中國石油高層課件7

1、第七章 荷載效應(yīng)組合及設(shè)計要求,荷載效應(yīng)組合 結(jié)構(gòu)設(shè)計要求 內(nèi)力組合及最不利內(nèi)力,通過本章學(xué)習(xí)，了解荷載效應(yīng)組合的方法。掌握承載力驗算和側(cè)向變形驗算的方法。了解抗震等級的影響因素。掌握罕遇地震作用下的變形驗算的原則、方法。了解框架梁、柱的控制截面位置以及最不利內(nèi)力類型。了解豎向活荷載的布置原則。了解塑性調(diào)幅的方法和需要滿足的條件。掌握內(nèi)力組合的方法，并能進(jìn)行內(nèi)力組合的計算。,,荷載效應(yīng)組合,結(jié)構(gòu)設(shè)計時，要考慮可能發(fā)生的各種

2、荷載的最大值以及它們同時作用在結(jié)構(gòu)上產(chǎn)生的綜合效應(yīng)，荷載不同，其發(fā)生的概率和對結(jié)構(gòu)的作用也不同，荷載規(guī)范規(guī)定必須采用荷載效應(yīng)組合的方法來考慮結(jié)構(gòu)的荷載的作用。荷載效應(yīng)：在某種荷載作用下結(jié)構(gòu)的內(nèi)力和位移。通常，對各種不同的荷載作用分別進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析，得到內(nèi)力和位移后，再用分項系數(shù)與組合系數(shù)加以組合。例如：不考慮地震作用組合時：,考慮地震作用組合時：,其中：,——重要性系數(shù)。根據(jù)建筑物重要性相應(yīng)取為1.1，1.0或0.9； 

3、0;                          ——永久荷載、使用荷載、雪荷載等標(biāo)準(zhǔn)值產(chǎn)生的荷載效應(yīng)；    ——風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值產(chǎn)生的荷載效

4、應(yīng)；    ——抗震計算時重力荷載標(biāo)準(zhǔn)值產(chǎn)生的荷載效應(yīng)，重力荷載包括全部自重、50％雪荷載、50％～80％使用荷載；                 ——水平荷載作用以及豎向地震作用產(chǎn)生的荷載效應(yīng)；    &

5、#160;                         ——與上述各種荷載相應(yīng)的荷載分項系數(shù)；——風(fēng)荷載與其他荷載組合時的組合系數(shù)；,S＝γGSGk＋ΨQγQSQk＋ΨwγwSwk,S

6、＝γGSGE＋γEhSEhk＋γEvSEvk＋ΨwγwSwk,上表給出了多層以及高層建筑需要考慮的各種組合情況及相應(yīng)的系數(shù)取值。注意：內(nèi)力組合計算，各分項系數(shù)用表中的值，位移效應(yīng)組合，各分項系數(shù)取為1.0高層建筑：2、3、4項是基本組合情況，5、6、7中考慮了豎向地震作用，只有在9度設(shè)防區(qū)才需要考慮。在6度設(shè)防區(qū)，除了IV類場地以外，可以不進(jìn)行抗震計算，此時不需要與地震作用效應(yīng)組合，即1、2項。當(dāng)選定可能出現(xiàn)的幾種可能的組合情況后

7、，要選最不利的S值作為構(gòu)件設(shè)計值。,,結(jié)構(gòu)設(shè)計要求,,設(shè)計要求,1、與一般結(jié)構(gòu)設(shè)計相同，多、高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)保證在荷載作用下結(jié)構(gòu)具有足夠的承載能力和剛度，保證結(jié)構(gòu)的安全與正常使用；2、在使用荷載及風(fēng)荷載作用下，多、高層建筑結(jié)構(gòu)應(yīng)處于彈性階段或僅有微小的裂縫出現(xiàn)，結(jié)構(gòu)應(yīng)滿足承載能力及限制側(cè)向位移的要求；,3、地震作用下，用兩階段設(shè)計方法進(jìn)行設(shè)計，要求要達(dá)到三水準(zhǔn)目標(biāo)（第二章第2節(jié)）。,第一階段：采用相應(yīng)設(shè)防烈度小震參數(shù)進(jìn)行設(shè)計，除了要

