第4章荷载效应组合,最不利内力
结构设计指导书
结构设计指导书第一部分结构计算一、框架结构体系及其布置1.1、框架结构组成框架结构是由梁、柱、节点及基础组成的结构形式，横梁和立柱通过节点连为一体，形成承重结构，将荷载传至基础。
1.2、框架结构种类根据施工方法的不同，分为整体式、装配式和装配整体式三种。
本次设计采用整体式框架结构。
1.3、框架结构布置横向承重框架、纵向承重框架、纵横双向承重框架。
1.4变形缝的设置1、沉降缝设置沉降缝是为了避免地基不均匀沉降在房屋构件中引起裂缝。
房屋扩建时，新建部分与原有建筑结合处也可设置沉降缝分开。
沉降缝将建筑物从基础至屋顶全部分开，各部分能够自由沉降。
2、伸缩缝设置伸缩缝是为了避免温度应力和混凝土收缩应力而使房屋产生裂缝。
伸缩缝仅将上部结构从基础顶面断开，基础不断开。
3、防震缝当房屋平面复杂、立面高差悬殊、各部分质量和刚度截然不同时，应设置防震缝。
对有抗震设防要求的房屋，其沉降缝和伸缩缝均应符合防震缝要求，并尽可能三缝合并设置。
1.5、结构布置应注意的几个原则1、满足使用要求、尽可能的与建筑设计的划分一致。
2、柱网的布置应规则整齐且每个楼层的柱网尺寸应相同，构件类型应尽可能的少。
3、变形缝的设置应满足有关的规范要求。
4、满足施工简便、经济合理的要求。
二、框架梁、柱截面尺寸2.1梁、柱截面形状采用矩形、T型、圆形等截面形式。
2.2梁、柱截面尺寸：以矩形截面选择为例。
1、梁截面尺寸一般取：h=(1/8～1/12)l，b=(1/2～1/3)h。
2、柱截面尺寸柱截面高度可取：h＝(1/15～1/20)H，柱截面宽度可取：b=(1～2/3)h。
并按下述方法进行初步验算。
①框架柱承受竖向荷载为主时，可先按负荷面积估算出柱轴力，再按轴心受压柱验算。
考虑到弯矩影响，适当将柱轴力乘以1.2～1.4的放大系数。
②λ框架柱截面高度不宜小于400mm，宽度不宜小于350mm。
为避免发生剪切破坏，柱净高与截面长边之比宜大于4。
3、梁截面惯性矩I0——为梁矩形截面部分的截面惯性矩。
高层建筑结构设计_苏原_第4章习题
第四章4.1 承载力验算和水平位移限制为什么是不同的极限状态？这两种验算在荷载效应组合时有什么不同？答：(1)高层建筑结构设计应保证结构在可能同时出现的各种外荷载作用下，各个构件及其连接均有足够的承载力。
我国《建筑结构设计统一标准》规定构件按极限状态设计，承载力极限状态要求采用由荷载效应组合得到的构件最不利内力进行构件截面承载力验算。
水平位移限制是正常使用极限状态，主要原因有：要防止主体结构开裂、损坏；防止填充墙及装修开裂、损坏；过大的侧向变形会使人有不舒适感，影响正常使用；过大的侧移会使结构产生附加内力（P-Δ效应）。
(2)承载力验算是极限状态验算，在内力组合时，根据荷载性质的不同，荷载效应要乘以各自的分项系数和组合系数。
对于水平位移限制验算，要选择不同方向的水平荷载（荷载大小也可能不同）分别进行内力分析，然后按不同工况分别组合。
4.2 为什么高而柔的结构要进行舒适度验算？答：因为高而柔的结构抗侧刚度较小，在风荷载作用下会产生较大的侧向加速度，使人感觉不舒适，因此要进行舒适度验算，按重现期为10年的风荷载计算结构顶点加速度，或由风洞试验确定顺风向与横风向结构顶点最大加速度，使其满足规范要求。
4.3 P-△效应计算与结构总体稳定的含义有何不同？答：P-△效应是指在水平荷载作用下，出现侧移后，重力荷载会产生附加弯矩，附加弯矩又增大侧移，这是一种二阶效应。
在高层建筑结构设计中，一般所说的考虑P-△效应即是进行结构的整体稳定验算，但结构的整体稳定验算还包括结构仅在重力作用下，出现的丧失稳定问题，不过这种情况出现的很少。
4.4 延性和延性比是什么？为什么抗震结构要具有延性？答：(1)延性是指构件和结构屈服后，具有承载能力不降低或基本不降低、且有足够塑性变形能力的一种性能，一般用延性比表示延性，即塑性变形能力的大小。
(2)当结构设计成延性结构时，由于塑性变形可以耗散地震能量，结构变形虽然会加大，但结构承受的地震作用（惯性力）不会很快上升，内力也不会再加大，因此具有延性的结构可降低对结构承载力的要求，也可以说，延性结构是用它的变形能力（而不是承载力）抵抗罕遇地震作用；反之，如果结构的延性不好，则必须有足够大的承载力抵抗地震，则必须有足够大的承载力抵抗地震。
《建筑结构荷载规范》-新版条文说明
《建筑结构荷载规范》(GB50009-2001 )新内容有关调整部分：新规范于2002年3月1日启用，原规范(GBJ9-87)于2002年12月31日废止；新规范规定必须严格执行的强制性条文共13 条，具体分配为：第1 章有1 条、第3 章有3 条、第4 章有5 条、第6 章有2 条、第7 章有2 条；楼面活荷载作了一些调整和增项，屋面不上人活荷载也作了一些调整；风、雪荷载由原按30 年一遇重新规定为按50 年一遇，同时对滁州市的风、雪荷载值也作了一点调整：10 米高50 年一遇基本风压值为0.35KN/M2 ，雪压值为0.40KN/M2，雪荷载准永久值系数为0.2，属于第U分区；在计算风载时，风压高度变化系数根据地面粗糙度类别来确定：原规范( GBJ9-87) 将地面粗糙度类别分为三类(A、B、C)。
