用的方法： 靜力法（彈性方法） 反應譜方法（彈性方法） 時程分析法(彈性方法，彈塑性方法)高層建筑結構設計原理高層建筑結構設計原理 Design Principles of Highris Building第第3 3章章 高層建筑結構荷載高層建筑結構荷載靜力法靜力法 靜力法：二十世紀初 地震作用為一個總水平力等于建筑物理總重量乘以一個 地震系數 1924年，日本取0.1 1927年，美國取0.0750.1高層建筑結構設計原理高層建筑結構設計原理 Design Principles of Highris Building第第3 3章章 高層建筑結構荷載高層建筑結構荷載反應譜方法反應譜方法 反應譜方法：用地震加速度反應譜計算結構的地震作用。 40年代，獲得強震地面運動加速度時程記錄，提出計算反應譜的