设计要求及荷载效应组合建筑结构荷载计算实用教案

1、4.14.1承载力验算承载力验算 按承载力极限状态按承载力极限状态(zhungti)(zhungti)验算结构验算结构构件截面：构件截面：足够大的承载能力足够大的承载能力第1页/共80页第一页，共80页。无地震作用无地震作用(zuyng)(zuyng)效应组合时效应组合时 r0SR r0 ：结构重要性系数(xsh) 安全等级为二级或设计使用年限50年，不小于1.0 安全等级为一级或设计使用年限100年及以上，不小于1.1 第2页/共80页第二页，共80页。S ：无地震作用效应(xioyng)组合时，构件截面内力（效应(xioyng)）组合的设计值（与荷载标准值和荷载效应(xioyng)分项系数

2、的大小有关） R：无地震作用组合时，构件截面承载力设计值（与材料分项系数的大小(dxio)有关） r0SR第3页/共80页第三页，共80页。有地震作用效应有地震作用效应(xioyng)(xioyng)组合时组合时 REEERS/SE ：有地震作用效应组合时，构件(gujin)截面内力（效应）组合的设计值RE ：有地震作用组合时，构件(gujin)截面承载力设计值第4页/共80页第四页，共80页。：承载力抗震调整(tiozhng)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

3、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第5页/共80页第五页，共80页。 二阶段设计方法控制：二阶段设计方法控制：多遇地震（及风荷载下），要求多遇地震（及风荷载下），要求(yoqi)(yoqi)主体结构不受破坏，非主体结构不受破坏，非结构构件没有过重破坏并导致人员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

4、用功能；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(xinzh)(xinzh)（弹性（弹性层间位移角限值）层间位移角限值）第6页/共80页第六页，共80页。4.2 4.2 侧移限制侧移限制(xinzh)(xinzh)（弹性层（弹性层间位移角限值）间位移角限值） 目的：防止目的：防止(fngzh)(fngzh)风、小震风、小震作用下非结构构件破坏：作用下非结构构件破坏：防止防止(fngzh)(fngzh)主体结构开裂、损主体结构开裂、损坏；坏；防止防止(fngzh)(fng

5、zh)填充墙及装修开裂、填充墙及装修开裂、破坏；破坏；过大的侧向变形会使人有不舒适感，过大的侧向变形会使人有不舒适感，影响正常使用；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：结构有足够大的刚如何达到目的：结构有足够大的刚度度 参数：最大层间位移角参数：最大层间位移角多遇地震(dzhn)（及风荷载下），第7页/共80页第七页，共80页。uu：荷载效应标准值组合(z(zh)h)所得结构最大层间位移；h h：层高；u/h :u/h :最大层间位移角； u/hu/h：弹性层间位移角限值。 u/hu/h u/hu/h 第8页/共8

6、0页第八页，共80页。 u/hu/h：弹性层间位移角限值（使用：弹性层间位移角限值（使用(sh(shyng)yng)阶段）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 1/25

7、0 1/250 第9页/共80页第九页，共80页。罕遇地震（防止(fngzh)倒塌）薄弱(b ru)层（部位）弹塑性层间位移角限值第10页/共80页第十页，共80页。4.3 4.3 舒适度要求舒适度要求(yoqi)(yoqi) 高度超过150m：10年一遇的风荷载，顶点(dngdin)最大加速度限值 住宅、公寓：0.15m/s2 办公、旅馆：0.25m/s2第11页/共80页第十一页，共80页。4.4 4.4 稳定和抗倾覆稳定和抗倾覆(qngf)(qngf)要求要求P-效应： 侧移，重力荷载(hzi)产生附加弯矩，增大侧移和内力第12页/共80页第十二页，共80页。4.4.1 4.4.1 高层

