第三讲设计要求荷载效应组合2

创作时间：二零二一年六月三十天第3讲高层建筑结构设计要求及荷载效应组合之答禄夫天创作创作时间：二零二一年六月三十天与一般结构同样,设计高层建筑结构时,分别计算各样荷载作用下的内力和位移,而后从分歧工况的荷载组合中找到最倒霉内力及位移,进行结构设计.应当保证在荷裁作用下结构有足够的承裁力及刚度,以保证结构的安全和正常使用.结构抗风及抗震对承载力及位移有分歧的要求,较高的结构抗风还要考虑舒坦度要求,抗震结构还要知足延性要求等.下边将分别进行介绍.1、承载力验算高层建筑结构设计应保证结构在可能同时体现的各样外荷载作用下,各个构件及其连结均有足够的承载力.我国《建筑结构设计一致标准》规定构件按极限状态设计,承载力极限状态要求采用由荷载效应组合获取的构件最倒霉内力进行构件截面承裁力验算.结构构件承载力验算的一般表达式为：持久设计状况、长远设计状况无地动作用组合时：0SR有地动作用组合时：SERE/RE承载力抗震调整系数资料结构构件钢筋混凝土梁

RE创作时间：二零二一年六月三十天创作时间：二零二一年六月三十天剪力墙/局部承压各种受剪、偏拉构件节点梁、柱支撑钢梁节点、螺栓连结焊缝2、侧移限制1）使用阶段层间位移限制结构的刚度能够用限制侧向变形的形式表达,我国现行规范主要限制层间位移：在正常使用状态下,限制侧向变形的主要原由有：要防备主体结构开裂、破坏；防备填补墙及装饰开裂、破坏；过大年夜的侧向变形会令人有不舒坦感,影响正常使用；过大年夜的侧移会使结构发生附带内力(P效应).在正常使用状态下(风荷载和小震作用),u/h的限值按下表采用.2）结构单薄层的弹塑性层间位移的简化计算弹塑性层间位移按以下公式计算或upuypuyy楼层折服强度系数是指：楼房等建筑的各层按构件实质配筋和资料强度标准值计算的楼层受剪承载力和按罕遇地动作用标准值计算的楼层弹性地动剪力的比值；对排架柱,指按实质配筋面创作时间：二零二一年六月三十天创作时间：二零二一年六月三十天积、资料强度标准值和轴向力计算的正截面受弯承载力与按罕遇地动作用标准值计算的弹性地动弯矩的比值.楼层折服强度系数示意建筑的实质承载强度相对其设计时罕遇地动的对建筑的作使劲的大年夜小.《高层建筑混凝土结构技术规程》中规定：7~9度时楼层折服强度系数小于0.5的框架结构,应当进行罕遇地动作用下的单薄层弹塑性变形验算.（详见《高层建筑混凝土结构技术规程》2010版条）以下结构应进行弹塑性变形验算：（1）7~9度时层屈强系数小于0.5的框架结构；（2）甲类建筑和9度抗震布防的乙类建筑结构；（3）采用隔振和效能减震设计的结构；（4）高度大年夜于150m的结构.不超越12层且侧向刚度无突变的框架结构可采用简化计算方法；其余结构可采用弹塑性静力或动力剖析方法.结构单薄层地点按以下状况确立：1）楼层折服强度系数沿高度散布均匀的结构,可取基层；2）楼层折服强度系数沿高度散布不均匀的结构,可取该系数最小的楼层或相对较小处,一般不超越2~3处.结构的弹塑性位移增大年夜系数pyp罕遇地动作用下u/h的限值按下表采用3、舒坦度要求创作时间：二零二一年六月三十天创作时间：二零二一年六月三十天在风荷载作用下,高度超越150m的高层建筑,应知足人使用的舒坦度要求.此时,依照重现期为10年的风荷载计算结构极点加快废,或由风洞试验确立顺风向与横风向结构极点最大年夜加快度,max应知足以下要求：4、稳固和抗颠覆任何状况下,应当保证高层建筑结构的稳固和足够抵当颠覆的能力.