第4章-荷载效应组合-最不利内力

第4章荷载效应组合与最不利内力钢筋凝土结构设计过程概要方案设计结构选型－《高层建筑》(要结合建筑和结构考虑)结构布置－《高层建筑》的重点内容(概念设计)抗震等级－（重要性等级、高度等级、场地类别)《高层建筑》《抗震结构》初选结构尺寸和材料－《混凝土结构设计》结构布置图－平面图和剖面图注：要通过适用、技术、经济等各方面的比较和计算最终确定方案。结构设计和计算－手工和程序计算确定荷载－各种荷载的标准值和设计值－《荷载和设计方法》结构计算－计算恒、活、风、震的荷载效应S。《混凝土结构设计》变形验算－整体变形、层间变形《高层建筑》与《抗震结构》结构构件设计－配筋与截面承载力SR/γRE荷载效应组合与调幅－荷载效应组合设计值《荷载和设计方法》，《高层建筑》与《抗震结构》S配筋计算(SR)－《混凝土原理》抗震验算(SR)－《抗震结构》讲框架。《高层建筑》讲剪力墙构造措施(SR)－《混凝土结构设计》＋《抗震结构》中讲解结构施工图(配筋图)其它承重构件设计－楼梯、阳台、雨蓬等《混凝土结构设计》地基和基础设计－《土力学与地基基础》与《抗震结构》本章讲授内容提要4.1承载力验算4.2侧移的限值4.3舒适度要求4.4稳定和抗倾覆4.5抗震结构延性要求和抗震等级延性抗震等级4.6荷载效应组合与最不利内力调幅问题4.1承载力验算注意：结构的抗震承载力小于静承载力。同时考虑地震作用的偶然性和持续时间短，所以对可靠性要求降低。所以承载力调整系数是一个小于1的数。REEERS有地震作用的内力组合设计值抗震承载力设计值承载力调整系数4.2侧移的限值(P.75)限制顶部位移限制层间位移使用阶段层间位移限值-目的风和多遇地震层间侧移的限值(正常使用状态)层间位移：两楼层楼板的相对水平位移。层间位移大会导致非结构构件的破坏。PKPM计算结果(WDisp.out)===工况2===X双向地震作用下的楼层最大位移FloorTowerJmaxMax-(X)Ave-(X)Ratio-(X)hJmaxDMax-DxAve-DxRatio-DxMax-Dx/hDxR/DxRatio_AX131133015.2315.031.013300.13270.810.811.001/4063.0.5%0.83121124315.6214.831.053000.12320.830.751.101/3615.20.8%0.84111113814.9814.161.063000.11230.980.921.071/3056.18.3%1.01101103014.1613.331.063000.10161.141.091.041/2626.14.5%1.129192313.1412.331.073000.9091.301.261.031/2315.11.1%1.138181611.9411.151.073000.8021.431.411.021/2096.8.0%1.077170910.579.821.083000.7091.551.531.011/1933.5.2%1.01616029.058.351.083000.6021.661.621.021/1812.2.3%0.96514957.426.791.093000.4951.721.671.031/1742.1.3%0.91413885.715.161.113000.3881.741.661.051/1726.6.3%0.85312813.983.541.123000.2811.681.561.081/1785.15.5%0.78211742.302.011.143000.1741.481.321.121/2030.44.3%0.6611640.820.701.173000.640.820.701.171/3650.91.7%0.40X方向最大值层间位移角:1/1726.