4、荷载效应组合及设计要求

第四章荷载效应组合及结构设计要求§4-1荷载概率模型及荷载代表值一、作用与作用效应施加在结构上的集中或分布荷载，以及引起结构外加变形或约束变形的原因。直接作用：自重、风压、使用荷载等；间接作用：温度、基础不均匀沉降、地震作用等。1、按时间的变异分类：永久作用、可变作用、偶然作用；2、按空间位置的变异分类：固定作用、可动作用；3、按结构的反应特点分类：静态作用、动态作用；作用效应：作用在结构上所产生的内力和变形；轴力、弯矩、剪力、扭矩，挠度、转角、裂缝等。二、荷载的概率模型恒荷载：设计基准期内，其幅值随时间不发生变化、变化很小。可用随机变量模型来描述。活荷载：设计基准期内，其幅值随时间发生较大变化；持久性活荷载和临时性活荷载。tQ(t)持久性活荷载tQ(t)临时性活荷载可变荷载可采用连续型的正态过程或离散型的泊松过程来描述.《建筑结构可靠度设计统一标准》（GB50068—2001）统一模型化为：平稳二项式随机过程。（1）建筑结构的设计基准期为50年；（2）荷载一次持续施加于结构上的时段长度为τ，在设计基准期内，可分为r个相等的时段，r=T/τ；（3）在任一时段τi内，荷载出现的概率为p，荷载不出现的概率为q=1-p；（4）在任一时段τi内，荷载出现时为非负随机变量，各不同时段上FQ（x）彼此相同且相互独立；（5）在任一时段τi内，荷载出现与否与出现的幅值大小无关，此两事件相互独立。三、荷载及其各种代表值（一）荷载标准值1、恒荷载：按荷载概率分布的0.5分位值作为恒荷载的标准值；恒荷载标准值与统计平均值之比为1.06，变异系数为0.07。可求得恒荷载实际值小于其标准值的概率为：21.0)()(GGkkGGGFp2、楼面活荷载办公楼活荷载、住宅楼活荷载办公楼统计值：μLT=1047Pa；σLT=301.8PaPaLLTLTk15008.3015.11047住宅楼统计值：μLT=1287.8Pa；σLT=299.6PaPaLLTLTk15006.29971.08.1287按极值I型分布函数，可得活荷载在设计基准期内的保证率为：pk=0.921pk=0.7973、雪荷载标准值与统计平均值之比为0.88。可求得雪荷载在设计基准期内保证率为：pk=0.355（二）荷载组合值当结构承受两个或两个以上可变荷载，承载能力极限状态按基本组合及正常使用极限状态按短期荷载效应组合设计时，采用的荷载代表值。（三）荷载准永久值当按正常使用极限状态长期荷载效应组合设计时，采用的荷载代表值。§4-2风荷载一、基本风压将低速运动的风视为不可压缩的流体，运用能量守恒原理，可计算得风压与风速间存在下列关系：wgv22116302v116002v1）标准高度的规定：10m高度处2）标准地貌选取：B类，空旷平坦地面3）基本时距的规定：10分钟4）样本空间选取：1年5）重现期规定：50年6）标准线型选取：概率密度函数、分布函数，极值I型基本风速的统计标准基本风压：指该地区空旷平坦地面，离地10米高处，重现期为50年的10分钟平均最大风速所对应的风压值。wgv22116002v作用在建筑物上的风压值计算：wwzzs0z——风压高度修正系数；s——风载体形系数；04.04.02.04.04.04.04.08.风载作用方向迎风面背风面04.04.08.06.013.02.018.041.041.z——风振系数；平均风压脉动风压静风脉动风风平均风压风压脉动风压zizHH1二、总体风载效应与局部风载效应1、总体风载效应：作用在建筑物上的全部风荷载使结构产生的内力和变形；2、局部风载效应：作用在建筑物局部构件上的风荷载使其产生的内力和变形；1）迎风面及侧面宽度为墙面宽度的角隅部分16迎风面体型系数为：1.5侧风面体型系数为：-1.52）阳台、雨篷、遮阳板等悬挑构件验算向上漂浮的风载，风载体型系数为：2.0§4-2地震作用一、地震作用的特点1、惯性作用，动力作用，大小与结构有效重量有关；2、作用时间极短，一般只有10秒左右；3、作用重现期长。二、几个基本概念1、烈度小震对应的烈度中震对应的烈度大震对应的烈度某地区抗震设防水平的总体水平；某建筑物抗震设防水平的综合体现；基本烈度：设防烈度：众值烈度：设防烈度：罕遇烈度：50年475年1640年设防烈度减去1.55度；设防烈度加上1度；烈度fx()众值烈度基本烈度罕遇烈度1.55度1度2、三水准抗震设计要求第一水准：第二水准：第三水准：设防烈度下结构小部分构件材料处于弹塑性状态，大部分构件材料处于弹性阶段；众值烈度下结构材料处于弹性状态；罕遇烈度下结构大部分构件材料处于弹塑性状态，小部分构件材料处于弹性阶段；Δ/HP众值烈度设防烈度罕遇烈度3、两阶段设计方法第一阶段：第二阶段：按小震（众值烈度）地震参数计算结构在弹性状态下的地震作用效应，进行截面抗震设计和验算；按大震（罕遇烈度）地震参数验算结构薄弱环节的变形，并采取相应构造措施满足第三水准要求。