因为高层建筑的刚度一般较大年夜,又有很多楼板作为横向隔板,在重力荷载下一般都不会体现整体丧失稳固的问题.但是在水平荷载作用下,体现侧移后,重力荷载会发生附带弯矩,附带弯短又增大年夜侧移,这是一种二阶效应,也称为“P效应”,它不但会增添构件内力,严重时还会使结构位移渐渐加大年夜而倾圮.初始弯矩为该楼层地动剪力与楼层层高的乘积,即M1Feh；重力附带弯矩为任一层以上所有重力荷载与该楼层地动发生的层间位移的乘积,即M2P,亦称二阶弯矩.总弯矩为MM1M2,结构因为M2使增添,同时又使二阶弯矩进一步增大年夜,这样反复,对某些结构可能发生累积性的变形增大年夜而导致结构失稳而倾圮.重力二阶弯矩与初始弯矩的比值为稳固系数,其值为：nuiGjji；iVihi当楼层稳固系数i0.1时,可不考虑重力二阶效应的倒霉影响.创作时间：二零二一年六月三十天创作时间：二零二一年六月三十天所以,在某些状况下,高层建筑结构计算要考虑P效应,也就是所谓的“结构整体稳固验算”.因为钢筋混凝土结构与钢结构变形性能不同样,要求进行稳固验算的条件也不同样.1）高层钢筋混凝土结构的稳固验算等效抗侧刚度的验算分为两类：(1)框架结构；(2)剪力墙、框架—剪力墙和简体结构.详细计算方法及计算公式可参阅《混凝土高规》.（以下）在水平力作用下,当高层建筑结构知足以下规准时,可不考虑重力二阶效应的倒霉影响.剪力墙、框架—剪力墙和筒体结构高层建筑结构假如不知足本规程第条的规准时,应试虑重力二阶效应付水平力作用下结构内力和位移的倒霉影响.高层建筑结构重力二阶效应,可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年夜系数的方法近似考虑.结构位移增大年夜系数F1、F1i以及结构构件弯矩和剪力增年夜系数F2、F2i可分别按以下规定近似计算.高层建筑结构的稳固应切合以下规定（即结构的刚重比验算）：2）高层钢结构的稳固验算此地方说的稳固验算是指结构整体稳固,也就是重力作用下的二阶效应——P效应.创作时间：二零二一年六月三十天创作时间：二零二一年六月三十天《高钢规》规定了能够不进行整体稳固验算的两个条件,一是各楼层柱子均匀长细比和均匀轴压比知足—定要求,二是按不考虑P效应的弹性计算所得层间相对位移小于某个值.详细要求以下：(1)对有钢支撑、剪力墙或简体的钢结构,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.(2)对无支撑的钢结构(纯钢框架)和u/h1/1000的有支撑钢结构,府按考虑P效应的方法计算钢构内力及侧移,侧移应知足表42的要求.实质上大年夜部份钢结构需要计算P效应.3）高层建筑抗颠覆问题假如高层建筑的侧移很大年夜,其重力作用协力点移至基底平面范围之外．则建筑可能发生颠覆问题.事实上,正常设计的高层建筑不会体现颠覆问题.在设计高层建筑时,一般都要控制高宽比(H/B),并且,在基础设计时．高宽比大年夜于4的高层建筑,在地动作用下基础底面不同意体现零应力区,其余建筑,基础底面零应力区面积不该超越基础底面积的15％.切合这些条件时.一般都不可能体现颠覆问题,所以往常不需要进行特别的抗颠覆验算；5、抗震结构延性要乞降抗震等级位于布防烈度6度及6度以上地区的建筑都要按规定进行抗震设计,除知足抗震承载力及侧移限制要求外,都要知足延性要乞降拥有优秀的耗能性能,这是实现“中震可修、大年夜震不倒”创作时间：二零二一年六月三十天创作时间：二零二一年六月三十天的基本方法.