特殊荷载的定义、设计和作用分析PPT课件

1、1。温度荷载的定义及分析。温度荷载的定义及分析F温度荷载即温度场对结构的影响，有以下几方面问题。温度荷载即温度场对结构的影响，有以下几方面问题。F温度的时效问题：温度的时效问题：冬天和夏天的温度产生的温差将非常冬天和夏天的温度产生的温差将非常大，（如冬天大，（如冬天-20、夏天、夏天+30，温差，温差50），如果以这个），如果以这个温差作为温度场（温度荷载），计算结构的温度效应将非温差作为温度场（温度荷载），计算结构的温度效应将非常大。由于这个温差产生是在一年的时间内发生，结构的常大。由于这个温差产生是在一年的时间内发生，结构的反应也是缓慢、变化的。一般情况下结构的温度效应可以反应也是缓慢、变

2、化的。一般情况下结构的温度效应可以考虑考虑瞬间温差瞬间温差（指一天的时间内）。（指一天的时间内）。F温度的环境问题：温度的环境问题：考虑温差对结构的影响，要考虑结构考虑温差对结构的影响，要考虑结构的工作环境，如涂料、内外装修、保温隔热等的影响，要的工作环境，如涂料、内外装修、保温隔热等的影响，要分别考虑施工阶段、使用阶段的结构反应。如果只考虑使分别考虑施工阶段、使用阶段的结构反应。如果只考虑使用阶段，则施工阶段应考虑相应的保证、保护措施。用阶段，则施工阶段应考虑相应的保证、保护措施。第1页/共46页F温度的梯度问题：温度的梯度问题：温度对构件的影响也不是均匀的。对温度对构件的影响也不是均匀的。

3、对钢构件由于截面很薄，当温度变化时，可以认为截面中的钢构件由于截面很薄，当温度变化时，可以认为截面中的温度也会产生均匀的变化。但是对混凝土构件则不同，由温度也会产生均匀的变化。但是对混凝土构件则不同，由于截面厚大，表面温度很难达到里面，如下图所示。此时于截面厚大，表面温度很难达到里面，如下图所示。此时可以认为温度向截面里面是逐渐衰减的。即梯度（线性、可以认为温度向截面里面是逐渐衰减的。即梯度（线性、非线性）。非线性）。 线性梯度线性梯度 曲线梯度曲线梯度 程序采用不变程序采用不变程序的做法将导致温度效应偏大较多程序的做法将导致温度效应偏大较多第2页/共46页温度变化的设计控制温度变化的设计控制

4、F竖向温差的控制：竖向温差的控制：其对结构顶部的梁将引起较大的弯矩其对结构顶部的梁将引起较大的弯矩、剪力；对结构底部的内外竖向构件会引起较大弯矩、轴、剪力；对结构底部的内外竖向构件会引起较大弯矩、轴力（拉、压）。因此，力（拉、压）。因此，（1）结构设计宜对底部竖向构件结构设计宜对底部竖向构件的轴压比留有余地，保证适合的配筋率；顶部若干层梁的的轴压比留有余地，保证适合的配筋率；顶部若干层梁的配筋也要留有余地。配筋也要留有余地。（2）对结构外露应做好保温隔热措对结构外露应做好保温隔热措施。施。F水平温差的控制：水平温差的控制：其对受到剪力墙约束的水平构件（楼其对受到剪力墙约束的水平构件（楼板、梁）

5、将会引起较大的轴力，反过来对剪力墙产生较大板、梁）将会引起较大的轴力，反过来对剪力墙产生较大的剪力。因此，的剪力。因此，（1）对剪力墙的轴压比、剪压比留有余对剪力墙的轴压比、剪压比留有余地，下部楼层梁、板考虑偏心受拉的配筋。地，下部楼层梁、板考虑偏心受拉的配筋。（2）主动释主动释放温差变形，如：混凝土低温入模养护、设后浇带、减少放温差变形，如：混凝土低温入模养护、设后浇带、减少混凝土收缩应变、改善使用环境等。混凝土收缩应变、改善使用环境等。第3页/共46页温差定义温差定义第4页/共46页节点温差定义节点温差定义第5页/共46页温度作用内力的输出温度作用内力的输出第6页/共46页温度作用的特点温

