特殊荷载的定义、设计和作用分析

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(12)Nmin-Mxmax(13)Nmin+Mymax (14)Nmin-Mymax 吊车荷载作用下梁的预组合目标为: (1)+Mmax/T(2)-Mmax/T(3)-Vmax/N
预组合方式
(1)吊车柱预组合分别有“只考虑轮压的预组合力”和“ 考虑轮压加刹车的预组合力”。
预组合1 —— 是吊车的“轮压+刹车”内力组合;
钢筋混凝土结构的收缩影响 混凝土收缩可以用收缩当量温差来表示。收缩值换算为 当量温差,永远是负值,应力为拉应力。 收缩当量温差与最不利温差叠加计算。 混凝土结构的降温与收缩同时考虑时,混凝土结构将承 受互相叠加的拉应力,作用效应增大。而当升温与收缩 同时考虑时,则两者作用效应会互相抵消,作用效应减 小。
有关规定 《高规》宣讲培训材料(P4-17):高层钢筋混凝土结构一 般不计算由于温度、收缩而产生的内力。因为一方面高层建 筑的温度场分布和收缩参数等都难以准确确定;另一方面混 凝土又不是弹性材料,它既有塑性变形,还有徐变和应力松 弛,实际的内力要远小于按弹性结构的计算值。 广州白云宾馆(33层、高112m、长70m)的温度应力计算 结果表明,温度-收缩应力计算值过大,难以作为设计依据。 曾经计算过温度-收缩应力的其它建筑也遇到类似的情况。
有关规定 但由于种种原因,诸如高层建筑各处的温度场、混凝土收 缩、徐变等随时间变化的变量因素还难以直接采用数值准 确量化,混凝土收缩、徐变的弹塑性特征使分析处理复杂, 所以一般很难准确地计算结构的温度-收缩应力,并且作 为设计的依据。因此,高规不要求直接计算非荷载作用, 而强调由构造措施来解决。 《高规》宣讲培训材料(P4-17): 钢筋混凝土高层建筑结构的温度-收缩问题,主要由构造 措施来解决。
特殊风荷载主要用于多层钢结构。尤其在施工阶段时,风对 结构可能产生的吸力。 对一些特殊的结构,如有大悬挑结构的广告牌、候车站、收 费站、雨蓬,等等,在使用阶段风也会是向上、向下作用。
特殊风定义于梁上、节点上,并用正、负荷载表示压力或吸 力。
节点上的特殊风可以是三个方向(XYZ)作用组成。
程序的做法将导致温度效应偏大较多
温度变化的设计控制 竖向温差的控制:其对结构顶部的梁将引起较大的弯矩、剪 力;对结构底部的内外竖向构件会引起较大弯矩、轴力(拉 、压)。因此,(1)结构设计宜对底部竖向构件的轴压比 留有余地,保证适合的配筋率;顶部若干层梁的配筋也要留 有余地。(2)对结构外露应做好保温隔热措施。 水平温差的控制:其对受到剪力墙约束的水平构件(楼板、 梁)将会引起较大的轴力,反过来对剪力墙产生较大的剪力 。因此,(1)对剪力墙的轴压比、剪压比留有余地,下部 楼层梁、板考虑偏心受拉的配筋。(2)主动释放温差变形 ,如:混凝土低温入模养护、设后浇带、减少混凝土收缩应 变、改善使用环境等。
吊车内力的预组合目标 吊车柱预组合目标共14项: (1)Vxmax(2)Vymax(3)+Mxmax(4)-Mxmax (5)+Mymax(6)-Mymax(7)Nmax+Mxmax (8)Nmax-Mxmax(9)Nmax+Mymax
(10)Nmax-Mymax(11)Nmin+Mxmax
计算温差的确定
对于钢结构,最不利温差和计算温差是一致的。 对于钢筋混凝土结构,最不利温差与计算温差不同, 其差异在于钢筋混凝土结构的特点:收缩、徐变以及 裂缝。 王铁梦在《工程结构裂缝控制》一书中建议: (1) 温度应力只按弹性计算太保守,造成材料浪费。 (2) 由于结构遭受的年温差及收缩都是在相当长的时段 变化中进行的,必须考虑徐变引起应力松弛,从而大 幅度降低弹性应力。
对温度作用的简化
温度变作用表现为: (1)构件内外表面温差造成的弯曲; (2)构件内外表面温差的平均值比构件初始温度高 (低)时造成的伸长(缩短)。 程序仅考虑了平均温差造成的伸缩作用,而忽略了内外 表面温差造成的弯曲作用。
