中國石油高層課件7

1、第七章 荷載效應組合及設計要求,荷載效應組合 結構設計要求 內力組合及最不利內力,通過本章學習，了解荷載效應組合的方法。掌握承載力驗算和側向變形驗算的方法。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力類型。了解豎向活荷載的布置原則。了解塑性調幅的方法和需要滿足的條件。掌握內力組合的方法，并能進行內力組合的計算。,,荷載效應組合,結構設計時，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構上產生的綜合效應，荷載不同，其發(fā)生的概率和對結構的作用也不同，荷載規(guī)范規(guī)定必須采用荷載效應組合的方法來考慮結構的荷載的作用。荷載效應：在某種荷載作用下結構的內力和位移。通常，對各種不同的荷載作用分別進行結構分析，得到內力和位移后，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)建筑物重要性相應取為1.1，1.0或0.9； 

3、0;                          ——永久荷載、使用荷載、雪荷載等標準值產生的荷載效應；    ——風荷載標準值產生的荷載效

4、應；    ——抗震計算時重力荷載標準值產生的荷載效應，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生的荷載效應；    &

5、#160;                         ——與上述各種荷載相應的荷載分項系數(shù)；——風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的系數(shù)取值。注意：內力組合計算，各分項系數(shù)用表中的值，位移效應組合，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度設防區(qū)才需要考慮。在6度設防區(qū)，除了IV類場地以外，可以不進行抗震計算，此時不需要與地震作用效應組合，即1、2項。當選定可能出現(xiàn)的幾種可能的組合情況后

7、，要選最不利的S值作為構件設計值。,,結構設計要求,,設計要求,1、與一般結構設計相同，多、高層建筑結構設計應保證在荷載作用下結構具有足夠的承載能力和剛度，保證結構的安全與正常使用；2、在使用荷載及風荷載作用下，多、高層建筑結構應處于彈性階段或僅有微小的裂縫出現(xiàn)，結構應滿足承載能力及限制側向位移的要求；,3、地震作用下，用兩階段設計方法進行設計，要求要達到三水準目標（第二章第2節(jié)）。,第一階段：采用相應設防烈度小震參數(shù)進行設計，除了要

8、滿足承載力及側向位移限制要求外，還要通過采取一系列抗震措施來滿足延性要求。第二階段：采用相應設防烈度大震參數(shù)進行設計，要求結構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)設計的要求，承載力驗算的一般表達式為：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，通過荷載效應組合后的構件內力；      R ——無地震作用組合時構件的承載能力。不同的構件，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。可以參考有關鋼筋混凝土基本構件計算以及鋼結構構件計算的有關教材。,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組合后的構件內力；        RE——地震作用下構件的承載能力。由于在地震作用下，構件要受到反復作用力及變形，構件的承載力要降低，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，對抗震設計的承載能力作相應的調整。規(guī)范給出的抗震承載力調整系數(shù)見下表。,二、側移變形限制,結構的剛度要求用限制側向變形的形式表達，即：,頂點變形及層間變形,其中： Δ、δ——結構的頂點水平位移及層間變形；  

13、 H、h——結構總高度及層高。上面公式均是在使用狀態(tài)下的設計要求，因此， Δ、δ都是荷載標準值產生的位移組合效應，即組合時取分項系數(shù)為1.0，上述公式右端為限制值。,限制結構水平變形主要原因有：1．過大的側向變形會使人不舒服，影響正常使用；2．過大的側向變形，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．過大的側向變形會使主體結構出現(xiàn)裂縫甚至破損。限制結構裂縫寬度就要

14、限制結構的側向變形及層間變形；4．過大的側向變形會使結構產生附加內力，嚴重時會加速倒塌。這是因為側移后，建筑物上的垂直荷載會造成附加彎矩。側移越大，附加彎矩就越大。上述各種因素對不同的結構體系，不同材料的結構的作用不盡相同。下表給出高層建筑結構設計規(guī)程上規(guī)定的限制值，它是通過總結過去的設計經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，允許結構的某些部位進入屈服狀態(tài)，形成塑