6、度作用的特点 v高层建筑结构不仅高层建筑结构不仅平面尺寸大平面尺寸大，而且竖向的，而且竖向的高度也很大高度也很大，其竖向构件其竖向构件截面尺寸较大截面尺寸较大，温度变化温度变化和和混凝土收缩混凝土收缩不仅会不仅会产生较大的水平方向的变形和内力，而且也会产生竖向的产生较大的水平方向的变形和内力，而且也会产生竖向的变形和内力。变形和内力。v根据有关资料统计，工程实践中结构物的根据有关资料统计，工程实践中结构物的裂缝裂缝原因属于原因属于由变形作用（由变形作用（温度、收缩、不均匀沉降温度、收缩、不均匀沉降）引起的约）引起的约占占80%以上以上，属于由荷载引起的约占，属于由荷载引起的约占20%左右，可见

7、高层左右，可见高层建筑结构设计中考虑变形作用的影响是很重要的，不容忽建筑结构设计中考虑变形作用的影响是很重要的，不容忽视。视。v高层建筑结构的温度变形与应力应该引起设计人员的重高层建筑结构的温度变形与应力应该引起设计人员的重视。视。 第7页/共46页有关规定有关规定v高规高规宣讲培训材料（宣讲培训材料（P4-17）：高层钢筋混凝土结）：高层钢筋混凝土结构一般构一般不计算由于温度、收缩而产生的内力不计算由于温度、收缩而产生的内力。因为一方面。因为一方面高层建筑的高层建筑的温度场分布温度场分布和和收缩参数收缩参数等都等都难以准确确定难以准确确定；另；另一方面混凝土又不是弹性材料，它既有一方面混凝土

8、又不是弹性材料，它既有塑性变形塑性变形，还有，还有徐徐变和应力松弛变和应力松弛，实际的，实际的内力要远小于按弹性结构的计算值内力要远小于按弹性结构的计算值。v广州白云宾馆（广州白云宾馆（33层、高层、高112m、长、长70m）的温度应力）的温度应力计算结果表明，温度计算结果表明，温度-收缩应力计算值过大，难以作为设收缩应力计算值过大，难以作为设计依据。计依据。v曾经计算过温度曾经计算过温度-收缩应力的其它建筑也遇到类似的情况。收缩应力的其它建筑也遇到类似的情况。第8页/共46页有关规定有关规定v但由于种种原因，诸如高层建筑各处的但由于种种原因，诸如高层建筑各处的温度场、混凝温度场、混凝土收缩、

9、徐变等随时间变化的变量因素还难以直接采用土收缩、徐变等随时间变化的变量因素还难以直接采用数值准确量化数值准确量化，混凝土收缩、徐变的弹塑性特征使分析，混凝土收缩、徐变的弹塑性特征使分析处理复杂，所以一般很难准确地计算结构的处理复杂，所以一般很难准确地计算结构的温度收缩温度收缩应力应力，并且作为设计的依据。因此，并且作为设计的依据。因此，高规不要求直接计高规不要求直接计算非荷载作用算非荷载作用，而强调由，而强调由构造措施来解决构造措施来解决。 v高规高规宣讲培训材料（宣讲培训材料（P4-17）：）：钢筋混凝土高层建筑结构的温度钢筋混凝土高层建筑结构的温度-收缩问题，主要由构收缩问题，主要由构造措

