结构设计要求与作用效应组合课件

14.1 荷载效应组合及最不利内力荷载效应组合及最不利内力荷载荷载 竖向荷载竖向荷载 恒荷载恒荷载活荷载活荷载风荷载风荷载水平地震作用水平地震作用 水平荷载水平荷载 满足：承载能力极限状态满足：承载能力极限状态 正常使用极限状态正常使用极限状态21、荷载效应荷载效应：指结构或构件在某种荷载作用下的结构的指结构或构件在某种荷载作用下的结构的 内力和位移。内力和位移。2、荷载效应组合：指在所有可能同时出现的诸荷载组合下，、荷载效应组合：指在所有可能同时出现的诸荷载组合下，结构或构件内产生的效应。其中最不利组结构或构件内产生的效应。其中最不利组 合是指所有可能产生的荷载组合中，对结合是指所有可能产生的荷载组合中，对结 构构件产生总效应为最不利的一组。构构件产生总效应为最不利的一组。一基本概念一基本概念33600BA图1qkgkBAMGK图MGK跨中=4.3kN.mBAMQK图MQK跨中=3.24kN.m荷载效应+荷载效应组合4二、控制截面及最不利内力二、控制截面及最不利内力构件截面设计是以控制截面上的最不利内力为依据的构件截面设计是以控制截面上的最不利内力为依据的控制截面：内力最大的截面控制截面：内力最大的截面最不利内力：配筋可能最大的内力最不利内力：配筋可能最大的内力1 1、框架梁：框架梁：两端支座两端支座 跨中跨中52 2、框架柱（墙）、框架柱（墙）上下端上下端：2024/7/176三、组合前的框架粱柱内力调整三、组合前的框架粱柱内力调整（1 1）将梁柱轴线端内力调）将梁柱轴线端内力调整至构件边缘端（控制整至构件边缘端（控制截面）的内力，当梁柱截面）的内力，当梁柱截面高度较小时，此项截面高度较小时，此项调整可略去（偏安全）调整可略去（偏安全）M=M-Vb/2V=V-(g+q)b/22024/7/177（2 2）竖向荷载（）竖向荷载（只限于竖向荷载只限于竖向荷载）可考虑梁端出现塑铰产生）可考虑梁端出现塑铰产生的塑性内力重分布。通常是降低支座负弯矩，以减少支座的塑性内力重分布。通常是降低支座负弯矩，以减少支座处上部配筋，方便施工处上部配筋，方便施工支座负弯矩调整系数，对于现浇梁可取支座负弯矩调整系数，对于现浇梁可取0.80.80.90.9，对于装，对于装配整体式梁取配整体式梁取0.70.70.80.8支座弯矩确定后，为了安全，跨中弯矩必须满足两个要求支座弯矩确定后，为了安全，跨中弯矩必须满足两个要求 按简支梁计算时跨中弯矩按简支梁计算时跨中弯矩 经内力调整并组合后的支座弯矩经内力调整并组合后的支座弯矩8支座弯矩调幅系数支座弯矩调幅系数0.80.9跨中弯矩乘以跨中弯矩乘以1.11.2增大系数或增大系数或按平衡条件求得按平衡条件求得调幅前调幅前调幅后调幅后竖向荷载下框架梁的塑性调整竖向荷载下框架梁的塑性调整9四、荷载的布置（四、荷载的布置（1）恒载（）恒载（2）活荷载布置）活荷载布置hhhP Phhh可以考虑活荷载的不利布置，采用与恒载相同的满布方可以考虑活荷载的不利布置，采用与恒载相同的满布方式，为了安全起见，框架梁的弯矩乘以式，为了安全起见，框架梁的弯矩乘以1.11.210四、荷载的布置（3）风荷载及地震作用方向 风、地震的方向任意，一般沿主轴方向，可能正、风、地震的方向任意，一般沿主轴方向，可能正、反两个方向，对称结构计算一次，内力分别加反两个方向，对称结构计算一次，内力分别加“+”或或“-”Phhh111）无地震作用效应组合时：非抗震设计及）无地震作用效应组合时：非抗震设计及6度抗震设防度抗震设防 