若干系数-王加伟.ppt

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1、结构设计中的若干系数浅析,主要参考资料： 王亚勇；程懋坤； 傅学怡；赵西安等著作,Chapter1：荷载组合中的若干系数,1.几个基本概念： 1，设计基准期：为确定可变作用及与时间有关的材料性能取值而选用的时间参数。 建筑结构设计所考虑的荷载统计参数，都是按设计基准期为50年确定的，包括最大荷载和材料性能的概率分布及相应的统计参数。设计基准期是一个基准参数，一般情况下不能随意更改。例如抗震规范所采用的设计地震动参数（包括反应谱和地震最大加速度）的基准期为50年，如果要求采用基准期为100年的设计地震动参数，则不但要对地震动的概率分布进行专门研究，还要对建筑材料乃至设备的性能参数进行专门的统计研

2、究。 2，设计使用年限：设计时给定的一个时期，在这一时期内，房屋建筑只需进行正常的维护而不需进行大修就能按预期目的使用，完成预定的功能。又称为服役期、服务期等。 设计使用年限是建筑工程质量管理条例对房屋建筑规定的最低保修期限“合理使用年限”的具体化。结构在规定的设计使用年限内应具有足够的可靠度，满足安全性、适用性和耐久性的要求。结构可靠度是对结构可靠性的定量描述，即结构在规定的时间内，在规定的条件下，完成预定功能的概率。,3，荷载的 “基本组合”、“标准组合”、“频遇组合”和“准永久组合”,1）,基本组合：属于承载力极限状态设计的荷载效应组合，它包括以永久荷载效应控制组合和可变荷载效应控制组合

3、，荷载效应设计值取两者的大者。两者中的分项系数取值不同，这是新规范不同老规范的地方，它更加全面地考虑了不同荷载水平下构件地可靠度问题。 在承载力极限状态设计中，除了基本组合外，还针对于排架、框架等结构，又给出了简化组合。,2）,标准组合、频遇组合和准永久组合是属于正常使用极限状态设计的荷载效应组合。 ，标准组合：在某种意义上与89规范的短期效应组合相同，主要用来验算一般情况下构件的挠度、裂缝等使用极限状态问题。在组合中，可变荷载采用标准值（即超越概率为5的上分位值），荷载分项系数取为1.0。可变荷载的组合值系数详荷载规范。 ,频遇组合：是新规范引进的组合模式，可变荷载的频遇值等于可变荷载标准值

4、乘以频遇值系数（该系数小于组合值系数），其值是这样选取的：考虑了可变荷载在结构设计基准期内超越其值的次数或时间与总的次数或时间相比在10左右。频遇组合目前的应用范围较为窄小，如吊车梁的设计等。由于其中的频遇值系数许多还没有合理地统计出来，所以在其它方面的应用还有一段的时间。 ,准永久组合：在某种意义上与89规范的长期效应组合相同，其值等于荷载的标准值乘以准永久值系数。它考虑了可变荷载对结构作用的长期性。在设计基准期内，可变荷载超越荷载准永久值的概率在50左右。准永久组合常用于考虑荷载长期效应对结构构件正常使用状态影响的分析中。最为典型的是：对于裂缝控制等级为2级的构件，要求按照标准组合时，构件

5、受拉边缘混凝土的应力不超过混凝土的抗拉强度标准值，在按照准永久组合时，要求不出现拉应力。, 2, 荷载分项系数的取值问题 现行的荷载规范中恒载的分项系数在实际工作中怎么取？什么时候取1.35什么时候取1.2？ 1.2恒1.4活（多项活荷尚有活荷组合系数） ;1.35恒0.7*1.4活（多项活荷尚有活荷组合系数） 抗浮验算时取0.9恒载 ;砌体抗浮取0.8恒载 (离散性） 当恒载与活载的比值大于2.8 (G/Q2.8)时,取1.35G+0.7*1.4Q 否则,取1.2G+1.4Q （1.35G+0.7*1.4Q1.2G+1.4Q ）,对一般结构来说: (1),楼板可取1.2G+1.4Q (2).

