对规则高层建筑,由上式计算所得的风荷载一般沿竖向大致呈倒三角形分布一) 基本风压〈〈建筑结构荷载规范》( GB50009 — 2001)附表D.4给出了中国全国各地重现期 10年、50年、100年基本风压 w0分布图所谓某地的基本风压 w0,是以该地空旷平坦地面以上10m高度处统计所得在规定重现期内 10min平均最大风速v0 (m/s)为基本风速,一般可按式(4.1.2)计算确定:W0 = V2/1600 (KN/m2) (4.1.2)〈〈高层建筑混凝土结构技术规程》( JGJ 3-2002)进一步规定基本风压重现期及其适 用情况如下表所示基本风压重现期及其适用重现期适用情况10年舒适度控制50年高度小于60m的一般高层建筑,抗风设计100年高度大于60m的高层建筑,抗风设计(二)风压高度变化系数〈〈建筑结构荷载规范》 (GB50009 — 2001)给出了风压高度变化系数 卜名的计算公式如下:卜尸甲(三)2^ (4.1.3) 10式中 z——风压计算点离地面高度(m);W ——地面粗糙度、梯度风高度影响系数; ——地面粗糙度指数,见表 4.1.1表 4.1.1Z地面粗糙度类别ABCD平1.37910.6160.318a0.120.160.220.3地面粗糙度分类 表4.1.2地面粗糙度类别地面特征A近海海面,海岛,海岸,沙滩B乡村田野丘陵,房屋比较稀疏的中小城市和大城市郊区C房屋密集的城市市区D房屋较局密集的大城市市区由式(4.1.3)计算可得〈〈建筑结构荷载规范》( GB50009 — 2001)给出的风压高度变化系数七。
三) 风载体型系数风载体型系数 巴,反映作用于建筑物表面的风压分布规律它受建筑物体型影响较 大对于一般的高层建筑来说,由于建筑层高一般不会太高,在刚性楼屋盖约束作用下, 沿建筑物表面竖向分布的水平风荷载,通常可被化为楼层节点水平荷载作用于建筑物从 高层建筑结构整体抗风设计角度来看,楼层高度内迎风背风分布风压产生的局部应力影响 较小,可忽略不计此时的高层建筑整体风载体型系数 Ps ,可取迎风压力体型系数与背风吸力系数绝对值总和计,各类高层建筑平面体型的整体风载体型系数 Ps,如表4.1.3所示各类高层建筑平面体型的整体风载体型系数 巴 表4.1.3编p建筑平面体型| %1矩形、十字形平面, H /B S4,L/B芝1.51.32矩形、十字形平面, H/B a4,L/B<1.51.43圆形、椭圆形0.84正多边形(n 一多边形边数)0.8+1.2/而5V形、丫形、弧形、井形、 L形、U形1.4对应此整体风载体型系数 巴的高层建筑风荷载计算的受风面积,取垂直于风向的最大投影 面积计关于高层建筑风载体型系数,还必须要注意二点:(1) 建筑物表面的局部构件,如幕墙、填充墙等设计时,要注意到风压不均匀、局部风 压增大的情况,此时它们的风载体型系数取值如下式:(4.1.4)H =十1.5 迎风面墙角Ps=-2.0 背风面墙角(2) 环境对高层建筑的风载体型系数的影响较大,当实际高层建筑处于密集的高层建筑 群体时,作用于实际高层建筑表面的风压分布一一风载体型系数将有所变化,比较复杂。