S荷载效应组合的设计值；荷载效应组合的设计值；永久荷载效应、楼面活荷载效应、永久荷载效应、楼面活荷载效应、风荷载效应标准值；风荷载效应标准值；楼面活荷载组合值系数、风荷载组合值系数楼面活荷载组合值系数、风荷载组合值系数 永久荷载效应起控制作用时分别取值：永久荷载效应起控制作用时分别取值：0.7、0.0 可变荷载效应起控制作用时分别取值：可变荷载效应起控制作用时分别取值：1.0、0.6 0.7(0.9)、1.0对书库、档案库、储藏室、通风机房、电梯机房对书库、档案库、储藏室、通风机房、电梯机房 五、内力组合五、内力组合12荷载分项系数的取值：荷载分项系数的取值：承载力计算承载力计算 (1)(1)永久荷载分项系数：永久荷载分项系数：对结构不利：对结构不利：可变荷载效应控制的组合：可变荷载效应控制的组合：1.21.2 永久荷载效应控制的组合：永久荷载效应控制的组合：1.351.35 对结构有利：对结构有利：1.01.0 (2)(2)楼面活荷载分项系数楼面活荷载分项系数 1.41.4 (3)(3)风荷载分项系数风荷载分项系数 1.4 1.4 位移计算位移计算 以上各分项系数取值为以上各分项系数取值为1.0 1.0 13（恒荷载起控制，无风恒荷载起控制，无风）（活荷载起控制，有风）活荷载起控制，有风）（风荷载起控制，有风）荷载效应组合荷载效应组合 142）有地震作用效应组合时）有地震作用效应组合时 S荷载效应和地震作用效应组合的设计值；重力荷载代表值的效应；水平地震作用标准值的效应，尚应乘以相应的 增大系数或调整系数；竖向地震作用标准值的效应，尚应乘以相应的 增大系数或调整系数；风荷载标准值的效应；风荷载的组合值系数风荷载的组合值系数0.2 0.2 15荷载分项系数的取值荷载分项系数的取值 （位移计算位移计算取取1.01.0）组合组合说明说明重力荷载及水平地震作用重力荷载及水平地震作用1.21.3重力荷载及竖向地震作用重力荷载及竖向地震作用1.21.39度；水平长悬臂度；水平长悬臂8、9度度重力荷载、水平地震及竖重力荷载、水平地震及竖向地震作用向地震作用1.21.30.59度；水平长悬臂度；水平长悬臂8、9度度重力荷载、水平地震作用重力荷载、水平地震作用及风荷载及风荷载1.21.31.460m以上的高层建筑以上的高层建筑重力荷载、水平地震作用、重力荷载、水平地震作用、竖向地震作用及风荷载竖向地震作用及风荷载1.21.30.51.460m以上的高层建筑；以上的高层建筑；9度；水平长悬臂度；水平长悬臂8度、度、9度度所有建筑所有建筑2024/7/1716（恒荷载起控制，无风）（恒荷载起控制，无风）（活荷载起控制，有风）（活荷载起控制，有风）（风荷载起控制，有风）（风荷载起控制，有风）（地震作用起控制）（地震作用起控制）17例：某高度为例：某高度为50m的框架结构，框架梁端在恒载、楼面活的框架结构，框架梁端在恒载、楼面活 载、风荷载和水平地震作用下的弯矩标准值如下，试求梁载、风荷载和水平地震作用下的弯矩标准值如下，试求梁端的端的Mmax，Mmax框架梁端在各种作用下的弯矩标准值（框架梁端在各种作用下的弯矩标准值（kN.m）永久荷载永久荷载楼面活载楼面活载风荷载风荷载水平地震水平地震508065110注：注：1、永久荷载、活荷载作用下的弯矩值已经调幅、永久荷载、活荷载作用下的弯矩值已经调幅 2、在计算重力荷载时，可变荷载组合值系数为、在计算重力荷载时，可变荷载组合值系数为0.518解：解：1、计算、计算Mmax1）无地震作用组合）无地震作用组合 恒荷载起控制，无风恒荷载起控制，无风 1.35（50）0.7 