1、第 4 章 設(shè)計(jì)要求及荷載效應(yīng)組合,主要內(nèi)容（目錄）,4.1 承載力計(jì)算 4.2 側(cè)移限制 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) 4.6 荷載效應(yīng)組合及最不利內(nèi)力,4.1承載力驗(yàn)算 按承載力極限狀態(tài)驗(yàn)算結(jié)構(gòu) 構(gòu)件截面： 足夠大的承載能力,無(wú)地震作用效應(yīng)組合時(shí),r0SR,r0 ：結(jié)構(gòu)重要性系數(shù) 安全等級(jí)為二級(jí)或設(shè)計(jì)使用年限50年，不小于1.0 安全等級(jí)為一級(jí)或設(shè)計(jì)使用年限100年及以上，不小于1.1,S ：無(wú)地震作用效應(yīng)組合時(shí)，構(gòu)件截面內(nèi)力（效應(yīng)）組合的設(shè)計(jì)值（與荷載標(biāo)準(zhǔn)值和荷載效應(yīng)分項(xiàng)系數(shù)的大小有關(guān)）,R：無(wú)地震作用組合時(shí)，構(gòu)件截面承載力設(shè)計(jì)值（與材料分

2、項(xiàng)系數(shù)的大小有關(guān)）,r0SR,有地震作用效應(yīng)組合時(shí),SE ：有地震作用效應(yīng)組合時(shí)，構(gòu)件截面內(nèi)力（效應(yīng)）組合的設(shè)計(jì)值 RE ：有地震作用組合時(shí)，構(gòu)件截面承載力設(shè)計(jì)值,：承載力抗震調(diào)整系數(shù),二階段設(shè)計(jì)方法控制： 多遇地震（及風(fēng)荷載下），要求主體結(jié)構(gòu)不受破壞，非結(jié)構(gòu)構(gòu)件沒(méi)有過(guò)重破壞并導(dǎo)致人員傷亡，保證建筑的正常使用功能； 罕遇地震作用下，主體結(jié)構(gòu)遭受破壞或嚴(yán)重破壞但不倒塌。,4.2 側(cè)移限制（彈性層間位移角限值）,4.2 側(cè)移限制（彈性層間位移角限值）,目的：防止風(fēng)、小震作用下非結(jié)構(gòu)構(gòu)件破壞： 防止主體結(jié)構(gòu)開(kāi)裂、損壞； 防止填充墻及裝修開(kāi)裂、破壞； 過(guò)大的側(cè)向變形會(huì)使人有不舒適感，影響正常使用； 過(guò)

3、大的側(cè)移會(huì)使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生附加內(nèi)力（P-效應(yīng)）。 如何達(dá)到目的：結(jié)構(gòu)有足夠大的剛度 參數(shù)：最大層間位移角,多遇地震（及風(fēng)荷載下），,u：荷載效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)值組合所得結(jié)構(gòu)最大層間位移； h：層高； u/h :最大層間位移角； u/h：彈性層間位移角限值。,u/h u/h,u/h：彈性層間位移角限值（使用階段）,罕遇地震（防止倒塌）,薄弱層（部位）彈塑性層間位移角限值,4.3 舒適度要求,高度超過(guò)150m： 10年一遇的風(fēng)荷載，頂點(diǎn)最大加速度限值 住宅、公寓：0.15m/s2 辦公、旅館：0.25m/s2,4.4 穩(wěn)定和抗傾覆要求,P-效應(yīng)： 側(cè)移，重力荷載產(chǎn)生附加彎矩，增大側(cè)移和內(nèi)力,4.4.1 高層鋼筋混

4、凝土結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定驗(yàn)算,實(shí)際上大部分鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)不需要計(jì)算P-效應(yīng)。,4.4.1 高層鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定驗(yàn)算,如果需要計(jì)算，可按下述方法進(jìn)行計(jì)算： 采用彈性方法進(jìn)行計(jì)算； 也可采用對(duì)未考慮重力二階效應(yīng)的計(jì)算結(jié)果乘以增大系數(shù)的方法近似考慮,4.4.1 高層鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定驗(yàn)算,結(jié)構(gòu)位移增大系數(shù)： 框架結(jié)構(gòu) 剪力墻結(jié)構(gòu)、框架-剪力墻結(jié)構(gòu)、筒體結(jié)構(gòu),4.4.1 高層鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定驗(yàn)算,高層建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定應(yīng)符合下列規(guī)定： 剪力墻結(jié)構(gòu)、框架-剪力墻結(jié)構(gòu)、筒體結(jié)構(gòu)應(yīng)符合下式要求： 框架結(jié)構(gòu)應(yīng)符合下式要求,4.4.2 高層鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定驗(yàn)算,鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件的穩(wěn)定性問(wèn)題是鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重要內(nèi)容，將在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

