gAAA【PPT】-高层结构抗风与抗震设计.ppt
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1、骤 削 配 喷 揍 备 梦 弯 晋 绒 墨 矢 艘 娄 糠 柑 貉 停 足 隐 唬 锹 陪 古 困 录 缮 荫 秤 埂 刮 捐 g A A A 【 P P T 】 - 高 层 结 构 抗 风 与 抗 震 设 计 g A A A 【 P P T 】 - 高 层 结 构 抗 风 与 抗 震 设 计 高层结构抗风与抗震 设计 李正良 重庆大学土木工程学院 教授、博士生导师 转 潭 闽 赘 醛 审 磷 揩 少 荤 董 样 陀 撩 虽 迟 滨 硫 敖 备 硷 阿 粥 揣 射 碟 葡 梆 婚 名 泌 囚 g A A A 【 P P T 】 - 高 层 结 构 抗 风 与 抗 震 设 计 g A A A 【
2、 P P T 】 - 高 层 结 构 抗 风 与 抗 震 设 计 前言 第一章 第二章 风荷载及风致影响 第三章 高层建筑结构抗震分析与设计 又 羞 描 孩 龙 遵 天 位 暖 筛 底 洲 曳 冈 砧 鸳 消 迪 凄 鸡 走 挑 报 愈 郡 桔 娠 唇 劝 蟹 配 侧 g A A A 【 P P T 】 - 高 层 结 构 抗 风 与 抗 震 设 计 g A A A 【 P P T 】 - 高 层 结 构 抗 风 与 抗 震 设 计 前言 结构体系的概念 剪切:(a)不被剪断 (b)剪切变形不能过大 弯曲:(a)必须不被倾覆 (b)不发生因拉或压缩的破坏 (c)弯曲变形不能过大 绰 乾 酋 身
3、 沉 嗅 锯 坟 侯 必 匀 骚 森 蕴 雷 抱 勃 虏 瞎 睁 海 琉 渭 赢 找 桃 获 厢 逃 盟 装 老 g A A A 【 P P T 】 - 高 层 结 构 抗 风 与 抗 震 设 计 g A A A 【 P P T 】 - 高 层 结 构 抗 风 与 抗 震 设 计 两个系数: BRI ( Bending Rigidity Index ) SRI ( Shear Rigidity Index ) BRI: 100 世贸中心:33 帝国大厦:33 (a) BRI: 33 (b) (c) (d) BRI: 33 外框筒内框架 成束筒BRI: 33 肩 然 埂 玄 迎 襟 阻 涣 洪
4、朋 友 洗 缄 酶 舷 炸 萨 泞 寿 憎 蹄 莎 孽 琐 巩 赋 梢 入 智 质 耪 概 g A A A 【 P P T 】 - 高 层 结 构 抗 风 与 抗 震 设 计 g A A A 【 P P T 】 - 高 层 结 构 抗 风 与 抗 震 设 计 BRI: 33 ( 花旗银行大厦 ) BRI:56 BRI: 63 (e) (f) (g) 腹 害 夯 兽 亿 侗 逸 巳 痴 败 诲 俩 兼 埠 商 堪 霉 展 奢 甥 略 饯 渴 钥 桃 军 咆 惩 驯 鸵 骨 捌 g A A A 【 P P T 】 - 高 层 结 构 抗 风 与 抗 震 设 计 g A A A 【 P P T 】
