第6讲 结构设计方法荷载组合例题 ppt课件
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荷载与结构设计方法ppt课件
3
1
2
2
(5-8a) (5-8b)
无粘性土：
tan2(45
)
1
3
2
tan2(45 )
3
1
2
(5-9a) (5-9b)
1.10
第5章 侧压力
土的侧压力
三、土的பைடு நூலகம்压力计算
1. 静止土压力 静止土压力可按下述方法计算。在填土外表以下恣意深度z 处取一微小单元体，其上作用着0 竖K0向z 土体自重 ，如前所述，土 体在竖直面和程度面均无剪应力，该处的静止土压力强度为：
(5-15)
E 1 H z H K 2 cK 1 H 2 K 2 c H K 2 c 2
2 a
0
a
2 a
a
a
(5-16)
自动土压力Ea经过三角形压力分布图abc的形心，其作用点在离墙底(H-Z0)/3处。
1.14
第5章 侧压力
土的侧压力
3.被动土压力
当挡土墙在外力作用下挤压土体出现被动朗金形状时，墙背填土离地表恣意深度z处的竖
响土压力大小的要素主要有：土压力的大小及分布、墙身的位 移、填土的性质、墙体的截面刚度、地基的土质等。由于缺乏 系统的观测资料和大规模的实验研讨，在设计中通常采用古典 的库仑实际或朗金实际，经过修正、简化来确定土压力。
1. 朗金土压力实际 朗金土压力实际是经过研讨弹性半空间土体、应力形状和
极限平衡条件导出的土压力计算方法。朗金土压力实际的根本 假设如下：①对象为弹性半空间土体；②不思索挡土墙及回填 土的施工要素；③挡土墙墙背竖直、光滑，填土面程度无超载。
一系列剪裂面，面上各点都处于极限平衡形状，称为自动朗金形状。此时滑裂面的方向与大
荷载和荷载组合
I co —I c梁1 最小截面的惯性矩； I b 0 —半跨斜梁长度；
s —斜梁换算长度系数，见图1-9。当梁为等截面
时 =1。
22
在图1-9中，λ1和 λ分别为第一、二 楔形段的斜率。
23
图19楔形梁在刚架平 面内的换算长度系数
24
柱脚铰接楔形柱的计算长度系数 ，表1—2
K2／Kl
0.1
35
▪ 当斜梁上翼缘承受集中荷载处不设横向加劲肋时，
除应按规范规定验算腹板上边缘正应力、剪应力 和局部压应力共同作用时的折算应力外，尚应满 足下列公式的要求：
F 15mtw2 f
tf 235 tw fy
m 1 .5 M W ef
36
▪ 隅撑设计
当实腹式刚架斜梁的下翼缘受压时，必须在受压 翼缘两侧布置隅撑(山墙处刚架仅布置在一侧)作、 为斜梁的侧向支承，隅撑的另一端连接在檩条上。
式中: —构件的楔率；
d 0 、d 1—分别为柱小头和大头的截面高度(图1.12)。
32
图1-12 变截面构件的楔率
33
➢ 变截面柱在刚架平面外的整体稳定计算 应分段按公式计算：
N0 tM1 f yAe0 bWe1
公式不同于规范中压弯构件在弯矩作用平面外的 稳定计算公式之处有两点：
▪ 截面几何特性按有效截面计算； ▪ 考虑楔形柱的受力特点，轴力取小头截面，弯矩
11a) 当柱脚铰接时 当柱脚刚接时
▪ 中间为非摇摆柱的多跨刚架(图1--11b)
当柱脚铰接时
当柱脚刚接时
30
图1-11 一阶分析时的柱顶位移
31
➢二阶分析法
▪ 当采用计入竖向荷载一侧移效应(即P-u效应)的
二阶分析程序计算内力时，如果是等截面柱， 取μ=1，即计算长度等于几何长度。对于楔形 柱，其计算长度系数可由下列公式计算：
s —斜梁换算长度系数，见图1-9。当梁为等截面
时 =1。
22
在图1-9中，λ1和 λ分别为第一、二 楔形段的斜率。
23
图19楔形梁在刚架平 面内的换算长度系数
24
柱脚铰接楔形柱的计算长度系数 ，表1—2
K2／Kl
0.1
35
▪ 当斜梁上翼缘承受集中荷载处不设横向加劲肋时，
除应按规范规定验算腹板上边缘正应力、剪应力 和局部压应力共同作用时的折算应力外，尚应满 足下列公式的要求：
