荷載效應(yīng)組合講解

1、荷載效應(yīng)組合及設(shè)計(jì)要求1什么是荷載效應(yīng)？什么是荷載效應(yīng)組合？一般用途的高層建筑結(jié)構(gòu)承受哪些何載？答：所謂荷載效應(yīng)，是指在某種荷載作用下結(jié)構(gòu)的內(nèi)力或位移。按照概率統(tǒng)計(jì)和可靠度理論把各種荷載效應(yīng)按一定規(guī)律加以組合，就是荷載效應(yīng)組合。一般用途的高層建筑結(jié)構(gòu)承受的豎向荷載有結(jié)構(gòu)、 填充墻、 裝修等自重（永久荷載） 和樓面使用荷載、雪荷載等（可變荷載）；水平荷載有風(fēng)荷載及地震作用。各種荷載可能同時出現(xiàn)在結(jié)構(gòu)上，但是出現(xiàn)的概率不同。2如何考慮荷載效應(yīng)的組合？分項(xiàng)系數(shù)與組合系數(shù)各起何作用？答：通常， 在各種不同荷載作用下分別進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析， 得到內(nèi)力和位移后， 再用分項(xiàng)系數(shù)與組合系數(shù)加以組合。建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范

2、（GB50009-2001，以下簡稱為荷載規(guī)范）上給出的自重及使用荷載、雪荷載等值， 以及風(fēng)荷載及地震等效荷載值都稱為荷載標(biāo)準(zhǔn)值。 各種標(biāo)準(zhǔn)荷載獨(dú)立作用 產(chǎn)生的內(nèi)力及位移稱為荷載效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)值，在組合時各項(xiàng)荷載效應(yīng)應(yīng)乘以分項(xiàng)系數(shù)及組合系 數(shù)。分項(xiàng)系數(shù)是考慮各種荷載可能出現(xiàn)超過標(biāo)準(zhǔn)值的情況而確定的荷載效應(yīng)增大系數(shù)，而組合系數(shù)則是考慮到某些荷載同時作用的概率較小， 在疊加其效應(yīng)時要乘以小于 1 的系數(shù)。 例如，風(fēng)荷載和地震作用同時達(dá)到最大值的概率較小， 因此在風(fēng)荷載和地震作用組合時， 風(fēng)荷載乘以組合系數(shù) 0.2 。3如何選擇控制截面及最不利內(nèi)力類型答：在構(gòu)件設(shè)計(jì)時， 要找出構(gòu)件設(shè)計(jì)的控制截面及控制截面

3、上的最不利內(nèi)力，作為配筋設(shè)計(jì)的依據(jù)。首先要確定構(gòu)件的控制截面， 其次要挑選這些截面的最不利內(nèi)力。 所謂最不利內(nèi)力， 就是使截面配筋最大的內(nèi)力?？刂平孛嫱ǔＪ莾?nèi)力最大的截面， 但是不同的內(nèi)力 （如彎矩、 剪力） 并不一定在同一截面達(dá) 到最大值，因此一個構(gòu)件可能同時有幾個控制截面。對于框架橫梁，其兩端支座截面常常是最大負(fù)彎矩及最大剪力作用處，在水平荷載作用下， 端截面還有正彎矩。 而跨中控制截面常常是最大正彎矩作用處。 在梁端截面 （指柱邊緣處的 梁截面），要組合最大負(fù)彎矩及最大剪力，也要組合可能出現(xiàn)的正彎矩。注意，由于內(nèi)力分 析結(jié)果都是軸線位置處的梁的彎矩及剪力， 但在配筋計(jì)算時應(yīng)采用柱邊截面處

