第4章抗震等級驗算荷載效應組合

1、第4章 荷載效應組合與最不利內力 鋼筋凝土結構設計過程概要 方案設計 n結構選型 高層建筑 (要結合建筑和結構考慮) n結構布置高層建筑的重點內容(概念設計) n抗震等級（重要性等級、高度等級、場地類別)高層建筑抗震結構 n初選結構尺寸和材料混凝土結構設計 n結構布置圖平面圖和剖面圖 n注：要通過適用、技術、經(jīng)濟等各方面的比較和計算最終確定方案。 結構設計和計算手工和程序計算 n確定荷載各種荷載的標準值和設計值荷載和設計方法 n結構計算計算恒、活、風、震的荷載效應S?；炷两Y構設計 n變形驗算整體變形、層間變形高層建筑與抗震結構 結構構件設計配筋與截面承載力SR/RE n荷載效應組合與調幅荷載

2、效應組合設計值荷載和設計方法，高層建 筑與抗震結構 S n配筋計算(SR)混凝土原理 n抗震驗算(SR)抗震結構講框架。 高層建筑講剪力墻 n構造措施(SR) 混凝土結構設計抗震結構中講解 n結構施工圖(配筋圖) 其它承重構件設計樓梯、陽臺、雨蓬等混凝土結構設計 地基和基礎設計土力學與地基基礎與抗震結構 本章講授內容提要 4.1 承載力驗算 4.2 側移的限值 4.3 舒適度要求 4.4 穩(wěn)定和抗傾覆 4.5 抗震結構延性要求和抗震等級 n延性 n抗震等級 4.6 荷載效應組合與最不利內力 n調幅問題 4.3 承載力驗算 注意：結構的抗震承 載力小于靜承載力。 同時考慮地震作用的 偶然性和持續(xù)

3、時間短， 所以對可靠性要求降 低。 所以承載力調整系數(shù) 是一個小于1的數(shù)。 REEE RS 有地震作用的內力組有地震作用的內力組 合設計值合設計值 抗震承載力設計值抗震承載力設計值 承載力調整系數(shù)承載力調整系數(shù) 4.4 變形驗算 (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 風和多遇地震層間側移的限值 (正常使用狀態(tài)) 層間位移：兩樓層樓板的相對水平位移。 層間位移大會導致非結構構件的破壞。 PKPM計算結果(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. 符號說明 Floor : 層號 Tower : 塔號 Jmax : 最大位移對應的節(jié)點號 JmaxD : 最大層間位移對應的節(jié)點號 Max-(Z) : 節(jié)點的最大豎向位移 h : 層高 Max-(X)，Max-(Y) : X,Y方向的節(jié)點最大位移 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X,Y,Z方向的位移 罕遇地震層間側移的限值 作用：防止倒塌 4.6 荷載效應組合與最不利內力 荷載效應來自恒、活、風、震四種荷載。 四種荷載均采用了”最大值”極限狀態(tài) 設計中只考慮工程意義上

9、可能的極限狀態(tài)工況。 荷載效應組合的目的：在所有有意義的(可能的)工 況中找出最不利荷載效應用以確定荷載效應設計值 REEE RS 恒活風震恒+活+風+震 S恒+活+風+震S恒S活S風S震 S恒+活+風+震SE 荷載效應組合方法基本思路 不同構件的最不利內力或位移可能來自不同工況。 同一構件的不同截面的最不利內力也不一定來自同 一工況。 同一截面的不同內力同樣不一定來自同一工況。 最不利內力與地震有關有地震作用組合 最不利內力與地震無關無地震作用組合 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 荷載組合的實例 -低溫建筑技術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，結構體 系為現(xiàn)澆框架結構。 乙類建筑，框架抗震等級二級 中柱600700，邊柱600600， 主框架梁350800，350700，其它框架梁為 300600，次粱250500， 混凝土強度等級為C30。主要采用HRB400鋼筋 各層起控制作用的組合設計值 控制荷載的實例 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，而與鋼筋強度無關。 在正常使用極限狀態(tài)下，起作用的也是荷載效應 的標準組合。 基于概率的極限狀態(tài)設計法 直接把4種荷載效應直接相加是極端的極限狀態(tài)。 基于概率不是考慮數(shù)學上所有可能的極限狀態(tài) 工程設計思想：小概率事件認為是不可能事件。 只考慮有一定工程意義(發(fā)生概率比較大)的事件。 方法：4種可能的荷載效應分別乘以不同 0，1 的系數(shù)再相加 工況：相加的過程稱為組合，其結果稱為工況。 組合設計值：所有工況中的最不利值。 調整后的設計值基于概念設計獲得實際采用的 設計值。 REEE RS 荷載效應組合與分項系數(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。 組合的應用 承載