8、钢筋混凝土结构高层钢筋混凝土结构(jigu)(jigu)的稳定验算的稳定验算实际上大部分钢筋(gngjn)混凝土结构不需要计算P-效应。第13页/共80页第十三页，共80页。4.4.1 4.4.1 高层高层( (o cno cn) )钢筋混凝土结构的稳定验算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(xioyng)的计算结果乘以增大系数的方法近似考虑第14页/共80页第十四页，共80页。4.4.1 4.4.1 高层钢筋混凝土结构的稳定高层钢筋混凝土结构的稳定(wndng)(wndng)验算验算结构位移增大(zn d)系数：框架

9、结构剪力墙结构、框架-剪力墙结构、筒体结构第15页/共80页第十五页，共80页。4.4.1 4.4.1 高层钢筋混凝土结构高层钢筋混凝土结构(jigu)(jigu)的稳定验算的稳定验算高层建筑结构的稳定应符合下列(xili)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第16页/共80页第十六页，共80页。4.4.2 4.4.2 高层高层( (o cno cn) )钢结构的稳定验算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(shj)的重要内容，将在结构设计(shj)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。第17页/

10、共80页第十七页，共80页。4.4.2 4.4.2 高层高层( (o cno cn) )钢结构的稳定验算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(mu )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。第18页/共80页第十八页，共80页。4.4.3 4.4

11、.3 高层建筑高层建筑( (o cno cn jin zh) jin zh)抗倾覆问题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(fnwi)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。第19页/共80页第十九页，共80页。4.4.3 4.4.3 高层建筑抗倾覆高层建筑抗倾覆(qngf)(qngf)问题问题控制(kngzh)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。第20页/共80页第二十页，共80页。设防烈度6 6度及6 6度以上的抗震(kngzhn)(kngzhn

12、)结构4.5 4.5 延性要求与抗震延性要求与抗震(kngzhn)(kngzhn)等级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，结构变形虽然会加大，但结构承受的地震作用（惯性力）不会很快上升，内力(nil)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。 第21页/共80页第二十一页，共

13、80页。OA:OA:弹性设计，承载力抗震(kngzhn)(kngzhn)OBCOBC和ODE:ODE:( (承载力延性) )抗震(kngzhn)(kngzhn) 两种抗震设计两种抗震设计(shj)方方法法（构件(gujin)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 第22页/共80页第二十二页，共80页。延性延性 材料、截面、构件或结构保持一定材料、截面、构件或结构保持一定的强度或承载力时的非弹性（塑性的强度或承载力时的非弹性（塑性(sxng)）变形能力）变形能力 用延性系数度量：用延性系数度量：/uy y和u分别为屈服值和极限值定义：没有(mi yu)规定 第23页/

14、共80页第二十三页，共80页。0204060800.0000.0050.0100.0150.0200.025/MPaZ8Z9Z10Z11Z12Z13材料材料(cilio)应变应变延性延性 不同(b tn)强度等级混凝土 不同(b tn)配箍特征值 碳纤维约束混凝土钢筋或钢材 /uy第24页/共80页第二十四页，共80页。截面曲率截面曲率(ql)延性延性 截面弯短曲率关系(gun x) 屈服时截面应变分布 极限状态时截面应变分布 /uy第25页/共80页第二十五页，共80页。构件构件(gujin)位移延性位移延性 悬臂构件(gujin)的弯矩、曲率和位移的关系/uy2(1)13 (0.5 )pp

15、llll 悬臂构件位移延性系数与截面(jimin)曲率延性系数的关系式 第26页/共80页第二十六页，共80页。结构位移结构位移(wiy)延性延性 /uy 顶点位移延性(ynxng)系数或层间位移延性(ynxng)系数 第27页/共80页第二十七页，共80页。影响影响RC构件截面曲率延性构件截面曲率延性(ynxng)的主的主要因素要因素截面曲率截面曲率(ql)延延性系数性系数/uy第28页/共80页第二十八页，共80页。截面(jimin)的名义屈服曲率 /0.85yy0/()yyyhxy0hyyx截面(jimin)有效高度钢筋屈服应变(yngbin)（小，有利）混凝土受压区高度（小，有利） 纵