10、施来解决。造措施来解决。第9页/共46页程序实现程序实现v程序提供了计算温度应力、支座沉降以及设置弹簧支程序提供了计算温度应力、支座沉降以及设置弹簧支座的功能。座的功能。v设计人员可以通过设计人员可以通过给定温差给定温差或基础或基础支座沉降支座沉降值来计算值来计算结构的温度和基础支座沉降产生的效应。从而能较正确结构的温度和基础支座沉降产生的效应。从而能较正确地估计温度、基础支座沉降的影响，有助于设计人员采地估计温度、基础支座沉降的影响，有助于设计人员采取相应对策与措施。取相应对策与措施。第10页/共46页温度应力计算情况温度应力计算情况高层建筑的温度分析可考虑下列三种情况：高层建筑的温度分析可

11、考虑下列三种情况：v施工阶段施工阶段v当主体结构完成后，未作内外装修和围护结构，结构当主体结构完成后，未作内外装修和围护结构，结构处于通透状态时的温差造成的内力。处于通透状态时的温差造成的内力。v正常使用阶段正常使用阶段1v外墙围护结构已施工，室内处于自然通风状态时的温外墙围护结构已施工，室内处于自然通风状态时的温差造成的内力。差造成的内力。v正常使用阶段正常使用阶段2v外墙围护结构已施工，室内空调恒温状态时的温差造外墙围护结构已施工，室内空调恒温状态时的温差造成的内力。成的内力。第11页/共46页对温度作用的简化对温度作用的简化v温度变作用表现为：温度变作用表现为：v（1）构件内外表面温差造

12、成的）构件内外表面温差造成的弯曲弯曲；v（2）构件内外表面温差的平均值比构件初始温度）构件内外表面温差的平均值比构件初始温度高（低）时造成的伸长（缩短）。高（低）时造成的伸长（缩短）。v程序仅考虑了程序仅考虑了平均温差造成的伸缩作用平均温差造成的伸缩作用，而，而忽略了忽略了内外表面温差造成的弯曲作用内外表面温差造成的弯曲作用。第12页/共46页最不利温差的确定最不利温差的确定v樊小卿在樊小卿在温度作用与结构设计温度作用与结构设计一书中建议：室一书中建议：室外空气温度夏季取外空气温度夏季取30年一遇最高日平均温度，冬季年一遇最高日平均温度，冬季取取30年一遇最低日平均温度。年一遇最低日平均温度。

13、v使用阶段室内空气温度夏季取空调设计温度，冬季使用阶段室内空气温度夏季取空调设计温度，冬季取采暖设计温度。取采暖设计温度。v初始温度取结构成型时的环境空气温度。初始温度取结构成型时的环境空气温度。 第13页/共46页计算温差的确定计算温差的确定v对于对于钢结构钢结构，最不利温差和计算温差是一致的最不利温差和计算温差是一致的。v对于对于钢筋混凝土结构钢筋混凝土结构，最不利温差与计算温差不同最不利温差与计算温差不同，其差异在于钢筋混凝土结构的特点：其差异在于钢筋混凝土结构的特点：收缩、徐变以收缩、徐变以及裂缝及裂缝。v王铁梦在王铁梦在工程结构裂缝控制工程结构裂缝控制一书中建议：一书中建议：v(1)

14、 温度应力温度应力只按弹性计算太保守只按弹性计算太保守，造成材料浪费，造成材料浪费。v(2) 由于结构遭受的年温差及收缩都是在由于结构遭受的年温差及收缩都是在相当长的相当长的时段时段变化中进行的，必须变化中进行的，必须考虑徐变考虑徐变引起应力松弛，引起应力松弛，从而大幅度从而大幅度降低弹性应力降低弹性应力。第14页/共46页钢筋混凝土结构的收缩影响钢筋混凝土结构的收缩影响v混凝土收缩可以用混凝土收缩可以用收缩当量温差收缩当量温差来表示。来表示。收缩值换收缩值换算为当量温差，永远是负值，应力为拉应力算为当量温差，永远是负值，应力为拉应力。v收缩当量温差与最不利温差叠加计算收缩当量温差与最不利温差

