设计要求及荷载效应组合.ppt

4 设计要求及荷载效应组合,房屋建筑结构应具有： 足够的承载力； 足够的刚度； 抗震结构还应具有足够的延性和良好的耗能能力。,4.1 承载力验算,按承载力极限状态设计结构构件截面(足够的 承载力)我国建筑结构设计统一标准规定 构件按极限状态设计，采用荷载效应组合的 构件不利内力，进行构件承载力验算。 无地震作用效应组合时 r0SR 有地震作用效应组合时 SE RE /RE,系数,r0 ：结构重要性系数，安全等级为一级或设计使用年限100年及以上，不小于1.1；安全等级为二级或设计使用年限50年，不小于1.0； S 、SE ：无、有地震作用效应组合时，构件截面内力（效应）组合的设计值； R 、 RE ：无、有地震作用组合时，构件截面承载力设计值；,RE (抗5.4.2)：承载力抗震调整系数,材料 结构构件 R E 钢筋混凝土 梁 0.75 轴压比小于0.15的柱 0.75 轴压比大于0.15的柱 0.80 剪力墙 0.85 各类受剪、偏拉构件 0.85 钢 梁、柱、支撑、节点板件、焊缝 、 螺栓 （计算强度） 0.75 柱、支撑、（计算稳定） 0.80,的意义,凡是要求进行抗震设计的结构(设防烈度为6度及其以上的地区)，都是抗震结构。无地震作用组合也可能是抗震结构，它们在承载力计算时不采用承载力抗震调整系数( )，但是构造设计要考虑抗震。 考虑到地震作用是一种偶然作用，作用时间短，材料性能也与静力作用不同，在动荷载作用下，材料强度可提高15%左右，因此，对构件的抗震承载能力作调整，也就是说，该系数是一种安全度的调整。构件受力状态容易获得较好延性和耗能能力时，承载力提高得多一些， 值较小。例如，梁受弯时 为0.75，偏压柱的轴压比小于0.15时为0.75，轴压比不小于0.15时 ， 值降低为0.80,而各类构件受剪或偏拉时 值较大,取为0.85。,4.2 侧移限制,风、小震：足够的刚度（弹性） 罕遇地震：防止倒塌（弹塑性） 限制水平变形的主要原因有：防止主体结构开裂、损坏；防止填充墙及装修开裂、损坏；过大的侧向变形会使人不舒适，影响正常使用；过大的侧移会使结构产生附加内力。地震作用时正常使用要求可放松，所以地震作用的位移限值均略大。,4.2.1 弹性层间位移角限值,u/hu/h u：荷载标准值效应组合 （风，地震，风+地震）所得结构楼层 层间最大位移； h：层高； u/h : 层间最大位移角； u/h：弹性层间位移角限值。,u/h：弹性层间位移角限值（抗5.5.1）,1/250,4.2.2 弹塑性层间位移角限值,实现“大震不倒”的抗震设防目标,弹塑性层间位移角限值（抗5.5.5）,4.3 舒适度要求,P-效应：侧移，重力荷载产生附加弯矩，增大侧移和内力。,4.4 稳定和抗倾覆要求,（风，高度超过150m）,稳定和抗倾覆验算,高规对高层建筑的稳定和倾覆验算提出了要求，但由于高层建筑的刚度一般较大，又有许多楼板作为横向隔板，整体稳定一般都可以满足要求，很少进行验算。 当高层建筑高宽比(H/B)满足要求时，抗倾覆一般都可满足要求。抗倾覆验算： MM 式中： M 倾覆力矩值，由风荷载或地震作用的基础顶面处 的最大倾覆力矩，需考虑二者的组合； M稳定力矩值，由竖向荷载对房屋基础边缘取矩所 得的总力矩。计算时楼层活荷载取50%，恒载取 90%。,4.5 延性和抗震等级,抗震结构：延性，耗能（设防烈度6度及6度以上） 抗震等级：RC抗震结构,4.5.1 延性与耗能,两种抗震设计方法： 承载能力抗震设计弹性结构承载能力 变形能力抗震设计弹塑性结构（构件局部破坏） 延性： 屈服后的变形能力，强度或承载能力不降低或不降低不多时的变形。