設計要求及荷載效應組合（PPT81頁）

1、第 4 章 設計要求及荷載效應組合主要內(nèi)容（目錄）4.1 承載力計算4.2 側(cè)移限制4.3 舒適度要求4.4 穩(wěn)定和抗傾覆4.5 抗震結(jié)構(gòu)延性要求和抗震等級4.6 荷載效應組合及最不利內(nèi)力4.1承載力驗算 按承載力極限狀態(tài)驗算結(jié)構(gòu)構(gòu)件截面：足夠大的承載能力無地震作用效應組合時 r0SR r0 ：結(jié)構(gòu)重要性系數(shù) 安全等級為二級或設計使用年限50年，不小于1.0 安全等級為一級或設計使用年限100年及以上，不小于1.1 S ：無地震作用效應組合時，構(gòu)件截面內(nèi)力（效應）組合的設計值（與荷載標準值和荷載效應分項系數(shù)的大小有關） R：無地震作用組合時，構(gòu)件截面承載力設計值（與材料分項系數(shù)的大小有關） r

2、0SR有地震作用效應組合時 SE ：有地震作用效應組合時，構(gòu)件截面內(nèi)力（效應）組合的設計值RE ：有地震作用組合時，構(gòu)件截面承載力設計值：承載力抗震調(diào)整系數(shù) 材料 結(jié)構(gòu)構(gòu)件 鋼筋混凝土梁 0.75軸壓比小于0.15的柱 0.75軸壓比大于0.15的柱0.80剪力墻 0.85各類受剪、偏拉構(gòu)件 0.85鋼（強度破壞）；柱，支撐屈曲，為0.80梁、柱 0.75（0.75）支撐 0.80（0.75）節(jié)點板件、連接螺栓 0.85（0.75）連接焊縫 0.90（0.75） 二階段設計方法控制：多遇地震（及風荷載下），要求主體結(jié)構(gòu)不受破壞，非結(jié)構(gòu)構(gòu)件沒有過重破壞并導致人員傷亡，保證建筑的正常使用功能；罕遇

3、地震作用下，主體結(jié)構(gòu)遭受破壞或嚴重破壞但不倒塌。4.2 側(cè)移限制（彈性層間位移角限值）4.2 側(cè)移限制（彈性層間位移角限值） 目的：防止風、小震作用下非結(jié)構(gòu)構(gòu)件破壞：防止主體結(jié)構(gòu)開裂、損壞；防止填充墻及裝修開裂、破壞；過大的側(cè)向變形會使人有不舒適感，影響正常使用；過大的側(cè)移會使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生附加內(nèi)力（P-效應）。 如何達到目的：結(jié)構(gòu)有足夠大的剛度 參數(shù)：最大層間位移角多遇地震（及風荷載下），u：荷載效應標準值組合所得結(jié)構(gòu)最大層間位移；h：層高；u/h :最大層間位移角；u/h：彈性層間位移角限值。 u/h u/h u/h：彈性層間位移角限值（使用階段） 材料 結(jié)構(gòu)高度 結(jié)構(gòu)類型 限值 鋼筋混凝土 結(jié)

4、構(gòu)不大于150m 框架 1/550 框架-抗震墻板柱-抗震墻框架-核心筒 1/800 抗震墻筒中筒 1/1000 框支層 1/1000不小于250m各種類型結(jié)構(gòu) 1/500鋼結(jié)構(gòu) 各種類型結(jié)構(gòu) 1/250 罕遇地震（防止倒塌）薄弱層（部位）彈塑性層間位移角限值4.3 舒適度要求 高度超過150m：10年一遇的風荷載，頂點最大加速度限值 住宅、公寓：0.15m/s2 辦公、旅館：0.25m/s24.4 穩(wěn)定和抗傾覆要求P-效應： 側(cè)移，重力荷載產(chǎn)生附加彎矩，增大側(cè)移和內(nèi)力4.4.1 高層鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定驗算實際上大部分鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)不需要計算P-效應。4.4.1 高層鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定驗算

5、如果需要計算，可按下述方法進行計算：采用彈性方法進行計算；也可采用對未考慮重力二階效應的計算結(jié)果乘以增大系數(shù)的方法近似考慮4.4.1 高層鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定驗算結(jié)構(gòu)位移增大系數(shù)：框架結(jié)構(gòu)剪力墻結(jié)構(gòu)、框架-剪力墻結(jié)構(gòu)、筒體結(jié)構(gòu)4.4.1 高層鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定驗算高層建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定應符合下列規(guī)定： 剪力墻結(jié)構(gòu)、框架-剪力墻結(jié)構(gòu)、筒體結(jié)構(gòu)應符合下式要求： 框架結(jié)構(gòu)應符合下式要求4.4.2 高層鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定驗算鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件的穩(wěn)定性問題是鋼結(jié)構(gòu)設計的重要內(nèi)容，將在結(jié)構(gòu)設計中詳細介紹。此處的穩(wěn)定主要是結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定，即重力作用下的二階效應P效應。4.4.2 高層鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定驗算高鋼規(guī)下列條件下可不進行整

