第4章抗震等級(jí)驗(yàn)算荷載效應(yīng)組合

1、第4章 荷載效應(yīng)組合與最不利內(nèi)力 鋼筋凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程概要 方案設(shè)計(jì) n結(jié)構(gòu)選型 高層建筑 (要結(jié)合建筑和結(jié)構(gòu)考慮) n結(jié)構(gòu)布置高層建筑的重點(diǎn)內(nèi)容(概念設(shè)計(jì)) n抗震等級(jí)（重要性等級(jí)、高度等級(jí)、場(chǎng)地類(lèi)別)高層建筑抗震結(jié)構(gòu) n初選結(jié)構(gòu)尺寸和材料混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) n結(jié)構(gòu)布置圖平面圖和剖面圖 n注：要通過(guò)適用、技術(shù)、經(jīng)濟(jì)等各方面的比較和計(jì)算最終確定方案。 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和計(jì)算手工和程序計(jì)算 n確定荷載各種荷載的標(biāo)準(zhǔn)值和設(shè)計(jì)值荷載和設(shè)計(jì)方法 n結(jié)構(gòu)計(jì)算計(jì)算恒、活、風(fēng)、震的荷載效應(yīng)S?；炷两Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) n變形驗(yàn)算整體變形、層間變形高層建筑與抗震結(jié)構(gòu) 結(jié)構(gòu)構(gòu)件設(shè)計(jì)配筋與截面承載力SR/RE n荷載效應(yīng)組合與調(diào)幅荷載

2、效應(yīng)組合設(shè)計(jì)值荷載和設(shè)計(jì)方法，高層建 筑與抗震結(jié)構(gòu) S n配筋計(jì)算(SR)混凝土原理 n抗震驗(yàn)算(SR)抗震結(jié)構(gòu)講框架。 高層建筑講剪力墻 n構(gòu)造措施(SR) 混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)抗震結(jié)構(gòu)中講解 n結(jié)構(gòu)施工圖(配筋圖) 其它承重構(gòu)件設(shè)計(jì)樓梯、陽(yáng)臺(tái)、雨蓬等混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 地基和基礎(chǔ)設(shè)計(jì)土力學(xué)與地基基礎(chǔ)與抗震結(jié)構(gòu) 本章講授內(nèi)容提要 4.1 承載力驗(yàn)算 4.2 側(cè)移的限值 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(jí) n延性 n抗震等級(jí) 4.6 荷載效應(yīng)組合與最不利內(nèi)力 n調(diào)幅問(wèn)題 4.3 承載力驗(yàn)算 注意：結(jié)構(gòu)的抗震承 載力小于靜承載力。 同時(shí)考慮地震作用的 偶然性和持續(xù)

3、時(shí)間短， 所以對(duì)可靠性要求降 低。 所以承載力調(diào)整系數(shù) 是一個(gè)小于1的數(shù)。 REEE RS 有地震作用的內(nèi)力組有地震作用的內(nèi)力組 合設(shè)計(jì)值合設(shè)計(jì)值 抗震承載力設(shè)計(jì)值抗震承載力設(shè)計(jì)值 承載力調(diào)整系數(shù)承載力調(diào)整系數(shù) 4.4 變形驗(yàn)算 (P.103) 限制頂部位移 限制層間位移 使用階段層間位移限值-目的 風(fēng)和多遇地震層間側(cè)移的限值 (正常使用狀態(tài)) 層間位移：兩樓層樓板的相對(duì)水平位移。 層間位移大會(huì)導(dǎo)致非結(jié)構(gòu)構(gòu)件的破壞。 PKPM計(jì)算結(jié)果(WDisp.out) = 工況 2 = X 雙向地震作用下的樓層最大位移 Floor Tower Jmax Max-(X) Ave-(X) Ratio-(X)

