第3章高层建筑结构荷载1

第3章 高层建筑结构的荷载和地震作用[例题] 某高层建筑剪力墙结构，上部结构为38层，底部1-3层层高为4m,其他各层层高为3m ，室外地面至檐口的高度为120m ，平面尺寸为m m 4030⨯，地下室采用筏形基础，埋置深度为12m ，如图3.2.4(a)、(b)所示。

已知基本风压为2045.0m kN w =，建筑场地位于大城市郊区。

已计算求得作用于突出屋面小塔楼上的风荷载标准值的总值为800kN 。

为简化计算，将建筑物沿高度划分为六个区段，每个区段为20m ，近似取其中点位置的风荷载作为该区段的平均值，计算在风荷载作用下结构底部（一层）的剪力和筏形基础底面的弯矩。

解：（1）基本自振周期：根据钢筋混凝土剪力墙结构的经验公式，可得结构的基本周期为： s n T 90.13805.005.01=⨯==222210m s kN 62.19.145.0T w ⋅=⨯=（2）风荷载体型系数：对于矩形平面，由附录1可求得80.01=s μ57040120030480L H 0304802s .....-=⎪⎭⎫ ⎝⎛⨯+-=⎪⎭⎫ ⎝⎛+-=μ （3）风振系数：由条件可知地面粗糙度类别为B 类，由表3.2.2可查得脉动增大系数502.1=ξ。

脉动影响系数ν根据H/B 和建筑总高度H 由表3.2.3确定，其中B 为迎风面的房屋宽度，由H/B=3.0可从表3.2.3经插值求得=ν0.478；由于结构属于质量和刚度沿高度分布比较均匀的弯剪型结构，可近似采用振型计算点距室外地面高度z 与房屋高度H 的比值，即H H i /z =ϕ，i H 为第i 层标高；H 为建筑总高度。

则由式（3.2.8）可求得风振系数为：HH 478050211H H 11iz i z ⋅⨯+=⋅+=+=μμξνμϕνξβ.. z z z（4）风荷载计算：风荷载作用下，按式（3.2.1）可得沿房屋高度分布的风荷载标准值为：()z z z z ....)z (q βμβμ6624=40×570+80×450=按上述公式可求得各区段中点处的风荷载标准值及各区段的合力见表3.2.4，如图3.2.4(c)所示。

第3章 高层建筑结构的荷载和地震作用 ——局部修改P39：作用在楼面上的活荷载，不可能以标准值的大小布满在所有楼面上，因此在设计梁、墙、柱和基础时，还要考虑实际荷载沿楼面分布的变异情况，对活荷载标准值乘以规定的折减系数。

折减系数的确定比较复杂，目前大多数国家均通过从属面积来考虑，具体可参考《荷载规范》的规定。

P46：表3.2.2 脉动增大系数ξ注：计算201T ω时，对地面粗糙度B 类地区可直接代入基本风压，而对A 类、C 类和D 类地区应按当地的基本风压分别乘以1.38、0.62和0.32后代入。

P47：表3.2.4 振型系数ϕP49：表3.2.5 风荷载作用下各区段合力的计算P50：结构地震动力反应过程中存在着地面扭转运动，而目前这方面的强震实测记录很少，地震作用计算中还不能考虑输入地面运动扭转分量。

为此，《高层规程》规定，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，即0.05i i e L =± （3.3.1） 式中：i e 为第i 层质心偏移值(m)，各楼层质心偏移方向相同；i L 为第i 层垂直于地震作用方向的建筑物总长度(m)。

P51：表3.3.2 时程分析时输入地震加速度的最大值 (cm/s 2)P53：表3.3.5 水平地震影响系数最大值αP59：2）跨度大于24m 的楼盖结构、跨度大于12m 的转换结构和连体结构、悬挑长度大于5m 的悬挑结构，结构竖向地震作用效应标准值宜采用时程分析法或振型分解反应谱方法进行计算。

时程分析计算时输入的地震加速度最大值可按规定的水平输入最大值的65%采用，反应谱分析时结构竖向地震影响系数最大值可按水平地震影响系数最大值的65%采用，但设计地震分组可按第一组采用。

3）高层建筑中，大跨度结构、悬挑结构、转换结构、连体结构的连接体的竖向地震作用标准值，不宜小于结构或构件承受的重力荷载代表值与表3.3.9所规定的竖向地震作用系数的乘积。