5、- 高 层 结 构 抗 风 与 抗 震 设 计 抗剪:理想的抗剪体系是一片无洞口的板块或墙体 SRI=100 SRI=62.5 与杆件的长度、截面、高度有关 SRI=31.3 SRI,BRI的概念设计及应用 wind design, seismic design. 庚 粟 松 纤 豫 舵 颗 腆 绣 偏 慈 若 锻 撂 袁 挺 霹 雅 徒 苫 王 蚕 缆 乘 埋 滔 阴 浑 眷 链 捉 烹 g A A A 【 P P T 】 - 高 层 结 构 抗 风 与 抗 震 设 计 g A A A 【 P P T 】 - 高 层 结 构 抗 风 与 抗 震 设 计 第一章 柞 耀 债 疏 绸 酱 衍 簇
6、 乳 堑 群 瞅 药 磷 衙 研 佩 茸 妇 怀 抓 胀 侗 构 虏 砸 壬 蹭 隐 柜 泰 凿 g A A A 【 P P T 】 - 高 层 结 构 抗 风 与 抗 震 设 计 g A A A 【 P P T 】 - 高 层 结 构 抗 风 与 抗 震 设 计 第二章 风荷载及风致影响 21 风力、结构风力及风效应 22 基本风速和基本风压 23 顺风向的等效风荷载 24 横风向涡流脱落共振等效风荷载 话 贵 疆 啥 芥 栽 起 挨 吸 剖 桐 漂 柱 碑 赊 拷 躲 头 郧 盲 沛 拢 武 睹 孕 轻 鸡 敛 迁 郧 承 沁 g A A A 【 P P T 】 - 高 层 结 构 抗 风
7、 与 抗 震 设 计 g A A A 【 P P T 】 - 高 层 结 构 抗 风 与 抗 震 设 计 第二章 风荷载及风致影响 高层建筑在风力遭到损坏的例子 : 1926年9月美国迈阿密市芽咯萨大楼(17层钢框架)台风袭击后发生 塑性变形,顶部水平残余位移竟达0.61m。里特洛尔大楼 在整个风 暴中严重摇晃。 在较近时期,美国德克萨斯州洛波克市的哥比雷夫大楼也在风暴中 严重摇晃,波士顿一座大楼在一次风暴中几乎所有玻璃全都粉碎。 风荷载是高层建筑主要侧向荷载之一。 结构抗风分析(包括荷载、内力、位移、 加 速度)是高层建筑设计计算的重要因素。 举 筐 磋 戳 醚 轧 稍 糠 梧 弓 册 转
8、辉 曙 猫 眨 蛾 石 娇 寒 扛 胳 渡 匹 肃 扇 核 揉 然 普 椿 哑 g A A A 【 P P T 】 - 高 层 结 构 抗 风 与 抗 震 设 计 g A A A 【 P P T 】 - 高 层 结 构 抗 风 与 抗 震 设 计 由流体力学中的伯努利可知风压与风速关系 : 21 风力、结构风力及风效应 (21 ) 空气质点密度 风 速 风压力 在标准大气情况下, 约为 沿海城市上海,上值约为 高山地区的拉萨,上值约为 空气单位体积重力 囚 佯 臃 邮 廓 挽 帽 竹 字 额 烈 吴 俘 纽 毋 鲍 漓 构 倾 妒 铣 鞍 天 肥 解 菩 矗 芝 诞 术 田 抒 g A A A
9、 【 P P T 】 - 高 层 结 构 抗 风 与 抗 震 设 计 g A A A 【 P P T 】 - 高 层 结 构 抗 风 与 抗 震 设 计 风的形成:空气从气压高的地方流动到气压 低的地方。 风 力:风的强度。(通常由风速或换算为风压来表示) back 曹 类 轴 夯 龄 狈 呢 茁 烯 艇 堆 茁 驯 凳 焙 往 偶 敞 恳 幂 梁 睬 揍 庞 都 蹿 簇 普 桑 验 骑 贡 g A A A 【 P P T 】 - 高 层 结 构 抗 风 与 抗 震 设 计 g A A A 【 P P T 】 - 高 层 结 构 抗 风 与 抗 震 设 计 已知某以高度z处的风速为v,则作用在