5、中詳細(xì)介紹。 此處的穩(wěn)定主要是結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定，即重力作用下的二階效應(yīng)P效應(yīng)。,4.4.2 高層鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定驗(yàn)算,高鋼規(guī)下列條件下可不進(jìn)行整體穩(wěn)定性驗(yàn)收： 1）各層柱子平均長(zhǎng)細(xì)比和平均軸壓比滿足一定要求； 2）按不考慮P效應(yīng)的彈性計(jì)算所得的層間相對(duì)位移小于某個(gè)值： 對(duì)于鋼支撐、剪力墻或筒體的鋼結(jié)構(gòu)，且u/h1/1000，可不計(jì)算P效應(yīng)，只按有效長(zhǎng)度法計(jì)算柱的承載力； 對(duì)于無(wú)支撐的鋼結(jié)構(gòu)（純鋼框架）和u/h1/1000的有支撐鋼結(jié)構(gòu)，應(yīng)按考慮P效應(yīng)的方法計(jì)算結(jié)構(gòu)內(nèi)力及側(cè)移，側(cè)移應(yīng)不大于1/300。 實(shí)際上大部分鋼結(jié)構(gòu)需要計(jì)算P效應(yīng)。,4.4.3 高層建筑抗傾覆問(wèn)題,高層建筑側(cè)移過(guò)大，其重力作用合力點(diǎn)

6、移至基底平面范圍以外，則建筑可能發(fā)生傾覆現(xiàn)象。 正常設(shè)計(jì)的高層建筑不會(huì)出現(xiàn)傾覆問(wèn)題。,4.4.3 高層建筑抗傾覆問(wèn)題,控制高寬比； 高寬比大于4的建筑，在地震作用下基礎(chǔ)底面不允許出現(xiàn)零應(yīng)力區(qū)； 高寬比不大于4的建筑，基底零應(yīng)力區(qū)面積不應(yīng)超過(guò)基礎(chǔ)底面積的15。,設(shè)防烈度6度及6度以上的抗震結(jié)構(gòu),4.5 延性要求與抗震等級(jí),構(gòu)件和結(jié)構(gòu)屈服后,具有承載能力不降低或基本不降低、且有足夠塑性變形能力的一種性能。 當(dāng)設(shè)計(jì)成延性結(jié)構(gòu)時(shí)，由于塑性變形可以耗散地震能量，結(jié)構(gòu)變形雖然會(huì)加大，但結(jié)構(gòu)承受的地震作用（慣性力）不會(huì)很快上升，內(nèi)力也不會(huì)再加大，因此具有延性的結(jié)構(gòu)可降低對(duì)結(jié)構(gòu)的承載力要求，也可以說(shuō)，延性結(jié)構(gòu)

7、是用它的變形能力（而不是承載力）抵抗罕遇地震作用；反之，如果結(jié)構(gòu)的延性不好，則必須有足夠大的承載力抵抗地震。然而后者會(huì)多用材料，對(duì)于地震發(fā)生概率極少的抗震結(jié)構(gòu)，延性結(jié)構(gòu)是一種經(jīng)濟(jì)的設(shè)計(jì)對(duì)策。,OA: 彈性設(shè)計(jì)，承載力抗震 OBC和ODE: (承載力延性)抗震,兩種抗震設(shè)計(jì)方法,（構(gòu)件屈服，局部破壞）,具有足夠大延性和耗能能力,延性 材料、截面、構(gòu)件或結(jié)構(gòu)保持一定的強(qiáng)度或承載力時(shí)的非彈性（塑性）變形能力 用延性系數(shù)度量：,y和u分別為屈服值和極限值 定義：沒(méi)有規(guī)定,材料應(yīng)變延性,不同強(qiáng)度等級(jí)混凝土,不同配箍特征值,碳纖維約束混凝土,鋼筋或鋼材,截面曲率延性,截面彎短曲率關(guān)系 屈服時(shí)截面應(yīng)變分布