6、體穩(wěn)定性驗收：1）各層柱子平均長細比和平均軸壓比滿足一定要求；2）按不考慮P效應的彈性計算所得的層間相對位移小于某個值：對于鋼支撐、剪力墻或筒體的鋼結(jié)構(gòu)，且u/h1/1000，可不計算P效應，只按有效長度法計算柱的承載力；對于無支撐的鋼結(jié)構(gòu)（純鋼框架）和u/h1/1000的有支撐鋼結(jié)構(gòu)，應按考慮P效應的方法計算結(jié)構(gòu)內(nèi)力及側(cè)移，側(cè)移應不大于1/300。 實際上大部分鋼結(jié)構(gòu)需要計算P效應。4.4.3 高層建筑抗傾覆問題高層建筑側(cè)移過大，其重力作用合力點移至基底平面范圍以外，則建筑可能發(fā)生傾覆現(xiàn)象。正常設計的高層建筑不會出現(xiàn)傾覆問題。4.4.3 高層建筑抗傾覆問題控制高寬比；高寬比大于4的建筑，在地

7、震作用下基礎底面不允許出現(xiàn)零應力區(qū)；高寬比不大于4的建筑，基底零應力區(qū)面積不應超過基礎底面積的15。設防烈度6度及6度以上的抗震結(jié)構(gòu)4.5 延性要求與抗震等級構(gòu)件和結(jié)構(gòu)屈服后,具有承載能力不降低或基本不降低、且有足夠塑性變形能力的一種性能。當設計成延性結(jié)構(gòu)時，由于塑性變形可以耗散地震能量，結(jié)構(gòu)變形雖然會加大，但結(jié)構(gòu)承受的地震作用（慣性力）不會很快上升，內(nèi)力也不會再加大，因此具有延性的結(jié)構(gòu)可降低對結(jié)構(gòu)的承載力要求，也可以說，延性結(jié)構(gòu)是用它的變形能力（而不是承載力）抵抗罕遇地震作用；反之，如果結(jié)構(gòu)的延性不好，則必須有足夠大的承載力抵抗地震。然而后者會多用材料，對于地震發(fā)生概率極少的抗震結(jié)構(gòu)，延性結(jié)

8、構(gòu)是一種經(jīng)濟的設計對策。 OA:彈性設計，承載力抗震OBC和ODE:(承載力延性)抗震 兩種抗震設計方法（構(gòu)件屈服，局部破壞）具有足夠大延性和耗能能力 延性 材料、截面、構(gòu)件或結(jié)構(gòu)保持一定的強度或承載力時的非彈性（塑性）變形能力 用延性系數(shù)度量： y和u分別為屈服值和極限值定義：沒有規(guī)定 材料應變延性 不同強度等級混凝土 不同配箍特征值 碳纖維約束混凝土鋼筋或鋼材 截面曲率延性 截面彎短曲率關系 屈服時截面應變分布 極限狀態(tài)時截面應變分布 構(gòu)件位移延性 懸臂構(gòu)件的彎矩、曲率和位移的關系懸臂構(gòu)件位移延性系數(shù)與截面曲率延性系數(shù)的關系式 結(jié)構(gòu)位移延性 頂點位移延性系數(shù)或?qū)娱g位移延性系數(shù) 影響RC構(gòu)件

9、截面曲率延性的主要因素截面曲率延性系數(shù)截面的名義屈服曲率 截面有效高度鋼筋屈服應變（小，有利）混凝土受壓區(qū)高度（小，有利） 縱筋屈服時名義屈服時截面的極限曲率 受壓區(qū)邊緣混凝土極限壓應變 （大，有利） 混凝土受壓區(qū)高度（小，有利） （1）混凝土強度等級 強度等級高,下降快提高混凝土強度等級可以在不加大截面尺寸的情況下提高軸壓比，并且隨著混凝土強度等級提高，混凝土的極限壓應變變小，變形能力變差，對構(gòu)件的延性將產(chǎn)生不利的影響。（2）箍筋不同配箍特征值應力應變關系影響混凝土極限壓應變它包括含箍率、箍筋形式、箍筋間距等。其中，含箍率越高，塑性鉸區(qū)截面核心混凝土的受約束程度越高。 （3）軸壓比（N/fc

