5 风荷载计算.doc

1、攀枝花学院毕业设计 5 风荷载计算5 风荷载计算5.1 风荷载标准值主体结构计算时，为了简化计算，作用在外墙面上的风荷载可近似作用在屋面梁和楼面梁处的等效集中荷载替代，垂直于建筑物表面的风荷载标注值按公式 5-1 计算。（5-1）0kzsz式中： 风荷载标准值；k风荷载体型系数；s风压高度变化系数；z基本风压值，本设计中的基本风压取 ；0 30.高度 处的风振系数；z根据建筑结构荷载规范 （GB500092012）第 8.2.1 条规定：地面粗糙度可分为四类：A 类指近海海面和海岛、海岸、湖岸及沙漠地区； B 类指田野、乡村、丛林、丘陵以及房屋比较稀疏的乡镇；C 类指有密集建筑群的城市市区；D

2、 类指有密集建筑群且房屋较高的城市市区。本设计中地面粗糙度取 C 类。高度 处的风振系数 的计算式见公式 5-2。zz（5-2）1z脉动增大系数；脉动影响系数；振型系数；z风压高度变化系数。根据建筑结构荷载规范 （GB500092012）第 8.3 节可知：对于框架结构的基本自振周期可以近似按照 （ 为建筑层数）估算，应考虑风压脉动10.8.1Tnn对结构发生顺风向风振的影响,本设计中自振周期取 ，经过10.9.60.54Tns计算， 。风载体型系数由建筑结构荷载规范 （GB50009 2120.354=.7T2012）第 8.3 节续表 8.3.1 可以查得： （迎风面）和 （背风面） 。.

3、s.s根据建筑结构荷载规范 （GB500092012）第 8.4.1 条规定：当结构基本自振周期 时，以及对于高度超过 30m 且高宽比大于 1. 5 的高柔房屋，由风引起s2.的结构振动比较明显，而且随着结构自振周期的增长，风振也随之增强。因此在设计中应考虑风振的影响，而且原则上还应考虑多个振型的影响。攀枝花学院毕业设计 5 风荷载计算由于本工程总高度为 23.00m，自振周期虽已超过 0.25s,但不属于高耸结构和大跨度结构，所以根据荷载规范 8.4.1，本工程不考虑顺风向风振的影响。即本工程在高度处的风振系数 近似取 。zz1.0z根据高层建筑混凝土结构技术规程 （JGJ3-2010）第

4、 4.2.3 计算主体结构的风荷载效应时，风荷载体型系数 可按下列规定采用：s1、圆形平面建筑取 0.8；2、正多边形及截角三角形平面建筑，由公式 6-3 计算：（5-3）ns/2.180式中：n 为多边形的边数3、高宽比 不大于 4 的矩形、方形、十字形平面建筑取 1.3。BH/本设计中 ，所以按第 3 条取值， 。47.6.15/.23m3.1s根据高层建筑的脉动影响系数表可知： ，房屋总高度小47.6.15/0.2/ mBH于 30m，脉动影响系数 。0. zzzszk9.10根据建筑结构荷载规范 （GB500092012）第 8.2.1 条中的表 8.2.1 的风压高度变化系数 ，对于

5、相邻高度之间的按线性内插法取值，代入上式可得各楼层标高处的 。z k； ；21 /5.6.039.0mkN 2/5.06.309. mkNz； ；3z 4； 。25 /.7 26 /8.72z按静力等效原理将沿高度方向的均布荷载折算为集中荷载：其中各层计算范围取上层的一半和下层的一半之和，顶层取到女儿墙顶，底层只取到下层的一半。而底层的计算高度应从室外地面开始取，即为 3.45m。；kNmkNSF 02.34.1230.45/28.0266 ；.5./.55；73244；kkS.0.45/.033 ；NmNF222。28.3645/.11 将各层的集中力分别沿高度方向向下叠加，则有：；kNF0

6、2.346；kN12.690.3555 8771.944攀枝花学院毕业设计 5 风荷载计算；kNkNF62.1375.8.102343 ；7062。.27131房屋沿高度方向的分布图，如图 5-1。图 5-1 房屋沿高度方向的分布图5.2 柱的抗侧刚度 D 值柱的侧移刚度 D 值可根据公式 5-4 进行计算：（5-4）21hic式中： 框架柱侧移刚度修正系数，根据不同的情况按表 3-4 计算，其中 表示c K梁、柱线刚度比。柱的线刚度；ci框架柱的计算跨度；h按照上述公式 5-4，可计算出各柱的侧移刚度，将计算单元范围内所有柱的 D 值相加，即为该层框架的总侧移刚度 。iD攀枝花学院毕业设计

