设计要求及荷载效应组合建筑结构荷载计算.ppt

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1、第第 4 4 章章 设计要求及荷载效应组合设计要求及荷载效应组合主要内容（目录）4.1 承载力计算4.2 侧移限制4.3 舒适度要求4.4 稳定和抗倾覆4.5 抗震结构延性要求和抗震等级4.6 荷载效应组合及最不利内力4.14.1承载力验算承载力验算 按按承载力极限状态承载力极限状态验算验算结构结构构件截面：构件截面：足够大的承载能力足够大的承载能力无地震作用效应组合时无地震作用效应组合时 r0SR r0：结构重要性系数结构重要性系数 安全等级为二级或设计使用年限安全等级为二级或设计使用年限50年，不小于年，不小于1.0 安全等级为一级或设计使用年限安全等级为一级或设计使用年限100年及以上，

2、不小于年及以上，不小于1.1 S：无地震作用效应组合时，构件截无地震作用效应组合时，构件截面内力（效应）组合的设计值（与荷面内力（效应）组合的设计值（与荷载标准值和荷载效应分项系数的大小载标准值和荷载效应分项系数的大小有关）有关）R：无地震作用组合时，构件截面无地震作用组合时，构件截面承载力承载力设计值（与材料分项系数的设计值（与材料分项系数的大小有关）大小有关）r0SR有地震作用效应组合时有地震作用效应组合时 REEERS/SE：有地震作用效应组合时，构件：有地震作用效应组合时，构件截面内力（效应）组合的设计值截面内力（效应）组合的设计值RE：有地震作用组合时，构件截面：有地震作用组合时，构

3、件截面承载力设计值承载力设计值：承载力抗震调整系数承载力抗震调整系数 RE材料材料 结构构件结构构件 钢筋混凝土钢筋混凝土梁梁 0.75轴压比小于轴压比小于0.150.15的柱的柱 0.75轴压比大于轴压比大于0.150.15的柱的柱0.80剪力墙剪力墙 0.85各类受剪、偏拉构件各类受剪、偏拉构件 0.85钢钢（强度破（强度破坏）；坏）；柱，支撑屈柱，支撑屈曲，为曲，为0.800.80梁、柱梁、柱 0.75（0.75）支撑支撑 0.80（0.75）节点板件、连接螺栓节点板件、连接螺栓 0.85（0.75）连接焊缝连接焊缝 0.90（0.75）RE 二阶段设计方法控制：二阶段设计方法控制：多遇

4、地震（及风荷载下），多遇地震（及风荷载下），要求主要求主体结构不受破坏，非结构构件没有过重破坏体结构不受破坏，非结构构件没有过重破坏并导致人员伤亡，保证建筑的正常使用功能；并导致人员伤亡，保证建筑的正常使用功能；罕遇地震作用下，主体结构遭受破罕遇地震作用下，主体结构遭受破坏或严重破坏但不倒塌。坏或严重破坏但不倒塌。4.2 4.2 侧移限制侧移限制（弹性层间位移角限值）（弹性层间位移角限值）4.2 4.2 侧移限制侧移限制（弹性层间位移角限值）（弹性层间位移角限值）目的目的：防止风、小震作用下非结防止风、小震作用下非结构构件破坏：构构件破坏：防止主体结构开裂、损坏；防止主体结构开裂、损坏；防止填

5、充墙及装修开裂、破坏；防止填充墙及装修开裂、破坏；过大的侧向变形会使人有不舒适感，影响正常使用；过大的侧向变形会使人有不舒适感，影响正常使用；过大的侧移会使结构产生附加内力（过大的侧移会使结构产生附加内力（P-P-效应）。效应）。如何达到目的如何达到目的：结构有足够大的：结构有足够大的刚度刚度 参数参数：最大层间位移角：最大层间位移角多遇地震（及风荷载下），多遇地震（及风荷载下），uu：荷载效应：荷载效应标准值标准值组合所得结构组合所得结构最大层间位移；最大层间位移；h h：层高；：层高；u/hu/h:最大层间位移角；最大层间位移角；u/hu/h：弹性弹性层间位移层间位移角限值。角限值。u/h

6、u/h u/hu/h u/hu/h：弹性层间位移角限值（使用阶段）：弹性层间位移角限值（使用阶段）材料材料 结构高度结构高度 结构类型结构类型 限值限值 钢筋钢筋混凝土混凝土 结构结构不大于不大于150m 150m 框架框架 1/550 1/550 框架框架-抗震墙抗震墙板柱板柱-抗震墙抗震墙框架框架-核心筒核心筒 1/800 1/800 抗震墙抗震墙筒中筒筒中筒 1/1000 1/1000 框支层框支层 1/10001/1000不小于不小于250m250m各种类型结构各种类型结构 1/5001/500钢结构钢结构 各种类型结构各种类型结构 1/250 1/250 罕遇地震（防止倒塌）薄弱层（