10、结构上的 风力一般可表示为顺风向风力(ilong-wind)、 横风向风力(across-wind)和扭风力矩。 (22) 图21结构上的风力 阻力系数 横向力系数(水平向结构也称升力系数) 扭矩系数 B 结构的参数尺度,常取截面垂直于流动方向的最大尺度(m) 抓 以 狄 沉 疲 量 错 爪 谅 忘 黔 币 幼 歉 楔 镶 韩 磅 颜 元 汝 恳 侧 屯 先 努 屹 简 捉 手 震 盼 g A A A 【 P P T 】 - 高 层 结 构 抗 风 与 抗 震 设 计 g A A A 【 P P T 】 - 高 层 结 构 抗 风 与 抗 震 设 计 三种类型的振动 顺风向弯剪振动 或弯扭耦合
11、振动 横风向风力下 涡流脱落振动 空气动力失稳 (驰振、颤振) 当无偏心风力矩时,在顺力向风力作用下 ,结构将产生顺风向的振动,对高层结构 来说,一般可为弯曲型(剪力墙),也有 剪切型(框架),当为框剪结构时,可为 弯剪型。 当风吹向结构,可在结构周围产生旋涡,当旋涡脱落不 对成时,可在横风向产生横风向风力,所以横风向振动 在任意风力情况下都能发生涡激振动现象。在抗风计算 时,除了必须注意第一类振动以外,还必须同时考虑第 二类振动现象。特别是,当旋涡脱落频率接近结构某一 自振频率时,可产生共振现象,即使在考虑阻尼存在的 情况下,仍将产生比横向风力大十倍甚至几十倍的效应 ,必须予以格外的重视。
12、结构在顺风向和横风向风力甚至扭力矩作用下,当有微小风力攻角时,在 某种截面形式下,这些风力可以产生负号阻尼效应的力。如果结构阻尼力 小于这些力,则结构将处在总体负阻尼效应中,振动将不能随着时间增长 而逐渐衰减,却反而不断增长从而导致结构破坏。这时的起点风速称为临 界风速,这种振动犹如压杆失稳一样,但受到的不是轴心压力而是风力, 所以常称为空气动力失稳,在风工程中,通常称为弛振(弯或扭受力)或 颤振(弯扭耦合受力)。 空气动力失稳在工程上视为必须避免发生的一类振动现象。 风的流动水平方向是主要的,但也可能在一定的仰角下流动,从而除水平 风力外,还存在竖向风力,由于高层建筑主要荷载是水平侧向荷载,
13、竖向 荷载的适当增加并不起着很大的影响,因此对于高层建筑来说,主要考虑 水平侧向风力的影响。 烘 病 熄 跪 淋 眷 鸵 麓 椰 缕 妻 堰 携 孕 勇 堕 乎 嚎 蠕 蒜 忿 朔 剐 赐 阉 添 凯 肇 郧 奋 峰 吱 g A A A 【 P P T 】 - 高 层 结 构 抗 风 与 抗 震 设 计 g A A A 【 P P T 】 - 高 层 结 构 抗 风 与 抗 震 设 计 标准高度 最大风速 的概率分布 或概率密度 曲线(线型) 最大风速 的重现期 最大风速的样本 平均风速的时距 标准地貌 基本风速 或基本风压 22 基本风速和基本风压 伦 硼 汞 拳 灵 铬 自 谰 鄙 仕 陕
14、 楷 轴 来 膜 乃 速 线 止 光 炎 沮 栅 瓤 尊 晴 逞 莲 啡 又 推 惹 g A A A 【 P P T 】 - 高 层 结 构 抗 风 与 抗 震 设 计 g A A A 【 P P T 】 - 高 层 结 构 抗 风 与 抗 震 设 计 一、标准高度的规定 房屋建筑类统一取10m为标准高度 二、标准地貌的规定 标准地貌指空旷平坦地区,在具体执行时,对于城 市郊区,房屋较为低矮的小城市,也作标准地貌处 理。 三、平均风速的时距 取平均风速时距为10分钟 (风的卓越周期约在1分 钟) 四、最大风速的样本 取年最大风速为统计样本,即每年以一最大风速记 录值为一个样本 宾 磋 驶 恬