随着我国建设事业的蓬勃发展，城市房屋的高度和密度日益增大，因此，对大城市中心地区的粗糙程度也有不同程度的提高，新规范(GB50009-2001 )特将地面粗糙度改为四类(A、B、C、D),其中A、B类的有关参数不变，C类指有密集建筑群的城市市区，其粗糙度指数a由0.2改为0.22，梯度风高度HG仍取400m，新增添的D类，是指有密集建筑群且有大量高层建筑的大城市市区，其粗糙度指数a 为0.3，梯度风高度HG 取450m；专门规定了围护结构构件的风荷载及相关计算；在常用材料和构件的自重之“附表A”中，增设了“建筑墙板”一览表。
强制性条文部分：第1 章“总则”之强制性条文：第1.0.5 条：规范采用的设计基准期一律为50 年；第3 章“荷载分类和荷载效应组合”之强制性条文：第3.1.2 条：建筑结构设计时，对不同荷载应采用不同的代表值：对永久荷载应采用标准值作为代表值；对可变荷载应根据设计要求采用标准值、组合值、频遇值或准永久值作为代表值；对偶然荷载应按建筑结构使用的特点确定其代表值。
第3.2.3 条：对于基本组合，荷载效应组合的设计值应从以下两种组合值中取最不利值中确定：①由可变荷载效应控制的组合；②由永久荷载效应控制的组合；第3.2.5 条：基本组合的荷载分项系数，应按下列规定采用：永久荷载的分项系数：当其效应对结构不利时；——对由可变荷载效应控制的组合，应取1.2 ；——对由永久荷载效应控制的组合，应取1.35 ；当其效应对结构有利时；——一般情况下，应取1.0；——对结构的倾覆、滑移或漂浮验算，应取0.9 ；可变荷载的分项系数：——一般情况下，应取1.4；——对标准值大于4. 0KN/M2 的工业房屋楼面结构的活荷载，应取1.3；第4 章“楼面和屋面活荷载”之强制性条文：第4.1.1 条：民用建筑楼面均布活荷载的标准值及其组合值、频遇值和永久值系数应按表4.1.1 的规定采用（摘录）：住宅、宿舍、旅馆、办公楼、医院病房、托儿所、幼儿园，楼面均布活荷载的标准值取2.0 KN/M2 ；教室、试验室、阅览室、会议室、医院门诊室，楼面均布活荷载的标准值取2. 0KN/M2；食堂、餐厅、一般资料档案室，楼面均布活荷载的标准值取2.5KN/M2 ；礼堂、剧场、影院、有固定座位的看台，楼面均布活荷载的标准值取 3.0KN/M2 ；一般的厨房，楼面均布活荷载的标准值取2.0KN/M2 ；餐厅的厨房，楼面均布活荷载的标准值取4.0KN/M2 ；住宅、宿舍、旅馆、办公楼、医院病房、托儿所、幼儿园的浴室，厕所、盥洗室，楼面均布活荷载的标准值取2.0KN/M2 ；其他民用建筑的浴室，厕所、盥洗室，楼面均布活荷载的标准值取2.5KN/M2 ；住宅、宿舍、旅馆、医院病房、托儿所、幼儿园的走廊，门厅、楼梯，楼面均布活荷载的标准值取2.0KN/M2 ；办公楼、教室、餐厅、医院门诊部的走廊，门厅、楼梯，楼面均布活荷载的标准值取2.5KN/M2 ；消防疏散楼梯和其他民用建筑的走廊，门厅、楼梯，楼面均布活荷载的标准值取3.5KN/M2 ；对于预制楼梯踏步平板，尚应按1.5KN 集中荷载验算；一般情况下的阳台，楼面均布活荷载的标准值取2.5KN/M2 ；当人群有可能密集时，楼面均布活荷载的标准值取3.5KN/M2 ；第4.1.2 条：设计楼面梁、墙、柱及基础时，第4.1.1 条中的楼面均布活荷载的标准值在下列情况下应乘以规定的折减系数：设计楼面梁时的折减系数：——当住宅、宿舍、旅馆、办公楼、医院病房、托儿所、幼儿园的楼面梁从属面积超过25m2 时，应取0.9 ；——当教室、试验室、阅览室、会议室、医院门诊室、食堂、餐厅、一般资料档案室、礼堂、剧场、影院、有固定座位的看台等的楼面梁从属面积超过50m2 时，应取0.9 ；设计墙、柱及基础时的折减系数，参见下表：活荷载按楼层的折减系数墙、柱及基础计算截面以上的层数 1 2~3 4~5 6~8 9~20 > 20计算截面以上各楼层活荷载总和的折减系数1.00 (0.90) 0.85 0.70 0.65 0.60 0.55注：当楼面梁的从属面积超过25m2 时，应采用括号内的系数。
第四章-活载效应分析
§4.1 基本可变作用
4.1.3 汽车冲击力
简支梁桥的基频 f 的计算公式
连续梁桥的基频 f 的计算公式
➢连续梁冲击力引起的正 弯矩和剪力效应时，采 用f1，负弯矩采用f2。
§4.1 基本可变作用
4.1.3 汽车冲击力
双塔斜拉桥的竖向弯曲基频 f 的计算公式 无辅助墩
有辅助墩 单跨简支悬索桥的竖向弯曲基频 f 的计算公式
旧 ➢计算荷载——把经常地、大量出现的汽车排列形成的车队， 规 对一般桥梁设计起控制作用。 范
➢验算荷载——偶然地、个别出现的平板挂车或履带车，只 对较小跨径的桥梁或局部构件起控制作用。
500kN履带车（简称履带50），可多辆，间距>50m 挂80、挂100和挂120，按一辆计算
汽 车 车 队 纵 向 排 列
➢作用准永久值 结构或构件按正常使用极限状态长期效应 组合设计时，采用的另一种可变作用代表值，其值可根据 在足够长观测期内作用任意时点概率分布的0.5（或略高于 0.5）分位值确定。
➢分项系数 为保证所设计的结构具有规定的可靠度而在 设计表达式中采用的系数，分作用分项系数和抗力分项系 数两大类。
§4.4 荷载组合
§4.2 荷载横向分布系数计算
荷载横向分布系数的计算方法
横向分布的规律与结构横向连结刚度关系密切， 目前常用的荷载横向分布计算方法主要有：
梁格2 ）偏心压力法（修正的偏心压力法）