符号说明Floor:层号Tower:塔号Jmax:最大位移对应的节点号JmaxD:最大层间位移对应的节点号Max-(Z):节点的最大竖向位移h:层高Max-(X)，Max-(Y):X,Y方向的节点最大位移Ave-(X)，Ave-(Y):X,Y方向的层平均位移Max-Dx，Max-Dy:X,Y方向的最大层间位移Ave-Dx，Ave-Dy:X,Y方向的平均层间位移Ratio-(X),Ratio-(Y):最大位移与层平均位移的比值Ratio-Dx,Ratio-Dy:最大层间位移与平均层间位移的比值Max-Dx/h，Max-Dy/h:X,Y方向的最大层间位移角DxR/Dx,DyR/Dy:X,Y方向的有害位移角占总位移角的百分比例Ratio_AX,Ratio_AY:本层位移角与上层位移角的1.3倍及上三层平均位移角的1.2倍的比值的大者X-Disp，Y-Disp，Z-Disp:节点X,Y,Z方向的位移罕遇地震层间侧移的限值作用：防止倒塌4.3舒适度要求目的：保证人的舒适对象：高度超过150m的建筑需要验算荷载：采用重现期为10年的风荷载。内容：是风荷载作用下的顶点加速度amax2max2max/25.0/15.0sasa办公、旅馆住宅、公寓4.4稳定和抗倾覆整体稳定和倾覆问题是水平荷载的效应本节请自行阅读。仅仅讲解P-Δ效应P-Δ效应概念：水平荷载P作用下，侧向变形Δ和重力荷载导致附加弯矩。钢筋混凝土结构不需要考虑P-Δ效应。大部分钢结构需要考虑P-Δ效应4.5抗震结构延性要求和抗震等级钢筋混凝土结构要通过延性设计才能实现较好的延性。延性结构可以通过合理的设计实现决定结构的抗震能力变形能力承载力.2.1•提高承载力:只能推迟结构进入塑性阶段；•提高延性:削减地震反应，提高结构抵御地震的能力。4.5抗震结构延性要求和抗震等级延性：结构/构件在进入塑性状态以后，具有较大的塑性变形能力，同时又能基本维持承载力。结构延性的度量：延性比延性比=维持结构承载力的框架顶点最大位移/屈服时框架顶点的位移。设计延性结构的目的：避免出现无先兆的脆性破坏；利用结构/构件的延性(而不是承载力)在地震中耗能，减轻震害；实现“中震可修、大震不倒”。措施：合理选择结构体系、合理布置结构、根据不同抗震等级加强构造措施。延性的概念注意：强度高的材料延性不一定好(往往不好)同样的材料，不同形式的破坏延性也不同延性比-延性的度量指标结构不同部位的延性要求延性比：结构(构件或材料)破坏前极限变形与最大弹性变形之比。注：变形是广义的，可以是应变、挠度、曲率或转角。相应地就有所谓，曲率延性系数；转角延性系数；总位移延性系数和楼层相对位移延性系数等。延性系数越大，表明延性越好。脆性材料，延性系数为1。yu①总体结构延性：用结构的“顶点侧移比”或结构的“平均侧移比”表达。②楼层延性：以一个楼层的层间侧移比表达。③构件延性：指整个结构中某一构件（如一榀框架或一片墙体）的延性。④杆件延性：指一个构件中某一杆件（框架的梁、柱，墙中的连梁或墙肢）的延性。从①到④延性的要求依次增高延性的类型及其度量①在结构竖向：重点提高可能出现塑性变形集中的相对柔弱楼层的构件延性。②在结构平面：着重提高房屋周边转角处、平面突变处及复杂平面各翼相接处的构件延性。③对多道抗震防线的抗侧力体系，着重提高第一道防线中构件的延性。④同一组合构件：着重提高关键杆件的延性。⑤同一杆件：着重提高预期首先屈服部位的延性。提高结构延性的原则4.6荷载效应组合与最不利内力荷载效应来自恒、活、风、震四种荷载。四种荷载均采用了”最大值”－极限状态设计中只考虑工程意义上可能的极限状态－工况。荷载效应组合的目的：在所有有意义的(可能的)工况中找出最不利荷载效应用以确定荷载效应设计值REEERS恒活风震恒+活+风+震S恒+活+风+震S恒S活S风S震S恒+活+风+震SE荷载效应组合方法－基本思路不同构件的最不利内力或位移可能来自不同工况。同一构件的不同截面的最不利内力也不一定来自同一工况。