4、荷载效应组合及设计要求

第四章
§4-1 一、作用与作用效应
荷载效应组合及结构设计要求
荷载概率模型及荷载代表值
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： 3、按结构的反应特点分类： 固定作用、可动作用； 静态作用、动态作用；
为50年的10分钟平均最大风速所对应的风压值。
基本 风速 的统 计标 准
1）标准高度的规定：10m高度处
作用在建筑物上的风压值计算：
z s
w z z s w0
——风压高度修正系数； ——风载体形系数；
0.4 0.4 0.4 0.2 0.4 0.4
平均风压 脉动风压
018 .
08 . 0.6
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：
1 2 w v v 1600 2g 1630
2

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 1 2 2 v w v 4）样本空间选取：1年 1600 2g 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 基本风压：指该地区空旷平坦地面，离地10米高处，重现期
柱 上端截面，下端截面 2. 控制内力： 配筋最大的内力；梁 梁端弯矩、剪力，跨中弯矩 柱 柱端轴力和弯矩组合
柱控制内力 二、竖向活荷载的 最不利布置
N max 及其相应的 M
N min 及其相应的 M M max 及其相应的 N
M
比较大，但 N 比较大或比较小
理论依据： 内力影响线 三、塑性调幅
F ji j j x ji Gi
F ji —— j振型i质点的水平地震作用标准值； 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；
x ji ——
j振型 i质点的振幅（水平相对位移）。
S
水平地震作用效应：
S2 j
j 1
m
3、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。
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


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。
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 一、基本风压 风荷载
0.41
0.41
08 .
0.4
风载作用方向
02 .
0.4
0.4
013 .
z
——风振系数；
迎风面
背风面
静风 风 脉动风 平均风压 风压 脉动风压
Biblioteka Hi z 1 H z
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 1 6 墙面宽度的角隅部分
迎风面体型系数为：1.5 侧风面体型系数为：-1.5 2）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 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； 地震作用
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
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。
Q(t) Q(t)
t 持久性活荷载 临时性活荷载
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
要求：
M 1—0.8 0.6 1 M0 ' M M1 ' 2 M 1 ' M 2 ' M0 ' M 2
M2
M2 '
装配整体式框架：
A BC
M0
M0 '
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。
2. 抗震设计组合
SE G SGk EhSEhk Ev SEvk w w Swk
§7-2 一、承载力设计要求 非抗震设计组合 抗震设计组合 结构设计要求
SR
S E RE
RE
二、侧移变形限制
h h
H H
承载力抗震调整系数
三、抗震措施等级
Lk LT LT 1047 1.5 301.8 1500Pa
住宅楼统计值： μLT=1287.8Pa；σLT=299.6Pa pk=0.797
Lk LT LT 1287 .8 0.71 299.6 1500Pa
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： 3、雪荷载 标准值与统计平均值之比为0.88。
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： 根据简单组合，按二级延性结构设计可靠指标
k 3.2 计算得到的荷载分项系数。
3、荷载组合值系数：参与组合的活荷载超过 2个时的折减系数；
梁端正负剪力要求必须采用箍筋抗剪。
四、结构自振周期计算
1、顶点位移法
T1 17 . 0 T
T ——将集中在楼面处的重量视为作用在相应楼面处的假想
0
水平荷载，按弹性刚度计算得到的结构顶点侧移； ——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 适用于以剪切变形为 主的框架结构
阻尼比
FEk 1Geq
单质点：恒载+0.5活荷载

Fi
Gi Hi
Gi Hi
i 1
n
FEk (1 n )
2 1
0.05 0.06 1.7
顶点附加水平力： Fn n FEk
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。 2、振型分解法
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： G G p FG (Gk ) ( k ) 0.21 G 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=301.8Pa pk=0.921
2、三水准抗震设计要求

f ( x)
P
第一水准：众值烈度下结构材料处 于弹性状态； 第二水准：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 基本 罕遇 第三水准：罕遇烈度下结构大部分构件材料处于弹塑性 烈度 烈度 烈度
Δ/H
烈度
状态，小部分构件材料处于弹性阶段；
3、两阶段设计方法 第一阶段：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； 第二阶段：按大震（罕遇烈度）地震参数验算结构薄弱环节


基本烈度： 某地区抗震设防水平的总体水平； 设防烈度： 某建筑物抗震设防水平的综合体现；
众值烈度： 设防烈度减去1.55度； 小震对应的烈度 50年 设防烈度： 罕遇烈度： 设防烈度加上1度； 中震对应的烈度 475年
众值 设防 烈度 1.55度 烈度 1度 罕遇 烈度
大震对应的烈度 1640年
T1 2 0
Gi 2 i
g Gi i
i 1 i 1 n
n
3、无限自由度法
适用于框架—剪力墙结构
Tj j H 2
w gEJ
§4-1 一、几个重要概念 1、荷载代表值：
荷载效应组合
1）标准值：荷载的基本代表值；恒载取0.5，活载取0.95； 2）组合值：荷载标准值乘以组合值系数而得，主要用于承载
. 一级延性结构 k 3.7 4、结构重要性系数： 一级延性结构设计目标可靠指标 11 k 2.7 三级延性结构设计目标可靠指标 二级延性结构 1 . 0 0 二、荷载效应组合 0.9 三级延性结构 1. 非抗震设计组合