（ 3 ）铰接板（梁）法 （ 4 ）刚接梁法
适用性：不同 条件简支梁桥
平板模型：
的荷载横向分
§4.1 基本可变作用
4.1.4 人群荷载
➢ 公路桥梁的人群荷载一般取3kN/m2，城市、郊区行人 密集地区一般取3.5kN/m2；人群荷载应与汽车荷载同 时考虑，但不与验算荷载同时计算。
4 设计要求及荷载效应组合
版权说明：本课件仅供用于非赢利教育目的第4章设计要求及荷载效应组合PPT: soilfoundation@ (password:foundation)周葆春土木工程学院Email：zhoubcxynu@14.1 承载力验算4.2 侧移限制4.3 舒适度要求4.4 稳定和抗倾覆4.5 抗震结构延性要求和抗震等级4.6 荷载效应组合及最不利内力24.1 承载力验算持久状况：在结构使用过程中一定出现，其持续期很长的状况。
持续期一般与设计使用年限为同一数量级；短暂状况：在结构施工和使用过程中出现概率较大，而与设计使用年限相比，持续期很短的状况，如施工和维修等；3理论上讲，由于反复荷载作用下承载力的降低，对于同一构件，地震作用下的承载力应低于无地震作用下的承载力。
但考虑到地震是一种偶然作用，作用时间短，通过引入承载力抗震调整来提高其承载力。
系数γRE此外，对轴压比小于0.15的偏心受压柱，因柱的变形能力与梁相近，故其承载力抗震调整系数与梁相同。
44.2 水平位移限制4.2.1 弹性位移验算高层建筑层数多、高度大，应对其层间位移加以控制。
这个控制实际上是对构件截面大小、刚度大小控制的一个相对指标。
目的是为了保证高层结构在多遇地震作用下基本处于弹性受力状态，以及填充墙、隔墙和幕墙等非结构构件基本完好。
考虑到层间位移控制是一个宏观的侧向刚度指标，为便于应用，可采用层间最大位移与层高之比△u/h，即层间位移角θ作为控制指标。
5674.2.2 弹塑性位移限值和验算震害表明，如果存在薄弱层，结构薄弱部位将产生较大的弹塑性变形，导致结构构件严重破坏甚至引起房屋倒塌。
8910楼层屈服强度系数ξy 按下式计算：ξy =Ｖy /V eV y ：按构件实际配筋和材料强度标准值计算的楼层受剪承载力；V e ：按罕遇地震作用计算的楼层弹性地震剪力。
1112131415静力弹塑性分析（Push-over Analysis）方法也称为推覆法，是一种介于弹性分析和动力弹塑性分析之间的方法。
第四章设计要求及荷载效应组合共59页文档
4.4 稳定和抗倾覆
4.4.2 高层钢结构的稳定验算
大部分钢结构计算需要考虑P-△效应。
《高钢规》5.2.10条 高层建筑钢结构同时符合下列条件
时，可不验算结构的整体稳定。
一、结构各层柱子平均长细比和平均轴压比满足下式要
求：
Nm m 1 N pm 80
式中，λm—楼层柱的平均长细比； Nm—楼层柱的平均轴压力设计值； Npm—楼层柱的平均全塑性轴压力；
钢结构
除框架结构外的转 换层
各种结构类型
1/120 1/50
4.2 侧移限制
4.2.2 防止倒塌层间位移限制
对框架结构，当轴压比小于0.40时，可提高10%；当柱子全 高的箍筋构造采用比本规程中框架柱最小配箍特征值大30% 时，可提高20%，但累计提高不宜超过25%。
4.3 舒适度要求
高度不小于150m的高层建筑结构应具有良好的使用条 件，满足舒适度要求。按现行国家标准《建筑结构荷载规 范》规定的10年一遇的风荷载取值计算的顺风向与横风向 结构顶点最大加速度不应超过表4-4的值。必要时，可通过 专门风洞试验结果计算确定顺风向与横风向结构顶点最大 加速度 a m a x。
Npm fyAm
fy—钢材屈服强度； Am—柱截面面积的平均值。
4.4 稳定和抗倾覆
4.4.2 高层钢结构的稳定验算
二、结构按一阶线性弹性计算所得的各楼层相对侧移值， 满足下列公式要求：
u 0.12 Fh
h
Fv
式中，Δu—按一阶线性弹性计算所得的质心处层间侧移； h—楼层层高； ∑Fh—计算楼层以上全部水平作用之和； ∑Fv—计算楼层以上全部竖向作用之和；
式中，E J d 为结构一个主轴方向的弹性等效侧向刚度，可按倒 三角形分布荷载作用下结构顶点位移相等的原则，将结构的侧
(整理)荷载效应及地震作用效应组合仅供参考
8 荷载效应效应组合本设计所应用到的用于承载能力极限状态下的内力组合公式如下： ①无地震时，由可变荷载效应控制的组合： G GK Q Q QK W W WK S S S S γψγψγ=++式中 S —结构构件荷载效应组合的设计值，包括组合的弯矩、轴向力和剪力设计值； r G 、r Q 、r W —永久荷载、楼面活荷载和风荷载的分项系数；ΨQ 、ΨW —楼面活荷载和风荷载的组合系数，当为第一可变荷载时取1。
S GK 、S Qk 、S Wk —永久荷载、楼面荷载和风荷载效应标准值。
②无地震时，由永久荷载效应控制的组合(根据《建筑结构荷载规范》GB 50009-2001 [2]第3.2.3条注3，水平风荷载不参与组合。
但2006版规范中取消了此注，即水平风荷载参与组合，当风荷载效应不大时也可忽略之。
)：？G GK Q Q QK S S S γψγ=+③有地震时，即重力荷载与水平地震作用的组合：G GE Eh Ehk S S S γγ=+式中 S —结构构件荷载效应与地震作用效应组合的设计值； r G 、r Eh —重力荷载、水平地震作用的分项系数； S GE 、S Eh —重力荷载代表值、水平地震作用标准值。