4、h JmaxD Max-Dx Ave-Dx Ratio-Dx Max-Dx/h DxR/Dx Ratio_AX 13 1 1330 15.23 15.03 1.01 3300. 1327 0.81 0.81 1.00 1/4063. 0.5% 0.83 12 1 1243 15.62 14.83 1.05 3000. 1232 0.83 0.75 1.10 1/3615. 20.8% 0.84 11 1 1138 14.98 14.16 1.06 3000. 1123 0.98 0.92 1.07 1/3056. 18.3% 1.01 10 1 1030 14.16 13.33 1.06 30

5、00. 1016 1.14 1.09 1.04 1/2626. 14.5% 1.12 9 1 923 13.14 12.33 1.07 3000. 909 1.30 1.26 1.03 1/2315. 11.1% 1.13 8 1 816 11.94 11.15 1.07 3000. 802 1.43 1.41 1.02 1/2096. 8.0% 1.07 7 1 709 10.57 9.82 1.08 3000. 709 1.55 1.53 1.01 1/1933. 5.2% 1.01 6 1 602 9.05 8.35 1.08 3000. 602 1.66 1.62 1.02 1/181

6、2. 2.3% 0.96 5 1 495 7.42 6.79 1.09 3000. 495 1.72 1.67 1.03 1/1742. 1.3% 0.91 4 1 388 5.71 5.16 1.11 3000. 388 1.74 1.66 1.05 1/1726. 6.3% 0.85 3 1 281 3.98 3.54 1.12 3000. 281 1.68 1.56 1.08 1/1785. 15.5% 0.78 2 1 174 2.30 2.01 1.14 3000. 174 1.48 1.32 1.12 1/2030. 44.3% 0.66 1 1 64 0.82 0.70 1.17

7、 3000. 64 0.82 0.70 1.17 1/3650. 91.7% 0.40 X方向最大值層間位移角: 1/1726. 符號(hào)說(shuō)明 Floor : 層號(hào) Tower : 塔號(hào) Jmax : 最大位移對(duì)應(yīng)的節(jié)點(diǎn)號(hào) JmaxD : 最大層間位移對(duì)應(yīng)的節(jié)點(diǎn)號(hào) Max-(Z) : 節(jié)點(diǎn)的最大豎向位移 h : 層高 Max-(X)，Max-(Y) : X,Y方向的節(jié)點(diǎn)最大位移 Ave-(X)，Ave-(Y) : X,Y方向的層平均位移 Max-Dx ，Max-Dy : X,Y方向的最大層間位移 Ave-Dx ，Ave-Dy : X,Y方向的平均層間位移 Ratio-(X),Ratio-(Y):

8、最大位移與層平均位移的比值 Ratio-Dx,Ratio-Dy : 最大層間位移與平均層間位移的比值 Max-Dx/h，Max-Dy/h : X,Y方向的最大層間位移角 DxR/Dx,DyR/Dy : X,Y方向的有害位移角占總位移角的百分比例 Ratio_AX,Ratio_AY : 本層位移角與上層位移角的1.3倍及上三層平均位移角的 1.2倍的比值的大者 X-Disp，Y-Disp，Z-Disp:節(jié)點(diǎn)X,Y,Z方向的位移 罕遇地震層間側(cè)移的限值 作用：防止倒塌 4.6 荷載效應(yīng)組合與最不利內(nèi)力 荷載效應(yīng)來(lái)自恒、活、風(fēng)、震四種荷載。 四種荷載均采用了”最大值”極限狀態(tài) 設(shè)計(jì)中只考慮工程意義上

9、可能的極限狀態(tài)工況。 荷載效應(yīng)組合的目的：在所有有意義的(可能的)工 況中找出最不利荷載效應(yīng)用以確定荷載效應(yīng)設(shè)計(jì)值 REEE RS 恒活風(fēng)震恒+活+風(fēng)+震 S恒+活+風(fēng)+震S恒S活S風(fēng)S震 S恒+活+風(fēng)+震SE 荷載效應(yīng)組合方法基本思路 不同構(gòu)件的最不利內(nèi)力或位移可能來(lái)自不同工況。 同一構(gòu)件的不同截面的最不利內(nèi)力也不一定來(lái)自同 一工況。 同一截面的不同內(nèi)力同樣不一定來(lái)自同一工況。 最不利內(nèi)力與地震有關(guān)有地震作用組合 最不利內(nèi)力與地震無(wú)關(guān)無(wú)地震作用組合 配筋可能受承載能力極限狀態(tài)控制工況，也可能 采用正常使用的極限狀態(tài)控制。 REEE RS 荷載組合的實(shí)例 -低溫建筑技術(shù)2006年第6期 某建筑