F 15mtw2 f
tf 235 tw fy
m 1 .5 M W ef
36
▪ 隅撑设计
当实腹式刚架斜梁的下翼缘受压时，必须在受压 翼缘两侧布置隅撑(山墙处刚架仅布置在一侧)作、 为斜梁的侧向支承，隅撑的另一端连接在檩条上。
式中: —构件的楔率；
d 0 、d 1—分别为柱小头和大头的截面高度(图1.12)。
32
图1-12 变截面构件的楔率
33
➢ 变截面柱在刚架平面外的整体稳定计算 应分段按公式计算：
N0 tM1 f yAe0 bWe1
公式不同于规范中压弯构件在弯矩作用平面外的 稳定计算公式之处有两点：
▪ 截面几何特性按有效截面计算； ▪ 考虑楔形柱的受力特点，轴力取小头截面，弯矩
11a) 当柱脚铰接时 当柱脚刚接时
▪ 中间为非摇摆柱的多跨刚架(图1--11b)
当柱脚铰接时
当柱脚刚接时
30
图1-11 一阶分析时的柱顶位移
31
➢二阶分析法
▪ 当采用计入竖向荷载一侧移效应(即P-u效应)的
二阶分析程序计算内力时，如果是等截面柱， 取μ=1，即计算长度等于几何长度。对于楔形 柱，其计算长度系数可由下列公式计算：
第6讲结构设计方法--荷载组合例题
j 1
i2
Mf=8.8+ 0.6 × 20= 20.8kN•m
荷载效应的准永久组合
1
3
M q SG kj qi SQik
j 1
i 1
Mq=8.8+ 0.5 × 20 = 18.8kN•m
第二十一页，编辑于星期六：二十二点 十九分。
例题计算心得：
当题目给出荷载作用标准值时，计算不同荷载组合下的内力值 时有两种方法： 方法1： 用力学方法计算内力（荷载作用效应）标准值，再计 算相关组合下的内力值。 方法2：先将荷载作用的标准值乘以分项系数（以及组合值系 数），再通过力学分析求出内力（荷载作用效应）设计值。
荷载效应的标准组合为
1
3
M k SG kj SQ1k ci SQik
j 1
i2
Mk=2.5+ 1.5+0.6 ×0.4 + 0.7 ×0.2 = 4.38kN•m
荷载效应的频遇组合
1
3
M f SG kj f S1 Q1k qi SQik
j 1
i2
Mf=2.5+ 0.5 × 1.5+0 ×0.4 + 0.2 ×0.2 = 3.29kN•m
第二页，编辑于星期六：二十二点 十九分。
（2）由永久荷载效应控制的组合（ γG=1.35，γQ=1.4 ）
m
S Gj j 1
n
SG jk
Qi
i 1
Li ci
S Q ik
=1.35
第j个 永久 荷载 作用 标准 值效 应
=1.4 考虑 （1.3） 设计
使用 年限 的调 整系 数
第i个 可变 荷载 组合 值系 数
第六页，编辑于星期六：二十二点 十九分。
荷载及结构布置讲座PPT课件
① 在温度变化影响较大的部位提高配筋率。 ② 顶层加强保温隔热措施，或设置架空通风屋面，避免屋面结构温 度梯度过大。 ③ 顶层可以局部改变为刚度较小的形式，或顶层设温度缝，将结构 划分为长度较短的区段。 ④ 施工中留后浇带。 ⑤ 采用收缩小的水泥、减少水泥用量、在混凝土中加入适宜的外加 剂。 ⑥ 提高每层楼板的构造配筋率或采用部分预应力结构。
第28页/共87页
结构截面尺寸的初估
(1) 柱截面尺寸的估计
• 柱截面尺寸一般可由轴压比控制来进行初估。轴压
比μC由下式计算：
c
N Ac fc
• 梁截面宽度与高度之比一般为1/2 ～ 1/4，且至少 比柱宽小50mm；
（2） 梁截面高度与跨度之比在1/8 ～1/20之间；
（3） 楼板厚度与跨度之比在1/25 ～ 1/35之间。
26
第26页/共87页
设伸缩缝、沉降缝和防震缝的原则
（3） 设置防震缝时，应符合下列规定：
① 防震缝最小宽度应符合下列要求： • a．框架结构房屋，高度不超过15m的部分可
取70mm；超过15m的部分，6度、7度、8度 和9度相应每增高5m、4m、3m和2m，宜加 宽20mm； • b．框架-剪力墙结构房屋可按第a条数值的70 ％采用，剪力墙结构房屋可按第a条数值的50 ％采用，但二者均不宜小于70mm。