7、5 风荷载计算表 5-1 柱侧移刚度修正系数 c楼层类别 边柱 中柱 c一般层 ciK24ciK2431Kc2底层固端 ci2ci21c25.0根据梁、柱线刚度比 的不同，柱可分为中框架梁边柱、中框架梁中柱、边框架K梁边柱、边框架梁中柱以及楼梯间柱，以第二层 B-6 框架柱（位于 B 轴线和 6 轴线交叉点位置的柱）侧移刚度为例，见表 5-2 和表 5-3。第二层 B-6 框架柱及与其相连的梁的线刚度计算梁、柱线刚度比： ；102.80.126.53653. K柱侧移刚度修正系数： ；.2.c修正后柱侧移刚度： ； mNhiDc /5120308.15.01220表 5-2 中框架柱侧移刚度

8、D 值左边柱（5 根） 右边柱（4 根）楼层 Kci1mN/Kci1mN/iD/26 层 0.583 0.226 32544 0.519 0.206 29664 2813761 层 0.691 0.443 27612 0.778 0.460 27945 249840中柱（9 根）楼层 ciD1/i/26 层 1.102 0.355 51120 4600801 层 1.469 0.568 49536 445824攀枝花学院毕业设计 5 风荷载计算表 5-3 边框架柱及楼梯间柱侧移刚度 D 值楼梯间边柱（6 根） 楼梯间中柱（6 根）D-2，D-4，D-8，D-10，D-14，D-16C-2，C-

9、4，C-8，C-10，C-14，C-16楼层 KciD1Kci1iDmN/突出屋面 1.235 0.382 17317 2.626 0.568 25749 25839626 层 1.235 0.382 17317 2.626 0.568 25749 2583961 层 1.855 0.611 15581 3.502 0.727 24539 240720左边柱（2 根） 右边柱（2 根）A-1，A-18 D-1，D-18楼层 KciD1KciD1imN/26 层 0.438 0.180 25920 0.827 0.293 42192 1362241 层 0.584 0.420 25515 1.1

10、02 0.516 39747 1305245.3 风荷载作用下的水平位移验算框架在风荷载的作用下的会产生一定的位移，通过风荷载的作用下可以对框架进行侧移的初步估算，水平荷载作用下的层间侧移可按公式 5-5 计算。(5-5)；jjiVuD式中 第 j 层的总剪力；jV第 j 层所有柱的抗侧刚度之和；i第 j 层的层间位移。ju第一层的层间侧移值求出以后，可以计算各楼板标高处的侧移值的顶点侧移值，各层楼板标高处的侧移值是该层以下各层层间位移之和。顶点侧移是所有层层间侧移之和。j 层侧移： ；顶点侧移： 。1jjju1njju依据框架层间侧移刚度计算各层相对侧移和绝对侧移，计算过程见下表 5-5。攀

11、枝花学院毕业设计 5 风荷载计算表 5-5 风荷载作用下的框架层间剪力及侧移计算层次计算高度 mkNFiVimkNDiViimjijh6 3000 34.02 34.02 258396 0.00013 0.00013 1/23077 5 3000 69.12 69.12 258396 0.00027 0.00040 1/7500 4 3000 102.87 102.87 258396 0.00040 0.00080 1/3750 3 3000 136.62 136.62 258396 0.00053 0.00133 1/2256 2 3000 170.37 170.37 258396 0.00

12、066 0.00199 1/1508 1 4000 206.65 206.65 240720 0.00086 0.00284 1/1408 注：按上述方法求得的框架结构侧向水平位移只是由梁、柱弯曲变形所产生的变形量，而未考虑梁、柱的轴向变形和截面剪切变形所产生的结构侧移。但对一般的多层框架结构，按上式计算的框架侧移已能满足工程设计的精度要求。风荷载作用下框架的侧移验算：层间侧移最大值: (满足要求)。1/408/55.4 风荷载标准值作用下的内力计算风荷载作用下框架内力计算仍采用一榀框架计算：其反弯点高度剪力分配仍按前述方式，取同一榀框架计算。第 层第 柱所分配的剪力为： ， 。imimiVD