10、位于上海市閔行區(qū)為科研辦公樓，地上5層， 一層為5.2m層高，其它各層為4.2m層高，結(jié)構(gòu)體 系為現(xiàn)澆框架結(jié)構(gòu)。 乙類(lèi)建筑，框架抗震等級(jí)二級(jí) 中柱600700，邊柱600600， 主框架梁350800，350700，其它框架梁為 300600，次粱250500， 混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C30。主要采用HRB400鋼筋 各層起控制作用的組合設(shè)計(jì)值 控制荷載的實(shí)例 下部各層所承受地震力比較大，地震組合在承載 能力極限狀態(tài)中起控制作用。 在上部各層所承受地震力比較小，荷載效應(yīng)的基 本組合在承載能力極限狀態(tài)中起控制作用， 在上部各層承受水平地震力比較小，軸力起控制 作用，而軸力作用下，配筋主要由最小配筋率控

11、 制，而與鋼筋強(qiáng)度無(wú)關(guān)。 在正常使用極限狀態(tài)下，起作用的也是荷載效應(yīng) 的標(biāo)準(zhǔn)組合。 基于概率的極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法 直接把4種荷載效應(yīng)直接相加是極端的極限狀態(tài)。 基于概率不是考慮數(shù)學(xué)上所有可能的極限狀態(tài) 工程設(shè)計(jì)思想：小概率事件認(rèn)為是不可能事件。 只考慮有一定工程意義(發(fā)生概率比較大)的事件。 方法：4種可能的荷載效應(yīng)分別乘以不同 0，1 的系數(shù)再相加 工況：相加的過(guò)程稱(chēng)為組合，其結(jié)果稱(chēng)為工況。 組合設(shè)計(jì)值：所有工況中的最不利值。 調(diào)整后的設(shè)計(jì)值基于概念設(shè)計(jì)獲得實(shí)際采用的 設(shè)計(jì)值。 REEE RS 荷載效應(yīng)組合與分項(xiàng)系數(shù) 注：重力荷載恒荷載0.5活荷載 重力荷載用于有地震作用組合。 組合的應(yīng)用 承載

12、力計(jì)算 n基本組合 w由可變荷載控制的組合(有簡(jiǎn)化形式) w由永久荷載控制的組合 n偶然組合包括含地震作用的組合 裂縫寬度和地基承載力驗(yàn)算 n標(biāo)準(zhǔn)組合 結(jié)構(gòu)與地基的變形驗(yàn)算 n標(biāo)準(zhǔn)組合 n準(zhǔn)永久組合 基本組合 標(biāo)準(zhǔn)組合、準(zhǔn)永久組合和頻遇組合 PKPM中的荷載組合 左圖為JCCAD中顯示的當(dāng)前組合。 右上為基礎(chǔ)設(shè)計(jì)所需標(biāo)準(zhǔn)組合輸出 右圖為修改組合參數(shù)的對(duì)話框 注意：組合由程序自動(dòng)進(jìn)行不需人工干預(yù) 抗震設(shè)計(jì)各項(xiàng)內(nèi)容的適用范圍 1. 抗震概念設(shè)計(jì)：所有結(jié)構(gòu)必須滿(mǎn)足其要求 2. 抗震構(gòu)造措施：所有結(jié)構(gòu)必須滿(mǎn)足其要求 3. 抗震驗(yàn)算：根據(jù)具體情況按規(guī)范要求進(jìn)行 n結(jié)構(gòu)變形驗(yàn)算(非強(qiáng)制性條文) w所有結(jié)構(gòu)