钢结构的资料自己就拥有优秀的延性,而钢筋混凝土结构要经过延性设计,才干实现延性结构.1）延性结构的观点延性是指构件和结构折服后,拥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,一般用延性比示意延性,即塑性变形能力的大年夜小.塑性变形能够耗散地动能量,大年夜部份抗震结构在中震作用下都进入塑性状态而耗能.构件延性比对钢筋混凝土构件,当受拉钢筋折服此后,即进入塑性状态,构件刚度降低,跟着变形快速增添,构件承载力略有增大年夜,当承载力开始降低,就抵达极限状态.构件延性比是指构件极限变形(曲率u、转角u、,或挠度fu)与折服变形(y、y或fy)的比值,见以下图.折服变形界说是钢筋屈服时的变形,极限变形一般界说为承载力降低10％—20％时的变形.结构延性比对一个钢筋混凝土结构,当某个杆件体现塑件铰时,结构开始体现塑性变形,但结构刚度只略有降低；当体现塑性铰的杆件增加此后,塑性变形加大年夜,结构刚度持续降低：当塑性铰抵达必定数目此后,结构也会体现“折服”现象,即结构进入塑性变形快速增大年夜而承载力稍微增大年夜的阶段,是“屈服”后的弹塑性阶段.“折服”时的位移定为折服位移y.当整个结构不可以保持其承载能力,即承载能力降落到最大年夜承载力的80％—90％时,抵达极限位移u,结构延性比往常是指抵达极创作时间：二零二一年六月三十天创作时间：二零二一年六月三十天限时极点位移u与折服时极点位移y的比值u,见以下图.y在“小震不坏、中震可修、大年夜震不倒”的抗震设计原则下,钢筋混凝土结构都应当设计成延性结构,即在布防烈度地动作用下,同意部份构件体现塑性铰,这类状态是中震“可修”状态：当合理控制塑性铰部位、构件又具备足够的延性时,可做到在年夜震作用下结构不倾圮.高层建筑各样系统都是由梁、柱框架和剪力墙构成,作为抗震结构都应当设计成延性框架和延性剪力墙.当设计成延性结构时,因为塑性变形能够耗散地动能量,结构变形固然会加大年夜,但结构接受的地动作用(惯性力)不会很快上涨．内力也不会再加大年夜,所以拥有延性的结构可降低对结构的承载力要求．也能够说,延性结构是用它的变形能力(而不是承载力)抵当罕遇地动作用：反之．假如结构的延性不好,则必要有足够大年夜的承载力抵当地动.然尔后者会多用资料,对地动发生概率极小的抗震结构,延性结构是—种经济的设计对策.抗震高层建筑的延性是经过合理选择结构系统、合理安插结构、对构件及其连结采用各样结构方法等多方面努力才干实现的,施工质量利害对结构延性也有很大年夜影响.结构延性不可以、也不是经过计算能够抵达的.所以,经过建立抗震结构的抗震等级要求、增强结构方法的方法保证结构的延性.2）观点设计及抗震等级要设计延性结构,与好多要素有关；(1)选择延性资料.钢是一种延性很好的资料,钢结构是一种创作时间：二零二一年六月三十天创作时间：二零二一年六月三十天延性很好的结构.砖石砌体的延性很差,高层建筑不采用砌体结构.钢筋泥凝土则介于两者之间．假如设计合理,钢筋混凝土结构可以有较好的延性.进行结构观点设计.结构观点设计是保证结构拥有优秀抗震性能的一种方法,观点设计包含极为宽泛的内容,选择对峙震有益的结构方案和安插,采用减少扭转和增强抗扭刚度的方法,设计延性结构和延性结构构件,剖析结构单薄部位,并采用相应方法,防备单薄层过早破坏.