,材料延性；截面延性； 构件延性；结构延性。,构件延性比,构件延性比对于一个构件，当受拉钢筋屈服以后即 进入塑性变形阶段，构件承载力略有增大，而变形迅速增 加；当构件破坏，承载力降低时，达到承载力极限状态， 构件极限变形一般定义为承载力降低10%20%时的变形，见 图2-16和图2-17。延性比是指极限变形(曲率 、转角 或挠度 )与屈服变形( 、 或 )的比值。,图416 结构的变形 图417 屈服变形和最 大允许变形,结构延性比,结构延性比对于一个结构，当某个杆件出现塑性 铰时，开始出现塑性变形，但结构刚度只略有降低；当 出现塑性铰的杆件增多以后，塑性变形加大，刚度降低 愈来愈大；当塑性铰达到一定数量以后，结构也会出现 “屈服” 现象，此后出现塑性变形迅速增加而承载力 略有增大的现象，即认为达到屈服位移；直到整个结构 不能维持其承载能力，当承载能力下降到最大承载力的 80%90%时，达到极限位移，结构延性比通常是指达到极 限时顶点位移 与屈服位移 的比值。,度量延性大、小的参数,延性系数（延性比）: =u/y =u/ 通过试验与理论分析结合得到,规范尚无延性系数数值的规定。,耗能,耗能：地震对结构输入能量，结构通过弹塑性变形耗散能量。 可以用截面、构件或结构的力变形滞回曲线的面积度量,4.5.2 抗震等级,不同高度、不同烈度、不同体系等的钢筋混凝土房屋建筑结构，延性与耗能要求可能不同，通过抗震等级，区分对结构的延性与耗能的不同要求。,抗震结构设计等级,延性结构的概念是清楚的，但是结构延性比的确定却是十分困难的。从设计概念要求：结构延性比要求应小于或等于该结构可提供的延性比。前者是指在地震作用下结构要求变形能力(抵抗能力)，与结构布置、结构类型、配筋形式及配筋量等有关。遗憾的是，在设计中要想确定上述两个指标都是很困难的。因此，目前的设计方法是根据设防烈度、结构类型及结构高度将结构分为一、二、三、四级，这是对结构的要求(一级要求最高)，然后按照要求的等级设计结构构件，从配筋形式、数量、构造要求等各方面保证结构具有足够的延性性能。,目的,目的：不同抗震等级，采取不同抗震措施。 抗震措施包括： 计算地震作用计算和抗力计算以外的计算，主要是调整或放大组合的内力设计值，用调整或放大后的内力作为构件承载力设计的内力； 抗震构造措施保证结构构件具有足够的延性与耗能的构造措施。,抗震等级,A级高度：一、二、三、四级 （一级要求最高） B级高度：特一、一、二级 （特一级要求最高）,确定抗震等级的参数,确定抗震等级的烈度 结构类型 房屋高度,表6 . 1 . 2 现浇钢筋混凝土房屋的抗震等级（抗6.1.2）,24,24,24,B级高度的高层建筑结构抗震等级,注：底部带转换层的筒体结构，其框支框架和底部加强部位筒体的抗震等级应按表中 框支剪力墙结构的规定采用。,相关因素,表中的烈度为：确定抗震等级的烈度。与下列因素有关: 建筑类别（甲类，乙类，丙类，丁类） 设防烈度 场地 确定混凝土结构抗震等级的第一步：确定“确定抗震等级的烈度”。,确定抗震等级的烈度,几点说明,凡是要求进行抗震设计的结构(设防烈度为6度及其以上的地区)，都是抗震结构，按无地震作用组合计算的抗震结构，仍应按划分的抗震等级进行抗震构造设计。 在构造要求条文中，区分这抗震结构(一、二、三、四)级)及非抗震结构。注意，除规程条文中特殊注明者外，四级抗震等级与非抗震设计的措施相同。,（1）、框架抗震墙结构，在基本振型地震作用下，若框架部分承受的地震倾覆力矩大于结构总地震倾覆力矩的50%，其框架部分的抗震等级应按框架结构确定，最大适用高度可比框架结构适当增加。 （2）、裙房与主楼相连，除应按裙房本身确定外，相关范围不应低于主楼的抗震等级；主楼结构在裙房顶层及相邻上下各一层应适当加强抗震构造措施。裙房与主楼分离时，应按裙房本身确定抗震等级。,（3）、当地下室顶板作为上部结构的嵌固部位时，地下一层的抗震等级应与上部结构相同，地下一层以下的抗震措施的抗震等级逐层降低一级但不得低于4级。地下室中无上部结构的部分，可根据具体情况采用三级或四级。 （4）、抗震设防类别为甲、乙类的建筑，高度超过表6.1.2规定的范围时，应经专门研究采取比一级更有效的抗震措施。,思考题,钢筋混凝土框架剪力墙房屋结构，高60m, 丙类建筑，8度设防。确定： 类场地时，框架、剪力墙的抗震等级； 类场地时，框架、剪力墙的抗震等级。,4.6 荷载效应组合及最不利内力,4.6.1荷载效应组合 组合的荷载效应包括： 构件截面的内力（控制截面） 水平荷载作用下结构层间位移 无地震作用效应组合(最多3项) 有地震作用效应组合(最多4项),无地震作用效应组合,S=GSGk+Q1Q1SQ1k+wwSwk S荷载效应组合的设计值； SGk，SQ1k，Swk 分别为永久荷活荷载和风载荷、载效应标准值； G ，Q1 ， w分别为永久荷载、活荷载和风荷载分项系数； Q1 、 w分数别为活荷载及风荷载的组合值系数。,承载力计算基本荷载工况,承载力计算时，基本荷载工况有两种（分项系数按规定采用）： 永久（恒）荷载+活荷载 1.2永久荷载效应+1.4活荷载效应 1.35永久荷载效应+1.40.7活荷载效应 永久荷载+活荷载+风荷载 1.2永久荷载效应+1.4活荷载效应+1.41.0风荷载效应（高层建筑）,位移计算基本荷载工况,位移计算时： 荷载工况公式中各分项系数取1.0。,有地震作用效应组合,SE=GSGE+EhSEhk+EvSEvk+wwSwk SE荷载效应和地震作用效应组合的设计值； SGE，SEhk，SEvk，Swk分别为重力荷载代表值、水平地震作用标准值、竖向地震作用标准值、风荷载标准值的效应；,系数,G ，Eh ， Ev ，w分别为上述各种荷载和地震作用分项系数； w风荷载的组合值系数，取0.2。 60m以上的高层建筑：考虑风荷载效应和地震作用效应的组合。 9度时：考虑竖向地震作用的效应组合。,高层建筑的基本工况, 所有高层建筑 1.2重力荷载效应+1.3水平地震作用效应 60m以上的高层建筑（9度以外） 1.2 重力荷载效应+1.3水平地震作用效应+1.40.2风荷载效应 、 9度高层建筑 1.2重力荷载效应+1.3水平地震作用效应+0.5竖向地震作用效应； 1.2重力荷载效应+1.3竖向地震作用效应； 9度且60m以上高层建筑 1.2重力荷载效应+1.3水平地震作用效应+0.5 竖向地震作用效应+ 1.40.2风荷载效应。,4.6.2 竖向活荷载的布置,可不考虑活荷载的不利布置, 用满布活荷载计算内力。,4.6.3 水平荷载的方向,平面布置复杂或不对称结构，选择不同方向（主轴方向）的水平荷载分别进行计算，按不同工况分别组合。,4.6.4 控制截面及最不利内力,控制截面:验算承载力的截面，通常是内力最大的截面。 框架梁:两端截面，跨中截面； 连梁:两端截面； 框架柱、墙肢:两端截面。,最不利内力,梁端截面最大正弯矩，最大负弯矩，最大剪力； 梁跨中截面最大正弯矩。 柱、墙大偏压时弯矩大不利，小偏压时轴力大不利。,柱、墙, M max及相应的N； Nmax及相应的M； Nmin及相应的M； M较大及N较大(小偏压)， M或较大及N较小(大偏压)。,构件验算截面：端部截面，不是轴线截面,4.6.5 RC框架梁弯矩塑性调幅,调幅：减小梁端负弯矩，增大跨中正弯矩； 弯矩：竖向荷载作用下的弯矩； 次序：先调幅，后与风、地震作用效应