13、均需進(jìn)行多遇地震的變形驗(yàn)算。 w特殊結(jié)構(gòu)進(jìn)行罕遇地震下薄弱層塑性變形驗(yàn)算。 n截面抗震承載力驗(yàn)算(強(qiáng)制性條文) w可不驗(yàn)算：6度(不含IV類(lèi)場(chǎng)地高層)，滿(mǎn)足構(gòu)造要求即可 無(wú)地震作用組合：非抗震設(shè)計(jì)或不需進(jìn)行地震作用計(jì)算(6度，四級(jí)) w必須驗(yàn)算：7度區(qū)及6度區(qū)IV類(lèi)場(chǎng)地的高層。 l內(nèi)力設(shè)計(jì)值的調(diào)整：凡需驗(yàn)算者均需調(diào)整(除非注明不需) l截面承載力驗(yàn)算 (P.81-82) 有地震作用組合：該工況中含有地震。需要計(jì)算地震作用計(jì)算時(shí)采用 (除以RE ，其中個(gè)別系數(shù)有所不同。 SR/RE )56()20. 0( 1 0 bbhfV cc RE )56(25. 0 0 abhfV cc 例：剪壓比驗(yàn)算的

14、兩個(gè)公式： 荷載效應(yīng)組合有無(wú)地震作用 無(wú)地震作用時(shí)的效應(yīng)組合該工況中不含地震 n非抗震設(shè)計(jì)和6度設(shè)防、但不需要進(jìn)行地震作用計(jì)算的 結(jié)構(gòu)。 n豎向荷載分別考慮恒、活。 n水平荷載考慮風(fēng)荷載。 有地震作用時(shí)的效應(yīng)組合該工況中含有地震 n豎向荷載合并為重力荷載恒0.5活 n荷載效應(yīng)組合設(shè)計(jì)值基本計(jì)算公式： wS SE E = 1.2 = 1.2重力荷載重力荷載1.31.3水平地震作用效應(yīng)水平地震作用效應(yīng) 有地震作用時(shí)同時(shí)，要同時(shí)考慮以上兩種組合中 的最不利內(nèi)力進(jìn)行截面設(shè)計(jì)。 例題 更詳細(xì)的例題在 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu) 設(shè)計(jì)和抗震結(jié)構(gòu) 設(shè)計(jì)中給出。此 處僅僅給大家一 個(gè)概念。 截面2和5為跨中。截面2的彎矩

15、最大配筋采用 截面3的剪力最大，用做斜截面配筋計(jì)算。 4種荷載3種工況 4.7 房屋的抗震等級(jí) 抗震等級(jí)抗震等級(jí)是結(jié)構(gòu)和構(gòu)件抗震設(shè)計(jì)的直接依據(jù)。 抗震等級(jí)根據(jù)重要性類(lèi)別、設(shè)防烈度、高度、 結(jié)構(gòu)型式確定。 n重要性等級(jí)為丙級(jí)的結(jié)構(gòu)按表確定。 n甲、乙、丁類(lèi)建筑，根據(jù)設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)調(diào)整烈度后(提 高或降低)，再按表確定。 抗震計(jì)算和構(gòu)造措施可能采用不同的等級(jí)。 同一結(jié)構(gòu)的不同構(gòu)件的抗震等級(jí)可能不同。 結(jié) 構(gòu) 抗 震 等 級(jí) 的 確 定 結(jié) 構(gòu) 抗 震 等 級(jí) 的 確 定 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)抗震等級(jí) 抗震等級(jí)是結(jié) 構(gòu)設(shè)計(jì)的直 接依據(jù) 當(dāng)?shù)?設(shè)防烈度 場(chǎng)地類(lèi)別 I,II,III,IV 抗震等級(jí)對(duì)應(yīng)的烈度 抗震等級(jí) 結(jié)