第三章建筑结构荷载《建筑结构荷载规范》GB50009-2001一荷载分类1、永久荷载：结构自重、土压力、预应力2、可变荷载：楼面活荷载、屋面活荷载、积灰荷载、吊车荷载、风荷载、雪荷载、地震荷载3、偶然荷载：爆炸力、撞击力例：工业厂房屋盖自重荷载：防水层（八层作法）标准值0.35kN/m2（沿屋面坡向）找平层（2cm厚水泥砂浆）标准值0.40kN/m2（沿屋面坡向）保温层（10cm沥青珍珠岩）标准值0.30 kN/m2（沿屋面坡向）预应力钢筋混凝土大型屋面板标准值1.40 kN/m2（沿屋面坡向）屋架自重（包括支撑）标准值0.45 kN/m2（沿水平面）例：工业厂房屋盖活荷载：使用荷载标准值0.70 kN/m2（沿水平面）雪荷载标准值0.45 kN/m2（沿水平面）例：常用材料自重（kN/m3）：钢－78.5;钢筋混凝土－25；普通砖－18；焦渣空心砖－10；瓷砖－19.8；木材－4～9；水泥－16；水泥砂浆－20二荷载代表值1、永久荷载采用标准值作为代表值；2、活荷载采用标准值、组合值、频遇值、准永久值作为代表值；3、偶然荷载应按建筑结构使用的特点确定代表值三 荷载效应组合1、对于承载能力极限状态：包括基本组合、偶然组合；设计表达式：R S ≤0γ其中：0γ－结构重要性系数；1.1、1.0、0.9S －荷载效应组合的设计值； R －结构构件抗力的设计值；◎基本组合由可变荷载效应控制的组合∑=++=ni Qikci Qi k Q Q Gk G S S S S 211ϕγγγ式中：Gγ－永久荷载的分项系数；Qi γ－第i 个可变荷载的分项系数；S Gk －按永久荷载G k 计算的荷载效应值； S Qik －按可变荷载Q ik 计算的荷载效应值；ci ϕ－可变荷载Q i 的组合值系数由永久荷载效应控制的组合∑=+=ni Qikci Qi Gk G S S S 1ϕγγ注：1.基本组合中的设计值仅用于荷载与荷载效应为线性的情况；2.当对S Q1k 无法明显判断时，轮次以可变荷载效应为S Q1k ，取最不利荷载组合效应；3.当考虑以竖向的永久荷载效应控制的组合时，参与组合的可变荷载仅限于竖向荷载对一般的排架、框架结构，基本组合可采用简化规则：对可变荷载效应控制的组合：取下列两式的不利值kQ Q Gk G S S S 11γγ+= ∑=+=ni QikQi Gk G S S S 19.0γγ对永久荷载效应控制的组合不变 基本组合的荷载分项系数按下列规定采用永久荷载分项系数：当其效应对结构不利时：对由可变荷载效应控制的组合取1.2；对永久荷载效应控制的组合取1.35当其效应对结构有利时：一般情况下取1.0；对结构的倾覆、滑移或漂浮验算时取0.9 可变荷载的分项系数：一般情况下取1.4；对标准值大于4kN/m 2的工业房屋楼面结构的活荷载取1.3偶然组合偶然荷载的代表值不乘分项系数，按有关规定进行。

第3章 高层建筑结构的荷载和地震作用高层建筑结构主要承受竖向荷载和和水平荷载。

恒荷载 风荷载 1) 竖向荷载 2)水平荷载活荷载 地震作用 本章主要内容z 竖向荷载（简介） z 风荷载（重点）z 地震作用（工程结构抗震课介绍此部分内容） 与多层建筑结构有所不同，高层建筑结构：z 竖向荷载效应远大于多层建筑结构；z 水平荷载的影响显著增加，成为其设计的主要因素； z 对高层建筑结构尚应考虑竖向地震的作用。

3.1 竖向荷载3.1.1 恒荷载1）恒荷载是指各种结构构件自重和找平层、保温层、防水层、装修材料层、隔墙、幕墙及其附件、固定设备及其管道等重量，其标准值可按构件尺寸、和材料密度（单位体积或面积的自重）计算确定。

