高層荷載估算

高層建筑結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)荷載估算高層建筑結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)荷載估算1.2高層建筑結(jié)構(gòu)作用效應(yīng)的特點(diǎn)1.2.1高層建筑結(jié)構(gòu)的受力特點(diǎn)建筑結(jié)構(gòu)所受的外力（作用）主要來(lái)自垂直方向和水平方向。在低、多層建筑中，由于結(jié)構(gòu)高度低、平面尺寸較大，其高寬比很小，而結(jié)構(gòu)的風(fēng)荷載和地震作用也很小，故結(jié)構(gòu)以抵抗豎向荷載為主。也就是說(shuō)，豎向荷載往往是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的主要控制因素。建筑結(jié)構(gòu)的這種受力特點(diǎn)隨著高度的增大而逐漸發(fā)生變化。在高層建筑中，首先，在豎向荷載作用下，由圖1.2.1-1所示的框架可知，各樓層豎向荷載所產(chǎn)生的框架柱軸力為：邊柱 N=wlH/2h中柱 N=wlH/h即框架柱的軸力和建筑結(jié)構(gòu)的層數(shù)成正比;邊柱軸力較中柱小，基本上與其受荷面積成正比。就是說(shuō)，由各樓層豎向荷載所產(chǎn)生的累積效應(yīng)很大，建筑物層數(shù)越多，底層柱軸力越大；頂、底層柱軸力差異越大；中柱、邊柱軸力差異也越大。其次，在水平荷載作用下，作為整體受力分析，如果將高層建筑結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化為一根豎向懸臂梁，那么由圖1.2.1-2、圖1.2.1-3所示其底部產(chǎn)生的傾復(fù)彎矩為：水平均布荷載 Mmax=qH2/2倒三角形水平荷載 Mmax=Qh3/3即結(jié)構(gòu)底部產(chǎn)生的傾復(fù)彎矩與樓層總高度的平方成正比。就是說(shuō)，建筑結(jié)構(gòu)的高度越大，由水平作用對(duì)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的彎矩就更大，較豎向荷載對(duì)結(jié)構(gòu)所產(chǎn)生的累積效應(yīng)增加更快，其產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)內(nèi)力占總結(jié)構(gòu)內(nèi)力的比重越大，從而成為結(jié)構(gòu)強(qiáng)度設(shè)計(jì)的主要控制因素。1.2.2高層建筑結(jié)構(gòu)的變形特點(diǎn)在豎向荷載作用下，高層建筑結(jié)構(gòu)的變形主要是豎向構(gòu)件的壓縮變形。由于各豎向構(gòu)件的應(yīng)力大小不同，因而其壓縮變形大小也不同。在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中，由于在施工過(guò)程中的找平，同時(shí)由于各豎向構(gòu)件的基底軸力大小不同，若不對(duì)基底應(yīng)力進(jìn)行調(diào)整，也可能導(dǎo)致基礎(chǔ)產(chǎn)生不均勻沉降。在水平荷載作用下，高層建筑結(jié)構(gòu)最大的頂點(diǎn)位移為：水平均布荷載 △max=qH4/8EI倒三角形水平荷載 △max=11qH4/120EI式中EI為結(jié)構(gòu)的從以上可看出，結(jié)構(gòu)頂點(diǎn)位移與其總高度的四次方成正比。則又比水平荷載作用下的內(nèi)力累積效應(yīng)增加更快，這就說(shuō)明，高層建筑結(jié)構(gòu)對(duì)結(jié)構(gòu)的水平側(cè)移是相當(dāng)敏感的。