高层荷载估算

高层建筑结构方案设计荷载估算

高层建筑结构方案设计荷载估算

1.2

高层建筑结构作用效应的特点

1.2.1

高层建筑结构的受力特点

建筑结构所 受的外力（作用）主要来自垂直方向和水平方向。在低、多层建筑中，由于结构

高度低、 平面尺寸较大，

其高宽比很小，

而结构的风荷载和地震作用也很 小，故结构以抵抗

竖向荷载为主。也就是说，竖向荷载往往是结构设计的主要控制因素。

建筑结构的这种受力特点随着高度的增大而逐渐发生变化。

< /p>

在高层建筑中，首先，在竖向荷载作用下，由图

1.2.1-1< /p>

所示的框架可知，各楼层竖向荷载

所产生的框架柱轴力为：

边柱

N=wlH/2h

中柱

N=wlH/h

即框架柱的轴力和建筑结构的层数成正比；< /p>

边柱轴力较中柱小，

基本上与其受荷面积成正比。

就是说，

由各楼层竖向荷载所产生的累积效应很大，

建 筑物层数越多，

底层柱轴力越大；

顶、

底层柱轴力差异越大；中柱、边柱轴力差异也越大。

其次，< /p>

在水平荷载作用下，

作为整体受力分析，

如果将高层建筑结构简化为一根竖向悬臂梁，

那么由图

1.2. 1-2

、图

1.2.1-3

所示其底部 产生的倾复弯矩为：

水平均布荷载

Mmax=qH2/2

倒三角形水平荷载

Mmax= Qh3/3

即结构底部产生的倾复弯矩与楼层总高度的平方成正比。

就是说，

建筑结构的高度越大，

由

水平作用对结构产 生的弯矩就更大，

较竖向荷载对结构所产生的累积效应增加更快，

其产生

的结构内力占总结构内力的比重越大，从而成为结构强度设计的主要控制因素。

1.2.2

高层建筑结构的变形特点

在竖向荷载 作用下，

高层建筑结构的变形主要是竖向构件的压缩变形。

由于 各竖向构件的应

力大小不同，

因而其压缩变形大小也不同。

在钢筋混凝土结构中，

由于在施工过程中的找平，

< br>

同时由于各竖向构件的基底轴力大小不同，

若不对基底 应力进行调整，

也可能导致基础产生

不均匀沉降。

在水平荷载作用下，高层建筑结构最大的顶点位移为：

水平均布荷载

△

max=qH4/8EI

倒三角形水平荷载

△

max= 11qH4/120EI

式中

EI

为 结构的

从以上可看出

,

结构顶点位移与其总高度的四次方成正比。则又比水平荷载作用下的内力累

积 效应增加更快，

这就说明，

高层建筑结构对结构的水平侧移是相 当敏感的。

水平荷载作用

下所引起的结构内力及侧移是高层建筑 结构设计的主要控制因素。

结构应具备较大的抗侧刚

度，而不仅 仅满足强度、刚度和稳定要求。

在地震区，

< br>还要求建筑物能抗震。

由于地震是一种瞬时作用，

但作用 所产生的效应非常强烈，

故结构的过大变形是不可避免的（这种变形在不发生地震时是不 允许的）

，这就要求结构有

较好的延性，能在强烈地震作用下结 构虽产生较大变形而不破坏。

2.3

我国现行规范中规定的主要限定标准

1

．风荷载作用下房屋顶点质心位置的侧移应

H/500

（总高）

，各层质心层间位移

H/400

（总

高）且结构平面端部构件的最大侧移值不得超过质点侧移值的< /p>

1.2

倍。

2

．地震作用下，第一阶段抗震设防时在多遇地震作用下结构层间位移应

< br>≤

h/250

，且结构平

面端部 构件最大侧移值不得超过质心位置侧移的

1.3

倍。对于框架< /p>

—

支撑（剪力板）体系中

总框架所承担的 地震剪力不得小于结构底部总剪力的

25%

，

< br>当对结构平面的两个主轴方向分

别计算水平地震效应时，

要求角柱和两个方向的支撑

（或剪力墙板）

所共有的柱构件应在 这

地震剪力的基础上再将杆件内力提高

30%

< br>进行设计。

3

．

在第二阶段抗震设计时结构层间位移应

≤

h/70< /p>

，

层间侧移延性比

（指结构层间最大侧移 与

其弹性侧移之比）不得超过下表中限值：

结构种类

结

构

体

系

层间侧移延性比

全钢结构

框架体系

3.5

框架偏心支撑

3.0

框架中心支撑

2.5

钢骨结构

型钢

—

混凝土框架

2.5

—

混凝土混合

2.0

4

．风荷载作用下顺风和横风 向顶点最大加速度应满足以下要求：

对公共建筑

aw

（或

atr

）

≤

< br>0.20m/s2

对公寓建筑

aw

（或

atr

）

< br>≤

0.28m/s2

5

．园筒 形平面的高层建筑容易因横向风引起的涡流共振，为防止横风向引起共振，因此

JGJ9 9-98

中采用房屋顶部风速来限制要求：

顶部风速

Vn < Ucr

临界风速

Vcr = 5D/T1(T1< /p>

为直径

D

的结构基本自振周期