12、力計算 n基本組合 w由可變荷載控制的組合(有簡化形式) 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算 n標準組合 結構與地基的變形驗算 n標準組合 n準永久組合 基本組合 標準組合、準永久組合和頻遇組合 PKPM中的荷載組合 左圖為JCCAD中顯示的當前組合。 右上為基礎設計所需標準組合輸出 右圖為修改組合參數(shù)的對話框 注意：組合由程序自動進行不需人工干預 抗震設計各項內容的適用范圍 1. 抗震概念設計：所有結構必須滿足其要求 2. 抗震構造措施：所有結構必須滿足其要求 3. 抗震驗算：根據(jù)具體情況按規(guī)范要求進行 n結構變形驗算(非強制性條文) w所有結構

13、均需進行多遇地震的變形驗算。 w特殊結構進行罕遇地震下薄弱層塑性變形驗算。 n截面抗震承載力驗算(強制性條文) w可不驗算：6度(不含IV類場地高層)，滿足構造要求即可 無地震作用組合：非抗震設計或不需進行地震作用計算(6度，四級) w必須驗算：7度區(qū)及6度區(qū)IV類場地的高層。 l內力設計值的調整：凡需驗算者均需調整(除非注明不需) l截面承載力驗算 (P.81-82) 有地震作用組合：該工況中含有地震。需要計算地震作用計算時采用 (除以RE ，其中個別系數(shù)有所不同。 SR/RE )56()20. 0( 1 0 bbhfV cc RE )56(25. 0 0 abhfV cc 例：剪壓比驗算的

14、兩個公式： 荷載效應組合有無地震作用 無地震作用時的效應組合該工況中不含地震 n非抗震設計和6度設防、但不需要進行地震作用計算的 結構。 n豎向荷載分別考慮恒、活。 n水平荷載考慮風荷載。 有地震作用時的效應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荷載效應組合設計值基本計算公式： wS SE E = 1.2 = 1.2重力荷載重力荷載1.31.3水平地震作用效應水平地震作用效應 有地震作用時同時，要同時考慮以上兩種組合中 的最不利內力進行截面設計。 例題 更詳細的例題在 鋼筋混凝土結構 設計和抗震結構 設計中給出。此 處僅僅給大家一 個概念。 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，用做斜截面配筋計算。 4種荷載3種工況 4.7 房屋的抗震等級 抗震等級抗震等級是結構和構件抗震設計的直接依據(jù)。 抗震等級根據(jù)重要性類別、設防烈度、高度、 結構型式確定。 n重要性等級為丙級的結構按表確定。 n甲、乙、丁類建筑，根據(jù)設防標準調整烈度后(提 高或降低)，再按表確定。 抗震計算和構造措施可能采用不同的等級。 同一結構的不同構件的抗震等級可能不同。 結 構 抗 震 等 級 的 確 定 結 構 抗 震 等 級 的 確 定 結構設計抗震等級 抗震等級是結 構設計的直 接依據(jù) 當?shù)?設防烈度 場地類別 I,II,III,IV 抗震等級對應的烈度 抗震等級 結

16、構型式 結構高度 地形地貌 地段劃分 高度等級 A,B 建筑物設防標準 (重要性等級) 甲、乙、丙、丁 確定抗震等級的方法-閱讀 Satwe(PKPM)中的抗震信息 高層建筑結構抗震等級對應的烈度 高層建筑P.79 建筑建筑 類別類別 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算地震作用計算 甲類甲類特殊要求的建筑特殊考慮特殊考慮 乙類乙類 國家重點抗震 城市生命線工程的建筑 提高一度 （9度適當提高） 原設防烈度 丙類丙類甲,乙,丁類以外的一般建筑原設防烈度原設防烈度 丁類丁類次要的建筑 降低一度 （6度不降） 原設防烈度 建筑物重要性類別(高層P.8) 劃分場地類別(第二章) 1根