8、滿足承載力及側(cè)向位移限制要求外，還要通過采取一系列抗震措施來滿足延性要求。第二階段：采用相應(yīng)設(shè)防烈度大震參數(shù)進(jìn)行設(shè)計，要求結(jié)構(gòu)滿足彈塑性層間變形的限制要求。,一、承載力計算按極限狀態(tài)設(shè)計的要求，承載力驗算的一般表達(dá)式為：無地震作用組合時：          S ≤ R     &#

9、160;  其中：      S ——采用第一節(jié)中的公式，通過荷載效應(yīng)組合后的構(gòu)件內(nèi)力；      R ——無地震作用組合時構(gòu)件的承載能力。不同的構(gòu)件，要采用不同的承載能力計算公式，如：抗彎承載力、抗剪承載力等?？梢詤⒖加嘘P(guān)鋼筋混凝土基本構(gòu)件計算以及鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件計算的有關(guān)教材。,有地震作用組

10、合時：           SE ≤ RE/γRE                       &

11、#160;     其中：       SE ——采用第一節(jié)中的公式，考慮地震作用通過荷載效應(yīng)組合后的構(gòu)件內(nèi)力；        RE——地震作用下構(gòu)件的承載能力。由于在地震作用下，構(gòu)件要受到反復(fù)作用力及變形，構(gòu)件的承載力要降低，其計算公式將在第八、九章

12、中給出；       γRE——抗震承載力調(diào)整系數(shù)。主要是考慮到地震作用是一種偶然作用，而且作用時間很短，材料性能也與靜力作用下不同，因此，根據(jù)可靠度理論，對抗震設(shè)計的承載能力作相應(yīng)的調(diào)整。規(guī)范給出的抗震承載力調(diào)整系數(shù)見下表。,二、側(cè)移變形限制,結(jié)構(gòu)的剛度要求用限制側(cè)向變形的形式表達(dá)，即：,頂點變形及層間變形,其中： Δ、δ——結(jié)構(gòu)的頂點水平位移及層間變形；  

13、 H、h——結(jié)構(gòu)總高度及層高。上面公式均是在使用狀態(tài)下的設(shè)計要求，因此， Δ、δ都是荷載標(biāo)準(zhǔn)值產(chǎn)生的位移組合效應(yīng)，即組合時取分項系數(shù)為1.0，上述公式右端為限制值。,限制結(jié)構(gòu)水平變形主要原因有：1．過大的側(cè)向變形會使人不舒服，影響正常使用；2．過大的側(cè)向變形，特別是過大的層間變形會使填充墻以及一些建筑整修出現(xiàn)裂縫或損壞，同時也會使電梯軌道變形或玻璃破損；3．過大的側(cè)向變形會使主體結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫甚至破損。限制結(jié)構(gòu)裂縫寬度就要

14、限制結(jié)構(gòu)的側(cè)向變形及層間變形；4．過大的側(cè)向變形會使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生附加內(nèi)力，嚴(yán)重時會加速倒塌。這是因為側(cè)移后，建筑物上的垂直荷載會造成附加彎矩。側(cè)移越大，附加彎矩就越大。上述各種因素對不同的結(jié)構(gòu)體系，不同材料的結(jié)構(gòu)的作用不盡相同。下表給出高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)程上規(guī)定的限制值，它是通過總結(jié)過去的設(shè)計經(jīng)驗及綜合各種要求得到的。,Δ/H≤[Δ/H]； δ/h≤[δ/h],三、抗震措施,在中等地震烈度下，允許結(jié)構(gòu)的某些部位進(jìn)入屈服狀態(tài)，形成塑

