高层建筑结构的受力特点和结构概念设计.doc

高层建筑结构的受力特点和结构概念设计
高层建筑结构上的荷载作用
竖向荷载
恒荷载
按材料重度(重力密度)与构件尺寸进行计算。
楼面、屋面活荷载
可从荷载规范(GB 50009—2001《建筑结构荷载规范》)中查得,但要注意以下情况
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
旋转餐厅轨道和驱动设备的重量
擦窗机等清洗设备
屋面小型直升机
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
活荷载占总竖向荷载的份额较小
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,而是某家或房间里有无活荷载,而且家具一般总是存在的。
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。
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。
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10 min以上长周期的风压(
—10 s),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,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。
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10 m处,30年一遇,10 min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, W。 W。作为基本风压值。
风压高度变化系数
在10 m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,此时将对房屋产生扭矩。ms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,,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,。
高层建筑的风振