15、叠加计算。v混凝土结构的混凝土结构的降温与收缩同时考虑时降温与收缩同时考虑时，混凝土结构，混凝土结构将承受互相叠加的拉应力，作用效应增大。而当将承受互相叠加的拉应力，作用效应增大。而当升升温与收缩同时考虑时温与收缩同时考虑时，则两者作用效应会互相抵消，则两者作用效应会互相抵消，作用效应减小。作用效应减小。第15页/共46页钢筋混凝土结构的徐变影响钢筋混凝土结构的徐变影响v简单的做法是将简单的做法是将实际温差乘以应力松弛系数实际温差乘以应力松弛系数，作为计，作为计算温差。算温差。 v根据根据温差变化过程速度温差变化过程速度的缓慢程度不同，应力的缓慢程度不同，应力松弛系松弛系数数可取值为可取值为0

16、.30.5。 v温差变化过程温差变化过程速度快速度快，应力松弛，应力松弛系数大系数大，反之则小。，反之则小。 第16页/共46页2。吊车荷载的定义及分析。吊车荷载的定义及分析F带吊车结构的分析，主要是合理考虑吊车的作用问题。带吊车结构的分析，主要是合理考虑吊车的作用问题。F吊车作为吊车作为移动荷载移动荷载，分析时应考虑，分析时应考虑移动的效应移动的效应。F吊车结构分析主要分为：（吊车结构分析主要分为：（1）吊车梁的分析：（）吊车梁的分析：（2）吊）吊车移动对整体结构的分析。车移动对整体结构的分析。FTAT、SATWE软件是分析第（软件是分析第（2）项的内容。）项的内容。FSTS中可以分析钢吊车

17、梁。中可以分析钢吊车梁。第17页/共46页程序分析吊车荷载的说明程序分析吊车荷载的说明F在在TAT和和SATWE的吊车荷载计算中，没有考虑吊车荷载的吊车荷载计算中，没有考虑吊车荷载对吊车梁的影响，即没有按照影响线的方式考虑吊车梁，对吊车梁的影响，即没有按照影响线的方式考虑吊车梁，吊车梁应采用其它软件吊车梁应采用其它软件专门分析专门分析。F软件要求根据吊车的形式，如对各种轨道、轮压点的吊车软件要求根据吊车的形式，如对各种轨道、轮压点的吊车，给出最大轮压反力（或作用）及最小轮压反力（及作用，给出最大轮压反力（或作用）及最小轮压反力（及作用），不论该吊车运行轨道上有几部吊车，均按这个方式给），不论该

18、吊车运行轨道上有几部吊车，均按这个方式给出。出。F在一对轨道内的吊车荷载称为第在一对轨道内的吊车荷载称为第1组吊车荷载（不论该对组吊车荷载（不论该对轨道内有几部吊车），第二对吊车轨道则可以定义第轨道内有几部吊车），第二对吊车轨道则可以定义第2组组吊车荷载等等。吊车荷载等等。F吊车水平刹车力作用在上层的柱中间。吊车水平刹车力作用在上层的柱中间。第18页/共46页吊车结构的计算模型吊车结构的计算模型F由于吊车荷载作用在吊车柱的牛腿上，所以由于吊车荷载作用在吊车柱的牛腿上，所以在牛腿处应在牛腿处应该设置一个标准楼层该设置一个标准楼层，并且在，并且在沿吊车运行轨迹方向应定沿吊车运行轨迹方向应定义框架梁

19、义框架梁，如吊车柱在吊车运行轨迹方向没有框架梁，如吊车柱在吊车运行轨迹方向没有框架梁，也应把吊车梁作为两端铰接梁输入，吊车荷载的移动顺也应把吊车梁作为两端铰接梁输入，吊车荷载的移动顺序是通过轨迹上的梁所确定的，这是吊车运行轨迹方向序是通过轨迹上的梁所确定的，这是吊车运行轨迹方向必须布置梁的原因。必须布置梁的原因。F在吊车荷载作用的有牛腿的楼层应一般没有楼板，所以在吊车荷载作用的有牛腿的楼层应一般没有楼板，所以应考虑该层的节点为应考虑该层的节点为“弹性节点弹性节点”即不受刚性楼板假定即不受刚性楼板假定的制约。即使是多层工业厂房，在吊车柱的外边有楼板的制约。即使是多层工业厂房，在吊车柱的外边有楼板