防备局部破坏惹起连锁效应,防备设计静定结构,采用二道防线方法等等.应当说,从方案、安插、计算到构件设计、结构方法每个设计步伐中都贯串了抗震观点设计的内容.设计延性结构.要保证钢筋混凝土结构有必定的延性,就必要保证梁、柱、墙构件均拥有足够的延性,要设计延性框架及延性剪力墙.详细设计方法将在后续章节中介绍.钢筋混凝土结构的抗震结构方法及抗震等级.在分歧状况下,构件的延性要求有所分歧：地动作用激烈或对地动作用敏感的结构延性要求应当高一些,重要的、震害造成损失较大年夜的结构,延性要求也应当高一些；反之,要求就能够降低一些.不外,因为计算结构延性比十分困难,也没法提出切实的延性比要求,我国抗震规范采用了对钢筋混凝土结构划分抗震等级的方法,分歧抗震等级的结构方法分歧,从宏观上差别对结构的分歧延性要求.创作时间：二零二一年六月三十天创作时间：二零二一年六月三十天高层建筑结构在构件设计时要依照结构的抗震等级进行配筋和结构设计,是保证结构延性的主要方法.高层建筑结构抗震等级确立步伐：（1）确立结构抗震类型（甲类、乙类、丙类、丁类）；（2）依据结构所处地区和建筑场所类型,确立结构布防烈度6、7、8、9度）；3）依据建筑高度级别（A级高度、B级高度）和抗侧力系统类别查表确立结构抗震等级（共分一级、二级、三级、四级）.抗震等级属于抗震方法内容,结构截面设计及结构和构件的结构方法与抗震等级有关.抗震等级几乎定与建筑物的类型有关,分歧的建筑物类型在考虑抗震等级时取用的抗震烈度与建筑场所类型有关,也就是考虑抗震等级时取用烈度与抗震计算时的布防烈度纷歧定同样下表列出了乙、两类抗震钢筋混凝土结构在分歧布防烈度下几乎定抗震等级的对应烈度.建筑类型场所

按调整后的抗震等级烈度布防烈度6789甲、乙Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ7899*丙Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ6789下表分别列出了A级高度和B级高度高层钢筋混凝土结构在抗震结构方法烈度下对应的抗震等级,特一级抗震等级延性要求最高(只有B级高度高层建筑才要求),而后挨次为一、二、三、四级.在构件设计时要依照结构的抗震等级进行配筋和结构设计.创作时间：二零二一年六月三十天创作时间：二零二一年六月三十天A高度的高层建筑结构抗震等级结构种类烈度6789框架结构三二一一框架-剪力墙高度（米）60606060606050框架四三三二二一一结构剪力墙三二一一剪力墙结构高度（米）80808080808060剪力墙四三三二二一一非底部增强部位剪四三三二二力墙部份框支剪底部增强部位剪力//力墙结构三二二一一墙框支框架二二一一框架三二一一框架-核心筒核心二二一一筒体结构筒筒中筒内筒三二一一外筒高度353535353535板柱-剪力墙框架、板柱及柱上三二二二一一/结构板带剪力墙二二二一二一级高度的高层建筑结构抗震等级结构种类烈度6度7度8度框架–框架二一一抗震墙抗震墙二一特一抗震抗震墙二一一墙非底部增强部位二一一框支抗抗震墙震墙底部增强部位抗一一特一震墙框支框架一特一特一框架–框架二一一核心筒筒体二一特一筒中外筒二一特一筒内筒二一特一6、荷载效应组合及最倒霉内力创作时间：二零二一年六月三十天创作时间：二零二一年六月三十天在截面承载力验算及位移验算的公式中,左侧各项就是组合的内力和位移.