1.4（80）145.9kN.m 活荷载起控制，有风活荷载起控制，有风 1.2（50）1.0 1.4（80）0.6 1.4（65）226.6kN.m 风荷载起控制，有风风荷载起控制，有风 1.2（50）0.7 1.4（80）1.0 1.4（65）229.4kN.m2）有地震作用组合）有地震作用组合 1.2500.5（80）1.3（110）251kN.m所以所以 Mmax 251kN.m192、计算、计算Mmax（恒荷载对结构有利）（恒荷载对结构有利）1）无地震作用组合）无地震作用组合1.0（50）1.0 1.4（65）41kN.m 2）有地震作用组合）有地震作用组合1.0500.5（80）1.3 11053kN.m所以所以 Mmax 53kN.m永久荷载永久荷载楼面活载楼面活载风荷载风荷载水平地震水平地震50806511020补充习题v某办公楼，矩形平面，六层。已知：底层中柱底部截面处的内某办公楼，矩形平面，六层。已知：底层中柱底部截面处的内力标准值（见下表）力标准值（见下表）v表中弯矩顺时针为正，轴力以拉为正。表中弯矩顺时针为正，轴力以拉为正。v要求：计算底层中柱底部截面处弯矩、轴力的基本组合设计值要求：计算底层中柱底部截面处弯矩、轴力的基本组合设计值竖向荷载竖向荷载风荷载风荷载恒载恒载活载活载左风左风右风右风MK(kN.m)20.33.390.7-90.7NK(kN)-2716.1-444.514.7-14.7213、舒适度的验算、舒适度的验算4.2 结构设计要求结构设计要求 1、承载能力的验算、承载能力的验算2、水平侧移限制、水平侧移限制5、抗震结构的延性要求和抗震等级、抗震结构的延性要求和抗震等级4、稳定和抗倾覆验算、稳定和抗倾覆验算22不考虑地震作用组合：考虑地震作用组合：结构重要性系数，分别取1.1、1.0、0.9 承载力抗震调整系数1、承载能力的验算、承载能力的验算232、水平侧移限制、水平侧移限制a）限制使用阶段层间位移的原因：）限制使用阶段层间位移的原因：1）过大的水平位移（特别是过大的层间侧移）会使填充墙、）过大的水平位移（特别是过大的层间侧移）会使填充墙、装修等开裂或损坏，以及使电梯轨道变形。装修等开裂或损坏，以及使电梯轨道变形。2）过大的水平位移会使建筑中的人感觉不舒服，影响正常使用；）过大的水平位移会使建筑中的人感觉不舒服，影响正常使用；3）过大的水平位移会使结构产生附加内力，严重时会加速）过大的水平位移会使结构产生附加内力，严重时会加速结构的倒塌结构的倒塌4）过大的水平位移会使主体结构开裂过大以致破坏。）过大的水平位移会使主体结构开裂过大以致破坏。24弹性方法计算的楼层层间最大位移与层高弹性方法计算的楼层层间最大位移与层高之比之比b）水平侧移限制计算方法）水平侧移限制计算方法弹性方法计算：（风荷载和小震作用）弹性方法计算：（风荷载和小震作用）255)采用隔震和消能减震设计的结构。采用隔震和消能减震设计的结构。弹塑性方法计算（罕遇地震作用下薄弱层弹塑性变形验算）（1）下列结构应进行弹塑性变形验算：1）8度度、类场地和类场地和9度时，高大的单层钢筋混凝土柱度时，高大的单层钢筋混凝土柱厂房的横向排架；厂房的横向排架；2)79度时楼层屈服强度系数小于度时楼层屈服强度系数小于0.5的钢筋混凝土框架的钢筋混凝土框架结构；结构；3)高度大于高度大于150m的钢结构；的钢结构；4)甲类建筑和甲类建筑和9度时乙类建筑中的钢筋混凝土结构和钢结构；度时乙类建筑中的钢筋混凝土结构和钢结构；26 4)高度不大于高度不大于150m的高层钢结构。的高层钢结构。