20、，也要按，也要按“弹性楼板弹性楼板”考虑，或者不考虑楼板的存在和考虑，或者不考虑楼板的存在和作用，这样可以比较安全地求出水平刹车力对上下梁的作用，这样可以比较安全地求出水平刹车力对上下梁的影响。影响。第19页/共46页F当吊车柱之间设有交叉支撑时，必须考虑支撑的作用，当吊车柱之间设有交叉支撑时，必须考虑支撑的作用，在吊车柱的设计中，可适当减少吊车柱在支撑布置方向在吊车柱的设计中，可适当减少吊车柱在支撑布置方向的长度系数。的长度系数。F注意：当这种结构产生了多个注意：当这种结构产生了多个“弹性节点弹性节点”后，地震振后，地震振型数就要增加。振型分析也应该采用型数就要增加。振型分析也应该采用“总刚

21、模型总刚模型”。第20页/共46页吊车荷载的计算吊车荷载的计算F吊车荷载的作用点就是与吊车轨道平行的柱列各节点，吊车荷载的作用点就是与吊车轨道平行的柱列各节点，它是根据吊车轨迹由程序自动求出。它是根据吊车轨迹由程序自动求出。F（1）程序沿吊车轨迹自动对每跨加载吊车作用。）程序沿吊车轨迹自动对每跨加载吊车作用。F（2）求出每组吊车的加载作用节点。）求出每组吊车的加载作用节点。F（3）对每对节点作用）对每对节点作用4组外力，分别为：组外力，分别为：A、左点最大左点最大轮压、右点最小轮压；轮压、右点最小轮压；B、右点最大轮压、左点最小轮压右点最大轮压、左点最小轮压；C、左、右点正横向水平刹车力；左、

22、右点正横向水平刹车力；D、左、右点正纵向左、右点正纵向水平刹车力。水平刹车力。F（4）对每组吊车的每次加载，求每根杆件的内力。）对每组吊车的每次加载，求每根杆件的内力。F（5）分别按轮压力和刹车力，求每根柱的预组合力，）分别按轮压力和刹车力，求每根柱的预组合力，预组合力的目标为：最大轴力、最大弯矩等。预组合力的目标为：最大轴力、最大弯矩等。第21页/共46页吊车内力的预组合目标吊车内力的预组合目标F吊车柱预组合目标共吊车柱预组合目标共14项：项：F（1）Vxmax（2）Vymax（3）+Mxmax（4）-MxmaxF（5）+Mymax（6）-Mymax（7）Nmax+MxmaxF（8）Nmax

23、-Mxmax（9）Nmax+MymaxF（10）Nmax-Mymax（11）Nmin+MxmaxF（12）Nmin-Mxmax（13）Nmin+MymaxF（14）Nmin-MymaxF吊车荷载作用下梁的预组合目标为：吊车荷载作用下梁的预组合目标为：F（1）+Mmax/T（2）-Mmax/T（3）-Vmax/N第22页/共46页预组合方式预组合方式F（1）吊车柱预组合分别有吊车柱预组合分别有“只考虑轮压的预组合力只考虑轮压的预组合力”和和“考虑轮压加刹车的预组合力考虑轮压加刹车的预组合力”。F预组合预组合1 是吊车的是吊车的“轮压轮压+刹车刹车”内力组合；内力组合；F预组合预组合2 是吊车的是