17、據(jù)實測的土層剪切波速資料計算等 效剪切波速。(2.1) 2確定場地覆蓋層厚度。 3查表2-2獲得場地類別。 高度等級高層P.32 表中為乙 類和丙類建筑 的適用高度。 對甲類的 規(guī)定見教材 P.32 裙房與主樓抗震等級的關系 裙房頂部上下各 一層應提高抗震 措施 圖中c為抗震等級 c c c 主樓裙房相連 c c c1 主樓裙房分離 單獨 確定 不低 于C 抗震結構延性要求和抗震等級 延性延性：結構/構件在進入塑性狀態(tài)以后，具有較 大的塑性變形能力，同時又能基本維持承載力。 結構延性的度量結構延性的度量：延性比：延性比 n延性比=維持結構承載力的框架頂點最大位移 / 屈服 時框架頂點的位移。

18、設計延性結構的目的設計延性結構的目的： n避免出現(xiàn)無先兆的脆性破壞； n利用結構/構件的延性(而不是承載力)在地震中耗能， 減輕震害； n實現(xiàn)“中震可修、大震不倒”。 措施：合理選擇結構體系、合理布置結構、根據(jù) 不同抗震等級加強構造措施。 延性的概念 注意： 強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 結構不同部位的延性要求 n延性比：結構(構件或材料)破壞前極限 變形與最大彈性變形之比。 n注：變形是廣義的，可以是應變、撓度、 曲率或轉角。相應地就有所謂，曲率延 性系數(shù)；轉角延性系數(shù)；總位移延性系 數(shù)和樓層相對位移延性系數(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 總體結構延性：用結構的“頂點側移比” 或結構的“平均側移比”表達。 樓層延性：以一個樓層的層間側移比表達。 構件延性：指整個結構中某一構件（如一 榀框架或一片墻體）的延性。 桿件延性：指一個構件中某一桿件（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 延性的類型及其度量 在結構豎向：重點提高可能出現(xiàn)塑性變形集中 的相對柔弱樓層的構件延性。 在結構平面：著重提高房屋周邊轉角處、平面 突變處及復雜平面各翼相接處的構件延性。 對多道抗震防線的抗側力體系，著重提高第一 道防線中構件的延性。 同一組合構件：著重提高關鍵桿

20、件的延性。 同一桿件：著重提高預期首先屈服部位的延性。 提高結構延性的原則 4.9 舒適度要求 目的：保證人的舒適 對象：高度超過150m的建筑需要驗算 荷載：采用重現(xiàn)期為10年的風荷載。 內容：是風荷載作用下的頂點加速度amax 2 max 2 max /25. 0 /15. 0 sa sa 辦公、旅館 住宅、公寓 4.10 P-效應 概念：水平荷載P作用下， 側向變形和 重力荷載導致附加彎矩。 鋼筋混凝土結構不需要考慮P-效應。 大部分鋼結構需要考慮P-效應 4.11 鋼筋混凝土框架梁彎矩塑性調幅 塑性內力重分配：在超靜定結構中，構件的內力與 剛度大小有關。構件出現(xiàn)塑性鉸后剛度降低，該桿

21、件的內力分配比例減小，另一些構件內力增大。 設計時考慮塑性內力重分配的內力調整方法有兩種： 1 1、調幅、調幅 一方面為了使計算較為符合實際，另一方 面也是利用這種性質，使某個部位內力降低，減少 配筋，可采用“調幅”方法調整內力，一些構件內 力降低，另一些構件內力增大。降低了內力的部位 就會早出裂縫，或早進入屈服，調幅愈大，裂縫出 得愈早。 2 2、調整內力、調整內力 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力增大，為了后者的安全， 有意加大其內力，但前者內力并不減少。 鋼筋混凝土框架梁彎矩塑性調幅 高規(guī)規(guī)定：豎向荷載所產(chǎn)生的彎矩 要進行調幅，然后再參與組合。 注意：水平荷載不調幅；豎向荷載產(chǎn)生 的剪力不調幅。 跨中彎 矩增大 梁端彎 矩減小 控制截面和最不利內力 控制截面：設計時，只需要計算控制截 面在豎向荷載和水平荷載下出現(xiàn)最大 內力的截面。不需對梁柱等構件的所有 截面進行驗算?？刂平孛嫔系膬攘ψ鳛?全部截面配筋設計的計算依據(jù)。 框架梁：梁端(支座)跨中 連梁：長連梁同框架