6、屋面楼板可取1.35G+0.7*1.4Q (3).梁柱(有墙)可取1.35G+0.7*1.4Q (4).梁柱(无墙)可取1.2G+1.4Q (5).基础可取1.35G+0.7*1.4Q,Chapter2：程序总信息中若干调整系数,1.结构自振周期折减系数CT,个人认为：不易过小填充墙开裂,刚度退化,2.梁刚度增大系数B,但对于多数中间梁而言，2.0还是偏小的值,3. 梁端弯矩调幅系数BT,砼5.3.1 ，P26： 对于直接承受动力荷载的构件，以及要求不出现裂缝或处于侵蚀环境等情况下 的结构不应采用考虑塑性内力重分布的分析方法。 实际工程中:1，有振动的车间；（如：有吊车的多层厂房；选煤厂的跳汰

7、车间） 2，要求不出现裂缝的结构（裂缝控制等级二级及二级以上）； （如：预应力结构，钢绞线细） 3，防水等级为一级的工程的梁、板等，（如：重要的地下战备工程； 地下商场的储物场所等） 不应按与地上结构统一的系数进行计算（博意平时少遇）！,1.地基抗震承载力调整系数“a”： 规范（抗规4.2)规定：天然地基基础：1,可不进行抗震承载力验算；2,需进行抗震承载力验算。 1，可不进行天然地基及基础抗震承载力验算的：（基础能力高于上部结构；上部结构允许地震时破坏） （1),砌体房屋（上部惯性力大，先基础破坏）。 (2),地基主要受力层范围内不存在软弱粘性土层的下列建筑： ，一般的单层厂房和单层空旷房屋

8、（上部弱，先基础破坏）； ，不超过八层且高度在25米以下的一般民用框架房屋（高度小，地震引起的基础附加应力小，一般是上部结构先基础破坏）； ，基础荷载与相当的多层框架厂房。 （3）本规范规定可不进行上部结构抗震验算的建筑（上部结构地震破坏影响不大,如：临时建筑地面以 上的都不要了，地下的更不必）。 注：软弱粘性土层指7度，8度和9度时，地基承载力特征值分别小于80，100，120kPa的土层。 2，需进行天然地基及基础抗震承载力验算的： 规范规定：faE= “a”fa 验算天然地基地震作用下的竖向承载力： p faE Pmax1.2faE,Chapter3：地基基础中的若干系数,a :,类推：

9、建筑桩基础,1：广东JGJ3-2002补充规定11.0.5条：采用桩基础时，单桩承载力特征值Ra的 计算应复合下列规定: (1),竖向荷载效应标准组合：在轴心竖向力Qk作用下， Qk Ra；在偏心竖向力Qimax作用下，尚应满足Qimax 1.1 Ra (2)，竖向荷载与风荷载效应标准组合：在轴心竖向力Qk作用下， Qk 1.2Ra；在偏心竖向力Qimax作用下，尚应满足Qimax 1.3 Ra (3),竖向荷载与地震作用效应标准组合：在轴心竖向力Qk作用下， Qk 1.25Ra；在偏心竖向力Qimax作用下，尚应满足Qimax 1.5 Ra 2：JGJ94-2008建筑桩基技术规程5.2.1

10、条（略）。 2.地基承载力特征值的经验值fak修正系数(b; d )： 规范规定： 1,地基承载力特征值的经验值fak，可根据土的物理力学指标、野外鉴别或触探试验结果按规范的相应承载力表确定；也可按荷载试验、其他原位测试等方法综合确定。 2，当基础宽度大于3米，或埋深大于0.5米时，地基承载力特征值的经验值，应按下式修正，必要时经地基变形计算后确认（对地基变形要求严格的结构）。 fa=fak+ b(b-3)+ d m (d-0.5) 理解： b：对荷载试验锥尖效应的修正。（易理解，不赘述） d：地面超载，对基础下的地基产生三向约束，使得地基承载力较经验值提高。(深层平板试验结果不能再进行深度修

11、正） 了解了d的实质，就能针对不同的基础形式及基础埋深进行合理的深度修正。,3，复合地基基础。 复合地基因增强体对原状地基土扰动程度不一，地基土受力较复杂，故一般对地基土承载力特征值不再进行修正（安全之策）。,Chapter3:抗震设计的若干系数：,1.水平地震作用最小剪力系数: 高规3.3.13条及抗震5.2.5条规定：VEki （）Gj （对竖向不规则结构的薄弱层，尚应乘以1.15的增大系数） 注：1.基本周期介于3.5s和5.0s之间的结构，允许按线性插入取值； 2.7、8度时括号内数值分别用于设计基本地震加速度为0.15g和0.3g的地区。,理解：对于刚度较弱、周期较长的结构, 地震地