13、iiW框架柱反弯点高度比，可根据公式 5-6 计算， 的取值按表 6-2 的值进行取值，即：，计算结果如表 5-6、表 5-7、表 5-8、表 5-9 所示。=iK（5-6）3210yy式中： 标准反弯点高度比，是在各层等高、各跨相等、各层相等、各层梁和柱0y线刚度都不改变的情况下求得的反弯点高度比；因上、下层梁刚度比变化的修正值；1因上层层高变化的修正值；2y因下层层高变化的修正值。3上式中， 、 、 、 值均用线性内插法按照混凝土结构设计 （第 3 版）表 3.6.3012y3取值。攀枝花学院毕业设计 5 风荷载计算表 5-6 A 轴框架柱反弯点位置层数 /hmi0y12y3y/hm6 3

14、.0 0.583 0.25 0.00 0.00 0.00 0.250 0.750 5 3.0 0.583 0.35 0.00 0.00 0.00 0.350 1.050 4 3.0 0.583 0.40 0.00 0.00 0.00 0.400 1.200 3 3.0 0.583 0.45 0.00 0.00 0.00 0.450 1.350 2 3.0 0.583 0.50 0.00 0.00 -0.0015 0.499 1.496 1 4.0 0.691 0.70 0.00 -0.0025 0.00 0.698 2.790 表 5-7 B 轴框架柱反弯点位置层数 /hmi0y12y3y/h

15、m6 3.0 1.102 0.37 0.00 0.00 0.00 0.370 1.110 5 3.0 1.102 0.43 0.00 0.00 0.00 0.430 1.290 4 3.0 1.102 0.45 0.00 0.00 0.00 0.450 1.350 3 3.0 1.102 0.45 0.00 0.00 0.00 0.450 1.350 2 3.0 1.102 0.50 0.00 0.00 -0.006 0.494 1.482 1 4.0 1.469 0.63 0.00 -0.0021 0.00 0.628 2.512 表 5-8 C 轴框架柱反弯点位置层数 /hmi0y12y3

16、y/hm6 3.0 1.102 0.37 0.00 0.00 0.00 0.370 1.110 5 3.0 1.102 0.43 0.00 0.00 0.00 0.430 1.290 4 3.0 1.102 0.45 0.00 0.00 0.00 0.450 1.350 3 3.0 1.102 0.45 0.00 0.00 0.00 0.450 1.350 2 3.0 1.102 0.50 0.00 0.00 0.00 0.500 1.500 1 4.0 1.469 0.63 0.00 0.00 0.00 0.630 2.520 表 5-9 D 轴框架柱反弯点位置层数 /hmi0y12y3y/

17、hm6 3.0 0.519 0.25 0.00 0.00 0.00 0.250 0.750 5 3.0 0.519 0.35 0.00 0.00 0.00 0.350 1.050 4 3.0 0.519 0.40 0.00 0.00 0.00 0.400 1.200 3 3.0 0.519 0.45 0.00 0.00 0.00 0.450 1.350 2 3.0 0.519 0.50 0.00 0.00 0.00 0.500 1.500 1 4.0 0.778 0.68 0.00 0.00 0.00 0.680 2.720 攀枝花学院毕业设计 5 风荷载计算框架各柱的杆端弯矩、梁端弯矩按下式

18、计算，左风荷载作用下框架柱 A-6、框架柱 B-6、框架柱 C-6、框架柱 D-6 的剪力和梁柱端弯矩的计算计算过程如表 5-10、5-11、5-12 、5-13 所示。；1imcMVyh上 cimVyh下中柱处的梁:；1bcjbj cji左 下左 上左 右 1bcjbj cjiM右 下右 上左 右边柱处的梁: cjj cj下总 上表 5-10 左风荷载作用下 A-6 框架柱剪力和梁柱端弯矩的计算楼层 kNVi/D)/(mi)/(kNimkNVi/yh上c)/(mk下c)/(N总b)/(mk6 34.02 281376 32544 0.1157 3.94 0.750 8.86 2.95 8.8