1）7—9度设防、楼层屈服强度系数小于0.5的框架；2）7—9度设防、结构沿竖向质量和刚度分布很不均匀的高层建筑；3）特别重要的建筑。4、水平和竖向地震作用1）一般可分别按两个主轴方向计算各自地震作用，并分别承担；2）质量刚度明显不对称结构，应考虑水平地震作用的扭转效应；3）在8度和9度设防时，大跨度结构、长悬臂结构、烟囱等，以及9度时高层建筑，应考虑竖向地震作用。三、水平地震作用计算方法1、底部剪力法1）计算公式：FGEkeq11——水平地震作用影响系数；建筑结构阻尼比为0.05时，其取值决定于设防烈度、结构自振周期、场地类别；结构重力荷载代表值单质点：恒载+0.5活荷载多质点：（恒+0.5活）085.FGHGHFiiiiiinEkn11()顶点附加水平力：FFnnEk建筑结构阻尼比不等于0.05时，水平地震作用影响系数曲线的形状参数需作相应的调整；并且其最大值应乘以阻尼调整系数作调整：7.106.005.012阻尼比j——相应于j振型自振周期的地震影响系数；j——j振型的参与系数；xji——j振型i质点的振幅（水平相对位移）。水平地震作用效应：SSjjm213、动力分析法主要应用于结构高度较大，设防烈度较高，沿竖向质量和刚度分布极不均匀时。2、振型分解法FxGjijjjiiFji——j振型i质点的水平地震作用标准值；2）适用范围：以剪切变形为主，且高度不超过40米，刚度和质量沿高度分布均匀的建筑结构。四、结构自振周期计算1、顶点位移法TT1017.T——将集中在楼面处的重量视为作用在相应楼面处的假想水平荷载，按弹性刚度计算得到的结构顶点侧移；0——考虑填充墙影响的周期折减系数；框架：0.6-0.7；框架—剪力墙：0.7-0.9；2、能量法TGgGiiiniiin102112适用于以剪切变形为主的框架结构3、无限自由度法THwgEJjj2适用于框架—剪力墙结构§4-1荷载效应组合一、几个重要概念1、荷载代表值：1）标准值：荷载的基本代表值；2）组合值：荷载标准值乘以组合值系数而得，主要用于承载能力极限状态和正常使用极限状态短期效应计算过程中；3）准永久值：荷载标准值乘以准永久值系数而得，主要用于正常使用极限状态长期效应计算过程。2、荷载分项系数：3、荷载组合值系数：恒载取0.5，活载取0.95；根据简单组合，按二级延性结构设计可靠指标计算得到的荷载分项系数。k32.参与组合的活荷载超过2个时的折减系数；§7-2结构设计要求一、承载力设计要求非抗震设计组合SR抗震设计组合SREERE承载力抗震调整系数二、侧移变形限制HHhh1.非抗震设计组合wkwwQkQGkGSSSS02.抗震设计组合wkwwEvkEvEhkEhGkGESSSSS二、荷载效应组合4、结构重要性系数：一级延性结构设计目标可靠指标k27.k37.三级延性结构设计目标可靠指标0111009...一级延性结构二级延性结构三级延性结构三、抗震措施等级1.延性：结构在保持其承载能力基础上的塑性变形能力。主要影响因素：截面应力特征、构件材料、截面配筋量配筋构造等。2.抗震等级影响因素：设防烈度、结构自振周期、场地类别及设计分组，结构重要性程度。§7-3内力组合和最不利内力一、控制截面与控制内力1.控制截面：内力最大的截面；梁左端截面，右端截面，跨中截面柱上端截面，下端截面2.控制内力：配筋最大的内力；梁柱梁端弯矩、剪力，跨中弯矩柱端轴力和弯矩组合及其相应的NmaxM及其相应的NminM及其相应的MmaxN比较大，但MN比较大或比较小柱控制内力二、竖向活荷载的最不利布置ABC理论依据：内力影响线三、塑性调幅竖向荷载作用下，梁端允许出现塑性铰塑性调幅系数：现浇框架：0.8—0.9装配整体式框架：0.6—0.8M1M2M0M1'M2'M0'要求：MMMM1202'''MM012'简支梁跨中弯矩值四、水平荷载作用方向在相反方向水平荷载作用下，同一控制截面上的控制内力出现是完全相反的，因此荷载组合时，一定要注意左向荷载作用效应和右向荷载作用效应均参与荷载效应组合。梁端正负剪力要求必须采用箍筋抗剪。