3 . 缺点：自重大，基础处理要求较高，不利于布置大开间房间，不能满足公共建 筑的使用要求 。
4
第4页/共87页
剪力墙结构体系
5
第5页/共87页框架-剪力墙构体系1. 框架-剪力墙结构体系是把框架和剪力墙两种结构 共同组合在一起形成的结构体系。
2. 特点
剪力墙（核心筒）承担大部分水平作用(80 ％～
第28页/共87页
结构截面尺寸的初估
(1) 柱截面尺寸的估计
• 柱截面尺寸一般可由轴压比控制来进行初估。轴压
比μC由下式计算：
c
N Ac fc
• 梁截面宽度与高度之比一般为1/2 ～ 1/4，且至少 比柱宽小50mm；
（2） 梁截面高度与跨度之比在1/8 ～1/20之间；
（3） 楼板厚度与跨度之比在1/25 ～ 1/35之间。
26
第26页/共87页
设伸缩缝、沉降缝和防震缝的原则
（3） 设置防震缝时，应符合下列规定：
① 防震缝最小宽度应符合下列要求： • a．框架结构房屋，高度不超过15m的部分可
取70mm；超过15m的部分，6度、7度、8度 和9度相应每增高5m、4m、3m和2m，宜加 宽20mm； • b．框架-剪力墙结构房屋可按第a条数值的70 ％采用，剪力墙结构房屋可按第a条数值的50 ％采用，但二者均不宜小于70mm。
3 . 缺点：自重大，基础处理要求较高，不利于布置大开间房间，不能满足公共建 筑的使用要求 。
4
第4页/共87页
剪力墙结构体系
5
第5页/共87页框架-剪力墙构体系1. 框架-剪力墙结构体系是把框架和剪力墙两种结构 共同组合在一起形成的结构体系。
2. 特点
剪力墙（核心筒）承担大部分水平作用(80 ％～
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第j个永 =1.4 考虑
久荷载 （1.3）设计
作用标 准值效 应
使用 年限 的调
整系
数
第1 个可 变荷 载标 准值 效应
=1.4 （1.3）
第i个 可变 荷载 组合 值系 数
计使用年限的调整系数 γL
设计使用年限（年）
5
50
100
γL
0.9
1
1.1
（2）由永久荷载效应控制的组合（ γG=1.35，γQ=1.4 ）
1
3
M 2 G jSGjk S Q i L i ci Q ik
j 1
i 1
M2=1.35×2.5+ 1.4 × 1.0 ×0.7 × 1.5 + 1.4 × 0.6 ×0.4 + 1.4 × 0.7 ×0.2 = 5.377kN•m
由于M1>M2,故而是由可变荷载效应控制的，设计时以M1 作为作用效应S
三 正常使用极限状态设计表达式
按荷载效应的标准组合、频遇组合、准永久组合或标准组合并考虑长期 作用影响，采用下列极限状态设计表达式：
S C
C —— 结构构件达到正常使用要求所规定的变形、裂缝宽度、应力等的
结构设计的原则和 方法
1.承载力能力极限状态 Ultimate Limit State
（1）由可变荷载效应控制的组合（ γG=1.2， γQ=1.4（1.3） ）
m
n
S G j S G jk Q 1 L 1S Q 1 k Q i L i S c i Q ik
j 1
i 2
=1.2
例题
GB 50009-2012 《建筑结构荷载规范》P19第 5.3.3条指出：不上人的屋面均布活荷载，可不与雪 荷载和风荷载同时组合。
GB 50009-2012 《建筑结构荷载规范》 P21第 5.4.3条指出：积灰荷载应与雪荷载或不上人的屋面 均布活荷载两者中的较大值同时考虑。
例题
例2.已知，一屋面板，在各种荷载作用下的跨中弯矩 标准值如下所示：永久荷载产生的弯矩 MG=2.0kNm， 不上人屋面可变荷载产生的弯矩为MQ=1.1kNm , 积 灰Ms荷=0载.2产kN生m的。弯设矩计M使w用=0年.5限kN为m5, 0雪年荷。载产生的弯矩为 其中屋面可变荷载的ψc=0.7 ;积灰荷载的ψc=0.9;雪 荷载的ψc=0.7 。求在承载能力极限状态下的弯矩设 计内力值。