水平荷載作用下所引起的結(jié)構(gòu)內(nèi)力及側(cè)移是高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的主要控制因素。結(jié)構(gòu)應(yīng)具備較大的抗側(cè)剛度，而不僅僅滿足強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定要求。在地震區(qū)，還要求建筑物能抗震。由于地震是一種瞬時(shí)作用，但作用所產(chǎn)生的效應(yīng)非常強(qiáng)烈，故結(jié)構(gòu)的過(guò)大變形是不可避免的（這種變形在不發(fā)生地震時(shí)是不允許的），這就要求結(jié)構(gòu)有較好的延性，能在強(qiáng)烈地震作用下結(jié)構(gòu)雖產(chǎn)生較大變形而不破壞。2.3我國(guó)現(xiàn)行規(guī)范中規(guī)定的主要限定標(biāo)準(zhǔn)風(fēng)荷載作用下房屋頂點(diǎn)質(zhì)心位置的側(cè)移應(yīng)H/500（總高），各層質(zhì)心層間位移H/400（總高）且結(jié)構(gòu)平面端部構(gòu)件的最大側(cè)移值不得超過(guò)質(zhì)點(diǎn)側(cè)移值的1.2倍。地震作用下，第一階段抗震設(shè)防時(shí)在多遇地震作用下結(jié)構(gòu)層間位移應(yīng)^h/250，且結(jié)構(gòu)平面端部構(gòu)件最大側(cè)移值不得超過(guò)質(zhì)心位置側(cè)移的1.3倍。對(duì)于框架一支撐（剪力板）體系中總框架所承擔(dān)的地震剪力不得小于結(jié)構(gòu)底部總剪力的25%，當(dāng)對(duì)結(jié)構(gòu)平面的兩個(gè)主軸方向分別計(jì)算水平地震效應(yīng)時(shí)，要求角柱和兩個(gè)方向的支撐（或剪力墻板）所共有的柱構(gòu)件應(yīng)在這地震剪力的基礎(chǔ)上再將桿件內(nèi)力提高30%進(jìn)行設(shè)計(jì)。在第二階段抗震設(shè)計(jì)時(shí)結(jié)構(gòu)層間位移應(yīng)Mh/70,層間側(cè)移延性比（指結(jié)構(gòu)層間最大側(cè)移與其彈性側(cè)移之比）不得超過(guò)下表中限值：結(jié)構(gòu)種類結(jié)構(gòu)體系層間側(cè)移延性比全鋼結(jié)構(gòu)框架體系3.5框架偏心支撐3.0框架中心支撐2.5鋼骨結(jié)構(gòu)型鋼一混凝土框架2.5鋼一混凝土混合2.0風(fēng)荷載作用下順風(fēng)和橫風(fēng)向頂點(diǎn)最大加速度應(yīng)滿足以下要求：對(duì)公共建筑aw（或atr）<0.20m/s2對(duì)公寓建筑aw（或atr）<0.28m/s2園筒形平面的高層建筑容易因橫向風(fēng)引起的渦流共振，為防止橫風(fēng)向引起共振，因此JGJ99-98中采用房屋頂部風(fēng)速來(lái)限制要求：頂部風(fēng)速Vn<Ucr臨界風(fēng)速Vcr=5D/T1（T1為直徑D的結(jié)構(gòu)基本自振周期）當(dāng)滿足不了Vn<Ucr時(shí)應(yīng)增大結(jié)構(gòu)剛度或進(jìn)行橫風(fēng)向渦流脫落試驗(yàn)。為了較合理選擇適宜的結(jié)構(gòu)方案規(guī)范對(duì)不同的結(jié)構(gòu)種類提出了結(jié)構(gòu)高寬比限值。1.3高層建筑的作用1.3.1高層建筑的靜荷載1.3.2高層建筑的活荷載1.3.2.1樓面和屋面活荷載第3.1.1條民用建筑樓面均布活載的標(biāo)準(zhǔn)值及其組合值，頻遇值和準(zhǔn)永久值系數(shù)，應(yīng)按《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》GBJ50009-XXXX（以下簡(jiǎn)稱《荷載規(guī)范》）的第4.1.1條的規(guī)定采用，該條無(wú)規(guī)定者，可按本規(guī)定表3.1.1米用。