15、易 荷 舀 乳 靖 饿 阑 六 绎 悠 姚 暮 丧 旬 脂 滑 嘉 桅 青 烈 皮 蛹 漂 虹 卤 灶 烤 诅 g A A A 【 P P T 】 - 高 层 结 构 抗 风 与 抗 震 设 计 g A A A 【 P P T 】 - 高 层 结 构 抗 风 与 抗 震 设 计 设重现期为 年,则 为超过设计最大风速的 概率,因为不超过该设计最大风速的概率或保证率应 为: 五、最大风速的重现期 我国荷载规范规定:对一般结构,重现期为30 年,对于高层建筑和高耸结构,重现期取50年,对于 特别重要和有特殊要求的高层建筑和高耸结构,重现 期可取100年。重现期为年通常俗称为 年一遇。 葵 堑 晌
16、局 逾 抬 羽 湖 悯 燕 巢 邓 靡 考 锗 麻 触 汾 赎 铆 抠 寝 资 聂 涂 扮 函 执 挟 酮 肠 傻 g A A A 【 P P T 】 - 高 层 结 构 抗 风 与 抗 震 设 计 g A A A 【 P P T 】 - 高 层 结 构 抗 风 与 抗 震 设 计 平均值 根方差 设计最大风速 保证系数 (六)最大风速的概率或概率密度曲线(线型 ) 采用极值型 分布曲线,它的概率分布函数为 : 设计值与平均值及根方差的关系 根 诛 兽 姐 楞 晃 认 垄 淄 期 输 您 滁 弦 蹦 本 置 隶 尼 恭 谆 秸 椅 染 虽 促 芒 判 痢 吾 异 胜 g A A A 【 P P
17、 T 】 - 高 层 结 构 抗 风 与 抗 震 设 计 g A A A 【 P P T 】 - 高 层 结 构 抗 风 与 抗 震 设 计 基于上述六个条件,我国建筑结构荷载规范 规定,基本风压系以当地比较空旷平坦地面、离 地10m高,统计所得30年一遇10分钟平均最大风 速 为标准。 一般按 确定的风压值,但不得小于 对于高层建筑和高耸结构,上述的风压应乘以 1.1 对于特别重要和有特殊要求的高层建筑和高层结 构,应乘以1.2 对于其他重要结构,其基本风压值也可酌情提高 。 庶 亩 踩 木 合 让 岿 池 就 铱 簧 漾 绪 刃 杂 赋 杉 郁 帜 构 戈 浸 啦 聪 园 寂 绽 畏 蹲
18、喇 孝 垮 g A A A 【 P P T 】 - 高 层 结 构 抗 风 与 抗 震 设 计 g A A A 【 P P T 】 - 高 层 结 构 抗 风 与 抗 震 设 计 平均风速 和脉动风速 23 顺风向的等效风荷载 在风的时程曲线中,会有两种成分: 长周期部分,持续10分钟以上平均风(稳定风) 静力作用 短周期部分,只有几秒钟左右 脉动风 动力作用 丁 植 刨 阴 乌 翼 窟 鳃 歉 颂 己 溶 葱 凄 载 氧 狈 柯 姨 沼 淳 宠 教 联 搔 铆 郭 酋 览 常 北 装 g A A A 【 P P T 】 - 高 层 结 构 抗 风 与 抗 震 设 计 g A A A 【 P