（2）下列结构）下列结构宜宜进行弹塑性变形验算：进行弹塑性变形验算：1）高度属于应采用时程分析方法范围并且属于竖向不规）高度属于应采用时程分析方法范围并且属于竖向不规则类型的高层建筑结构：则类型的高层建筑结构：2)7度度、类场地和类场地和8度时乙类建筑中的钢筋混凝土结构度时乙类建筑中的钢筋混凝土结构和钢结构；和钢结构；3)板柱板柱-抗震墙结构和底部框架砖房；抗震墙结构和底部框架砖房；（b）楼层屈服强度系数沿高度分布不均匀的结构，可取屈）楼层屈服强度系数沿高度分布不均匀的结构，可取屈服系数最小的楼层及相对较小的楼层，一般不超过服系数最小的楼层及相对较小的楼层，一般不超过23处处（3）薄弱层的位置）薄弱层的位置（a）楼层屈服强度系数沿高度分布均匀的结构，可取底层）楼层屈服强度系数沿高度分布均匀的结构，可取底层27（4）屈服系数：按构件实际配筋和材料标准强度计算的楼层受剪承载力 大震作用下由弹性计算得到的楼层剪力式中 h h薄弱层层高 大震下薄弱层层间弹塑性位移（5）弹塑性位移限值：（a）弹塑性变形计算的简化方法（b）弹塑性变形计算的弹塑性分析法28 式中 大震下薄弱层的层间弹性位移 弹塑性位移增大系数。当薄弱层y不小于相邻层平均的80时，按照下表采用，当薄弱层y小于相邻层平均y的50时，取表中数值的1.5倍，其余情况可用内插法（a）弹塑性变形计算的简化方法（12层，层侧向刚度无突变的框架结构）弹塑性层间位移增大系数弹塑性层间位移增大系数结构类型结构类型 总层数总层数ny0.50.40.3多层均匀多层均匀框架结构框架结构241.301.401.60571.501.651.808121.802.002.229说明：薄弱层弹塑性侧移验算应在截面设计完成之后进行（b）弹塑性变形计算的弹塑性分析法静力弹塑性分析法弹塑性动力时程分析法30住宅、公寓住宅、公寓 amaxmax0.15m/s0.15m/s2 2办公、旅馆办公、旅馆 amaxmax0.25m/s0.25m/s2 2注：按十年一遇的风荷载计算注：按十年一遇的风荷载计算3、舒适度的验算：（风荷载作用）、舒适度的验算：（风荷载作用）高度超过高度超过150m，结构顶点最大加速度值满足：，结构顶点最大加速度值满足：不舒适程度不舒适程度建筑物加速度建筑物加速度无感觉无感觉0.15g舒适度和风振加速度关系舒适度和风振加速度关系315、抗震结构的延性要求和抗震等级、抗震结构的延性要求和抗震等级4、稳定和抗倾覆验算（刚重比、高宽比）、稳定和抗倾覆验算（刚重比、高宽比）延延性性：结结构构构构件件吸吸收收能能量量的的能能力力(力力位位移移曲曲线线包包围围的的面面积，主要反应塑性变形能力积，主要反应塑性变形能力)1 1）截面的延性衡量截面的延性衡量延性的衡量：延性的衡量：延性比：构件破坏时的极限变形与屈服时的延性比：构件破坏时的极限变形与屈服时的变形的比值变形的比值32抗震等级抗震等级根据设防烈度、结构类型和房屋高度区分为不同的抗震等级；根据设防烈度、结构类型和房屋高度区分为不同的抗震等级；采用相应的计算和构造措施；采用相应的计算和构造措施；抗震等级的高低，体现了对结构抗震性能要求的严格程度；抗震等级的高低，体现了对结构抗震性能要求的严格程度；抗震等级分：特一级、一级、二级、三级、四级。抗震等级分：特一级、一级、二级、三级、四级。2 2）构件延性的衡量）构件延性的衡量3 3）结构延性的衡量）结构延性的衡量顶点位移延性比顶点顶点33A级高度的高层建筑结构抗震等级级高度的高层建筑结构抗震等级 34B级高度的高层建筑结构抗震等级级高度的高层建筑结构抗震等级