10、A） 影響混凝土相對受壓區(qū)高度軸壓比大，相對受壓區(qū)高度大，延性小 極限曲率低軸壓比 / 極限曲率高軸壓比 1.0相對受壓區(qū)高度與曲率延性比關系 在高軸壓比情況下，在水平荷載施加之前，柱子己經(jīng)產(chǎn)生了較大的預壓應變，預壓應變降低截面的塑性轉(zhuǎn)動能力，使構(gòu)件的延性變差，所以軸壓比限值不能定的過高 軸壓比大，相對受壓區(qū)高度大，延性小 （4）縱向鋼筋梁：受拉鋼筋配筋率過高延性小 增加受壓鋼筋延性大柱：縱筋的屈服強度高屈服曲率大 受壓縱筋增大截面的曲率延性 提高配筋率提高截面的軸壓承 載力，降低軸壓比 （5）截面幾何形狀箍筋對混凝土的約束作用： 圓形截面最強，方形截面次之，矩形截面再次之，異形截面最差對于一

11、個結(jié)構(gòu)：截面曲率延性系數(shù)構(gòu)件轉(zhuǎn)角（位移）延性系數(shù) 結(jié)構(gòu)位移延性系數(shù) 彈塑性層間位移角限值 目的：防止罕遇地震時結(jié)構(gòu)倒塌通過抗震構(gòu)造措施，使結(jié)構(gòu)構(gòu)件具有足夠大的延性，滿足彈塑性層間位移角限值的要求 彈塑性層間位移角限值 材料結(jié)構(gòu)類型 限值 鋼筋混凝 土結(jié)構(gòu) 框架 1/50 框架-剪力墻框架-核心筒 1/100 剪力墻 筒中筒 1/120 框支層 1/120鋼結(jié)構(gòu) 各種類型結(jié)構(gòu)1/50耗能能力 滯回曲線的形狀、面積 耗能能力大、小，難以量化4.5.2 概念設計及抗震等級（1）選擇延性材料和結(jié)構(gòu)；（2）概念設計；（3）設計延性結(jié)構(gòu)；（4）抗震措施及抗震等級。選擇延性材料和結(jié)構(gòu)鋼是一種延性很好的材料，

12、鋼結(jié)構(gòu)是一種延性很好的結(jié)構(gòu)；磚石砌體的延性很差，高層建筑不采用；鋼筋混凝土，介于上述兩者之間，設計合理，可有較好的延性。概念設計選擇有利于抗震的結(jié)構(gòu)方案和布置；采取減少扭轉(zhuǎn)和加強抗扭剛度的措施；設計延性結(jié)構(gòu)和延性結(jié)構(gòu)構(gòu)件；分析薄弱部位，避免過早破壞；防止局部破壞引起連續(xù)倒塌；避免設計為靜定結(jié)構(gòu)；采取多道防線措施；等等。設計延性結(jié)構(gòu)延性構(gòu)件；延性結(jié)構(gòu)。 不同高度、不同烈度、不同體系等的鋼筋混凝土房屋建筑結(jié)構(gòu)，延性與耗能要求不同，通過抗震等級，區(qū)分對結(jié)構(gòu)的延性與耗能的不同要求 不同抗震等級，采取不同抗震措施抗震等級計算措施地震作用計算和抗力計算以外的計算，主要是調(diào)整或放大組合的內(nèi)力計算值，用調(diào)整或

13、放大后的內(nèi)力作為設計值抗震構(gòu)造措施保證結(jié)構(gòu)構(gòu)件具有足夠的延性與耗能的構(gòu)造措施抗震措施 A級高度：一、二、三、四級 （一級要求最高）B級高度：特一、一、二級 （特一級要求最高）抗震等級劃分 烈度 結(jié)構(gòu)類型 兩種結(jié)構(gòu)單元時，重 要程度不同 房屋高度確定抗震等級的參數(shù)注：1 建筑場地為I類時，除6度外應允許按表內(nèi)降低一度所對應的抗震等級采取構(gòu)造措施，但相應的計算要求不應降低；2 接近或等于高度分界時，應允許結(jié)合房屋不規(guī)則程度及場地、地基條件確定抗震等級；3 大跨度框架指跨度不小于18m的框架；4 高度不超過60m的框架-核心筒結(jié)構(gòu)按框架-抗震墻的要求設計時，應按表中框架-抗震墻結(jié)構(gòu)的規(guī)定確定其抗震等