同一截面的不同内力同样不一定来自同一工况。最不利内力与地震有关－有地震作用组合最不利内力与地震无关－无地震作用组合配筋可能受承载能力极限状态控制－工况，也可能采用正常使用的极限状态控制。REEERS荷载组合的实例--低温建筑技术2006年第6期某建筑位于上海市闵行区为科研办公楼，地上5层，一层为5.2m层高，其它各层为4.2m层高，结构体系为现浇框架结构。乙类建筑，框架抗震等级二级中柱600×700，边柱600×600，主框架梁350×800，350×700，其它框架梁为300×600，次粱250×500，混凝土强度等级为C30。主要采用HRB400钢筋各层起控制作用的组合设计值控制荷载的实例下部各层所承受地震力比较大，地震组合在承载能力极限状态中起控制作用。在上部各层所承受地震力比较小，荷载效应的基本组合在承载能力极限状态中起控制作用，在上部各层承受水平地震力比较小，轴力起控制作用，而轴力作用下，配筋主要由最小配筋率控制，而与钢筋强度无关。在正常使用极限状态下，起作用的也是荷载效应的标准组合。基于概率的极限状态设计法直接把4种荷载效应直接相加是极端的极限状态。基于概率－不是考虑数学上所有可能的极限状态工程设计思想：小概率事件认为是不可能事件。只考虑有一定工程意义(发生概率比较大)的事件。方法：4种可能的荷载效应分别乘以不同[0，1]的系数再相加－工况：相加的过程称为组合，其结果称为工况。组合设计值：所有工况中的最不利值。调整后的设计值－基于概念设计获得实际采用的设计值。REEERS荷载效应组合与分项系数注：重力荷载＝恒荷载＋0.5活荷载重力荷载用于有地震作用组合。内力组合设计值SE(建议毕业设计中采用)（1）1.2恒+1.4活(无地震作用组合)（2）1.35恒+0.98活(无地震作用组合)（3）1.2恒+1.4(活+风)(无地震作用组合)（4）1.2（恒+0.5活）+1.3震(有地震作用组合)注意：高层建筑一般不考虑或荷载的最不利位置。按满布活荷载计算内力。内力组合(P.81)组合的应用承载力计算基本组合由可变荷载控制的组合(有简化形式)由永久荷载控制的组合偶然组合－包括含地震作用的组合裂缝宽度和地基承载力验算标准组合结构与地基的变形验算标准组合准永久组合基本组合标准组合、准永久组合和频遇组合PKPM中的荷载组合左图为JCCAD中显示的当前组合。右上为基础设计所需标准组合输出右图为修改组合参数的对话框注意：组合由程序自动进行不需人工干预抗震设计各项内容的适用范围1.抗震概念设计：所有结构必须满足其要求2.抗震构造措施：所有结构必须满足其要求3.抗震验算：根据具体情况按规范要求进行结构变形验算(非强制性条文)所有结构均需进行多遇地震的变形验算。特殊结构进行罕遇地震下薄弱层塑性变形验算。截面抗震验算(强制性条文)可不验算：6度(不含IV类场地高层)，满足构造要求即可无地震作用组合：非抗震设计或不需进行地震作用计算(6度，四级)必须验算：7度区及6度区IV类场地的高层。内力设计值的调整：凡需验算者均需调整(除非注明不需)截面承载力验算(P.81-82)有地震作用组合：需要计算地震作用计算时采用(除以γRE，其中个别系数有所不同。S≤R/γRE)56()20.0(10bbhfVccRE)56(25.00abhfVcc例：剪压比验算的两个公式：荷载效应组合－有无地震作用无地震作用时的效应组合－该工况中不含地震非抗震设计和6度设防、但不需要进行地震作用计算的结构。竖向荷载分别考虑恒、活。水平荷载考虑风荷载。有地震作用时的效应组合－该工况中含有地震竖向荷载合并为重力荷载＝恒＋0.5活荷载效应组合设计值基本计算公式：SE=1.2×重力荷载＋1.3水平地震作用效应有地震作用时同时，要同时考虑以上两种组合中的最不利内力进行截面设计。例题更详细的例题在钢筋混凝土结构设计和抗震结构设计中给出。此处仅仅给大家一个概念。截面2和5为跨中。截面2的弯矩