此时,宜通过专门风洞试验摸清风压分布规律,修正风载体型系数,来进行实际高层建筑 的抗风设计四) 风振系数风载计算中,还必须计入顺风向脉动风作用于高层建筑结构时产生的风压脉动的动力 增大影响,以较好地反映实际风力作用风振系数Ez的计算公式为:式中 Pz 风压高度变化系数;;——结构振型参与系数;——风压脉动增大系数;u ——风压脉动影响系数;(1) 结构振型参与系数风的时程曲线分析表面,长期稳定作用于建筑物的风的周期一般都比较长,达 1分钟平Z的简化近似计以上风振系数主要考虑与此同时存在的脉动风对建筑物的影响一般的高层建筑结构, 其质量刚度沿竖向分布比较均匀,其第一振型的参与对风压脉动的动力影响骑着主要的决 定性作用,高振型的参与作用极小,可忽略不计因此结构振型参与系数 算公式可如(4.1.6)所示z= z/ H (4.1.6)式中 z——风振系数 Ez计算点距地面高度;H ——高层建筑主体结构总高度,不包括小塔楼和地下室高度2) 风压脉动增大系数结构风工程研究表明,风压脉动增大系数 匚与基本风压w0、地面粗糙度、风作用方向的结构的基本自振周期 T1 (s)及结构阻尼比有关 风压脉动增大系数匚的计算公式可表示为:150二 900 ;(4.1.7)2、KN/m );匚=小+(^50^/("十)3)W0T1 W0T1式中 W0——计入地面粗糙度影响后的修正基本风压(Ti——风作用方向结构的基本自振周期( s);n——结构阻尼比。
1.38w0 A类地面粗糙度_ w0 B类地面粗糙度W= %.62w0 C类地面粗糙度 (4.1.8)0.32w0 D类地面粗糙度式中 w一一规定重现期的当地基本风压( KN/m2)0.05 钢筋混凝土结构听=10.02〜0.025 钢混凝土组合结构 (4.1.9)0.01 钢结构由式(4.1.7)可得,结构种类、基本自振周期及建筑物所处地区确定后的结构风压脉动增大系数匚〈〈建筑结构荷载规范》( GB50009 — 2001)直接给出风压脉动增大系数 其中修正基本风压 w按式(4.1.8)计算确定五)风压脉动影响系数结构动力学研究计算表明,风压脉动影响系数 V主要与房屋总高度、高宽比、地面粗糙 度类别有关,〈〈建筑结构荷载规范》( GB50009 — 2001)直接给出风压脉动影响系数 V4.2 迎风面计算根据风荷载作用方向,将建筑外轮廓投影到垂直风荷载作用方向的平面,每一楼层的 层高乘以楼层投影宽度就是迎风面积这里注意,当楼层由多个刚性隔板组成时(互不连 通),应分别计算每个刚板的投影宽度,否则风荷载会漏掉首先按照上述方法投影,求所有墙柱节点的迎风面积,根据所求的迎风面积给墙柱节 点分配层风荷载。
4.3 多方向的风荷载计算有斜交抗侧力构件的结构, 当相交角度大于15时,在风荷载计算时也应分别计算各抗侧力构件方向的水平力作用程序在总体信息中最多可输入 8个方向风荷载,每个方向风荷载作为一个独立的工况参与内力组合4.4 修改层风荷载可利用写字板修改在录入系统中“生成 GSSA0十算数据”生成的“工程名 .GSP”文件,可修改如下内容0度风层号 迎风面方向的风力 垂直迎风面的风力 竖向风力 竖向扭矩128.500.000.000.00234.240.000.000.00338.490.000.000.0090度风层号 迎风面方向的风力 垂直迎风面的风力 竖向风力 竖向扭矩156.570.000.000.00267.620.000.000.00375.800.000.000.004.5 墙柱梁板上布置风荷载梁柱上可输入每个方向风荷的体型系数和迎风宽度 (迎风宽度*杆长=迎风面积),墙柱梁板可输入每个方向风荷的体型系数和迎风面积基本风压、风压高度变化系数 和距地Z高度处风振系数按构件所在的层自动计算也可按照普通的静力荷载输入,只是工况要选择风荷载工况按层导的风荷载和用户在构件上输入的风荷载互相叠加, 并在计算文本结果的“结构信息”中输出。