8、極限狀態(tài)時(shí)截面應(yīng)變分布,構(gòu)件位移延性,懸臂構(gòu)件的彎矩、曲率和位移的關(guān)系,懸臂構(gòu)件位移延性系數(shù)與截面曲率延性系數(shù)的關(guān)系式,結(jié)構(gòu)位移延性,頂點(diǎn)位移延性系數(shù)或?qū)娱g位移延性系數(shù),影響RC構(gòu)件截面曲率延性的主要因素,截面曲率延性系數(shù),截面的名義屈服曲率,截面有效高度,鋼筋屈服應(yīng)變（小，有利）,混凝土受壓區(qū)高度（小，有利）,縱筋屈服時(shí),名義屈服時(shí),截面的極限曲率,受壓區(qū)邊緣混凝土極限壓應(yīng)變 （大，有利）,混凝土受壓區(qū)高度（小，有利）,（1）混凝土強(qiáng)度等級(jí),強(qiáng)度等級(jí)高,下降快,提高混凝土強(qiáng)度等級(jí)可以在不加大截面尺寸的情況下提高軸壓比，并且隨著混凝土強(qiáng)度等級(jí)提高，混凝土的極限壓應(yīng)變變小，變形能力變差，對(duì)構(gòu)件的

9、延性將產(chǎn)生不利的影響。,（2）箍筋,不同配箍特征值應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系,影響混凝土極限壓應(yīng)變,它包括含箍率、箍筋形式、箍筋間距等。其中，含箍率越高，塑性鉸區(qū)截面核心混凝土的受約束程度越高。,（3）軸壓比（N/fcA）,影響混凝土相對(duì)受壓區(qū)高度,軸壓比大，相對(duì)受壓區(qū)高度大，延性小,極限曲率低軸壓比 / 極限曲率高軸壓比 1.0,相對(duì)受壓區(qū)高度 與曲率延性比關(guān)系,在高軸壓比情況下，在水平荷載施加之前，柱子己經(jīng)產(chǎn)生了較大的預(yù)壓應(yīng)變，預(yù)壓應(yīng)變降低截面的塑性轉(zhuǎn)動(dòng)能力，使構(gòu)件的延性變差，所以軸壓比限值不能定的過(guò)高,軸壓比大，相對(duì)受壓區(qū)高度大，延性小,（4）縱向鋼筋,梁：受拉鋼筋配筋率過(guò)高延性小 增加受壓鋼筋延性大

10、 柱：縱筋的屈服強(qiáng)度高屈服曲率大 受壓縱筋增大截面的曲率延性 提高配筋率提高截面的軸壓承 載力，降低軸壓比,（5）截面幾何形狀,箍筋對(duì)混凝土的約束作用： 圓形截面最強(qiáng)，方形截面次之，矩形截面再次之，異形截面最差,對(duì)于一個(gè)結(jié)構(gòu)： 截面曲率延性系數(shù) 構(gòu)件轉(zhuǎn)角（位移）延性系數(shù) 結(jié)構(gòu)位移延性系數(shù),彈塑性層間位移角限值,目的：防止罕遇地震時(shí)結(jié)構(gòu)倒塌,通過(guò)抗震構(gòu)造措施，使結(jié)構(gòu)構(gòu)件具有足夠大的延性，滿足彈塑性層間位移角限值的要求,彈塑性層間位移角限值,耗能能力,滯回曲線的形狀、面積 耗能能力大、小，難以量化,4.5.2 概念設(shè)計(jì)及抗震等級(jí),（1）選擇延性材料和結(jié)構(gòu)； （2）概念設(shè)計(jì)； （3）設(shè)計(jì)延性結(jié)構(gòu)；

11、（4）抗震措施及抗震等級(jí)。,選擇延性材料和結(jié)構(gòu) 鋼是一種延性很好的材料，鋼結(jié)構(gòu)是一種延性很好的結(jié)構(gòu)； 磚石砌體的延性很差，高層建筑不采用； 鋼筋混凝土，介于上述兩者之間，設(shè)計(jì)合理，可有較好的延性。,概念設(shè)計(jì) 選擇有利于抗震的結(jié)構(gòu)方案和布置； 采取減少扭轉(zhuǎn)和加強(qiáng)抗扭剛度的措施； 設(shè)計(jì)延性結(jié)構(gòu)和延性結(jié)構(gòu)構(gòu)件； 分析薄弱部位，避免過(guò)早破壞； 防止局部破壞引起連續(xù)倒塌； 避免設(shè)計(jì)為靜定結(jié)構(gòu)； 采取多道防線措施；等等。,設(shè)計(jì)延性結(jié)構(gòu) 延性構(gòu)件； 延性結(jié)構(gòu)。,不同高度、不同烈度、不同體系等的鋼筋混凝土房屋建筑結(jié)構(gòu)，延性與耗能要求不同，通過(guò)抗震等級(jí)，區(qū)分對(duì)結(jié)構(gòu)的延性與耗能的不同要求 不同抗震等級(jí)，采取不同抗