民用建筑樓面均布活載 表3.1.1項(xiàng)次類別標(biāo)準(zhǔn)值（kN/m2）組合值系數(shù)pc頻遇值系數(shù)衍準(zhǔn)永久值系數(shù)pg酒吧間、展銷間3.0-4.00.70.60.5體操房、娛樂(lè)室3.5-5.00.70.60.5三賓館、飯店建筑宴會(huì)廳3.0-4.00.70.50.5廚房：中小型4.0-5.00.70.60.5大型6.0-8.00.70.60.5洗衣房4.0-5.00.70.60.5貯藏室5.0-8.00.70.60.8四電子計(jì)算機(jī)房一般微機(jī)3.00.70.60.5網(wǎng)絡(luò)中心4.50.70.60.5五電梯間機(jī)房6.00.70.60.6六圖書(shū)館檔案的書(shū)庫(kù)和檔案1一般排列時(shí)5.0-7.00.70.60.82密集排列時(shí)>10.00.70.60.8電話交換機(jī)房6.00.70.60.6多層停車庫(kù)的車道5.50.70.60.6九醫(yī)院建筑注（1）本表所列各項(xiàng)活載適用于一般的使用條件，當(dāng)使用荷載較大時(shí)，應(yīng)按實(shí)際情況采用。（2） 第五項(xiàng)活載應(yīng)按電梯產(chǎn)品規(guī)格規(guī)定采用。（3） 第八項(xiàng)活載只適用于停放轎車的車庫(kù)。（4） 醫(yī)療建筑的活載按實(shí)際情況采用。（5） 本表各項(xiàng)活載未包括隔墻自重。第3.1.2條設(shè)計(jì)樓面梁、墻、柱及基礎(chǔ)時(shí)，民用建筑樓面均勻活載標(biāo)準(zhǔn)值的折減系數(shù)應(yīng)按《荷載規(guī)范》第4.1.2條規(guī)定。表3.1.1中的樓面活載標(biāo)準(zhǔn)值按下列規(guī)定乘以相應(yīng)的折減系數(shù)。一、 設(shè)計(jì)樓面梁時(shí)的折減系數(shù)第一?七項(xiàng)和第九項(xiàng)，當(dāng)樓面梁的從屬面積超過(guò)50m2時(shí)取0.9。第八項(xiàng)取0.8。二、 設(shè)計(jì)墻、柱及基礎(chǔ)時(shí)的折減系數(shù)采用與其樓面梁相同的折減系數(shù)。第3.1.3條工業(yè)建筑樓面活荷載的標(biāo)準(zhǔn)值及其系數(shù)，應(yīng)按《荷載規(guī)范》第4.2.1?第4.2.3條及附錄C采用。當(dāng)設(shè)計(jì)樓面梁、墻、柱及基礎(chǔ)時(shí)，其樓面活載標(biāo)準(zhǔn)值的折減系數(shù)，按表3.1.3的規(guī)定采用。工業(yè)樓面活荷載標(biāo)準(zhǔn)值折減系數(shù) 表3.1.3類別折減系數(shù)備注生產(chǎn)車間>10kN/m20.6?0.8<10kN/m20.7?0.8折減后不少于4kN/m2倉(cāng)庫(kù)按實(shí)際情況定第3.1.4條樓面的附加懸掛管道荷載標(biāo)準(zhǔn)值，應(yīng)按實(shí)際情況確定，當(dāng)缺乏資料時(shí)，對(duì)一般管道采用0.5?1.0kN/m2，其組合值系數(shù)Qc=0.7,頻遇值系數(shù)①f=0.6；準(zhǔn)永久值系數(shù)①g=0.6。第3.1.5條作用在多層工業(yè)建筑的板面和次梁（肋）上的非承重隔墻荷載，可按等效均布荷載的確定方法，求得構(gòu)件上的隔墻荷載增值標(biāo)準(zhǔn)值，為了簡(jiǎn)便計(jì)算，可根據(jù)隔墻重量和樓面活載標(biāo)準(zhǔn)值，按表3.1.5確定隔墻荷載增值標(biāo)準(zhǔn)值，并應(yīng)注意下列條件要求：一、 任何情況下，布置在板面和次梁（肋）上的隔墻宜采用輕質(zhì)隔墻；應(yīng)盡量不采用重隔墻。