14、級。表中的烈度： 確定抗震等級的烈度 與下列因素有關: 建筑類別 設防烈度 場地 建筑類別 場地 設防烈度 6 7 8 9 甲類、乙類 6 7 8 9 7 8 9 9* 丙類 6 6 7 8 6 7 8 9 丁類 6 6 7 8 6 7- 8- 9-確定抗震等級的烈度 鋼筋混凝土框架剪力墻房屋結(jié)構(gòu)，高60m, 丙類建筑，8度設防。確定： 類場地時，框架、剪力墻的抗震等級； 類場地時，框架、剪力墻的抗震等級。思考題4.6 效應組合及最不利內(nèi)力 S荷載效應組合的設計值； 分別為永久荷載、活荷載和風荷載效應標準值；4.6.1 無地震作用效應組合承載力計算時：可變荷載效應控制時取1.2，永久荷載效應控

15、制時取1.35，對結(jié)構(gòu)有利時取1.0一般取1.4，小于3kN/m2時取1.3一般取1.4分別為永久荷載、活荷載和風荷載分項系數(shù)活荷載組合值系數(shù)永久荷載效應控制時分別取0.7可變荷載效應控制時分別取1.0、風荷載的組合值系數(shù)，取1.0注意多層時取0.6?；竞奢d工況有兩種永久（恒）荷載+活荷載 1.2永久荷載效應+1.4活荷載效應 1.35永久荷載效應+1.40.7活荷載效應承載力計算時永久荷載+活荷載+風荷載 1.2永久荷載效應+1.4活荷載效應+1.41.0風荷載效應（高層建筑） 荷載工況公式中各分項系數(shù)取1.0位移計算時4.6.2 有地震作用效應組合時S 荷載效應和地震作用效應組合 的設計

16、值； EE分別為重力荷載代表值、水平地震作用標準值、豎向地震作用標準值、風荷載標準值的效應； 分別為上述各種荷載和地震作用分項系數(shù)； 風荷載的組合值系數(shù)，取0.2。 60m以上的高層建筑： 風荷載效應和地震作用效應組合9度時： 豎向地震作用的效應組合所有高層建筑 1.2重力荷載效應+1.3水平地震作用效應60m以上高層建筑（9度以外） 1.2 重力荷載效應+1.3水平地震作用效應+1.40.2風荷載效應高層建筑效應組合的基本工況、 9度高層建筑1.2重力荷載效應+1.3水平地震作用效應+0.5豎向地震作用效應 1.2重力荷載效應+1.3豎向地震作用效應 9度且60m以上高層建筑1.2重力荷載效

17、應+1.3水平地震作用效應+0.5 豎向地震作用效應+ 1.40.2風荷載效應 豎向活荷載的布置 可不考慮活荷載的不利布置, 用滿布活荷載計算內(nèi)力 正、反方向作用，按兩個方向的較大值采用 體型復雜的高層建筑，考慮風向角的影響風的作用方向風的方向 一般情況下，兩個主軸方向分別計算 有斜交抗側(cè)力構(gòu)件的結(jié)構(gòu)，相交角度大于15度時，分別計算各抗側(cè)力構(gòu)件方向的地震作用 明顯不對稱、不均勻的結(jié)構(gòu)，計算雙向水平地震下的扭轉(zhuǎn)影響 其它情況：計算單向水平地震下的扭轉(zhuǎn)影響地震的方向（強制）控制截面:驗算承載力的截面，通常是內(nèi)力最大的截面框架梁:兩端截面，跨中截面連梁:兩端截面框架柱、墻肢:兩端截面 4.6.3 控

18、制截面及最不利內(nèi)力梁端截面： 最大正彎矩，最大負彎矩，最大剪力 梁跨中截面： 最大正彎矩柱、墻： 大偏壓時彎矩大不利 小偏壓時軸力大不利 最不利內(nèi)力 及相應的N 及相應的M 及相應的M 較大及N較大或 較大及N較小柱、墻最不利內(nèi)力端部截面，不是軸線截面構(gòu)件驗算截面調(diào)幅： 減小梁端負彎矩，增大跨中正彎矩彎矩： 豎向荷載作用下的彎矩4.6.4 RC框架梁彎矩塑性調(diào)幅次序： 先調(diào)幅，后組合調(diào)幅系數(shù)： 現(xiàn)澆框架梁端 0.8-0.9 裝配整體式框架梁端 0.7-0.8 調(diào)幅后滿足下式：分別為調(diào)幅后梁兩端負彎矩及跨中正彎矩 M按簡支梁計算的跨中彎矩作業(yè)：4.1承載力驗算和水平位移限制為什么是不同的極限狀態(tài)？這兩種驗算在荷載效應組合時有什么不同？4.4延性和延性比是什么？為什么抗震結(jié)構(gòu)要具有延性？4.5為什么抗震設計要區(qū)分抗震等級？抗震等級與延性要求是