24、吊车的“轮压轮压”内力组合。内力组合。F（2）梁预组合也按照梁预组合也按照“只考虑轮压的预组合力只考虑轮压的预组合力”和和“考虑轮压加刹车的预组合力考虑轮压加刹车的预组合力”这两种情况搜索出梁的包这两种情况搜索出梁的包络内力，即为：络内力，即为：F预组合预组合1 轮压轮压+刹车刹车包络内力；包络内力；F预组合预组合2 轮压轮压包络内力。包络内力。第23页/共46页吊车荷载结构的设计注意事吊车荷载结构的设计注意事项项F（1）地震分析时，没有计入吊车的桥架重和吊重。地震分析时，没有计入吊车的桥架重和吊重。F（2）没有考虑吊车梁的作用。没有考虑吊车梁的作用。F（3）吊车柱的配筋，没有考虑排架的长度系

25、数。吊车柱的配筋，没有考虑排架的长度系数。F因为吊车的因为吊车的桥架重桥架重和和吊重吊重是移动荷载，所以很难确定质是移动荷载，所以很难确定质量的位置，在地震分析中这部分的质量没有计入，则计算量的位置，在地震分析中这部分的质量没有计入，则计算地震作用局部算小了，可以通过地震作用地震作用局部算小了，可以通过地震作用放大放大来弥补这个来弥补这个问题。问题。F对于吊车梁，当排架中间有框架梁，则应输入该框架梁对于吊车梁，当排架中间有框架梁，则应输入该框架梁，否则应把吊车梁按两端铰接梁定义、输入。在用，否则应把吊车梁按两端铰接梁定义、输入。在用TAT、SATWE分析时，排架柱之间必须要有梁才能正确分析。分

26、析时，排架柱之间必须要有梁才能正确分析。第24页/共46页F排架柱的计算长度可以人工修正，因此在用软件设计中排架柱的计算长度可以人工修正，因此在用软件设计中要注意以下几点：要注意以下几点：F（1）对于重型吊车、排架结构应用对于重型吊车、排架结构应用PK计算。计算。F（2）TAT、SATWE适用于中、轻型的吊车分析，特别适用于中、轻型的吊车分析，特别是多层结构中带吊车的结构形式。是多层结构中带吊车的结构形式。F（3）吊车分析以每对轴线为准，程序自动搜索每对轴线吊车分析以每对轴线为准，程序自动搜索每对轴线上的吊车柱，并成对作用。上的吊车柱，并成对作用。F（4）TAT、SATWE只计算吊车柱，并生成

27、柱的预组合只计算吊车柱，并生成柱的预组合力。力。F（5）吊车柱的配筋考虑了刹车吊车柱的配筋考虑了刹车+轮压、轮压的不同组合轮压、轮压的不同组合。F（6）吊车柱的长度系数应由用户自行修正。吊车柱的长度系数应由用户自行修正。第25页/共46页吊车荷载定义吊车荷载定义第26页/共46页吊车布置平面吊车布置平面吊车轨迹上必须有梁吊车轨迹上必须有梁第27页/共46页吊车计算选择吊车计算选择第28页/共46页吊车内力的图形输出选择菜单吊车内力的图形输出选择菜单第29页/共46页柱预组合内力柱预组合内力第30页/共46页柱预组合内力显示选择柱预组合内力显示选择第31页/共46页梁吊车包络选择梁吊车包络选择第32页/共46页格层吊车内力文本输出格层吊车内力文本输出第33页/共46页吊车预组合内力的文本输出吊车预组合内力的文本输出第34页/共46页3。特殊风荷载定义及分析。特殊风荷载定义及分析F特殊风荷载主要用于多层钢结构。尤其在施工阶段时，特殊风荷载主要用于多层钢结构。尤其在施工阶段时，风对结构可能产生的吸力。风对结构可能产生的吸力。F对一些特殊的结构，如有大悬挑结构的广告牌、候车站对一些特殊的结构，如有大悬挑结构的广告牌、候车站、收费站、雨蓬，等等，在使用阶段风也会是向上、向下、收费站、雨蓬