15、性鉸，此時結(jié)構(gòu)進(jìn)入彈塑性階段，結(jié)構(gòu)變形加大。但在這個階段，結(jié)構(gòu)可以通過塑性變形耗散地震能量，但是必須保證結(jié)構(gòu)的承載能力，結(jié)構(gòu)不能破壞，這種性能被稱為延性。延性越好，抗震能力越強(qiáng)。延性影響因素：截面的應(yīng)力性質(zhì)、構(gòu)件材料及截面配筋量、配筋構(gòu)造等。延性在設(shè)計中的體現(xiàn)：對結(jié)構(gòu)或構(gòu)件采取一系列抗震措施，可分為四個等級，稱為抗震等級。一級最高，延性要求也最高，二、三、四級要求依次減少。一般而言，抗震設(shè)防烈度高，建筑物高度高，抗震等級也高?？赡?/p>

16、出現(xiàn)較大變形的結(jié)構(gòu)，抗震等級也相應(yīng)提高，比較重要的建筑，抗震等級也相應(yīng)提高。下表為在各設(shè)防烈度下，選擇抗震措施等級時應(yīng)考慮的烈度：,下表為根據(jù)抗震措施烈度規(guī)定的抗震措施等級：,四、罕遇地震作用下的變形驗算,一般情況下，經(jīng)過小震地震作用計算后，采用若干抗震措施即可滿足“大震不倒”這個第三水準(zhǔn)設(shè)計目標(biāo)。需要進(jìn)行罕遇地震作用下的變形計算的情況：1. 7～9度設(shè)防的、樓層屈服強(qiáng)度系數(shù) ξy 小于0.5的框架； 屈服強(qiáng)

17、度系數(shù),2. 7～9度設(shè)防的、高度較大且沿高度結(jié)構(gòu)的剛度和質(zhì)量分布很不均勻的高層建筑；3. 特別重要的建筑罕遇地震作用下，大多數(shù)結(jié)構(gòu)都已進(jìn)入彈塑性狀態(tài)，變形加大，主要要驗算結(jié)構(gòu)層間變形是否超過限制，計算方法有如下兩種：1．反應(yīng)譜方法：采用底部剪力法或者振型分解法來計算彈塑性層間變形。適用范圍：不超過12層，且沿高度剛度無突變的框架結(jié)構(gòu)。計算方法：采用書中表2－6中給出的罕遇地震作用下的 αmax 值，用底部剪力

18、法或者振型分解法求出結(jié)構(gòu)樓層層剪力。首先找出框架結(jié)構(gòu)的薄弱層，再對薄弱層的層間變形進(jìn)行驗算。薄弱層為底層或者是屈服強(qiáng)度最小或相對較小的樓層。然后計算薄弱層的層間彈塑性位移：,其中：         ——在罕遇地震的等效地震荷載下，由彈性計算得到的層間位移；        

19、60;——彈塑性位移增大系數(shù)，當(dāng)薄弱層的屈服強(qiáng)度系數(shù)不小于相鄰層該系數(shù)的0.8時，按下表取值；當(dāng)不大于相鄰層該系數(shù)的0.5時，按下表中數(shù)值的1.5倍取值，在0.5～0.8之間時，可用插入法求出    。,最后驗算是否滿足限制的要求，框架結(jié)構(gòu)：              &#

20、160;       ，其中 h ——薄弱層層高,2．時程分析法：,通過逐步積分，求解結(jié)構(gòu)運動微分方程來進(jìn)行結(jié)構(gòu)的彈塑性分析。適用范圍：適用于所有的結(jié)構(gòu)情況。計算方法：根據(jù)結(jié)構(gòu)的質(zhì)量和剛度，把結(jié)構(gòu)簡化為度自由度的振動體系，列出如下的運動微分方程：,通過在基底出輸入地面運動加速度波     ，將時間分隔為很短的Δt

21、時間，對動力方程進(jìn)行逐步積分，得到各點的位移、速度和加速度反應(yīng)，然后在各層位移反應(yīng)中找到最大的層間反應(yīng)。注意：當(dāng)結(jié)構(gòu)進(jìn)入彈塑性以后，要考慮結(jié)構(gòu)彈塑性性能，因此在進(jìn)行分析時，應(yīng)每一步要改變結(jié)構(gòu)的剛度。上述方法需要由計算機(jī)進(jìn)行計算。,,內(nèi)力組合及最不利內(nèi)力,對各種荷載（恒載、活載、風(fēng)荷載及地震作用）分別計算內(nèi)力后，進(jìn)行荷載效應(yīng)組合時，往往需要按一種以上的組合情況（工況）進(jìn)行組合。這是因為在結(jié)構(gòu)使用期限內(nèi)，可能出現(xiàn)多中的組合情況。也即對于

