1、 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 mm 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 20 45.0 mkNw ，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： snT 90.13805.005.01 222210 mskN62.19.145.0Tw （ 2）风荷载体型系数：对于矩形平面，由附录 1 可求得 80.01s 570401 2 0030480LH0304802s . （ 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 。脉动影响系数 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 0.478；由于结构属于质量
3、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 HHi /z ， iH 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： HH478050211HH11 iziz . z zz（ 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： ( ) zzzz .)z(q 6624=40570+80450= 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。 表 3.2.4 风荷载作用下各区段合力的计算 区段 iH (m) HHi z
4、 z )( 2mkNzq 区段合力 iF )(kN 突出屋面 800 6 110 0.917 2.15 1.306 69.24 1384.8 5 90 0.750 2.02 1.267 63.11 1262.2 4 70 0.583 1.86 1.225 56.19 1123.8 3 50 0.417 1.67 1.179 48.55 971.0 2 30 0.250 1.42 1.126 39.43 788.6 1 10 0.083 1.00 1.060 26.14 522.8 （ a） （ b） （ c） 图 3.2.4 高层结构外形尺寸及计算简图 2 在风荷载作用下结构底部一层的剪力为
5、kN2.685 38.5226.7880.9718.112 32.126 28.138 4800V 1 筏 形 基础底面的弯矩为 mkN4.6 0 0 2 6 6228.5 2 2426.7 8 8620.9 7 1 828.1 1 2 31 0 22.1 2 6 21 2 28.1 3 8 41 3 28 0 0M 小 结 （ 1）作用于高层建筑结构上的荷载可分为两类：竖向荷载，包括恒载和楼、屋面活荷载以及竖向地震作用；水平荷载，包括风荷载和水平地震作用。 （ 2）计算作用在高层建筑结构上的风荷载时，对主要承重结构和围护结构应分别计算。对高度大于 30m且高宽比大于 1.5的高层建筑结构，采
6、用风振系数考虑脉动风压对主要承重结构的不利影响。 (3)计算高层建筑结构水平地震作用的基本方法是振型分解反应谱法，此法适用于任意体型、平面和高度的高层建筑结构。当建筑物高度不大且体型比较简单时，可采用底部剪力法计算。对于重要的或复杂的高层建筑结构， 宜采用弹性时程分析法进行多遇地震作用下的补充计算。 思 考 题 （ 1）高层 建筑 结构设计时应主要考虑 哪 些荷载或作用？ （ 2）高层建筑结构的竖向荷载如何取值？进行竖向荷载作用下的内力计算时，是否要考虑活荷载的不利布置？为什么？ （ 3）结构承受的风荷载与 哪 些因素有关？ （ 4）高层 建筑 结构计算时，基本风压、风载体型系数和风 压高度变
7、化系数分别如何取值？ （ 5）什么是风振系数？在什么情况下需要考虑风振系数？如何取值？ （ 6）高层建筑地震作用计算的原则有哪些？ （ 7）高层建筑结构自振周期的计算方法有哪些？ （ 8）计算地震作用的方法 有哪 些？如何选用？地震作用与 哪 些因素有关？ （ 9）底部剪力法和振型分解反应谱法在计算地震作用时有什么异同？ （ 10）在计算地震作用时，什么情况下应采用动力时程分析法？计算时有 哪 些要求？ （ 11）在什么情况下需要考虑竖向地震作用效应？ （ 12）突出屋面小塔楼的地震作用影响如何考虑？ 习 题 1、 某高层建 筑筒体结构，其质量和刚度沿高度分布比较均匀，建筑平面尺寸为 mm 4
8、040 的方形，地面以上高度为 150m，地下埋 置 深度为 13m。已知基本风压为 0.40 2mkN ，建筑场地位于大城市市区，已计算求得作用于突出屋面塔楼上的风荷载标准值为 kN1050 ，结构的基本自振周期为 sT 45.21 。3 为简化计算，将建筑物沿高度划分为五个区段，每个区段为 30m，并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的剪力和基础 底 面的弯矩 值 。 2、 某 12 层高层建筑剪力墙结构，层高均为 3.0m，总高度为 36.0m，抗震设防烈度为 8 度，类场地，设计地震分组为第二组。已计算各质点的重力荷载代表值如图所示，第 1 和第
9、2 振型如图所示，对应的自振周期分别为 s750T1 . ， s200T2 . 。试采用振型分解反应谱法，考虑前两个振型计算水平地震作用下结构的底部剪力和弯矩值。 3、 某高层框架 -剪力墙结构，层数为 24 层，高度为 85m，抗震设防烈 度为 8 度，类场地，设计地震分组为第二组，总重力荷载代表值为 kNGi 286000 ，基本自振周期为 sT 34.11 ，采用底部剪力法计算底部剪力值。 4、 某高层建筑结构，地震设防烈度为 8 度，类场地，设计地震分组为第一组，结构的基本自振周期为 1.36s。按底部剪力法计算水平地震作用时，计算顶部附加水平地震作用系数 n 。 习题 1 图 习题 2 图