19、65 69.12 281376 32544 0.1157 8.00 1.050 15.59 8.40 18.544 102.87 281376 32544 0.1157 11.90 1.200 21.42 14.28 29.823 136.62 281376 32544 0.1157 15.81 1.350 26.08 21.34 40.362 170.37 281376 32544 0.1157 19.71 1.496 29.65 29.49 50.991 206.65 249840 27612 0.1105 22.83 2.790 27.63 63.71 57.12表 5-11 左风荷载作

20、用下 D-6 框架柱剪力和梁柱端弯矩的计算楼层 kNVi/D)/(mi)/(kNimkNVi/yh上cM)/(mk下c)/(N总b)/(mk6 34.02 281376 29664 0.1054 3.59 1.06 8.07 2.69 8.075 69.12 281376 29664 0.1054 7.29 1.32 14.21 7.65 16.94 102.87 281376 29664 0.1054 10.84 1.49 19.52 13.01 27.173 136.62 281376 29664 0.1054 14.40 1.49 23.76 19.44 36.772 170.37 28

21、1376 29664 0.1054 17.96 1.51 27.01 26.86 46.451 206.65 249840 27945 0.1118 23.10 3.32 27.97 64.46 54.83攀枝花学院毕业设计 5 风荷载计算表 5-12 左风荷载作用下 B-6 框架柱剪力和梁柱端弯矩的计算楼层/iVkN/()Dm/()ikNimD/imVkN/yh/cMkNm上 /c下 /bMkNm左 /bk右6 34.02 460080 51120 0.1241 4.22 1.29 9.50 3.17 3.29 6.21 5 69.12 460080 51120 0.1241 8.58 1.

22、45 16.73 9.01 6.89 13.01 4 102.87 460080 51120 0.1241 12.77 1.62 22.98 15.32 11.07 20.92 3 136.62 460080 51120 0.1241 16.95 1.58 27.97 22.89 14.98 28.31 2 170.37 460080 51120 0.1241 21.14 2.81 31.80 31.63 18.92 35.77 1 206.65 445824 49536 0.1125 23.25 3.41 28.13 64.86 19.12 40.64 表 5-13 左风荷载作用下 C-6

23、框架柱剪力和梁柱端弯矩的计算楼层/iVkN/()Dm/()ikNimD/imVkN/yh/cMkNm上 /c下 /bMkNm左 /bk右6 34.02 460080 51120 0.1241 4.22 1.29 9.50 3.17 3.04 6.46 5 69.12 460080 51120 0.1241 8.58 1.45 16.73 9.01 6.37 13.53 4 102.87 460080 51120 0.1241 12.77 1.62 22.98 15.32 10.24 21.75 3 136.62 460080 51120 0.1241 16.95 1.58 27.97 22.8

24、9 13.86 29.43 2 170.37 460080 51120 0.1241 21.14 2.81 31.80 31.63 17.51 37.18 攀枝花学院毕业设计 5 风荷载计算本设计中所取的一榀框架左右对称，所以结构对称，活载也对称，则左风作用下与右风作用下的情况对于本设计是一致的，故右风的作用情况本设计不再计算，而柱的轴力计算各层剪力累加得到，本设计中柱轴力以压力为正，拉力为负，框架柱轴力与梁端剪力的计算结果见表 5-14。表 5-14 风荷载作用下框架柱轴力与梁端剪力梁端剪力 /kN柱轴力 /kNA 轴 B 轴 C 轴 D 轴楼层AB 跨bABVBC 跨bCCD 跨bDVCb

25、ACVBbDVcCN6 2.53 1.81 2.69 -2.53 0.72 0.72 -0.88 -0.88 2.69 5 5.30 3.78 5.64 -7.83 1.52 2.24 -1.86 -2.74 8.334 8.52 6.08 9.06 -16.35 2.44 4.68 -2.98 -5.72 17.393 11.53 8.22 12.26 -27.88 3.31 7.99 -4.04 -9.76 29.652 14.56 10.39 15.49 -42.44 4.17 12.16 -5.1 -14.86 45.141 15.88 11.07 17.68 -58.32 4.81 16.97 -6.61 -21.47 62.82注：轴力压力为“” ，拉力为“” 。图 5-2 左方向水平风荷载作用下的弯矩图攀枝花学院毕业设计 5 风荷载计算图 5-3 右方向水平风荷载作用下的弯矩图