2）材料容重可从《荷载规范》查取；固定设备由相关专业提供。

3.1.2 活荷载 1. 楼面活载1）高层建筑楼面均布活荷载的标准值及其组合值、频遇值和准永久值系数，可按《荷载规范》的规定取用。

2）在荷载汇集及内力计算中，应按未经折减的活荷载标准值进行计算，楼面活荷载的折减可在构件内力组合时进行。

2. 屋面活载1）屋面均布活荷载的标准值及其组合值、频遇值和准永久值系数，可按《荷载规范》的规定取用。

2）有些情况下，应考虑屋面直升机平台的活荷载：（优于五星级酒店的是，七星级酒店将提供秘书式的“管家服务”，辟有直升机停机坪，用直升机和“大奔”接送客人。

）3. 屋面雪荷载1）屋面水平投影面上的雪荷载标准值k s ，应按下式计算：0r k s s μ= （3.1.1）式中：0s 为基本雪压，系以当地一般空旷平坦地面上统计所得50年一遇最大积雪的自重确定，按《荷载规范》取用；μr为屋面积雪分布系数，屋面坡度α≤25°时，μr取1.0，其它情况可按《荷载规范》取用。

2）雪荷载的组合值系数可取0.7；频遇值系数可取0.6；准永久值系数按雪荷载分区Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ的不同，分别取0.5、0.2和0。

3）雪荷载不应与屋面均布活荷载同时组合。

第3章高层建筑结构的荷载和地震作用[例题] 某高层建筑剪力墙结构，上部结构为38层，底部1-3层层高为4m,其他各层层高为3m，室外地面至檐口的高度为120m，平面尺寸为30m⨯40m，地下室采用筏形基础，埋置深度为12m，如图3.2.4(a)、(b)所示。

已知基本风压为w0=0.45kNm，建筑场地位于大城市郊区。

已计算求得作用于突出屋面小塔楼上的风荷载标准值的总值为800kN。

为简化计算，将建筑物沿高度划分为六个区段，每个区段为20m，近似取其中点位置的风荷载作为该区段的平均值，计算在风荷载作用下结构底部（一层）的剪力和筏形基础底面的弯矩。

2解：（1）基本自振周期：根据钢筋混凝土剪力墙结构的经验公式，可得结构的基本周期为： T1=0.05n=0.05⨯38=1.90sw0T12=0.45⨯1.92=1.62kN⋅s2m2（2）风荷载体型系数：对于矩形平面，由附录1可求得μs1=0.80H⎫120⎫⎛⎛⎪=- 0.48+0.03⨯⎪=-0.57 L40⎝⎭⎝⎭（3）风振系数：由条件可知地面粗糙度类别为B类，由表3.2.2可查得脉动增大系数ξ=1.502。

脉动影响系数ν根据H/B和建筑总高度H由表3.2.3确定，其中B 为迎风面的房屋宽度，由H/B=3.0可从表3.2.3经插值求得ν=0.478；由于结构属于质量和刚度沿高度分布比较均匀的弯剪型结构，可近似采用振型计算点距室外地面高度z与房屋高度H的比值，即ϕz=Hi/H，Hi为第i层标高；H为建筑总高度。

则由式（3.2.8）可求得风振系数为：ξ ν ϕzξνHi1.502⨯0.478Hiβz=1+=1+⋅=1+⋅μzμzHμzH（4）风荷载计算：风荷载作用下，按式（3.2.1）可得沿房屋高度分布的风荷载标准值为：q(z)=0.45×(0.8+0.57)×40μzβz=24.66μzβzμs2=- 0.48+0.03按上述公式可求得各区段中点处的风荷载标准值及各区段的合力见表3.2.4，如图3.2.4(c)所示。

⾼层课后思考题答案⾼层课后思考题答案第1章绪论1.我国对⾼层建筑结构是如何定义的？答:我国规定：10层及10层以上或⾼度超过28m的住宅以及房屋⾼度⼤于24m的其他民⽤建筑为⾼层建筑。

2.⾼层建筑结构的受⼒及变形特点是什么？设计时应考虑哪些问题？答：特点：⽔平荷载对结构影响⼤，随⾼度的增加除轴⼒与⾼度成正⽐外，弯矩和位移呈指数曲线上升，并且动⼒荷载作⽤下，动⼒效应⼤，扭转效应⼤。

