结构设计要求与作用效应组合课件

第4章结构设计要求与作用效应组合主讲：郭剑虹1第4章结构设计要求与作用效应组合主讲：郭剑虹14.1荷载效应组合及最不利内力荷载竖向荷载恒荷载活荷载风荷载水平地震作用水平荷载满足：承载能力极限状态正常使用极限状态24.1荷载效应组合及最不利内力荷载竖向荷载恒荷载活荷1、荷载效应：指结构或构件在某种荷载作用下的结构的内力和位移。2、荷载效应组合：指在所有可能同时出现的诸荷载组合下，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，对结构构件产生总效应为最不利的一组。一．基本概念32、荷载效应组合：指在所有可能同时出现的诸荷载组合下，一．基3600BA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43600BA图1qkBAMGK图MGK跨中=4.3kN.mB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1、框架梁：

两端支座

跨中5二、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2、框架柱（墙）上下端：62、框架柱（墙）上下端：6三、组合前的框架粱柱内力调整（1）将梁柱轴线端内力调整至构件边缘端（控制截面）的内力，当梁柱截面高度较小时，此项调整可略去（偏安全）M‘=M-V’b/2V‘=V-(g+q)b/2712/19/2022三、组合前的框架粱柱内力调整（1）将梁柱轴线端内力调整至构件（2）竖向荷载（只限于竖向荷载）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0.8～0.9，对于装配整体式梁取0.7～0.8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——经内力调整并组合后的支座弯矩812/19/2022（2）竖向荷载（只限于竖向荷载）可考虑梁端出现塑铰产生的塑性支座弯矩调幅系数0.8~0.9跨中弯矩乘以1.1~1.2增大系数或按平衡条件求得调幅前调幅后竖向荷载下框架梁的塑性调整9支座弯矩调幅系数0.8~0.9跨中弯矩乘以1.1~1.2增大四、荷载的布置（1）恒载（2）活荷载布置hhhPhhh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1.1~1.210四、荷载的布置（1）恒载（2）活荷载布置hhhPhhh可以考四、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、反两个方向，对称结构计算一次，内力分别加“+”或“-”

Phhh11四、荷载的布置（3）风荷载及地震作用方向风、地震的方向任1）无地震作用效应组合时：非抗震设计及6度抗震设防

S——荷载效应组合的设计值；——永久荷载效应、楼面活荷载效应、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：1.0、0.60.7(0.9)、1.0对书库、档案库、储藏室、通风机房、电梯机房五、内力组合121）无地震作用效应组合时：非抗震设计及6度抗震设防S——荷荷载分项系数的取值：承载力计算(1)永久荷载分项系数：

对结构不利：可变荷载效应控制的组合：＝1.2永久荷载效应控制的组合：＝1.35

对结构有利：＝1.0(2)楼面活荷载分项系数＝1.4(3)风荷载分项系数＝1.4位移计算以上各分项系数取值为1.013荷载分项系数的取值：13（恒荷载起控制，无风）（活荷载起控制，有风）