4、的內(nèi)力， 因而 在組合前應(yīng)經(jīng)過換算求得柱邊截面的彎矩和剪力，見圖2。對于柱子，根據(jù)彎矩圖可知，彎矩最大值在柱兩端，剪力和軸力值在同一樓層內(nèi)變化較小。因此， 柱的設(shè)計(jì)控制截面為上、 下兩個端截面。 注意， 在軸線處的計(jì)算內(nèi)力也要換算到梁上、 下邊緣處的柱截面內(nèi)力。柱子彎矩和軸力組合要考慮下述四種可能情況：1） 及相應(yīng)的 N；2）及相應(yīng)的M; 3）及相應(yīng)的M 4）比較大（不是絕對最大），但N比較小或比較大（不 是絕對最小或絕對最大） 。有時絕對最大或最小的內(nèi)力不見得是最不利的。 對于大偏心受壓 構(gòu)件，愈大，截面需要的配筋愈多。對于小偏壓構(gòu)件'，如果N不是最大，但相應(yīng)的 M比較大時，配筋也會

5、多一些。所以，組合時要找第4）種情況，而且常常是這種情況控制配筋。4豎向活荷載的布置應(yīng)如何考慮？答：豎向活荷載是短暫作用的、可變的。各種不同的布置會產(chǎn)生不同的內(nèi)力，因此，應(yīng)該由 最不利布置方式計(jì)算內(nèi)力， 以求得截面最不利內(nèi)力。 對于高層建筑， 計(jì)算不利布置荷載的內(nèi) 力及內(nèi)力組合工作量很大，而一般民用及公共高層建筑中豎向活荷載不會很大（活荷載1.5 2.5kN/m2 ），與恒載及水平荷載產(chǎn)生的內(nèi)力相比，豎向活荷載產(chǎn)生的內(nèi)力所占比重很 小。因此，多數(shù)情況下，可不考慮活荷載的不利布置，只用滿布活荷載一種情況計(jì)算內(nèi)力， 這樣可以大大減小計(jì)算工作量。在豎向活荷載很大時（大于4kN/m2，如圖書館書庫、多

6、層工業(yè)廠房或倉庫），必須考慮活荷載不利布置。5如何考慮框架梁的塑性調(diào)幅？答：框架中允許梁端出現(xiàn)塑性鉸。 因此， 在梁中可考慮塑性內(nèi)力重分布， 通常是降低支座彎矩，以減小支座處的配筋。對于現(xiàn)澆框架，支座彎矩的調(diào)幅系數(shù)采用0.8 0.9 。對于裝配整體式框架， 由于鋼筋焊接或接縫不嚴(yán)等原因， 節(jié)點(diǎn)容易產(chǎn)生變形， 梁端彎矩較彈性計(jì)算結(jié)果會有所降低，因此支座彎矩調(diào)幅系數(shù)允許低一些，取0.7 0.8 。支座彎矩降低后， 必須相應(yīng)加大梁跨中彎矩。 這樣， 在支座出現(xiàn)塑性鉸以后， 不會導(dǎo)致跨中 截面承載力不足。跨中彎矩應(yīng)按平衡條件相應(yīng)增大（圖3）。為了保證梁的安全，跨中彎矩還必須滿足圖中所列的條件。圖 3

7、框架梁塑性調(diào)幅塑性調(diào)幅主要是在豎向荷載作用下的內(nèi)力調(diào)整， 因此， 要在組合前進(jìn)行調(diào)幅， 然后才和水平荷載作用下的內(nèi)力進(jìn)行組合。6在手算內(nèi)力組合時，一般都通過表格進(jìn)行。內(nèi)力組合的步驟如何？答：在手算內(nèi)力組合時，一般都通過表格進(jìn)行。內(nèi)力組合的步驟是：（1）恒載、活載、風(fēng)載及地震等效荷載都分別按各自規(guī)律布置，進(jìn)行內(nèi)力分析；（2）取出各個構(gòu)件的控制截面內(nèi)力，經(jīng)過內(nèi)力調(diào)整后填入內(nèi)力組合表內(nèi)；（3）根據(jù)建筑物的具體情況，由教材表1 中選出本結(jié)構(gòu)可能出現(xiàn)的若干組組合，將各內(nèi)力分別乘以相應(yīng)的荷載分項(xiàng)系數(shù)及組合系數(shù)。 在不同組合類型中， 分項(xiàng)系數(shù)不同， 應(yīng)按教材表 9-1 的要求分別采用；（ 4）按照不利內(nèi)力的