考虑：结构侧移，整体稳定性和抗倾覆问题，承载⼒问题。

3.从结构材料⽅⾯来分，⾼层建筑结构有哪些类型？各有何特点？答：相应的结构分类（以材料分类）：砌体结构、钢结构、钢筋混凝⼟结构、钢-混凝⼟混合结构特点：（1）砌体结构具有取材容易、施⼯简便、造价低廉等优点，但其抗拉、抗弯、抗剪强度均较低，抗震性 __________能较差。

（2）钢结构具有强度⾼，⾃重轻（有利于基础），延性好，变形能⼒⼤，有利于抗震，可以⼯⼚预制，现场拼装，交叉作业但价格⾼，防⽕材料（增加造价），侧向刚度⼩。

（3）钢筋混凝⼟具有价格低，可浇筑成任何形状，不需要防⽕，刚度⼤。

但强度低，构件截⾯⼤占⽤空间⼤，⾃重⼤，不利于基础、抗震，延性不如钢结构。

（4）混合结构与钢构件⽐：⽤钢少，刚度⼤，防⽕、防锈；与混凝⼟构件⽐：重量轻，承载⼒⼤，抗震性能好。

第2章⾼层建筑结构体系与布置1.⾼层结构体系⼤致有哪⼏类？各种结构体系优缺点和受⼒特点如何?答：⾼层结构体系类型：框架结构体系剪⼒墙结构体系框架⼀剪⼒墙结构体系筒中筒结构体系多筒体系巨型结构体系框架结构：受⼒变形特点：框架结构的侧移⼀般由两部分组成:1）⽔平⼒引起的楼层剪⼒，使梁、柱构件产⽣弯曲变形，形成框架结构的整体剪切变形Us ；2）由⽔平⼒引起的倾覆⼒矩，使框架柱产⽣轴向变形（⼀侧柱拉伸，另⼀侧柱压缩）形成框架结构的整体弯曲变形Ub ；3）当框架结构房屋的层数不多时，其侧移主要表现为整体剪切变形，整体弯曲变形的影响很⼩。

第三章荷载及荷载效应组合一、结构上的荷载分类1.按随时间的变异分类：永久荷载—在设计基准期内其量值不随时间变化，或其变化与平均值相比可以忽略不计的作用。

可变荷载—在设计基准期内其量值随时间变化，且其变化与平均值相比不可忽略的作用。

偶然荷载—在设计基准期内出现或不一定出现，而一旦出现其量值很大且持续时间很短的作用。

2.按随空间位置的变异分类固定荷载—在结构空间位置上具有固定分布的作用。

可动荷载—在结构空间位置上的一定范围内可以任意分布的作用。

3.按结构的反应分类静态荷载—使结构产生的加速度可忽略不计的作用。

动态荷载—使结构产生的加速度不可忽略的作用。

•《荷载规范》• 3.1.1结构上的荷载可分为下列三类:1 永久荷载，例如结构自重、土压力、预应力等。

2 可变荷载，例如楼面活荷载、屋面活荷载和积灰荷载、吊车荷载、风荷载、雪荷载等。

3 偶然荷载，例如爆炸力、撞击力等。

•二、荷载代表值•建筑结构设计时，对不同荷载应采用不同的设计值。

对永久荷载应采用标准值作为代表值；对可变荷载应根据设计要求采用标准值、组合值、频遇值或准永久值作为代表值；对偶然荷载应按建筑结构使用的特点确定其代表值。

•《荷载规范》• 3.1.2建筑结构设计时，对不同荷载应采用不同的代表值。

对永久荷载应采用标准值作为代表值。

•对可变荷载应根据设计要求采用标准值、组合值、频遇值或准永久值作为代表值。

对偶然荷载应按建筑结构使用的特点确定其代表值。

• 2.1.4荷载代表值representative values of a load设计中用以验算极限状态所采用的荷载量值，例如标准值、组合值、频遇值和准永久值。

•2.1.6标准值characteristic value/nominal value荷载的基本代表值，为设计基准期内最大荷载统计分布的特征值(例如均值、众值、中值或某个分位值)。

• 2.1.7组合值combination value对可变荷载，使组合后的荷载效应在设计基准期内的超越概率，能与该荷载单独出现时的相应概率趋于一致的荷载值；或使组合后的结构具有统一规定的可靠指标的荷载值。