（风荷载起控制，有风）

荷载效应组合14（恒荷载起控制，无风）荷载效应组合142）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＝0.2152）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荷载分项系数的取值（位移计算取1.0）组合说明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1.2—1.3—9度；水平长悬臂8、9度重力荷载、水平地震及竖向地震作用1.21.30.5—9度；水平长悬臂8、9度重力荷载、水平地震作用及风荷载1.21.3—1.460m以上的高层建筑重力荷载、水平地震作用、竖向地震作用及风荷载1.21.30.51.460m以上的高层建筑；9度；水平长悬臂8度、9度所有建筑16荷载分项系数的取值（位移计算取1.0）组合说明重力荷载及水（恒荷载起控制，无风）（活荷载起控制，有风）（风荷载起控制，有风）（地震作用起控制）1712/19/2022（恒荷载起控制，无风）1712/18/2022例：某高度为50m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，试求梁端的－Mmax，＋Mmax框架梁端在各种作用下的弯矩标准值（kN.m）永久荷载楼面活载风荷载水平地震－50－80±65±110注：1、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0.518例：某高度为50m的框架结构，框架梁端在恒载、楼面活解：1、计算－Mmax1）无地震作用组合恒荷载起控制，无风1.35×（－50）＋0.7×1.4×（－80）＝－145.9kN.m活荷载起控制，有风1.2×（－50）＋1.0×1.4×（－80）＋0.6×1.4×（－65）＝－226.6kN.m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1.2×[－50＋0.5×（－80）]＋1.3×（－110）＝－251kN.m所以－Mmax＝－251kN.m19解：192、计算＋Mmax（恒荷载对结构有利）1）无地震作用组合1.0×（－50）＋1.0×1.4×（65）＝41kN.m2）有地震作用组合1.0×[－50＋0.5×（－80）]＋1.3×110＝53kN.m所以＋Mmax＝53kN.m永久荷载楼面活载风荷载水平地震－50－80±65±110202、计算＋Mmax（恒荷载对结构有利）永久荷载楼面活载风荷载补充习题某办公楼，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）表中弯矩顺时针为正，轴力以拉为正。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风荷载恒载活载左风右风MK(kN.m)20.33.390.7-90.7NK(kN)-2716.1-444.514.7-14.721补充习题某办公楼，矩形平面，六层。已知：底层中柱底部截面处的3、舒适度的验算4.2结构设计要求1、承载能力的验算2、水平侧移限制5、抗震结构的延性要求和抗震等级4、稳定和抗倾覆验算223、舒适度的验算4.2结构设计要求1、承载能力的验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231、承载能力的验算232、水平侧移限制a）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、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；3）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4）过大的水平位移会使主体结构开裂过大以致破坏。242、水平侧移限制a）限制使用阶段层间位移的原因：1）过大的水弹性方法计算的楼层层间最大位移与层高之比b）水平侧移限制计算方法弹性方法计算：（风荷载和小震作用）25弹性方法计算的楼层层间最大位移与层高b）水平侧移限制计算方法5)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Ⅲ、Ⅳ类场地和9度时，高大的单层钢筋混凝土柱厂房的横向排架；2)7～9度时楼层屈服强度系数小于0.5的钢筋混凝土框架结构；3)高度大于150m的钢结构；4)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；265)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4)高度不大于150m的高层钢结构。（2）下列结构宜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则类型的高层建筑结构：2)7度Ⅲ、Ⅳ类场地和8度时乙类建筑中的钢筋混凝土结构和钢结构；3)板柱-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，可取屈服系数最小的楼层及相对较小的楼层，一般不超过2～3处（3）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274)高度不大于150m的高层钢结构。（2）下列结构宜进行弹（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——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（4）屈服系数：式中h——薄弱层层高（5）弹塑性位移限

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结构类型总层数ny0.50.40.3多层均匀框架结构2～41.301.401.605～71.501.651.808～121.802.002.229式中——大震下薄弱层的层间弹性位移说明：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）弹塑住宅、公寓amax≤0.15m/s2办公、旅馆amax≤0.25m/s2注：按十年一遇的风荷载计算3、舒适度的验算：（风荷载作用）高度超过150m，结构顶点最大加速度值满足：不舒适程度建筑物加速度无感觉<0.005g有感觉0.005~0.015g扰人0.015~0.05g十分扰人0.05~0.15g不能忍受>0.15g舒适度和风振加速度关系31住宅、公寓amax≤0.15m/s23、舒适度的验算：（5、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）延性：结构构件吸收能量的能力(力－位移曲线包围的面积，主要反应塑性变形能力)1） 截面的延性衡量延性的衡量：延性比：构件破坏时的极限变形与屈服时的变形的比值325、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；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。2）构件延性的衡量3）结构延性的衡量顶点位移延性比顶点顶点33抗震等级2）构件延性的衡量3）结构延性的衡量顶点位移延性比顶A级高度的高层建筑结构抗震等级34A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35B级高度的高层建筑结构抗震等级35第4章结构设计要求与作用效应组合主讲：郭剑虹36第4章结构设计要求与作用效应组合主讲：郭剑虹14.1荷载效应组合及最不利内力荷载竖向荷载恒荷载活荷载风荷载水平地震作用水平荷载满足：承载能力极限状态正常使用极限状态374.1荷载效应组合及最不利内力荷载竖向荷载恒荷载活荷1、荷载效应：指结构或构件在某种荷载作用下的结构的内力和位移。2、荷载效应组合：指在所有可能同时出现的诸荷载组合下，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，对结构构件产生总效应为最不利的一组。一．基本概念382、荷载效应组合：指在所有可能同时出现的诸荷载组合下，一．基3600BA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393600BA图1qkBAMGK图MGK跨中=4.3kN.mB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1、框架梁：

两端支座

跨中40二、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2、框架柱（墙）上下端：412、框架柱（墙）上下端：6三、组合前的框架粱柱内力调整（1）将梁柱轴线端内力调整至构件边缘端（控制截面）的内力，当梁柱截面高度较小时，此项调整可略去（偏安全）M‘=M-V’b/2V‘=V-(g+q)b/24212/19/2022三、组合前的框架粱柱内力调整（1）将梁柱轴线端内力调整至构件（2）竖向荷载（只限于竖向荷载）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0.8～0.9，对于装配整体式梁取0.7～0.8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——经内力调整并组合后的支座弯矩4312/19/2022（2）竖向荷载（只限于竖向荷载）可考虑梁端出现塑铰产生的塑性支座弯矩调幅系数0.8~0.9跨中弯矩乘以1.1~1.2增大系数或按平衡条件求得调幅前调幅后竖向荷载下框架梁的塑性调整44支座弯矩调幅系数0.8~0.9跨中弯矩乘以1.1~1.2增大四、荷载的布置（1）恒载（2）活荷载布置hhhPhhh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1.1~1.245四、荷载的布置（1）恒载（2）活荷载布置hhhPhhh可以考四、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、反两个方向，对称结构计算一次，内力分别加“+”或“-”