例题
可变荷载效应控制的组合为 1
3
M 1 G jS G jkQ 1L 1 S Q 1 k S Q i L i c i Q ik
j 1
i 2
M1=1.2×2.5+ 1.4 × 1.0 × 1.5+1.4× 0.6 ×0.4 + 1.4× 0.7 ×0.2 = 5.632kN•m
永久荷载效应控制的组合为
例题
可变荷载效应控制的组合为 M1=1.2×2.0+ 1.4 × 1.0 × 1.1+1.4 × 0.9 ×0.5 + 1.4× 0.7 ×0.2 = 4.766kN•m
永久荷载效应控制的组合为 M2=1.35×2.0+ 1.4 × 1.0 × 0.7 × 1.2 + 1.4 × 0.9 ×0.5 + 1.4 × 0.7 ×0.2 = 4.702kN•m 由于M1>M2,故而是由可变荷载效应控制的，设计时以M1 为准。
例题
例2.已知，一屋面板，在各种荷载作用下的跨中弯矩 标准值如下所示：永久荷载产生的弯矩 MG=2.0kNm， 不上人屋面可变荷载产生的弯矩为MQ=1.1kNm , 积 灰Ms荷=0载.2产kN生m的。弯设矩计M使w用=0年.5限kN为m5, 0雪年荷。载产生的弯矩为 其中屋面可变荷载的ψc=0.7 积灰荷载的ψc=0.9;雪荷 载的ψc=0.7 ,求在承载能力极限状态下的弯矩设计内 力值。
例题
1
2
M 1 G jS G jkQ 1L 1 S Q 1 k S Q i L i c i Q ik
j 1
i 2
可变荷载效应控制的组合为
M1=1.2×2.0+ 1.4 × 1.0 × 1.1+1.4× 0.9 ×0.5 =
4.57kN•m
1
2
M 2
G jSGjk
S Q i L i ci Q ik
m
n
S G j S G jk Q i L i
S c i
Q ik
j 1
i 1
=1.35
第j个 永久 荷载 作用 标准 值效 应
=1.4 考虑 （1.3） 设计
使用 年限 的调 整系 数
第i个 第i个 可变 可变 荷载 荷载 组合 标准 值系 值效 数应
例题
例1已知，一屋面板，在各种荷载作用下的跨中弯矩 标准值如下所示：永久荷载产生的弯矩 MG=2.5kNm， 上人屋面可变荷载产生的弯矩为MQ=1.5kNm , 风荷 载Ms产=0生.2的kN弯m矩。M设w计=0使.4用kN年m限, 雪为荷50载年产。生的弯矩为 其中屋面可变荷载的ψc=0.7 ;风荷载的ψc=0.6;雪荷 载的ψc=0.7 .求在承载能力极限状态下的弯矩设计内 力值。
j 1
i 1
永久荷载效应控制的组合为
M2=1.35×2.0+ 1.4 × 1.0 × 0.7 × 1.1 + 1.4 × 0.9 ×0.5 = 4.408kN•m 由为准于。M1>M2,故而是由可变荷载效应控制的，设计时以M1
例题计算心得：
当出现不上人屋面可变荷载时，该荷载通常不与雪 荷载同时考虑。计算时以不上人屋面可变荷载标准 值与雪荷载标准值中较大者代入计算荷载组合效应。 如题目中给出积灰荷载，积灰荷载与不上人屋面可 变荷载或雪荷载中的较大者同时考虑。
例题计算心得：
1 当可变荷载超过一种时，针对由可变荷载起控制作 用的组合，通常取所给可变荷载效应标准值中最大的 那种可变荷载作为第1个可变荷载；由永久荷载起控制 作用的组合不存在此问题。
2 虽然永久荷载产生的弯矩 MG=2.5kNm，超过了可变荷 载产生弯矩的总和MQ+Mw+Ms=1.5+0.4+0.2=2.1kNm， 但该荷载组合仍旧由可变荷载起控制作用。 因此在计算 前，判断究竟是由永久荷载效应还是可变荷载效应起控 制作用时，不应该凭借永久荷载效应与可变荷载效应何 者更大来直接臆断，而应该按照永久荷载效应与可变荷 载效应分别起控制作用时列式计算荷载效应值，荷载效 应值较大者对应的组合为起控制作用的组合。