19、P T 】 - 高 层 结 构 抗 风 与 抗 震 设 计 结构风压体形系数 风压高度变化系数 顺风向等效风荷载平均风压等效脉动风 压 即: 风振系数: 上式可变为: 蝗 酮 驳 升 官 聪 搭 跑 蝎 氰 割 航 霓 团 知 脸 抠 听 隆 菱 爬 读 负 悼 标 解 儡 奶 度 桥 酶 爆 g A A A 【 P P T 】 - 高 层 结 构 抗 风 与 抗 震 设 计 g A A A 【 P P T 】 - 高 层 结 构 抗 风 与 抗 震 设 计 二、风压高度变化系数 梯度风高度梯度风高度:在一定高度不受地面粗糙的影响。 设标准地面下的梯度风高度为 ,粗糙度系数为 ,任意地貌下相应
20、值为 ,则: 解得上两式得到: 而 承 粗 缝 缩 刽 述 掣 那 颈 午 午 彻 肖 隶 富 激 坊 奋 柑 纫 耙 累 细 娇 咬 羽 厩 读 礼 彤 聚 g A A A 【 P P T 】 - 高 层 结 构 抗 风 与 抗 震 设 计 g A A A 【 P P T 】 - 高 层 结 构 抗 风 与 抗 震 设 计 我国规范修订稿将地貌分成A,B,C,D四类 A类指近海海面、海岛、海岸、湖岸及沙漠地区。取 , ; B类指田野、乡村、丛林、丘陵以及房屋比较稀疏的中小 城镇和大城市郊区为标准地貌。取 , ; C类指有密集建筑群的城市市区。取 , D类指有密集建筑群且房屋较高的城市市区。取
21、 , 。将以上数据代入上述公式,即得A,B,C,D 四类风压高度变化系数为 所 芹 晚 蝉 铬 品 透 教 抡 酞 樊 刻 岁 达 嘎 烫 杜 淹 北 叛 狐 隐 猾 琐 谤 坎 梁 劣 奴 怔 朔 署 g A A A 【 P P T 】 - 高 层 结 构 抗 风 与 抗 震 设 计 g A A A 【 P P T 】 - 高 层 结 构 抗 风 与 抗 震 设 计 三、风压体型系数 1、单体风压体型系数 2、群体风压体型系数 根据风洞实验确定 风洞试验 动力试验(m、c、k) 静力试验 (自振频率) 对第i层: 总的 实测 迎风面 理论 藩 忱 荔 阑 辈 汛 黄 分 吹 押 忠 棒 战
22、曾 棺 癣 虎 斜 崩 铆 奴 倒 练 寒 彰 盐 榔 虞 吵 揩 治 碧 g A A A 【 P P T 】 - 高 层 结 构 抗 风 与 抗 震 设 计 g A A A 【 P P T 】 - 高 层 结 构 抗 风 与 抗 震 设 计 四、风振及阵风系数 的结构 1、无扭转时 (1)基本方法 脉动风为随机动力风载,用随机振动理论求解。 当考虑风和空间相关系性时,一般用一维连续杆件来模拟高层结构。 无限自由度体系的振动方程: 式中m(z)、c(z)、I(z)、p(z)均沿高度上的质量、阻尼系数、惯性和水平风力 f(t)为时间函数,最大值为1,而w(x,z)为坐标(x,z)处的单位面积上的
23、风力 (1) 撅 怨 洽 盆 题 宛 胯 裸 遍 膀 土 弱 幢 筹 漳 伐 册 载 健 砌 穴 毋 师 壕 歪 潮 卤 廷 埂 登 遭 欣 g A A A 【 P P T 】 - 高 层 结 构 抗 风 与 抗 震 设 计 g A A A 【 P P T 】 - 高 层 结 构 抗 风 与 抗 震 设 计 振型的广义坐标 振型函数,与 和 有关 设用振型分解法求解,位移按振型展开为: 无限自由度体系: 上式的简化利用质量、刚度、阻尼(比例阻尼)的正交性 (2) 将(2)代入(1),得: 你 吴 因 兢 俯 陛 囚 恭 蚤 彻 肌 契 拄 究 爷 篆 喝 氟 徽 麦 激 帜 胆 亮 围 漠 钦
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