16、筋屈服时名义屈服时第29页/共80页第二十九页，共80页。截面(jimin)的极限曲率 /ucuuxu受压区边缘混凝土极限压应变(yngbin) （大，有利） ux混凝土受压区高度(god)（小，有利） cu第30页/共80页第三十页，共80页。（1 1）混凝土强度）混凝土强度(qingd)(qingd)等级等级 强度等级(dngj)高,下降快提高(t go)混凝土强度等级可以在不加大截面尺寸的情况下提高(t go)轴压比，并且随着混凝土强度等级提高(t go)，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。第31页/共80页第三十一页，共80页。（2 2）箍筋）箍筋不同

17、配箍特征值应力(yngl)应变关系影响混凝土极限(jxin)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(hxn)混凝土的受约束程度越高。 第32页/共80页第三十二页，共80页。（3 3）轴压比（）轴压比（N/fcAN/fcA） 影响混凝土相对(xingdu)受压区高度第33页/共80页第三十三页，共80页。轴压比大，相对受压区高度(god)大，延性小 极限(jxin)曲率低轴压比 / 极限(jxin)曲率高轴压比 1.01221/cuuucuuuCCCC相对受压区高度相对受压区高度与曲率延性与曲率延性(ynxng)比关系比关系 第34页/共80页第三十四

18、页，共80页。 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，使构件的延性(ynxng)变差，所以轴压比限值不能定的过高 轴压比大，相对受压区高度(god)大，延性小 第35页/共80页第三十五页，共80页。（4 4）纵向）纵向(zn(zn xin xin) )钢钢筋筋梁：受拉钢筋配筋率过高延性小 增加受压钢筋延性大柱：纵筋的屈服强度高屈服曲率(ql)大 受压纵筋增大截面的曲率(ql)延性 提高配筋率提高截面的轴压承 载力，降低轴压比 第36页/共80页第三十六页，共80页。（5 5）截面）截面(jimin)(jimin)几何形几何形状状箍

19、筋对混凝土的约束作用(zuyng)： 圆形截面最强，方形截面次之，矩形截面再次之，异形截面最差第37页/共80页第三十七页，共80页。对于一个结构：截面(jimin)曲率延性系数构件转角（位移）延性系数 结构位移延性系数 第38页/共80页第三十八页，共80页。弹塑性层间位移弹塑性层间位移(wiy)(wiy)角限值角限值 目的：防止目的：防止(fngzh)(fngzh)罕遇地震时结构倒塌罕遇地震时结构倒塌通过(tnggu)(tnggu)抗震构造措施，使结构构件具有足够大的延性，满足弹塑性层间位移角限值的要求第39页/共80页第三十九页，共80页。 弹塑性层间位移(wiy)(wiy)角限值 材料

20、材料结构类型结构类型 限值限值 钢筋混凝钢筋混凝 土结构土结构 框架框架 1/50 1/50 框架框架- -剪力墙剪力墙框架框架- -核心筒核心筒 1/100 1/100 剪力墙剪力墙 筒中筒筒中筒 1/120 1/120 框支层框支层 1/1201/120钢结构钢结构 各种类型结构各种类型结构 1/501/50第40页/共80页第四十页，共80页。耗能能力耗能能力(nngl) 滞回曲线的形状、面积 耗能能力(nngl)大、小，难以量化-60-40-20020406080-100-50050100梁端荷载(KN)梁端位移（mm）J1第41页/共80页第四十一页，共80页。4.5.2 4.5.2

21、 概念设计及抗震概念设计及抗震(kngzhn)(kngzhn)等级等级（1）选择延性材料和结构；（2）概念设计；（3）设计延性结构；（4）抗震措施(cush)及抗震等级。第42页/共80页第四十二页，共80页。选择延性材料和结构钢是一种延性很好的材料，钢结构是一种延性很好的结构；砖石砌体的延性很差，高层建筑不采用(ciyng)；钢筋混凝土，介于上述两者之间，设计合理，可有较好的延性。第43页/共80页第四十三页，共80页。概念设计选择有利于抗震的结构方案和布置；采取减少扭转和加强抗扭刚度的措施；设计延性结构和延性结构构件；分析(fnx)薄弱部位，避免过早破坏；防止局部破坏引起连续倒塌；避免设计