16、構(gòu)型式 結(jié)構(gòu)高度 地形地貌 地段劃分 高度等級(jí) A,B 建筑物設(shè)防標(biāo)準(zhǔn) (重要性等級(jí)) 甲、乙、丙、丁 確定抗震等級(jí)的方法-閱讀 Satwe(PKPM)中的抗震信息 高層建筑結(jié)構(gòu)抗震等級(jí)對(duì)應(yīng)的烈度 高層建筑P.79 建筑建筑 類(lèi)別類(lèi)別 建筑的重要性建筑的重要性抗震措施抗震措施地震作用計(jì)算地震作用計(jì)算 甲類(lèi)甲類(lèi)特殊要求的建筑特殊考慮特殊考慮 乙類(lèi)乙類(lèi) 國(guó)家重點(diǎn)抗震 城市生命線工程的建筑 提高一度 （9度適當(dāng)提高） 原設(shè)防烈度 丙類(lèi)丙類(lèi)甲,乙,丁類(lèi)以外的一般建筑原設(shè)防烈度原設(shè)防烈度 丁類(lèi)丁類(lèi)次要的建筑 降低一度 （6度不降） 原設(shè)防烈度 建筑物重要性類(lèi)別(高層P.8) 劃分場(chǎng)地類(lèi)別(第二章) 1根

17、據(jù)實(shí)測(cè)的土層剪切波速資料計(jì)算等 效剪切波速。(2.1) 2確定場(chǎng)地覆蓋層厚度。 3查表2-2獲得場(chǎng)地類(lèi)別。 高度等級(jí)高層P.32 表中為乙 類(lèi)和丙類(lèi)建筑 的適用高度。 對(duì)甲類(lèi)的 規(guī)定見(jiàn)教材 P.32 裙房與主樓抗震等級(jí)的關(guān)系 裙房頂部上下各 一層應(yīng)提高抗震 措施 圖中c為抗震等級(jí) c c c 主樓裙房相連 c c c1 主樓裙房分離 單獨(dú) 確定 不低 于C 抗震結(jié)構(gòu)延性要求和抗震等級(jí) 延性延性：結(jié)構(gòu)/構(gòu)件在進(jìn)入塑性狀態(tài)以后，具有較 大的塑性變形能力，同時(shí)又能基本維持承載力。 結(jié)構(gòu)延性的度量結(jié)構(gòu)延性的度量：延性比：延性比 n延性比=維持結(jié)構(gòu)承載力的框架頂點(diǎn)最大位移 / 屈服 時(shí)框架頂點(diǎn)的位移。

18、設(shè)計(jì)延性結(jié)構(gòu)的目的設(shè)計(jì)延性結(jié)構(gòu)的目的： n避免出現(xiàn)無(wú)先兆的脆性破壞； n利用結(jié)構(gòu)/構(gòu)件的延性(而不是承載力)在地震中耗能， 減輕震害； n實(shí)現(xiàn)“中震可修、大震不倒”。 措施：合理選擇結(jié)構(gòu)體系、合理布置結(jié)構(gòu)、根據(jù) 不同抗震等級(jí)加強(qiáng)構(gòu)造措施。 延性的概念 注意： 強(qiáng)度高的材料延性不一定好(往往不好) 同樣的材料，不同形式的破壞延性也不同 延性比-延性的度量指標(biāo) 結(jié)構(gòu)不同部位的延性要求 n延性比：結(jié)構(gòu)(構(gòu)件或材料)破壞前極限 變形與最大彈性變形之比。 n注：變形是廣義的，可以是應(yīng)變、撓度、 曲率或轉(zhuǎn)角。相應(yīng)地就有所謂，曲率延 性系數(shù)；轉(zhuǎn)角延性系數(shù)；總位移延性系 數(shù)和樓層相對(duì)位移延性系數(shù)等。 n延性系