Phhh46四、荷载的布置（3）风荷载及地震作用方向风、地震的方向任1）无地震作用效应组合时：非抗震设计及6度抗震设防

S——荷载效应组合的设计值；——永久荷载效应、楼面活荷载效应、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：1.0、0.60.7(0.9)、1.0对书库、档案库、储藏室、通风机房、电梯机房五、内力组合471）无地震作用效应组合时：非抗震设计及6度抗震设防S——荷荷载分项系数的取值：承载力计算(1)永久荷载分项系数：

对结构不利：可变荷载效应控制的组合：＝1.2永久荷载效应控制的组合：＝1.35

对结构有利：＝1.0(2)楼面活荷载分项系数＝1.4(3)风荷载分项系数＝1.4位移计算以上各分项系数取值为1.048荷载分项系数的取值：13（恒荷载起控制，无风）（活荷载起控制，有风）

（风荷载起控制，有风）

荷载效应组合49（恒荷载起控制，无风）荷载效应组合142）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＝0.2502）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荷载分项系数的取值（位移计算取1.0）组合说明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1.2—1.3—9度；水平长悬臂8、9度重力荷载、水平地震及竖向地震作用1.21.30.5—9度；水平长悬臂8、9度重力荷载、水平地震作用及风荷载1.21.3—1.460m以上的高层建筑重力荷载、水平地震作用、竖向地震作用及风荷载1.21.30.51.460m以上的高层建筑；9度；水平长悬臂8度、9度所有建筑51荷载分项系数的取值（位移计算取1.0）组合说明重力荷载及水（恒荷载起控制，无风）（活荷载起控制，有风）（风荷载起控制，有风）（地震作用起控制）5212/19/2022（恒荷载起控制，无风）1712/18/2022例：某高度为50m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，试求梁端的－Mmax，＋Mmax框架梁端在各种作用下的弯矩标准值（kN.m）永久荷载楼面活载风荷载水平地震－50－80±65±110注：1、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0.553例：某高度为50m的框架结构，框架梁端在恒载、楼面活解：1、计算－Mmax1）无地震作用组合恒荷载起控制，无风1.35×（－50）＋0.7×1.4×（－80）＝－145.9kN.m活荷载起控制，有风1.2×（－50）＋1.0×1.4×（－80）＋0.6×1.4×（－65）＝－226.6kN.m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1.2×[－50＋0.5×（－80）]＋1.3×（－110）＝－251kN.m所以－Mmax＝－251kN.m54解：192、计算＋Mmax（恒荷载对结构有利）1）无地震作用组合1.0×（－50）＋1.0×1.4×（65）＝41kN.m2）有地震作用组合1.0×[－50＋0.5×（－80）]＋1.3×110＝53kN.m所以＋Mmax＝53kN.m永久荷载楼面活载风荷载水平地震－50－80±65±110552、计算＋Mmax（恒荷载对结构有利）永久荷载楼面活载风荷载补充习题某办公楼，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）表中弯矩顺时针为正，轴力以拉为正。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风荷载恒载活载左风右风MK(kN.m)20.33.390.7-90.7NK(kN)-2716.1-444.514.7-14.756补充习题某办公楼，矩形平面，六层。已知：底层中柱底部截面处的3、舒适度的验算4.2结构设计要求1、承载能力的验算2、水平侧移限制5、抗震结构的延性要求和抗震等级4、稳定和抗倾覆验算573、舒适度的验算4.2结构设计要求1、承载能力的验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581、承载能力的验算232、水平侧移限制a）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、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；3）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4）过大的水平位移会使主体结构开裂过大以致破坏。592、水平侧移限制a）限制使用阶段层间位移的原因：1）过大的水弹性方法计算的楼层层间最大位移与层高之比b）水平侧移限制计算方法弹性方法计算：（风荷载和小震作用）60弹性方法计算的楼层层间最大位移与层高b）水平侧移限制计算方法5)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Ⅲ、Ⅳ类场地和9度时，高大的单层钢筋混凝土柱厂房的横向排架；2)7～9度时楼层屈服强度系数小于0.5的钢筋混凝土框架结构；3)高度大于150m的钢结构；4)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；615)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4)高度不大于150m的高层钢结构。（2）下列结构宜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则类型的高层建筑结构：2)7度Ⅲ、Ⅳ类场地和8度时乙类建筑中的钢筋混凝土结构和钢结构；3)板柱-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，可取屈服系数最小的楼层及相对较小的楼层，一般不超过2～3处（3）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624)高度不大于150m的高层钢结构。（2）下列结构宜进行弹（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