5 地震作用5.1 水平地震作用计算建筑结构的地震影响系数应根据烈度、场地类别、设计地震分组和结构自振周期以及阻尼比确定 其水平地震影响系数最大值应按 〈〈建筑抗震设计规范 GB50011-2001》表5.1.4-1采用;特征周期应根据场地类别和设计地震分组按〈〈建筑抗震设计规范GB50011-2001》表5.1.4-2 采用也可在总体信息中人工输入程序按〈〈建筑抗震设计规范 GB50011-2001》5.2.3条扭转耦联振型分解法计算地震作用和作用效应5.2 竖向地震计算竖向地震力作为一个独立的作用工况,可由设计人员决定是否计算若计算,则 程序根据〈〈建筑抗震设计规范 GB5001 1 — 2001》第5. 3. 1条规定的方法计算竖向地震力的标准值,然后作为外荷载作用在结构上, 求出各个构件的内力, 并参与内力组合有关组合原则和系数见内力组合分项系数部分地震信息”中增加“计算竖向振型”选项,当考虑竖向地震时,计算竖向自由度的质量,计算的竖向振型参与反应谱地震内力计算 (竖向地震影响系数最大值取水平地震影响系数最大值的 65% )和弹性动力时程分析,此时不再考虑〈〈建筑抗震设计规范》 5.3节的简化计算方法。
此方法比简化计算方法更能反应局部竖向地震振动情况计算竖向振型时弹性动力时程分析中可采用 3向地震波5.3 偶然质量偏心高规3. 3. 3条规定,计算地震作用时,应考虑偶然偏心的影响,附加偏心距可 取与地震作用方向垂直的建筑物边长的 5 %偶然偏心的含义指的是:由偶然因素引起的结构质量分布的变化,会导致结构固 有振动特性的变化,因而结构在相同地震作用下的反应也将发生变化考虑偶然偏心, 也就是考虑由偶然偏心引起的可能的最不利的地震作用程序在每个地震方向增加两个工况, 正向偏移5%和负向偏移5%产生附加弯矩加到每质点求位移和内力,最后参与内力组合,所以总地震工况是原来的 3倍要实现偶然偏心,首要任务是确定各个偏心方式下的结构振动特性最准确的办 法是针对不同的偏心方式重新计算结构固有振动特性, 求解其广义特征值问题, 但是这样做效率较低我们采用一种稍为简单的方式来确定振动特性: 将未偏心的初始结构的各振型的地震力的作用点,按照指定方式偏移 5%后,重新作用于结构上,此时结构产生的位移,就是一个近似的偏心振型知道了偏心振型,偏心地震作用的计算就可以进 行了这个办法有一定的近似性,但提高了效率5.4 双向地震的扭转效应抗震规范5. 1. 1条规定,质量和刚度分布明显不对称的结构,应计入双向地震 作用下的扭转影响。
考虑双向地震时,程序在每个地震方向将增加一个新的地震工况计 算双向地震位移和内力,参与内力组合,所以总地震工况是原来的 2倍双向地震作用下的扭转计算分两种情况:(1) 若在总信息的地震计算方向中能找到对应的垂直方向地震时,墙柱的轴力和扭矩 按如下公式计算,新=S2 (0.85S 垂直)2墙柱的弯矩和剪力按以下原则计算 对于单方向地震作用下得到的 Mx、M和、M如果| M|>| M| ,Mxx = ,m3 (0.85Myx)2 Mxy =Mxy否则Mxx =Mxx Mxy = .?MXy (0.85M yy)2(2) 若在总信息的地震计算方向中没有对应的垂直方向地震时,按如下公式计算新的 地震力(每个振型分别计算),将单振型地震力加到每个质点求位移和内力,最后各振 型的位移和内力按照 CQC法求地震下节点位移和内力,翥=, S「(0.85S垂直)2当偶然质量偏心和双向地震的扭转效应都选择时,两种情况都分别计算位移,并 且内力参与组合,自动取大值5.5 多个地震方向计算抗震规范5. 1. 1。