12、震措施,抗震等級(jí),計(jì)算措施地震作用計(jì)算和抗力計(jì) 算以外的計(jì)算，主要是調(diào)整或放大 組合的內(nèi)力計(jì)算值，用調(diào)整或放大 后的內(nèi)力作為設(shè)計(jì)值 抗震構(gòu)造措施保證結(jié)構(gòu)構(gòu)件具有 足夠的延性與耗能的構(gòu)造措施,抗震措施,A級(jí)高度：一、二、三、四級(jí) （一級(jí)要求最高） B級(jí)高度：特一、一、二級(jí) （特一級(jí)要求最高）,抗震等級(jí)劃分,烈度 結(jié)構(gòu)類(lèi)型 兩種結(jié)構(gòu)單元時(shí)，重 要程度不同 房屋高度,確定抗震等級(jí)的參數(shù),注： 1 建筑場(chǎng)地為I類(lèi)時(shí)，除6度外應(yīng)允許按表內(nèi)降低一度所對(duì)應(yīng)的抗震等級(jí)采取構(gòu)造措施，但相應(yīng)的計(jì)算要求不應(yīng)降低； 2 接近或等于高度分界時(shí)，應(yīng)允許結(jié)合房屋不規(guī)則程度及場(chǎng)地、地基條件確定抗震等級(jí)； 3 大跨度框架指跨度

13、不小于18m的框架； 4 高度不超過(guò)60m的框架-核心筒結(jié)構(gòu)按框架-抗震墻的要求設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)按表中框架-抗震墻結(jié)構(gòu)的規(guī)定確定其抗震等級(jí)。,表中的烈度： 確定抗震等級(jí)的烈度 與下列因素有關(guān): 建筑類(lèi)別 設(shè)防烈度 場(chǎng)地,建筑類(lèi)別 場(chǎng)地 設(shè)防烈度 6 7 8 9 甲類(lèi)、乙類(lèi) 6 7 8 9 7 8 9 9* 丙類(lèi) 6 6 7 8 6 7 8 9 丁類(lèi) 6 6 7 8 6 7- 8- 9-,確定抗震等級(jí)的烈度,鋼筋混凝土框架剪力墻房屋結(jié)構(gòu)，高60m, 丙類(lèi)建筑，8度設(shè)防。確定： 類(lèi)場(chǎng)地時(shí)，框架、剪力墻的抗震等級(jí)； 類(lèi)場(chǎng)地時(shí)，框架、剪力墻的抗震等級(jí)。,思考題,4.6 效應(yīng)組合及最不利內(nèi)力,S荷載效應(yīng)組合的

14、設(shè)計(jì)值；,分別為永久荷載、,活荷載和風(fēng)荷載效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)值；,4.6.1 無(wú)地震作用效應(yīng)組合,承載力計(jì)算時(shí)：,可變荷載效應(yīng)控制時(shí)取1.2，永久荷載效應(yīng)控制時(shí)取1.35，對(duì)結(jié)構(gòu)有利時(shí)取1.0,一般取1.4，小于3kN/m2時(shí)取1.3,一般取1.4,分別為永久荷載、 活荷載和風(fēng)荷載分項(xiàng)系數(shù),活荷載組合值系數(shù) 永久荷載效應(yīng)控制時(shí)分別取0.7 可變荷載效應(yīng)控制時(shí)分別取1.0,、,風(fēng)荷載的組合值系數(shù)，取1.0 注意多層時(shí)取0.6。,基本荷載工況有兩種 永久（恒）荷載+活荷載 1.2永久荷載效應(yīng)+1.4活荷載效應(yīng) 1.35永久荷載效應(yīng)+1.40.7活荷載效應(yīng),承載力計(jì)算時(shí),永久荷載+活荷載+風(fēng)荷載 1.2永久荷