它们是由恒载、活载、风载、地动作用分别计算内力及位移后,进行组合,而后选择获取的最倒霉内力和位移.因为在使用限期内可能体现多种组合状况(有时称为“工况”),设计时要将可能体现的、对结构倒霉状况都考虑到,也就是要做分歧工况组合.分歧构件的最倒霉内力或位移纷歧定来自同一工况.荷载效应组合是知足规范靠谱度要求的基本方法,是结构设计的重要环节,又是一种技术性很强而又十分烦杂的工作,在高层建筑结构设计中已不用人工进行组合了,都是靠计算法式达成,但是作为结构工程师,应当认识荷载效应组合的要求与方法,需要时能够进行检查与校核,判断法式正确性.作为法式编制者,更要认真与谨慎.1）荷载效应组合内力组合是要组合构件的控制截面处的内力,位移组合主要是组合水平荷载作用下的结构层间位移.组合工况分为持久设计状况和长远设计状况的无地动作用组合及有地动作用组合两类.因为承载力验算是极限状态验算,在内力组合时,依据荷载性质分歧,荷载效应要乘以各自的分项系数和组合系数.1）持久设计状况和长远设计状况下,荷载基本组合的效应设计值由下式确立：L考虑结构设计使用年限的荷载调整系数,设计使用年限为50年创作时间：二零二一年六月三十天创作时间：二零二一年六月三十天时取1.0,设计使用年限为100年时取1.1；Q和w分别为楼面活荷载组合值系数微风荷载组合值系数,当永久荷载和0.0.当可变荷载效应起控制作用时,如风荷载为主要可变荷载、楼面活荷载为主要可变荷载时,Q和w分别取0.7和1.0.对书库、档案库、储藏室、通风机房和电梯机房等楼面活荷载较大年夜且相对固准时,Q0.9.当楼面活荷载为主要可变荷载、风荷载为主要可变荷载时,Q和w分别取1.0和0.6.G：永远荷载分项系数,当其效应付结构倒霉时,对由可变荷载效应控制的组合取1.2,对由永远荷载效应控制的组合取1.35；当其效应付结构有益时,取1.0.一般取1.4；w应取1.4.位移计算时,SdGSGkLQQSQkwwSwk中各项系数应取1.0.2）地动设计状况下,当作用与作用效应按线性考虑时,荷载和地动作用组合的效应设计值按下式确立：SEhk应乘以相应的增大年夜系数、调整系数..有地动作用组合时荷载和作用的分项系数所考虑组合重力荷载和水平川动作用重力荷载和竖向地动作用重力荷载和水平川动作用和竖向地动作用重力荷载和水平川动作用微风荷载

GEhEvw说明----9度时；水平长悬臂和大年夜跨度7、8、9度-9度时；水平长悬臂和大年夜跨度7、8、9度-60m以上高层建筑创作时间：二零二一年六月三十天创作时间：二零二一年六月三十天60m以上高层建筑,9度时；水平长悬臂和大年夜跨度7、8、9重力荷载和水平川动作用度竖向地动作用微风荷载水平长悬臂和大年夜跨度7、8、9度注：地动设计状况作用基本组合的效应,地动作用效应标准值应第一乘以相应的调整系数、增大年夜系数,而后再进行效应组合.如单薄层剪力增大年夜、楼层最小地动剪力系数（剪重比）调整、框支柱地动轴力的调整、变换构件地动内力放大年夜、框架-剪力墙结构和筒体结构有关地动剪力调整.对非抗震设计的高层建筑结构,应按SdGSGkLQQSQkwwSwk计算荷载效应组合；对峙震设计的高层建筑结构,应同时按SdGSGkLQQSQkwwSwk和SdGSGEEhSEhkEvSEvkwwSwk计算荷载效应和地动作用效应组合,并按有关规定（如强柱弱梁、强剪弱弯等）对组合内力进行需要的调整.