用于正常使用极限状态下的内力组合(标准组合)公式如下： GK Q QK W WK S S S S ψψ=++8.1控制截面及最不利内力类型8.1.1构件的控制截面框架梁的控制截面是支座截面和跨中截面。
在支座截面处，一般产生最大负弯矩(max M -)和最大剪力(m ax V )(水平荷载作用下还有正弯矩产生，故也要注意组合可能出现的正弯矩）；跨间截面则是最大正弯矩(max M +)作用处(也要注意组合可能出现的负弯矩)。
因此，框架梁的最不利内力为：梁端截面：max M +、max M -、m ax V 梁跨间截面：max M +由于内力分析的结果是轴线位置处的内力，而梁支座截面的最不利位置应是柱边缘处，因此，在求该处的最不利内力时，应根据梁轴线处的弯矩和剪力计算出柱边缘处梁截面的弯矩和剪力，即：/2M M Vb '=-/2V V qb '=-式中 M '—柱边缘处梁截面的弯矩标准值；V '—柱边缘处梁截面的剪力标准值；M —梁柱中线交点处的弯矩标准值；V —与M 相应的梁柱中线交点处的剪力标准值；b —柱截面高度；q —梁单位长度的均布荷载标准值。
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第四章4.1 承载力验算和水平位移限制为什么是不同的极限状态？这两种验算在荷载效应组合时有什么不同？答：(1)高层建筑结构设计应保证结构在可能同时出现的各种外荷载作用下，各个构件及其连接均有足够的承载力。
我国《建筑结构设计统一标准》规定构件按极限状态设计，承载力极限状态要求采用由荷载效应组合得到的构件最不利内力进行构件截面承载力验算。
水平位移限制是正常使用极限状态，主要原因有：要防止主体结构开裂、损坏；防止填充墙及装修开裂、损坏；过大的侧向变形会使人有不舒适感，影响正常使用；过大的侧移会使结构产生附加内力（P-Δ效应）。
(2)承载力验算是极限状态验算，在内力组合时，根据荷载性质的不同，荷载效应要乘以各自的分项系数和组合系数。
对于水平位移限制验算，要选择不同方向的水平荷载（荷载大小也可能不同）分别进行内力分析，然后按不同工况分别组合。
4.2 为什么高而柔的结构要进行舒适度验算？答：因为高而柔的结构抗侧刚度较小，在风荷载作用下会产生较大的侧向加速度，使人感觉不舒适，因此要进行舒适度验算，按重现期为10年的风荷载计算结构顶点加速度，或由风洞试验确定顺风向与横风向结构顶点最大加速度，使其满足规范要求。
4.3 P-△效应计算与结构总体稳定的含义有何不同？答：P-△效应是指在水平荷载作用下，出现侧移后，重力荷载会产生附加弯矩，附加弯矩又增大侧移，这是一种二阶效应。
在高层建筑结构设计中，一般所说的考虑P-△效应即是进行结构的整体稳定验算，但结构的整体稳定验算还包括结构仅在重力作用下，出现的丧失稳定问题，不过这种情况出现的很少。
4.4 延性和延性比是什么？为什么抗震结构要具有延性？答：(1)延性是指构件和结构屈服后，具有承载能力不降低或基本不降低、且有足够塑性变形能力的一种性能，一般用延性比表示延性，即塑性变形能力的大小。
(2)当结构设计成延性结构时，由于塑性变形可以耗散地震能量，结构变形虽然会加大，但结构承受的地震作用（惯性力）不会很快上升，内力也不会再加大，因此具有延性的结构可降低对结构承载力的要求，也可以说，延性结构是用它的变形能力（而不是承载力）抵抗罕遇地震作用；反之，如果结构的延性不好，则必须有足够大的承载力抵抗地震，则必须有足够大的承载力抵抗地震。
荷载组合、荷载效应组合、内力组合
此处需要搞清楚三个概念：荷载组合、荷载效应组合、内力组合。
先看规范术语规定：
《建筑结构荷载规范2006》
荷载效应 load effect
由荷载引起结构或结构构件的反应，例如内力、变形和裂缝等。
荷载组合 load combination
按极限状态设计时，为保证结构的可靠性而对同时出现的各种荷载设计值的规定。
荷载效应组合，即为单工况荷载作用下产生的内力进行组合，但是注意不包括有地震作用参与的组合。
有地震参与的组合称为内力组合。
所以可以认为内力组合=荷载效应组合+地震作用效应组合。
由此可知荷载组合与内力组合的区别了。
内力组合包括荷载效应组合、有地震作用效应参与的组合。
以下为网络搜索，可供参考：
1.荷载组合是荷载之间共同出现的问题，荷载组合是为了考虑各种荷载可能同时出现的情况，从而分析结构可能真正遭遇的外荷载。
譬如在屋面荷载中，有雪荷载的时候，屋面活荷载一般不进行组合；
2.内力组合是各种公况下求不利内力的问题，譬如对框架柱分别进行最大轴力下最大弯矩、最小弯矩；最小轴力下最大弯矩、最小弯矩等。
高层建筑结构设计思考题答案 (2)
第二章2.1钢筋混凝土房屋建筑和钢结构房屋建筑各有哪些抗侧力结构体系？钢筋混凝土房屋建筑和钢结构房屋建筑各有哪些抗侧力结构体系？每种结构体系举1~2例。
答：钢筋混凝土房屋建筑的抗侧力结构体系有：框架结构(如主体18层、局部22层的北京长城饭店)；框架剪力墙结构（如26层的上海宾馆）；剪力墙结构（包括全部落地剪力墙和部分框支剪力墙）；筒体结构[如芝加哥Dewitt-Chestnut公寓大厦（框筒），芝加哥John Hancock大厦（桁架筒），北京中国国际贸易大厦（筒中筒）]；框架核心筒结构（如广州中信大厦）；板柱-剪力墙结构。