7、部位）弹塑性层间位薄弱层（部位）弹塑性层间位移角限值移角限值4.3 4.3 舒适度要求舒适度要求 高度超过高度超过150m：10年一遇的风荷载，年一遇的风荷载，顶点顶点最大加速度限值最大加速度限值 住宅、公寓：住宅、公寓：0.15m/s2 办公、旅馆：办公、旅馆：0.25m/s24.4 4.4 稳定和抗倾覆要求稳定和抗倾覆要求P-效应：效应：侧移，重力荷载产生附加侧移，重力荷载产生附加弯矩，增大侧移和内力弯矩，增大侧移和内力4.4.1 4.4.1 高层钢筋混凝土结构的稳定验算高层钢筋混凝土结构的稳定验算实际上大部分钢筋混凝土结构不需要计算P-效应。4.4.1 4.4.1 高层钢筋混凝土结构的稳

8、定验算高层钢筋混凝土结构的稳定验算如果需要计算，可按下述方法进行计算：采用弹性方法进行计算；也可采用对未考虑重力二阶效应的计算结果乘以增大系数的方法近似考虑4.4.1 4.4.1 高层钢筋混凝土结构的稳定验算高层钢筋混凝土结构的稳定验算结构位移增大系数：框架结构剪力墙结构、框架-剪力墙结构、筒体结构4.4.1 4.4.1 高层钢筋混凝土结构的稳定验算高层钢筋混凝土结构的稳定验算高层建筑结构的稳定应符合下列规定：剪力墙结构、框架-剪力墙结构、筒体结构应符合下式要求：框架结构应符合下式要求4.4.2 4.4.2 高层钢结构的稳定验算高层钢结构的稳定验算钢结构构件的稳定性问题是钢结构设计的重要内容，

9、将在结构设计中详细介绍。此处的稳定主要是结构整体稳定，即重力作用下的二阶效应P效应。4.4.2 4.4.2 高层钢结构的稳定验算高层钢结构的稳定验算高钢规下列条件下可不进行整体稳定性验收：1）各层柱子平均长细比和平均轴压比满足一定要求；2）按不考虑P效应的弹性计算所得的层间相对位移小于某个值：对于钢支撑、剪力墙或筒体的钢结构，且u/h1/1000，可不计算P效应，只按有效长度法计算柱的承载力；对于无支撑的钢结构（纯钢框架）和u/h1/1000的有支撑钢结构，应按考虑P效应的方法计算结构内力及侧移，侧移应不大于1/300。实际上大部分钢结构需要计算P效应。4.4.3 4.4.3 高层建筑抗倾覆问

10、题高层建筑抗倾覆问题高层建筑侧移过大，其重力作用合力点移至基底平面范围以外，则建筑可能发生倾覆现象。正常设计的高层建筑不会出现倾覆问题。4.4.3 4.4.3 高层建筑抗倾覆问题高层建筑抗倾覆问题控制高宽比；高宽比大于4的建筑，在地震作用下基础底面不允许出现零应力区；高宽比不大于4的建筑，基底零应力区面积不应超过基础底面积的15。设防烈度设防烈度6 6度及度及6 6度以上的抗震结构度以上的抗震结构4.5 4.5 延性要求与抗震等级延性要求与抗震等级构件和结构屈服后,具有承载能力不降低或基本不降低、且有足够塑性变形能力的一种性能。当设计成延性结构时，由于塑性变形可以耗散地震能量，结构变形虽然会加

11、大，但结构承受的地震作用（惯性力）不会很快上升，内力也不会再加大，因此具有延性的结构可降低对结构的承载力要求，也可以说，延性结构是用它的变形能力（而不是承载力）抵抗罕遇地震作用；反之，如果结构的延性不好，则必须有足够大的承载力抵抗地震。然而后者会多用材料，对于地震发生概率极少的抗震结构，延性结构是一种经济的设计对策。OA:OA:弹性设计，承载力抗震弹性设计，承载力抗震OBCOBC和和ODE:ODE:(承载力延性承载力延性)抗震抗震 两种抗震设计方法两种抗震设计方法（构件屈服，局部破坏）（构件屈服，局部破坏）具有足够大延性和耗能能力具有足够大延性和耗能能力 延性延性 材料、截面、构件或结构保持一