22、同一個構(gòu)件或者同一個截面，多種組合產(chǎn)生的不同內(nèi)力都可能出現(xiàn)，設(shè)計時要按照可能與最不利原則進(jìn)行挑選，找出最不利內(nèi)力進(jìn)行構(gòu)件截面設(shè)計，不同構(gòu)件的最不利內(nèi)力并不一定來自同一個組合，因此，如何選擇構(gòu)件截面的設(shè)計內(nèi)力是內(nèi)力組合的關(guān)鍵。,一、控制截面及最不利內(nèi)力類型構(gòu)件設(shè)計：需要先找出控制截面，然后找出控制截面上的最不利內(nèi)力，以此作為配筋設(shè)計的依據(jù)；控制截面：通常是內(nèi)力最大的截面，但是，不同的內(nèi)力（如彎矩、剪力）并不一定在同一個截面達(dá)到最大值，

23、因此一個構(gòu)件很有可能同時有幾個控制截面?？蚣軝M梁：兩個支座截面以及跨中截面通常為控制截面。支座截面是最大負(fù)彎矩及最大剪力作用的截面，而跨中截面一般為最大正彎矩作用截面。內(nèi)力組合時要找出構(gòu)件上最大正彎矩和最大負(fù)彎矩，用以計算上部及下部配筋，還要找到最大剪力，用以計算斜截面承載力，配置箍筋。柱子：由框架彎矩圖可以知道，彎矩最大值都在上、下兩個端截面，剪力和軸力在同一層中變化也不大，因此各層柱的控制截面可以取兩個端截面。柱子是偏壓構(gòu)件，

24、可能出現(xiàn)大偏壓破壞，也可能出現(xiàn)小偏壓破壞。大偏壓情況下，彎矩越大越不利；小偏壓情況下，彎矩越小越不利。所以對柱子要組合幾種不利內(nèi)力，從中判斷出最不利內(nèi)急作為配筋的依據(jù)。有時要用試算才能找出最大配筋。,由于柱子一般為對稱配筋，因此組合時只需找出絕對值最大的彎矩。不利內(nèi)力可以歸納為如下四種：,1．|Mmax| 與相應(yīng)的N；2．Nmax 與相應(yīng)的M； 3．Nmin與相應(yīng)的M；4．|M| 比較大（不是最大），

25、但N 比較小或比較大（不是絕對最大或最?。?；有時，絕對最大或最小的內(nèi)力不見得時最不利的，對于大偏心受壓構(gòu)件，彎矩越大，配筋越多。但對于小偏心受壓構(gòu)件，雖然 N 不是最大，但相應(yīng)的彎矩 M 比較大時，配筋也會多一些。所以，組合時要找到這種情況，而且往往這種情況控制配筋。,為了驗算斜截面承載力，柱也要組合Vmax          

26、   注意：在進(jìn)行截面配筋計算時應(yīng)采用構(gòu)件端部截面的內(nèi)力，而不是軸線處的內(nèi)力。,由上圖可以看出，梁端彎矩較軸線處彎矩小（柱端情況一樣），因此要在組合前經(jīng)過換算，求出端截面的彎矩與剪力，然后再填入組合表中。,梁端控制截面彎矩及剪力,,二、豎向活荷載的布置,恒載：長期作用在結(jié)構(gòu)上的荷載，任何時候必須全部考慮，在計算內(nèi)力時也必須滿布，如下圖所示：,永久荷載分布,豎向活荷載：短暫作用的、可變的，各種不同的布置會產(chǎn)

