高层建筑结构及受力特点和结构概念设计

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1、2.高层建筑结构的受力特点和结构概念设计2.1.高层建筑结构上的荷载作用2.1.1.竖向荷载1.恒荷载按材料重度（重力密度）与构件尺寸进行计算。2.楼面、屋面活荷载可从荷载规范（GB50009—2001《建筑结构荷载规范》）中查得，但要注意以下情况（1）施工中采用附墙塔、爬墙塔等对结构受力有影响的超重机械或其它施工设备时，根据具体情况验算施工对结构的影响（2）旋转餐厅轨道和驱动设备的重量（3）擦窗机等清洗设备（4）屋面小型直升机3.活荷载的不利布置一般不考虑楼面活荷载的不利布置，因为（1）活荷载占总竖向荷载的份额较小（2）实际结构中并非按某些跨有活荷载，而其它一些跨无活荷载，而

2、是某家或房间里有无活荷载，而且家具一般总是存在的。（3）即使在计算机高度发展的今天，模拟活荷载最不利布置仍非常困难。2.1.2.风荷载空气的流动受到建筑物的阻碍，会有建筑物表面形成压力或吸力，这些压力或吸力即是建筑物所受的风荷载。29风是空气流动形成的，风对建筑物的作用是不规则的，风压随风速、风向变化的紊乱变化而不断改变，实际上风荷载是随时间变化的动力荷载，将10min以上长周期的风压(大于高层建筑结构自振周期0.5—10s)，常称稳定风压，在设计中作为静荷载考虑，对建筑物产生侧移；另一种风是短周期部分(只有几秒钟左右)，常称阵风脉动，上图中沿平场风压上下的波动部分为脉动风压，

3、它的强度随时间按随机规律变化。由于它周期较短，作用性质是动力的，这种脉动风压使建筑物在平均侧移的附近左右摇摆，引起结构的振动，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bz。（1）基本风压基本风压与风速有关，规范取W。＝V2／1600。《荷裁规范》规定，取该地区(城市)空旷平坦地面上离地10m处，30年一遇，10min平均最大风速V作为计算基本风压的依据。对于山区或海岛等特殊地形处可用一些系数来调整基本风压仅。荷载规范给出的w。值适用于多层建筑、对一般高层建筑和特别重要的、或有持殊要求的高层建筑，适当提高基本风压的保证系数是必要的，因此分别取50年一遇和

4、100年一遇的风速计算基本风压值，即取《荷载规范》给出的W。乘一系数，对一般高层建筑取1.1W。特别重要的高层建筑取1.2W。作为基本风压值。（2）风压高度变化系数在10m以上、随着高度的增加，风速受地面影响越小、风速加快，风压值增加，风速与地面高度的关系符合指数函数规律，也与地面粗糙度有关，地面愈租糙，风的阻力大，风速小。《荷载规范》把地面粗糙度分为三类。A类：近海海面、海岸、湖岸、海岛及沙漠地区；B类：由野、乡村、丛林、斤陵及房屋比较稀疏的中、小城镇及大城市郊区C类：平均建筑高度15m以上、有密集建筑群的大城市市区。荷载规范结出了风压高度变化系数，用以修正基本风压。（3）风

5、载体型系数风载体型系数主要与建筑物的体型、尺寸等几何性质有关，高层建筑的体型变化大且复杂，一般都通过实测或风洞模拟试验得到。当风流动经过建筑物时，对建筑物不同部位会产生不同效果，有压力，也右吸力，空气流功还会产生涡流，对建筑物局部有较大的压力或吸力。风压在建筑物表面的分布是不均匀的。下图给出风压沿房屋表面的分布图。风压除与建筑物平面形状有关外，还与建筑物的高宽比有关，高宽比增大，ms增大。矩形平面的高层建筑ms与风向角a有关,a为建筑表面法线与风作用方向的夹角，ms随a增大而减小。但压力分布沿宽度趋于不均匀。当a＝0度时，沿宽度均为压力，当a＝60度时，宽度两端各为压力和吸力，

6、此时将对房屋产生扭矩。ms29还与建筑物的表面形态(有无阳台、遮阳板以及横、竖线条处理等)及建筑物的透气性有关，如表面有明显凹凸，其迎风面的体型系数比表面平整大，尤其当表面有竖线条处理时更为明显，一般增大6%—8％，建筑物的透气性越大，ms越小。在建筑体积相同的情况下，合理选择体型．可有效降低风对结构的作用，一般情况下，十字形、Y形、六边形及圆型平面的ms小于矩形平面的ms，从而对于矩形平面，将角偶处进行适当的平滑处理，如改为圆角或截角，将减小ms值。根据国内外风洞试验和有关规定，对高层建筑群体，须考虑风载体型系数的增大系数，即高层建筑群体之间相互干扰，会使风压分布增大，称为群

7、楼效应。（3）风振系数bz风的作用是不规则的，风压随风速、风向的紊乱变化而不停改变。除了看成静荷裁的稳定风压外，还有脉动风压使建筑物在平均侧移附近振动，脉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，脉动风压会使位移加大，设计时采用加大风载的办法来考虑这种动力效应，在风压值上乘以风振系数bz。规范规定，建筑高度大于30m且高宽比大于1.5的高层建筑应考虑风振影响。高层建筑的风振系数，按下式计算：(2.3)设计时应分别计算风载对建筑物的总体效应及局部效应。总