钢结构房屋建筑的抗侧力体系有：框架结构（如北京的长富宫）；框架-支撑（抗震墙板）结构（如京广中心主楼）；筒体结构[芝加哥西尔斯大厦（束筒）]；巨型结构（如香港中银大厦）。
2.2框架结构、剪力墙结构和框架----剪力墙结构在侧向力作用下的水平位移曲线各有什么特点？答：(1)框架结构在侧向力作用下，其侧移由两部分组成：梁和柱的弯曲变形产生的侧移，侧移曲线呈剪切型，自下而上层间位移减小；柱的轴向变形产生的侧移，侧移曲线为弯曲型，自下而上层间位移增大。
第一部分是主要的，所以框架在侧向力作用下的水平位移曲线以剪切型为主。
(2)剪力墙结构在侧向力作用下，其水平位移曲线呈弯曲型，即层间位移由下至上逐渐增大。
(3)框架-剪力墙在侧向力作用下，其水平位移曲线呈弯剪型, 层间位移上下趋于均匀。
2.3框架结构和框筒结构的结构构件平面布置有什么区别?答：(1)框架结构是平面结构，主要由与水平力方向平行的框架抵抗层剪力及倾覆力矩，必须在两个正交的主轴方向设置框架，以抵抗各个方向的侧向力。
抗震设计的框架结构不宜采用单跨框架。
框筒结是由密柱深梁组成的空间结构，沿四周布置的框架都参与抵抗水平力，框筒结构的四榀框架位于建筑物的周边，形成抗侧、抗扭刚度及承载力都很大的外筒。
2.5中心支撑钢框架和偏心支撑钢框架的支撑斜杆是如何布置的？偏心支撑钢框架有哪些类型？为什么偏心支撑钢框架的抗震性能比中心支撑框架好？答：中心支撑框架的支撑斜杆的轴线交汇于框架梁柱轴线的交点。
第4章_结构上的作用和作用效应1
(1)基准期 T 时间域内可划分为 r个相等的时段，即 T/r
(2)在任一时段内，荷载出现的概率为 p，荷载不出现的概率 为 q 1 p 。
(3)在任一时段内，荷载出现时，其幅值为非负随机变量，其 概率分布函数为任意时点荷载概率分布，各不同时段上的 幅值随机变量相互独立且服从相同分布。
F Q (x)P [Q (t)≤ x,t ]
《荷载规范》给出了四种荷载代表值：
标准值、组合值、频遇值和准永久值
精品课件
4.4 荷载的代表值
4.4.1 基本概念
荷载代表值—设计中用以验证极限状态所采用的荷载值，包 括标准值、组合值、频遇值和准永久值。
荷载设计值—设计中用于确定结构抗力所直接采用的荷载值。
– 荷载设计值 Q d 可以通过荷载分项系数 Q 乘以荷载代表值 Q r 获得。
第四章 结构上的作用和作用效应
精品课件
第四章 结构上的作用和作用效应
主要内容
4.1 荷载和作用 4.2 荷载的随机概率模型 4.3 荷载的统计分析 4.4 荷载的代表值 4.5 荷载效应组合方法
精品课件
第四章 结构上的作用和作用效应
4.1 荷载和作用
精品课件
4.1 荷载与作用
4.1.1 作用的定义与分类
WY 0.455Wk WY 0.214Wk 不考虑风向
FW Y(x)exp expx 0.0 1.5312W 3W k k
WY 0.410Wk WY 0.193Wk
考虑风向
精品课件
4.3 荷载的统计分析
2. 雪荷载
FSY(x)exp expx 0.0 1.9294S40Sk0k S ( t )
FQ (x)P{Q(t)0}P{Q(t)x,t|Q(t)0} P{Q(t)0}P{Q(t)x,t|Q(t)0}
高层建筑结构的计算分析和设计要求
补充内容3：水平力作用方向
实际风荷载及地震作用的方向是任意的，但是在规范 中规定：
结构计算只考虑x、y两个正交方向作用的水平力，各 方向水平地震力全部由该方向抗侧力结构承担，这是一 种简化。
注：x、y 方向通常是指结构的主轴方向。
主轴方向定义：当水平力在主轴方向作用时，只产生 主轴方向的位移，且位移最大。
有时结构主轴不易判断，则应根据经验判断取最接近 主轴的x、y两个方向，或通过计算确定。
补充内容4：计算基本假定
对结构进行分析时，首先分析结构的动力特性，再分析 结构的内力及变形。
首先，按简化方法分析；在必要时，再进行时程分析。 对结构工程师的基本要求：合理运用简化假定，善于 抓住主要的，忽略次要的，正确选用恰当计算方法。 规范中对结构计算作了一些基本假定，不同的方法采 用的假定会有所不同，应根据设计要求，选用符合实际 的假定与方法。
两类调幅(调整)的方法： (1)用弹性计算所得到的内力乘以系数(大于或小于1)； (1)在计算时降低杆件刚度：构件刚度降低愈多，内力愈小。
《高规》中规定的调幅方法: 框架梁(连续梁)在竖向荷载下的调幅，采用方法(1)进行： 框架-剪力墙结构中框架的内力调整，采用方法(1)进行： 框架-剪力墙结构中框架与剪力墙间的联/连系梁的调幅， 采用方法(2)进行： 联肢剪力墙中连梁的调幅，采用方法(1)或方法(2)进行。
/计算与构造的特殊要求）
4.1 高层建筑结构的计算分析
4.1.1 结构计算分析方法
1. 线弹性法：常用的成熟法，计算精度和结构安全性基本可得到保证。 2. 考虑塑性内力重分布法：框架梁和连梁等构件宜对竖向载下内力进
行调整。 3. 非线性分析法：精度高，但复杂，常用于复杂结构整体受力分析。 5. 模型试验法：精度更高，但费用高，常用于复杂结构整体或局部受
7.4 荷载效应及荷载效应组合
7.4 荷载效应及荷载效应组合
三种不同荷载的组合
24
7.4 荷载效应及荷载效应组合
JCSS组合规则
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7.4 荷载效应及荷载效应组合