二、 適用于現(xiàn)澆板或具有良好整體作用的裝配整體式樓板。三、 雙向板及無(wú)梁樓板等上的隔墻荷載增值標(biāo)準(zhǔn)值，應(yīng)按等效原則另行計(jì)算。四、 隔墻盡量布置在次梁（肋）上，或布置在距次梁（肋）中線左右1/5板跨范圍內(nèi)（即避免在板跨中3/5的范圍內(nèi)布置）作用在板面和次梁(肋)上的隔墻荷載增值 表3.1.5隔墻荷載增值(kN/m2)隔 墻重kN/m備注3.04.05.06.07.08.09.010.011.0樓面活荷載(kN/m2)3.01.01.52.02.53.03.54.04.55.04.00.51.01.52.02.53.03.54.04.55.00.51.02.02.53.03.54.06.00.51.02.02.53.03.57.00.51.02.02.53.08.00.51.02.02.09.00.51.01.010.00.5第3.1.6條作用在多層工業(yè)建筑的主梁或框架梁上的非承重隔墻荷載可根據(jù)隔墻重量和作用位置，按等效原則計(jì)算確定其隔墻荷載增值標(biāo)準(zhǔn)值。對(duì)直接設(shè)置在主梁或框架梁上的隔墻荷載，可不考慮樓板的整體作用，全部由主梁或框架梁承受。第3.1.7條用等效均布荷載進(jìn)行計(jì)算時(shí)，仍可采用實(shí)際連續(xù)結(jié)構(gòu)的計(jì)算簡(jiǎn)圖。對(duì)于倉(cāng)庫(kù)及活荷載的分布可能出現(xiàn)較大變化的樓層結(jié)構(gòu)，應(yīng)考慮荷載的不利布置影響，可以采用簡(jiǎn)單方法，如對(duì)框架梁可將按滿載計(jì)算的跨中彎矩乘以考慮活載不利布置影響的內(nèi)力增大系數(shù)1.1?1.2。第3.1.8條高層建筑結(jié)構(gòu)的活荷載在計(jì)算內(nèi)力時(shí)，可不作最不利布置，按滿載計(jì)算。第3.1.9條居住建筑的非人防地下室頂板，若考慮作為地震時(shí)疏散用，其頂板活荷載應(yīng)按倒塌荷載30kN/m2計(jì)算。第3.1.10條采用鋼筋混凝土自防水平屋面，宜考慮有增設(shè)防水措施的可能，一般可按0.3kN/m2采用。第3.1.11條平屋面兼作公共活動(dòng)場(chǎng)所用途時(shí)，其屋面均布活荷載應(yīng)根據(jù)使用性質(zhì)類別，按相應(yīng)的樓面均布活載采用，但不應(yīng)小于2.5kN/m2,組合值系數(shù)0.7，頻遇值系數(shù)0.6，準(zhǔn)永久值系數(shù)按相應(yīng)的樓面均布活荷載采用。第3.1.12條作屋頂花園使用的平屋面有草皮部份：其屋面均布活載應(yīng)按其實(shí)際復(fù)蓋的草皮構(gòu)造類別，厚度等而定。除考慮屋面承重構(gòu)件，建筑防水構(gòu)造等材料自重外，一般考慮00mm厚卵石濾水層，300?500mm厚浸水飽和土層(或其它輕質(zhì)培養(yǎng)粉)等材料重。若無(wú)具體資料可按2.0kN/m2采用，其組合值系數(shù)0.7,頻遇值系數(shù)0.6，準(zhǔn)永久值系數(shù)0.6。無(wú)草皮部份：屋面均布活荷載可按不小于4.0kN/m2,其組合值系數(shù)0.7,頻遇值系數(shù)0.6，準(zhǔn)永久值系數(shù)0.6。第3.1.13條當(dāng)高層建筑的平屋面作為直升機(jī)停機(jī)坪時(shí)，其直升機(jī)平臺(tái)的活荷載應(yīng)采用下列兩款中能使平屋面產(chǎn)生最大內(nèi)力的荷載。一、直升機(jī)總重量引起的局部荷載，按實(shí)