12、定的强材料、截面、构件或结构保持一定的强度或承载力时的非弹性（塑性）变形能力度或承载力时的非弹性（塑性）变形能力 用用延性系数延性系数度量：度量：/uy y和和u分别为分别为屈服值和极限值屈服值和极限值定义：没有规定定义：没有规定 0204060800.0000.0050.0100.0150.0200.025/MPaZ8Z9Z10Z11Z12Z13材料应变延性材料应变延性 不同强度等级混凝土不同强度等级混凝土 不同配箍特征值不同配箍特征值 碳纤维约束混凝土碳纤维约束混凝土钢筋或钢材钢筋或钢材/uy截面曲率延性截面曲率延性 截面弯短截面弯短曲率关系曲率关系 屈服时截面应变分布屈服时截面应变分布

13、极限状态时截面应变分布极限状态时截面应变分布 /uy构件位移延性构件位移延性 悬臂构件的弯矩、曲率和位移的关系悬臂构件的弯矩、曲率和位移的关系/uy2(1)13(0.5)ppllll 悬臂构件位移延性系数与截面曲率延性系数的关系式悬臂构件位移延性系数与截面曲率延性系数的关系式 结构位移延性结构位移延性/uy 顶点位移延性系数或层间位移延性系数顶点位移延性系数或层间位移延性系数 影响影响RC构件截面曲率延性的主要因素构件截面曲率延性的主要因素截面曲率延性系数截面曲率延性系数/uy截面的截面的名义屈服曲率名义屈服曲率/0.85yy0/()yyyhxy0hyyx截面有效高度截面有效高度钢筋屈服应变（

14、小，有利）钢筋屈服应变（小，有利）混凝土受压区高度（小，有利）混凝土受压区高度（小，有利）纵筋屈服时纵筋屈服时名义屈服时名义屈服时截面的截面的极限曲率极限曲率/ucuuxu受压区边缘混凝土极限压应变受压区边缘混凝土极限压应变 （大，有利）（大，有利）ux混凝土受压区高度（小，有利）混凝土受压区高度（小，有利）cu（1 1）混凝土强度等级）混凝土强度等级 强度等级高强度等级高,下降快下降快提高混凝土强度等级可以在不加大截面尺寸的情况下提高轴压比，并且随着混凝土强度等级提高，混凝土的极限压应变变小，变形能力变差，对构件的延性将产生不利的影响。（2 2）箍筋）箍筋不同配箍特征值应力应变关系不同配箍特

15、征值应力应变关系影响混凝土影响混凝土极限压应变极限压应变cu它包括含箍率、箍筋形式、箍筋间距等。其中，含箍率越高，塑性铰区截面核心混凝土的受约束程度越高。（3 3）轴压比（）轴压比（N/fcAN/fcA）影响混凝土相对受压区高度影响混凝土相对受压区高度轴压比大，相对轴压比大，相对受压区高度大，延性小受压区高度大，延性小 极限曲率极限曲率低轴压比低轴压比/极限曲率极限曲率高轴压比高轴压比 1.01221/cuuucuuuCCCC相对受压区高度相对受压区高度与曲率延性比关系与曲率延性比关系 在高轴压比情况下，在水平荷载施加之前，柱子己经产生了较大的预压应变，预压应变降低截面的塑性转动能力，使构件的

16、延性变差，所以轴压比限值不能定的过高 轴压比大，相对轴压比大，相对受压区高度大，延性小受压区高度大，延性小 （4 4）纵向钢筋）纵向钢筋梁：梁：受拉钢筋受拉钢筋配筋率过高延性小配筋率过高延性小 增加增加受压钢筋受压钢筋延性大延性大柱：纵筋的屈服强度高柱：纵筋的屈服强度高屈服曲率大屈服曲率大 受压纵筋受压纵筋增大截面的曲率延性增大截面的曲率延性 提高配筋率提高配筋率提高截面的轴压承提高截面的轴压承 载力，降低轴压比载力，降低轴压比（5 5）截面几何形状）截面几何形状箍筋对混凝土的约束作用：箍筋对混凝土的约束作用：圆形截面最强，方形截面次圆形截面最强，方形截面次之，矩形截面再次之，异形截之，矩形截面再次之，异形截面最差面最差对于一个结构：对于一个结构：截面曲率延性系数截面曲率延性系数构件转角（位移）延性系数构件转角（位移）延性系数 结构位移延性系数结构位移延性系数 弹塑性层间位移角限值弹塑性层间位移角限值 目的：目的：防止罕遇地震时结构倒塌防止罕遇地震时结构倒塌通过通过抗震构造措施抗震构造措施，使结构构件具，使结构构件具有足够大的延性，满足弹塑性层间有足够大的延性，满足弹塑性层间位移角限值