不同组合规则的优缺点 Turkstra 组合规则易理解，便于应用，但可能遗漏更不 利组合。 S组合规则可考虑所有不利组合，但组合数较多。
26
7.4 荷载效应及荷载效应组合
荷载效应 定义：结构上的荷载所产生的内力、变形、应变等，为荷
载效应。
• 荷载效应系数
S = CP
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7.4 荷载效应及荷载效应组合
荷载与荷载效应统计参数关系
• 定义变异系数
则
22
7.4 荷载效应及荷载效应组合
荷载效应组合
当结构承受两种以上可变荷载时，应考虑荷载效 应组合规则。 Turkstra组合规则
建筑结构荷载计算_2
弹塑性层间位移角限值
材料
结构类型 限值
钢筋混凝 土结构
框架
1/50
框架- 剪力墙 1/100
框架- 核心筒
剪力墙
1/120
筒中筒
框支层
1/120
钢结构
各种类型结构 1/50
耗能能力
滞回曲线的形状、面积 耗能能力大、小，难以量化
•采用弹性方法进行计算；
•也可采用对未考虑重力二阶效 应的计算结果乘以增大系数的方 法近似考虑
4.4.1 高层钢筋混凝土结构的稳定验算
结构位移增大系数： 框架结构
剪力墙结构、框架-剪力墙结构、 筒体结构
4.4.1 高层钢筋混凝土结构的稳定验算
高层建筑结构的稳定应符合下列规定： •剪力墙结构、框架-剪力墙结构、筒体结 构应符合下式要求：
➢ 罕遇地震作用下，主体结构遭受破 坏或严重破坏但不倒塌。
4.2 侧移限制（弹性层间位移角限值）
多遇地震（及风荷载下），
目的：防止风、小震作用下非结 构构件破坏：
•防止主体结构开裂、损坏； •防止填充墙及装修开裂、破坏； •过大的侧向变形会使人有不舒适感，影响正常使用； •过大的侧移会使结构产生附加内力（P-△效应）。
有地震作用效应组合时
SE ：有地震作用效应组合时，构件
截面内力（效应）组合的设计值
RE ：有地震作用组合时，构件截面
承载力设计值
பைடு நூலகம்
：承载力抗震调整系数
材料
结构构件
钢筋混凝土 梁
轴压比小于0.15的柱
轴压比大于0.15的柱
内力组合与塑性调幅
★★★内力组合与xx弯矩调幅一、控制截面1．柱：上、下端截面2．xx：左、中、右截面3．截面配筋设计时，应取梁端内力，而不是计算简图中的轴线处内力！P67图4-18: M’=M-V*b/2V’=V-(g+p)*b/2g、p：xxxx分布的恒载和活载。
当计算水平荷载或竖向集中荷载产生的内力时，则V’=V。
二、荷载效应组合——按第三章第二节要求（七种可能，实际多余七种计算）P36-39三、最不利内力组合1．xx截面：+Mmax—配置底筋-Mmax—配置支座面筋Vmax—配置箍筋2．跨中截面：+Mmax—配置底筋3．柱端截面：(1)|M|max及相应的N，V(2) Nmax及相应的M，V(3) Vmax及相应的M，N四、竖向最不利位置按P70第四种方法：不考虑活荷载的最不利布置，按均布处理，对梁跨中弯矩M乘扩大系数1.1-1.2***JGJ3-2010第5.1.8条/p455．1．8高层建筑结构内力计算中，当楼面活荷载大于4kN／m2时，应考虑楼面活荷载不利布置引起的结构内力的增大；当整体计算中未考虑楼面活荷载不利布置时，应适当增大楼面梁的计算弯矩。
对应条文说明：5．1．8目前国内钢筋混凝土结构高层建筑由恒载和活载引起的单位面积重力，框架与框架-剪力墙结构约为12kN／m2～14kN／m2，剪力墙和筒体结构约为13kN／m2～16kN／m2，而其中活荷载部分约为2kN／m2～3kN／m2，只占全部重力的15％～20％，活载不利分布的影响较小。
另一方面，高层建筑结构层数很多，每层的房间也很多，活载在各层间的分布情况极其繁多，难以一一计算。
如果活荷载较大，其不利分布对梁弯矩的影响会比较明显，计算时应予考虑。
除进行活荷载不利分布的详细计算分析外，也可将未考虑活荷载不利分布计算的框架梁弯矩乘以放大系数予以近似考虑，该放大系数通常可取为1.1～1.3，活载大时可选用较大数值。
近似考虑活荷载不利分布影响时，梁正、负弯矩应同时予以放大。
说明确定截面最不利内力的活荷载布置原则
说明确定截面最不利内力的活荷载布置原则1. 引言嘿，朋友们，今天咱们聊聊工程里那些“隐形的敌人”——活荷载！没错，就是那些不太好对付的活荷载，想要让它们乖乖听话可不容易哦。
咱们今天要说的，就是如何在设计的时候，巧妙地安排这些活荷载，从而找出截面最不利的内力。
听起来有点复杂，不过别担心，我会尽量用通俗易懂的语言来给你们讲清楚。
2. 活荷载的概念2.1 什么是活荷载？活荷载，简单来说，就是那些随时可能变化的重量，比如人、家具、车辆等等。
你想想，一座大桥上，早晨可能只有几辆车，晚上呢，哎呀，车水马龙的，真是热闹！所以，活荷载就像那些每天都在你家走来走去的客人，真是让人捉摸不定。
2.2 活荷载的特点活荷载可不是千篇一律的，它们有时候轻，有时候重，有时候还会成群结队。
就像你和朋友们去吃自助餐，心情好的时候，可能就会把所有的美食都往盘子里堆。
设计的时候，咱们要考虑到这些变化，不能让自己吃了个肚子疼还不知道为什么。
3. 布置原则3.1 确定荷载组合说到布置原则，咱们得先聊聊荷载组合。
这就像做饭，得把各种食材搭配好，才能做出美味的菜肴。