22、为静定结构；采取多道防线措施；等等。第44页/共80页第四十四页，共80页。设计延性(ynxng)结构延性(ynxng)构件；延性(ynxng)结构。第45页/共80页第四十五页，共80页。 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，延性与耗能要求不同，通过抗震等级，区分(qfn)(qfn)对结构的延性与耗能的不同要求 不同抗震等级，采取不同抗震措施抗震抗震(kngzhn)(kngzhn)等级等级第46页/共80页第四十六页，共80页。计算措施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计算值，用调整或放大后的内力作为设计值抗震构造措施保证(bozhng)(boz

23、hng)结构构件具有足够的延性与耗能的构造措施抗震抗震(kngzhn)措施措施 第47页/共80页第四十七页，共80页。A A级高度(god)(god)：一、二、三、四级 （一级要求最高）B B级高度(god)(god)：特一、一、二级 （特一级要求最高）抗震抗震(kngzhn)等等级划分级划分 第48页/共80页第四十八页，共80页。 烈度(lid)(lid) 结构类型 两种结构单元时，重 要程度不同 房屋高度确定抗震等级确定抗震等级(dngj)的的参数参数第49页/共80页第四十九页，共80页。第50页/共80页第五十页，共80页。注：1 建筑场地为I类时，除6度外应允许按表内降低一度所对

24、应的抗震等级采取构造措施，但相应的计算要求不应降低；2 接近或等于高度分界时，应允许结合房屋不规则程度及场地、地基条件确定抗震等级；3 大跨度框架指跨度不小于18m的框架；4 高度不超过60m的框架-核心(hxn)筒结构按框架-抗震墙的要求设计时，应按表中框架-抗震墙结构的规定确定其抗震等级。第51页/共80页第五十一页，共80页。表中的烈度： 确定抗震等级的烈度 与下列因素有关: : 建筑类别 设防(shfng)(shfng)烈度 场地第52页/共80页第五十二页，共80页。 建筑(jinzh)类别 场地 设防烈度 6 7 8 9 甲类、乙类 6 7 8 9 7 8 9 9* 丙类 6 6

25、7 8 6 7 8 9 丁类 6 6 7 8 6 7- 8- 9-确定确定(qudng)抗震等级抗震等级的烈度的烈度第53页/共80页第五十三页，共80页。 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(chngd)时，框架、剪力墙的抗震等级； 类场地(chngd)时，框架、剪力墙的抗震等级。思考题第54页/共80页第五十四页，共80页。4.6 4.6 效应组合效应组合(z(zh)h)及最不利及最不利内力内力 S荷载(hzi)效应组合的设计值； 分别(fnbi)为永久荷载、活荷载和风荷载效应标准值；4.6.1 4.6.1 无地震作用效应组合无地震作用效应组合wk

26、wwkQQQGkGSSSS111GkSkQS1wkS第55页/共80页第五十五页，共80页。wG1QG承载力计算(j sun)时：w可变荷载效应控制时取1.2，永久荷载效应控制时取1.35，对结构(jigu)有利时取1.0一般(ybn)取1.4，小于3kN/m2时取1.3一般取1.4G1Q分别为永久荷载、活荷载和风荷载分项系数wkwwkQQQGkGSSSS111第56页/共80页第五十六页，共80页。活荷载组合值系数(xsh)永久荷载效应控制时分别取0.7可变荷载效应控制时分别取1.0、w1Q风荷载(hzi)的组合值系数，取1.0注意多层时取0.6。第57页/共80页第五十七页，共80页。基本

27、荷载工况有两种永久(yngji)(yngji)（恒）荷载+ +活荷载 1.2 1.2永久(yngji)(yngji)荷载效应+1.4+1.4活荷载效应 1.35 1.35永久(yngji)(yngji)荷载效应+1.4+1.40.70.7活荷载效应承载力计算承载力计算(j sun)时时第58页/共80页第五十八页，共80页。永久(yngji)荷载+活荷载+风荷载 1.2永久(yngji)荷载效应+1.4活荷载效应+1.41.0风荷载效应（高层建筑） 第59页/共80页第五十九页，共80页。荷载工况公式(gngsh)中各分项系数取1.0位移位移(wiy)计算时计算时第60页/共80页第六十页，共