12、面运动速度和位移输入可能对结构的破坏具有更大影响, 但现行规范所采用的振型分解反应谱法对此尚不能做出估计。高规第3. 3.13 条;抗震第 5.2.5条规定了结构各层地震剪力系数(剪重比) 最小值, 使周期较长、刚度较弱结构的地震作用不至于过小。,如果结构部分楼层实际计算的地震剪力系数与规定的值相差不多, 则可直接按最小剪力系数要求调整相关层的地震剪力; 如果结构总地震剪力与规定的值相差较多, 表明结构整体刚度偏小, 宜考虑调整结构设计, 适当增加结构侧向刚度, 使计算的地震作用增加。 地震剪力的调整可直接反映在相应楼层构件的地震内力中, 不必向下层传递。 对于6 度抗震设计的结构, 抗震规范

13、没有规定其地震剪力系数最小值, 高规中也无规定。作为参考, 设计中一般可考虑控制为0.0080.01 。,2.结构柱、墙轴压比Uc,1，定义：（1）柱的轴压比是指柱组合的轴压力设计值与柱全截面面积和砼轴心抗压强度设计值乘积的比值；可不进行地震作用计算的结构，取无地震作用组合的轴力设计值。 （2）剪力墙的轴压比是指重力荷载代表值作用下剪力墙的轴压力设计值与剪力墙墙肢截面面积和砼轴心抗压强度设计值乘积的比值（方便计算）。 2，公式： Uc=N/A.Fc 3,意义： N= .A=Ec. .A; A.Fc=A.c. Ec; 则： Uc= Ec. .A / A.c. Ec= / c（ c=0.0033）

14、 Uc实为柱、剪力墙实际应变与可能应变的比值-结构变形储备的大小（延性）。 4，影响Uc的因素： （1），砼标号； （2），结构截面面积； （3），轴压力； （4），截面形状（延性：圆方矩异); （5），柱、墙纵筋配筋率； （6），构件在结构中所处位置。,5，结构柱轴压比Uc（角、边、中分别对待） : 分析： 地震作用下 中柱所受轴力较小 边柱、角柱所受轴力较大 尤其角柱迭加斜向 扭转作用所受轴力最大,水平地震作用下框架内力,现行规范框架柱轴压比限值Uc,建议： 框架中 、边、 角柱轴压比控制区别对待适当调整 中柱适当放松 ，边柱不变 ，角柱适当从严,3.最大位移与平均位移的比值max/U平均

15、,规范原文：高规(JGJ3-2002) 4.3.5条：结构平面布置应减少扭转的影响。在考虑偶然偏心影响的地震作用下，楼层竖向构件的最大水平位移和层间位移，A级高度高层建筑不宜大于该楼层平均值的1.2倍，不应大于该楼层平均值的1.5倍；B级高度高层建筑、混合结构高层建筑及本规范第10章所指的复杂高层建筑不宜大于该楼层平均值的1.2倍，不应大于该楼层平均值的1.4倍。 现实：如果建筑方案较规则，那么该条很容易满足，但现今随着建筑理念的不断发展，平 面较不规则的高层建筑层出不穷。那么对于高规4.3.5条则较难满足，常常是超过1.2倍的不宜限值。 理解： 1,图示： 2，公式推导：U平均=(Umax+

16、Umin)/2 Umax/ U平均= Umax/ (Umax+Umin)/2=& Umax/Umin=&/2-& 由此得下表,3，实际操作：,（1）， Umax/ U平均，大于1.2，难免。 （2）， Umax/ U平均，大于1.35，一般为二类扭转不规则，易超限。 （3）， Umax/ U平均，大于1.5一般情况下属于超限；但当具体结构的位移值小于规范规定值的50%时，基本规则的结构，可超，但不能超1.8！,小结：,1，规范中的每一个系数后面都有着前人孜孜以求、辛勤劳作的身影，值得细细品味！ 2，深入理解规范，不墨守成规。 规范是根据过去的工程成果编成的，它只能代表过去的成果。设计者要勇于科学应用最新的技术成果，用好、用活规范。 2，不能迷信电算结果，一定要以工程力学原理，仔细校核 养成手算复核的好习惯。,下期预告,1，刚度理论在结构设计中的应用 2，结构的构造设计 谢谢大家！ 2009.4,