19、數(shù)越大，表明延性越好。脆性材 料，延性系數(shù)為1。 y u 總體結(jié)構(gòu)延性：用結(jié)構(gòu)的“頂點(diǎn)側(cè)移比” 或結(jié)構(gòu)的“平均側(cè)移比”表達(dá)。 樓層延性：以一個(gè)樓層的層間側(cè)移比表達(dá)。 構(gòu)件延性：指整個(gè)結(jié)構(gòu)中某一構(gòu)件（如一 榀框架或一片墻體）的延性。 桿件延性：指一個(gè)構(gòu)件中某一桿件（框架 的梁、柱，墻中的連梁或墻肢）的延性。 從 到 延性的要求依次增高 延性的類(lèi)型及其度量 在結(jié)構(gòu)豎向：重點(diǎn)提高可能出現(xiàn)塑性變形集中 的相對(duì)柔弱樓層的構(gòu)件延性。 在結(jié)構(gòu)平面：著重提高房屋周邊轉(zhuǎn)角處、平面 突變處及復(fù)雜平面各翼相接處的構(gòu)件延性。 對(duì)多道抗震防線的抗側(cè)力體系，著重提高第一 道防線中構(gòu)件的延性。 同一組合構(gòu)件：著重提高關(guān)鍵桿

20、件的延性。 同一桿件：著重提高預(yù)期首先屈服部位的延性。 提高結(jié)構(gòu)延性的原則 4.9 舒適度要求 目的：保證人的舒適 對(duì)象：高度超過(guò)150m的建筑需要驗(yàn)算 荷載：采用重現(xiàn)期為10年的風(fēng)荷載。 內(nèi)容：是風(fēng)荷載作用下的頂點(diǎn)加速度amax 2 max 2 max /25. 0 /15. 0 sa sa 辦公、旅館 住宅、公寓 4.10 P-效應(yīng) 概念：水平荷載P作用下， 側(cè)向變形和 重力荷載導(dǎo)致附加彎矩。 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)不需要考慮P-效應(yīng)。 大部分鋼結(jié)構(gòu)需要考慮P-效應(yīng) 4.11 鋼筋混凝土框架梁彎矩塑性調(diào)幅 塑性?xún)?nèi)力重分配：在超靜定結(jié)構(gòu)中，構(gòu)件的內(nèi)力與 剛度大小有關(guān)。構(gòu)件出現(xiàn)塑性鉸后剛度降低，該桿

21、件的內(nèi)力分配比例減小，另一些構(gòu)件內(nèi)力增大。 設(shè)計(jì)時(shí)考慮塑性?xún)?nèi)力重分配的內(nèi)力調(diào)整方法有兩種： 1 1、調(diào)幅、調(diào)幅 一方面為了使計(jì)算較為符合實(shí)際，另一方 面也是利用這種性質(zhì)，使某個(gè)部位內(nèi)力降低，減少 配筋，可采用“調(diào)幅”方法調(diào)整內(nèi)力，一些構(gòu)件內(nèi) 力降低，另一些構(gòu)件內(nèi)力增大。降低了內(nèi)力的部位 就會(huì)早出裂縫，或早進(jìn)入屈服，調(diào)幅愈大，裂縫出 得愈早。 2 2、調(diào)整內(nèi)力、調(diào)整內(nèi)力 考慮到在地震作用下，某些部位先屈 服，則未屈服部位必然內(nèi)力增大，為了后者的安全， 有意加大其內(nèi)力，但前者內(nèi)力并不減少。 鋼筋混凝土框架梁彎矩塑性調(diào)幅 高規(guī)規(guī)定：豎向荷載所產(chǎn)生的彎矩 要進(jìn)行調(diào)幅，然后再參與組合。 注意：水平荷載不調(diào)幅；豎向荷載產(chǎn)生 的剪力不調(diào)幅。 跨中彎 矩增大 梁端彎 矩減小 控制截面和最不利內(nèi)力 控制截面：設(shè)計(jì)時(shí)，只需要計(jì)算控制截 面在豎向荷載和水平荷載下出現(xiàn)最大 內(nèi)力的截面。不需對(duì)梁柱等構(gòu)件的所有 截面進(jìn)行驗(yàn)算?？刂平孛嫔系膬?nèi)力作為 全部截面配筋設(shè)計(jì)的計(jì)算依據(jù)。 框架梁：梁端(支座)跨中 連梁：長(zhǎng)連梁同框架