15、載效應(yīng)+1.4活荷載效應(yīng)+1.41.0風(fēng)荷載效應(yīng)（高層建筑）,荷載工況公式中各分項(xiàng)系數(shù)取1.0,位移計(jì)算時(shí),4.6.2 有地震作用效應(yīng)組合時(shí),S 荷載效應(yīng)和地震作用效應(yīng)組合 的設(shè)計(jì)值；,E,E,分別為重力荷載代表值、水平地震作用標(biāo)準(zhǔn)值、豎向地震作用標(biāo)準(zhǔn)值、風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值的效應(yīng)；,分別為上述各種荷載和地震作用分項(xiàng)系數(shù)；,風(fēng)荷載的組合值系數(shù)，取0.2。,60m以上的高層建筑： 風(fēng)荷載效應(yīng)和地震作用效應(yīng)組合 9度時(shí)： 豎向地震作用的效應(yīng)組合,所有高層建筑 1.2重力荷載效應(yīng)+1.3水平地震作用效應(yīng) 60m以上高層建筑（9度以外） 1.2 重力荷載效應(yīng)+1.3水平地震作用效應(yīng)+1.40.2風(fēng)荷載效應(yīng),高

16、層建筑效應(yīng)組合的基本工況,、 9度高層建筑 1.2重力荷載效應(yīng)+1.3水平地震作用效應(yīng)+0.5豎向地震作用效應(yīng) 1.2重力荷載效應(yīng)+1.3豎向地震作用效應(yīng), 9度且60m以上高層建筑 1.2重力荷載效應(yīng)+1.3水平地震作用效應(yīng)+0.5 豎向地震作用效應(yīng)+ 1.40.2風(fēng)荷載效應(yīng),豎向活荷載的布置,可不考慮活荷載的不利布置, 用滿布活荷載計(jì)算內(nèi)力,正、反方向作用，按兩個(gè)方向的較大值采用 體型復(fù)雜的高層建筑，考慮風(fēng)向角的影響,風(fēng)的作用方向,風(fēng)的方向,一般情況下，兩個(gè)主軸方向分別計(jì)算 有斜交抗側(cè)力構(gòu)件的結(jié)構(gòu)，相交角度大于15度時(shí)，分別計(jì)算各抗側(cè)力構(gòu)件方向的地震作用 明顯不對(duì)稱、不均勻的結(jié)構(gòu)，計(jì)算雙向

17、水平地震下的扭轉(zhuǎn)影響 其它情況：計(jì)算單向水平地震下的扭轉(zhuǎn)影響,地震的方向（強(qiáng)制）,控制截面:驗(yàn)算承載力的截面，通常是內(nèi)力最大的截面 框架梁:兩端截面，跨中截面 連梁:兩端截面 框架柱、墻肢:兩端截面,4.6.3 控制截面及最不利內(nèi)力,梁端截面： 最大正彎矩，最大負(fù)彎矩，最大剪力 梁跨中截面： 最大正彎矩 柱、墻： 大偏壓時(shí)彎矩大不利 小偏壓時(shí)軸力大不利,最不利內(nèi)力, 及相應(yīng)的N 及相應(yīng)的M 及相應(yīng)的M 較大及N較大 或 較大及N較小,柱、墻最不利內(nèi)力,端部截面，不是軸線截面,構(gòu)件驗(yàn)算截面,調(diào)幅： 減小梁端負(fù)彎矩，增大跨中正彎矩 彎矩： 豎向荷載作用下的彎矩,4.6.4 RC框架梁彎矩塑性調(diào)幅,次序： 先調(diào)幅，后組合 調(diào)幅系數(shù)： 現(xiàn)澆框架梁端 0.8-0.9 裝配整體式框架梁端 0.7-0.8,調(diào)幅后滿足下式：,分別為調(diào)幅后梁兩端負(fù)彎矩及跨中正彎矩,M按簡(jiǎn)支梁計(jì)算的跨中彎矩,作業(yè)： 4.1承載力驗(yàn)算和水平位移限制為什么是不同的極限狀態(tài)？這兩種驗(yàn)算在荷載效應(yīng)組合時(shí)有什么不同？ 4.4延性和延性比是什么？為什么抗震結(jié)構(gòu)要具有延性？ 4.5為什么抗震設(shè)計(jì)要區(qū)分抗震等級(jí)？抗震等級(jí)與延性要求是什么關(guān)系？試比較一幢15