在建筑设计中，活荷载的组合也得考虑得当。
咱们可以用最大值原则，想象一下在最糟糕的情况下，活荷载的组合会是什么样的。
比如，假设有一座公共广场，周末人流如潮，这时候你得计算一下，多少人能在这个地方聚集，而这个聚集量就得作为你设计的依据。
3.2 选择最不利的布置接下来就是选择最不利的布置啦！这就像是在进行一场战斗，敌人总是藏得特别深，你得用心去找。
在实际操作中，可以根据不同的使用情况，选择不同的布置形式。
比如说，如果是运动场馆，咱们就得考虑到观众席的布置，保证即使有一场盛大的比赛，观众们都能坐得稳稳当当的，不然真是尴尬啊。
4. 案例分析为了让大家更好地理解，咱们来个实际案例。
想象一下，一个大型购物中心，周末人潮汹涌。
咱们就得考虑到活荷载的布置，可能要在不同楼层的不同位置安排人流密度。
比如，电梯旁边、人行通道、甚至是餐饮区，都得算一算。
荷载效应的基本组合公式
荷载效应的基本组合公式荷载效应是指结构体系在受到荷载作用下所引起的内力和变形。
在工程设计中，为了保证建筑物的结构安全性和稳定性，需要对荷载效应进行计算和分析。
荷载效应的计算主要是通过基本组合公式来实现的。
基本组合公式是指将不同类型的荷载按照一定的组合方式相加，得到最不利的荷载组合，从而进行结构的设计和分析。
根据不同的国家和地区的规范，基本组合公式可能会有所不同，但其基本原理和计算方法是相似的。
基本组合公式通常由荷载作用的组合系数和荷载的设计值组成。
荷载作用的组合系数是根据不同类型的荷载对结构体系的影响程度进行综合考虑而确定的。
常见的荷载包括永久荷载、活荷载、风荷载、地震荷载等。
永久荷载是指长期作用在建筑物上的重力荷载，如自重、设备重量等。
活荷载是指短期作用在建筑物上的荷载，如人员、家具、设备等。
风荷载是指风力作用在建筑物上的荷载，地震荷载是指地震力作用在建筑物上的荷载。
在基本组合公式中，不同类型的荷载会根据其重要性和可能性进行组合。
常见的组合方式包括工作状态组合、极限状态组合和耐久性组合等。
工作状态组合是指在正常使用条件下的荷载组合，用于计算结构的变形和内力。
极限状态组合是指在设计寿命内可能发生的最不利荷载组合，用于计算结构的破坏承载力。
耐久性组合是指在设计寿命内可能发生的荷载组合，用于计算结构的耐久性。
荷载效应的计算通常分为静力计算和动力计算。
静力计算是指在静止状态下计算荷载效应，动力计算是指考虑动力因素如地震和风荷载等计算荷载效应。
静力计算通常使用弹性力学理论和结构力学方法进行，动力计算通常使用动力响应谱分析等方法进行。
基本组合公式的使用可以有效地计算和分析荷载效应，指导工程设计和施工。
通过合理的荷载组合，可以保证结构的安全性和稳定性，提高建筑物的抗震性能和风险防范能力。
在实际工程中，基本组合公式的应用需要根据具体的荷载情况和结构特点进行调整和优化。
同时，还需要考虑结构的材料特性、几何形状和支承条件等因素对荷载效应的影响。
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4.1 承载力验算
SERE RE
有地震作用的内力组合设计值 抗震承载力设计值
承载力调整系数
注意：结构的抗震承载力小于静承 载力。
同时考虑地震作用的偶然性和持续 时间短，所以对可靠性要求降低。
所以承载力调整系数是一个小于1 的数。
4.2 侧移的限值(P.75) 使用阶段层间位移限值-目的
限制顶部位移 限制层间位移
有地震作用时的效应组合－该工况中含有地震 竖向荷载合并为重力荷载＝恒＋0.5活 荷载效应组合设计值基本计算公式： SE = 1.2×重力荷载＋1.3水平地震作用效应
罕遇地震层间侧移的限值 作用：防止倒塌
4.3 舒适度要求 目的：保证人的舒适 对象：高度超过150m的建筑需要验算 荷载：采用重现期为10年的风荷载。 内容：是风荷载作用下的顶点加速度amax
住宅、公 ama 寓 x0.15/s2 办公、旅 ama馆 x0.25/s2
4.4 稳定和抗倾覆
整体稳定和倾覆问题是水平荷载的效应 本节请自行阅读。 仅仅讲解P-Δ效应
•提高承载力: 只能推迟结构进入塑性阶段； •提高延性: 削减地震反应，提高结构抵御地震的能力。
4.5 抗震结构延性要求和抗震等级
延性：结构/构件在进入塑性状态以后，具有较大的塑性变形能力，同时又能基本维持承载 力。 结构延性的度量：延性比
延性比=维持结构承载力的框架顶点最大位移 / 屈服时框架顶点的位移。 设计延性结构的目的：
提高结构延性的原则
①在结构竖向：重点提高可能出现塑性变形集中的相对柔弱楼层的构件延性。 ②在结构平面：着重提高房屋周边转角处、平面突变处及复杂平面各翼相接处的构件延性。 ③对多道抗震防线的抗侧力体系，着重提高第一道防线中构件的延性。 ④同一组合构件：着重提高关键杆件的延性。 ⑤同一杆件：着重提高预期首先屈服部位的延性。
荷载效应组合与分项系数
注：重力荷载＝恒荷载＋0.5活荷载 重力荷载用于有地震作用组合。
组合的应用
承载力计算 基本组合 由可变荷载控制的组合(有简化形式) 由永久荷载控制的组合 偶然组合－包括含地震作用的组合
裂缝宽度和地基承载力验算 标准组合
结构与地基的变形验算 标准组合 准永久组合
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
3000.