8、要求分組疊加內(nèi)力；（5）在若干組不利內(nèi)力中選取最不利內(nèi)力作為構(gòu)件截面的設(shè)計(jì)內(nèi)力，有時要通過試算才能找到哪組內(nèi)力得到的配筋最大。7計(jì)算地震作用時，可變荷載的組合系數(shù)怎么確定？答：計(jì)算地震作用時， 結(jié)構(gòu)的重力荷載代表值應(yīng)取恒荷載標(biāo)準(zhǔn)值和可變荷載組合值之和。 可變荷載的組合值系數(shù)應(yīng)按下列規(guī)定采用：（ 1）雪荷載取 0.5 ；（ 2）樓面活荷載按實(shí)際情況計(jì)算時取1.0 ；按等效均布活荷載計(jì)算時，藏書庫、檔案庫、庫房取 0.8 ，一般民用建筑取 0.5 。8多高層建筑結(jié)構(gòu)水平位移限值的目的是什么？答：多高層建筑結(jié)構(gòu)應(yīng)具有必要的剛度， 在正常使用條件下限制建筑結(jié)構(gòu)層間位移的主要目的為： 第一，保證主要結(jié)構(gòu)

9、基本處于彈性受力狀態(tài)， 對鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)要避免混凝土墻或柱出現(xiàn)裂縫； 將混凝土梁等樓面構(gòu)件的裂縫數(shù)量、 寬度限制在規(guī)范允許范圍之內(nèi)。 第二， 保證填充墻、隔墻和幕墻等非結(jié)構(gòu)構(gòu)件的完好，避免產(chǎn)生明顯損壞。因此，高規(guī)第 4.6.3條規(guī)定了按彈性方法計(jì)算的樓層層間最大位移與層高之比的限值。9抗震設(shè)計(jì)中， 構(gòu)件承載力驗(yàn)算的一般表達(dá)式為：，公式中為什么要引入承載力抗震調(diào)整系數(shù)Y RE?答：公式中引入承載力抗震調(diào)整系數(shù)丫 RE的原因是：當(dāng)有地震作用參與內(nèi)力組合時，考慮到地震作用的偶然性和短時性， 快速加載時材料強(qiáng)度會有所提高， 因此， 將其截面承載力除 以承載力抗震調(diào)整系數(shù) 丫 RE來近似考慮這一影響。1

10、0梁、柱的控制截面要考慮哪些最不利內(nèi)力組合？答：梁的支座截面一般要考慮兩個最不利內(nèi)力： 一個是支座截面可能的最不利負(fù)彎矩， 另一個是支座截面可能的最不利剪力。 用前一個最不利內(nèi)力進(jìn)行支座截面的正截面設(shè)計(jì)， 用后一個最不利內(nèi)力進(jìn)行支座截面的斜截面設(shè)計(jì)， 以保證支座截面有足夠的承載力。 梁的跨中截面一般只要考慮截面可能的最不利正彎矩。如果由于荷載的作用， 有可能使梁的支座截面出現(xiàn)正彎矩和跨中截面出現(xiàn)負(fù)彎矩時，亦應(yīng)進(jìn)行支座截面正彎矩和跨中截面負(fù)彎矩的組合。與梁相比，柱的最不利內(nèi)力類型要復(fù)雜一些。柱的正截面設(shè)計(jì)不僅與截面上彎矩M和軸力N 的大小有關(guān)，還與彎矩 M與軸力N的比值即偏心距有關(guān)。對于大偏心受壓的情況，當(dāng)彎矩 M相等或相近時，軸力愈小所需配筋愈多，對于小偏心受壓的情況，當(dāng)彎矩M相等或相近時，軸力愈大所需配筋愈多；不論是大偏心受壓還是小偏心受壓的情況，當(dāng)軸力N相等或相近時，彎矩M愈大所需配筋愈多。因此，柱控制截面上最不利內(nèi)力的類型為：（1）Mmax及相應(yīng)的軸力 N和剪力V；（2）-Mmax