同一构件的分歧截面或分歧设计要求,可能对应分歧的组合工况,应分别进行验算.2）水平荷载的方向实质风荷载和水平川动都可能沿随意方向.设计假设只考虑主轴方向的水平荷载,但是能够是正方向,也能够是负方向.在矩形平面的结构中,正负两个方向荷载相等,符号相反,所以内力大年夜小相等,符号相反,以以下图所示.只要作一次计算,将内力冠以正负号即可.但是,在平面安插复杂或分歧缺点称的结构中,一个方向的水平荷载可能对一部份构件形成倒霉内力,另一方向的水平荷载可能对另一部份构件形成倒霉内力,这时要选择分歧方向创作时间：二零二一年六月三十天创作时间：二零二一年六月三十天的水平荷载(荷载大年夜小也可能分歧)分别进行内力剖析,而后按分歧工况分别组合.3）控制截面及最倒霉内力结构设计时,是分别按各个构件进行内力组合,并且是针对各构件控制截面进行组合,获取控制截面上的最倒霉内力作为该构件的配筋设计依照.控制截面往常是内力最大年夜的截面.对框架梁或连梁,两个支座截面及跨中截面为控制截面(短连梁只有支座截面为控制截面).梁的内力组合1）梁端负弯矩正截面抗弯RE2）梁规矩弯矩M=RE(MEMGE)(G=1.0)3）梁跨内弯矩有震时梁跨内弯矩计算：qGE------50％的活荷载xRA/qGE(0≤x≤l)=RA2/(2qGE)MElMGEl≥1qGEl216对框架柱或墙肢,各层柱(墙肢)的两头为控制截面.柱的内力组合框架结构在重力与某一方向地动水平作用下的截面承载力可按单向偏压设计．需要时按双向偏压设计.创作时间：二零二一年六月三十天创作时间：二零二一年六月三十天组合目标：Mmax与相应的N；Mmin与相应的N；Nmax与相应的M；Nmin与相应的M.对称的框架结构：边柱：中柱：Mmax时,Nmax；Mmax时,Nmin；Mmin时,Nmin；Mmin时,Nmax；F重力荷载作用地动水平荷载作用截面配筋计算时,应采用构件端部截面的内力,而不是轴线处的内力.梁支座截面的最倒霉内力为最大年夜正弯矩及最大年夜负弯矩,以及最大年夜剪力.跨中截面的最倒霉内力为最大年夜正弯矩,有时也可能体现负弯矩.柱(墙)是偏压构件.大年夜偏压时弯矩愈大年夜愈倒霉．小偏压时轴力愈大年夜愈倒霉.所以要组合几种倒霉内力,取此中配筋最大年夜者设计截面.可能有四种倒霉的M、N内力：应当说明的是,在计算地动作用下的内力时,经过振型组合方法求出的内人M、N、V都不是“相对应”的,其实分歧时发生,创作时间：二零二一年六月三十天创作时间：二零二一年六月三十天上述几种倒霉内力,是从概率统计意义上的倒霉内力.7、钢筋混凝土框架梁弯矩塑性调幅为了减少钢筋混凝土框架梁支座处的配筋数目,在竖向荷载作用下能够考虑框架梁塑性内力重散布,主假如降低支座负弯矩,以减小支座处的配筋,跨中则应相应增大年夜弯矩.《混凝土高规》对调幅系数作了规定,并规定竖向荷载作用下的弯矩应先调幅,再与其余荷载效应进行组合.框架梁柱竖向荷载作用下的弯矩调幅以以下图所示.现浇框架支座负弯炬调幅系数为0.8—0.9；装置整体式框架,因为钢筋焊接或接缝不严等原由,节点简单发生变形,梁端实质弯矩比弹性计算位会有所降低,所以支座负弯矩调幅系数为0.7—0.8.支座负弯矩降低后,跨中弯矩应加大年夜,应按均衡条件计算调幅后的跨中弯矩：这样,在支座体现塑性铰后,不会导致跨中截面承载力缺少.跨中弯矩应知足以下要求：[例题]某框架梁在永