1016 1.14 1.09 1.04 1/2626. 14.5% 1.12
避免出现无先兆的脆性破坏； 利用结构/构件的延性(而不是承载力)在地震中耗能，减轻震害； 实现“中震可修、大震不倒”。 措施：合理选择结构体系、合理布置结构、根据不同抗震等级加强构造措施。
延性的概念
注意： 强度高的材料延性不一定好(往往不好) 同样的材料，不同形式的破坏延性也不同
延性比-延性的度量指标 结构不同部位的延性要求
SERE RE
基于概率的极限状态设计法
直接把4种荷载效应直接相加是极端的极限状态。 基于概率－不是考虑数学上所有可能的极限状态 工程设计思想：小概率事件认为是不可能事件。只考虑有一定工程意义(发生概率比较大)的 事件。 方法：4种可能的荷载效应分别乘以不同 [0，1]的系数再相加－ 工况：相加的过程称为组合，其结果称为工况。 组合设计值：所有工况中的最不利值。 调整后的设计值－基于概念设计获得实际采用的设计值。
P-Δ效应
概念：水平荷载P作用下， 侧向变形Δ和重力荷载导致附加弯矩。 钢筋混凝土结构不需要考虑P-Δ效应。 大部分钢结构需要考虑P-Δ效应
4.5 抗震结构延性要求和抗震等级
钢筋混凝土结构要通过延性设计才能实现较好的延性。 延性结构可以通过合理的设计定结构的抗震能力
例：剪压比验算的两个公式：
V 0 .2c 5 fc b0h(6 5 a )V1 RE (0.20cfcb0h ) (65b)
荷载效应组合－有无地震作用
无地震作用时的效应组合－该工况中不含地震 非抗震设计和6度设防、但不需要进行地震作用计算的结构。 竖向荷载分别考虑恒、活。 水平荷载考虑风荷载。
各层起控制作用的组合设计值 控制荷载的实例
下部各层所承受地震力比较大，地震组合在承载能力极限状态中起控制作用。 在上部各层所承受地震力比较小，荷载效应的基本组合在承载能力极限状态中起控制作用， 在上部各层承受水平地震力比较小，轴力起控制作用，而轴力作用下，配筋主要由最小配筋 率控制，而与钢筋强度无关。 在正常使用极限状态下，起作用的也是荷载效应的标准组合。
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 1/1812. 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
符号说明
Floor : 层号 Tower : 塔号 Jmax : 最大位移对应的节点号 JmaxD : 最大层间位移对应的节点号 Max-(Z) : 节点的最大竖向位移 h : 层高 Max-(X)，Max-(Y) : X,Y方向的节点最大位移 Ave-(X)，Ave-(Y) : X,Y方向的层平均位移 Max-Dx ，Max-Dy : X,Y方向的最大层间位移 Ave-Dx ，Ave-Dy : X,Y方向的平均层间位移 Ratio-(X),Ratio-(Y): 最大位移与层平均位移的比值 Ratio-Dx,Ratio-Dy : 最大层间位移与平均层间位移的比值 Max-Dx/h，Max-Dy/h : X,Y方向的最大层间位移角 DxR/Dx,DyR/Dy : X,Y方向的有害位移角占总位移角的百分比例 Ratio_AX,Ratio_AY : 本层位移角与上层位移角的1.3倍及上三层平均位移角的1.2倍的 比值的大者 X-Disp，Y-Disp，Z-Disp:节点X,Y,Z方向的位移
u y
延性比：结构(构件或材料)破坏前极限变形与最大弹性变形之比。 注：变形是广义的，可以是应变、挠度、曲率或转角。相应地就有所谓，曲率延性系数；
转角延性系数；总位移延性系数和楼层相对位移延性系数等。 延性系数越大，表明延性越好。脆性材料，延性系数为1。
延性的类型及其度量
➢ ① 总体结构延性：用结构的“顶点侧移比”或结构的“平均侧移比”表达。 ➢ ② 楼层延性：以一个楼层的层间侧移比表达。 ➢ ③ 构件延性：指整个结构中某一构件（如一榀框架或一片墙体）的延性。 ➢ ④ 杆件延性：指一个构件中某一杆件（框架的梁、柱，墙中的连梁或墙肢）的延性。 ✓ 从① 到 ④延性的要求依次增高
SERE RE
荷载效应组合方法－基本思路
不同构件的最不利内力或位移可能来自不同工况。 同一构件的不同截面的最不利内力也不一定来自同一工况。 同一截面的不同内力同样不一定来自同一工况。 最不利内力与地震有关－有地震作用组合 最不利内力与地震无关－无地震作用组合 配筋可能受承载能力极限状态控制－工况，也可能采用正常使用的极限状态控制。
风和多遇地震层间侧移的限值 (正常使用状态)
层间位移：两楼层楼板的相对水平位移。 层间位移大会导致非结构构件的破坏。
PKPM计算结果(WDisp.out) === 工况 2 === X 双向地震作用下的楼层最大位移
Floor Tower Jmax Max-(X) Ave-(X) Ratio-(X) h
基本组合
标准组合、准永久组合和频遇组合
PKPM中的荷载组合
左图为JCCAD中显示的当前组合。 右上为基础设计所需标准组合输出 右图为修改组合参数的对话框 注意：组合由程序自动进行不需人工干预
抗震设计各项内容的适用范围
1. 抗震概念设计：所有结构必须满足其要求 2. 抗震构造措施：所有结构必须满足其要求 3. 抗震验算：根据具体情况按规范要求进行
其它承重构件设计－楼梯、阳台、雨蓬等《混凝土结构设计》 地基和基础设计－《土力学与地基基础》与《抗震结构》
本章讲授内容提要
4.1 承载力验算 4.2 侧移的限值 4.3 舒适度要求 4.4 稳定和抗倾覆 4.5 抗震结构延性要求和抗震等级
延性 抗震等级 4.6 荷载效应组合与最不利内力 调幅问题
结构设计和计算－手工和程序计算 确定荷载－各种荷载的标准值和设计值－《荷载和设计方法》 结构计算－计算恒、活、风、震的荷载效应S。《混凝土结构设计》 变形验算－整体变形、层间变形《高层建筑》与《抗震结构》
结构构件设计－配筋与截面承载力S<R/γRE 荷载效应组合与调幅－荷载效应组合设计值《荷载和设计方法》，《高层建筑》与《抗震结 构》 S 配筋计算(S<R)－《混凝土原理》 抗震验算(S<R)－《抗震结构》讲框架。 《高层建筑》讲剪力墙 构造措施(S<R) －《混凝土结构设计》＋《抗震结构》中讲解 结构施工图(配筋图)
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