28、80页。4.6.2 4.6.2 有地震作用效应有地震作用效应(xioyng)(xioyng)组合时组合时G GEEh EhkEv Evkw wwkSSSSS S S 荷载效应和地震作用效应组合(zh)(zh) 的设计值； EE第61页/共80页第六十一页，共80页。分别为重力荷载代表值、水平地震作用(zuyng)标准值、竖向地震作用(zuyng)标准值、风荷载标准值的效应； wkEvkEhkGESSSS，G GEEh EhkEv Evkw wwkSSSSS 第62页/共80页第六十二页，共80页。分别为上述各种荷载和地震作用(zuyng)分项系数； GEhEvw，风荷载(hzi)的组合值系数，

29、取0.2。 wG GEEh EhkEv Evkw wwkSSSSS 第63页/共80页第六十三页，共80页。60m60m以上的高层建筑以上的高层建筑( (o cno cn jin zh)jin zh)： 风荷载效应和地震作用效应组合风荷载效应和地震作用效应组合9 9度时：度时： 竖向地震作用的效应组合竖向地震作用的效应组合第64页/共80页第六十四页，共80页。所有高层建筑 1.2 1.2重力荷载(hzi)(hzi)效应+1.3+1.3水平地震作用效应60m60m以上高层建筑（9 9度以外） 1.2 1.2 重力荷载(hzi)(hzi)效应+1.3+1.3水平地震作用效应+1.4+1.40.2

30、0.2风荷载(hzi)(hzi)效应高层建筑效应高层建筑效应(xioyng)组合的基本组合的基本工况工况第65页/共80页第六十五页，共80页。、 9 9度高层建筑1.21.2重力荷载效应+1.3+1.3水平(shu(shupng)png)地震作用效应+0.5+0.5竖向地震作用效应 1.21.2重力荷载效应+1.3+1.3竖向地震作用效应第66页/共80页第六十六页，共80页。 9 9度且60m60m以上高层建筑1.21.2重力荷载效应+1.3+1.3水平地震(dzhn)(dzhn)作用效应+0.5 +0.5 竖向地震(dzhn)(dzhn)作用效应+ 1.4+ 1.40.20.2风荷载效应

31、 第67页/共80页第六十七页，共80页。竖向活荷载的布置竖向活荷载的布置(bzh) (bzh) 可不考虑活荷载的不利布置(bzh), (bzh), 用满布活荷载计算内力 第68页/共80页第六十八页，共80页。 正、反方向(fngxing)作用，按两个方向(fngxing)的较大值采用 体型复杂的高层建筑，考虑风向角的影响风的作用风的作用(zuyng)方向方向第69页/共80页第六十九页，共80页。风的方向(fngxing)第70页/共80页第七十页，共80页。 一般情况下，两个主轴方向分别计算 有斜交抗侧力构件的结构，相交角度大于15度时，分别计算各抗侧力构件方向的地震(dzhn)作用 明

32、显不对称、不均匀的结构，计算双向水平地震(dzhn)下的扭转影响 其它情况：计算单向水平地震(dzhn)下的扭转影响地震地震(dzhn)的方向（强制）的方向（强制）第71页/共80页第七十一页，共80页。控制截面控制截面: :验算验算(yn sun)(yn sun)承载力的承载力的截面，通常是内力最大的截面截面，通常是内力最大的截面框架梁框架梁: :两端截面，跨中截面两端截面，跨中截面连梁连梁: :两端截面两端截面框架柱、墙肢框架柱、墙肢: :两端截面两端截面 4.6.3 4.6.3 控制截面控制截面(jimin)(jimin)及及最不利内力最不利内力第72页/共80页第七十二页，共80页。梁端截面(jimin)(jimin)： 最大正弯矩，最大负弯矩，最大剪力 梁跨中截面(jimin)(jimin)： 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 最不利最不利(bl)内内力力第73页/