15、性鉸，此時結構進入彈塑性階段，結構變形加大。但在這個階段，結構可以通過塑性變形耗散地震能量，但是必須保證結構的承載能力，結構不能破壞，這種性能被稱為延性。延性越好，抗震能力越強。延性影響因素：截面的應力性質、構件材料及截面配筋量、配筋構造等。延性在設計中的體現(xiàn)：對結構或構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)較大變形的結構，抗震等級也相應提高，比較重要的建筑，抗震等級也相應提高。下表為在各設防烈度下，選擇抗震措施等級時應考慮的烈度：,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”這個第三水準設計目標。需要進行罕遇地震作用下的變形計算的情況：1. 7～9度設防的、樓層屈服強度系數(shù) ξy 小于0.5的框架； 屈服強

17、度系數(shù),2. 7～9度設防的、高度較大且沿高度結構的剛度和質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)結構都已進入彈塑性狀態(tài)，變形加大，主要要驗算結構層間變形是否超過限制，計算方法有如下兩種：1．反應譜方法：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構。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構樓層層剪力。首先找出框架結構的薄弱層，再對薄弱層的層間變形進行驗算。薄弱層為底層或者是屈服強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)，當薄弱層的屈服強度系數(shù)不小于相鄰層該系數(shù)的0.8時，按下表取值；當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，框架結構：              &#

20、160;       ，其中 h ——薄弱層層高,2．時程分析法：,通過逐步積分，求解結構運動微分方程來進行結構的彈塑性分析。適用范圍：適用于所有的結構情況。計算方法：根據(jù)結構的質量和剛度，把結構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，對動力方程進行逐步積分，得到各點的位移、速度和加速度反應，然后在各層位移反應中找到最大的層間反應。注意：當結構進入彈塑性以后，要考慮結構彈塑性性能，因此在進行分析時，應每一步要改變結構的剛度。上述方法需要由計算機進行計算。,,內力組合及最不利內力,對各種荷載（恒載、活載、風荷載及地震作用）分別計算內力后，進行荷載效應組合時，往往需要按一種以上的組合情況（工況）進行組合。這是因為在結構使用期限內，可能出現(xiàn)多中的組合情況。也即對于

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

23、因此一個構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。內力組合時要找出構件上最大正彎矩和最大負彎矩，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力，從中判斷出最不利內急作為配筋的依據(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。不利內力可以歸納為如下四種：,1．|Mmax| 與相應的N；2．Nmax 與相應的M； 3．Nmin與相應的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力不見得時最不利的，對于大偏心受壓構件，彎矩越大，配筋越多。但對于小偏心受壓構件，雖然 N 不是最大，但相應的彎矩 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：在進行截面配筋計算時應采用構件端部截面的內力，而不是軸線處的內力。,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：長期作用在結構上的荷載，任何時候必須全部考慮，在計算內力時也必須滿布，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

27、生不同的內力，所以應該由最不利布置方式計算內力，以求得截面最不利內力。對于高層建筑，計算不利布置荷載的內力及內力組合工作量太大，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生的內力相比，豎向活荷載產生的內力所占比重很小，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力重分布，通常是降低支座彎矩，以減小支座處的配筋。調幅系數(shù)：,注意：塑性調幅主要是在豎向荷載下的內力調整，故要在組合前進行調幅，然后再和水平荷載作用下的內力進行組合。,框架梁塑性調幅,支座彎矩降低后，為了避免當支座出現(xiàn)塑性鉸后，跨中截面承載力不足，必須相應加大跨中設計彎矩。通常，跨中彎矩可以乘以1.1～1.2的調整系數(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等原因，節(jié)點容易產生變形，梁端彎矩較彈性計算結果會有所降低，故支座彎矩調幅系數(shù)可采用0.8～0.9；,四、水平荷載作用方向,風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，也可以是負方向。,矩形平面結構，正、負方向作用荷載下內力大小相等，符號相反，只需進行一次計算分析。當結構平面布置

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

31、課件！,精品課件！,,作 業(yè) 練 習,1．什么是荷載效應組合？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）中各項具體內容？2．內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．內力組合和最不利內力有什么關系？在做內力計算時，最不利荷載布置如何確定？它和最不利內力又有什么關系？4．在進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．