27、生不同的內(nèi)力，所以應(yīng)該由最不利布置方式計算內(nèi)力，以求得截面最不利內(nèi)力。對于高層建筑，計算不利布置荷載的內(nèi)力及內(nèi)力組合工作量太大，而一般民用及公共過程建筑中豎向活載不會很大（一般1.5～2.5kN/m2），與恒載以及水平荷載產(chǎn)生的內(nèi)力相比，豎向活荷載產(chǎn)生的內(nèi)力所占比重很小，故通常不考慮豎向活荷載的不利布置，只用滿布活荷載一種情況計算內(nèi)力，這樣可以大大減小計算工作量。在豎向活荷載很大時（比如：圖書館書庫，多層工業(yè)廠房或倉庫），這時就必須要考

28、慮活荷載的不利布置。,三、塑性調(diào)幅,框架中允許梁端出現(xiàn)塑性鉸，因此，在梁中可以考慮塑性內(nèi)力重分布，通常是降低支座彎矩，以減小支座處的配筋。調(diào)幅系數(shù)：,注意：塑性調(diào)幅主要是在豎向荷載下的內(nèi)力調(diào)整，故要在組合前進(jìn)行調(diào)幅，然后再和水平荷載作用下的內(nèi)力進(jìn)行組合。,框架梁塑性調(diào)幅,支座彎矩降低后，為了避免當(dāng)支座出現(xiàn)塑性鉸后，跨中截面承載力不足，必須相應(yīng)加大跨中設(shè)計彎矩。通常，跨中彎矩可以乘以1.1～1.2的調(diào)整系數(shù)。為了保證梁的安全，跨中彎矩還

29、必須滿足右圖的條件：,現(xiàn)澆框架：支座彎矩調(diào)幅系數(shù)采用0.8～0.9；裝配整體式框架：由于鋼筋焊接或者接縫不嚴(yán)等原因，節(jié)點容易產(chǎn)生變形，梁端彎矩較彈性計算結(jié)果會有所降低，故支座彎矩調(diào)幅系數(shù)可采用0.8～0.9；,四、水平荷載作用方向,風(fēng)荷載和地震作用可能沿任意方向。第二章第3節(jié)中指出一般只考慮作用在主軸方向，但可以是正方向，也可以是負(fù)方向。,矩形平面結(jié)構(gòu)，正、負(fù)方向作用荷載下內(nèi)力大小相等，符號相反，只需進(jìn)行一次計算分析。當(dāng)結(jié)構(gòu)平面布置

30、復(fù)雜或不對稱結(jié)構(gòu)中，一個方向的水平荷載可能只能對一部分構(gòu)件形成不利內(nèi)力，另一方向水平荷載對另一部分構(gòu)件形成不利內(nèi)力，這時應(yīng)選擇不同方向的水平荷載，分別進(jìn)行內(nèi)力分析，然后進(jìn)行內(nèi)力組合。,水平荷載作用內(nèi)力,五、內(nèi)力組合,按前面的荷載布置要求，分別計算結(jié)構(gòu)內(nèi)力，并將處理后的控制截面內(nèi)力填入組合表內(nèi)，分別按照可能出現(xiàn)的組合類型進(jìn)行內(nèi)力疊加，然后在幾種內(nèi)挑選最不利內(nèi)力。注意：不同的內(nèi)力組合類型中，分項系數(shù)不同，應(yīng)按表7－1的要求選用。,精品

31、課件！,精品課件！,,作 業(yè) 練 習(xí),1．什么是荷載效應(yīng)組合？有地震作用組合和無地震作用組合的區(qū)別是什么？請比較（7-1）和（7-2）中各項具體內(nèi)容？2．內(nèi)力組合和位移組合的項目以及分項系數(shù)，組合系數(shù)有什么異同？為什么？3．內(nèi)力組合和最不利內(nèi)力有什么關(guān)系？在做內(nèi)力計算時，最不利荷載布置如何確定？它和最不利內(nèi)力又有什么關(guān)系？4．在進(jìn)行承載力驗算和位移限值驗算中，有地震作用組合和無地震作用組合有什么區(qū)別？為什么有這些區(qū)別？5．