最不利温差的确定 樊小卿在《温度作用与结构设计》一书中建议:室外空 气温度夏季取30年一遇最高日平均温度,冬季取30年一 遇最低日平均温度。 使用阶段室内空气温度夏季取空调设计温度,冬季取采 暖设计温度。 初始温度取结构成型时的环境空气温度。
特殊支座定义
5。总结
正确理解特殊荷载: (1)温度场的确定及稳定,软件的处理方式。 (2)吊车荷载的正确定义,软件的局限性。 (3)特殊风荷载的目的,软件的操作方式。 (4)特殊支座的用途和定义方式。
特殊风荷载定义
4。特殊支座的定义及分析
特殊支座是特指: (1)支座位移(如:沉降、转动等)对结构的影响。 (2)地基变形大,导致上部结构内力重分布。 (3)特殊要求的设计,隔震材料、指定方向的铰接等。
特殊支座目前应用得较少,主要是应用面较窄,应用对象较 少。多用于旧工程的改造、加固的复核验算。
钢筋混凝土结构的徐变影响 简单的做法是将实际温差乘以应力松弛系数,作为计算温 差。 根据温差变化过程速度的缓慢程度不同,应力松弛系数可 取值为0.3~0.5。
温差变化过程速度快,应力松弛系数大,反之则小。
2。吊车荷载的定义及分析
带吊车结构的分析,主要是合理考虑吊车的作用问题。 吊车作为移动荷载,分析时应考虑移动的效应。 吊车结构分析主要分为:(1)吊车梁的分析:(2)吊车 移动对整体结构的分析。 TAT、SATWE软件是分析第(2)项的内容。 STS中可以分析钢吊车梁。
吊车结构的计算模型
由于吊车荷载作用在吊车柱的牛腿上,所以在牛腿处应该 设置一个标准楼层,并且在沿吊车运行轨迹方向应定义框 架梁,如吊车柱在吊车运行轨迹方向没有框架梁,也应把 吊车梁作为两端铰接梁输入,吊车荷载的移动顺序是通过 轨迹上的梁所确定的,这是吊车运行轨迹方向必须布置梁 的原因。 在吊车荷载作用的有牛腿的楼层应一般没有楼板,所以应 考虑该层的节点为“弹性节点”即不受刚性楼板假定的制 约。即使是多层工业厂房,在吊车柱的外边有楼板,也要 按“弹性楼板”考虑,或者不考虑楼板的存在和作用,这 样可以比较安全地求出水平刹车力对上下梁的影响。
程序分析吊车荷载的说明 在TAT和SATWE的吊车荷载计算中,没有考虑吊车荷载对 吊车梁的影响,即没有按照影响线的方式考虑吊车梁,吊车 梁应采用其它软件专门分析。 软件要求根据吊车的形式,如对各种轨道、轮压点的吊车, 给出最大轮压反力(或作用)及最小轮压反力(及作用), 不论该吊车运行轨道上有几部吊车,均按这个方式给出。 在一对轨道内的吊车荷载称为第1组吊车荷载(不论该对轨 道内有几部吊车),第二对吊车轨道则可以定义第2组吊车 荷载等等。 吊车水平刹车力作用在上层的柱中间。
(1)程序沿吊车轨迹自动对每跨加载吊车作用。
(2)求出每组吊车的加载作用节点。 (3)对每对节点作用4组外力,分别为:A、左点最大轮压 、右点最小轮压;B、右点最大轮压、左点最小轮压;C、 左、右点正横向水平刹车力;D、左、右点正纵向水平刹车 力。 (4)对每组吊车的每次加载,求每根杆件的内力。 (5)分别按轮压力和刹车力,求每根柱的预组合力,预组 合力的目标为:最大轴力、最大弯矩等。
(5)吊车柱的配筋考虑了刹车+轮压、轮压的不同组合。
(6)吊车柱的长度系数应由用户自行修正。
吊车荷载定义
吊车布置平面
吊车轨迹上必须有梁
吊车计算选择
吊车内力的图形输出选择菜单
柱预组合内力
柱预组合内力显示选择
梁吊车包络选择
格层吊车内力文本输出
吊车预组合内力的文本输出
3。特殊风荷载定义及分析
温差定义
节点温差定义
温度作用内力的输出
温度作用的特点 高层建筑结构不仅平面尺寸大,而且竖向的高度也很大,其 竖向构件截面尺寸较大,温度变化和混凝土收缩不仅会产生 较大的水平方向的变形和内力,而且也会产生竖向的变形和 内力。 根据有关资料统计,工程实践中结构物的裂缝原因属于由变 形作用(温度、收缩、不均匀沉降)引起的约占80%以上, 属于由荷载引起的约占20%左右,可见高层建筑结构设计中 考虑变形作用的影响是很重要的,不容忽视。 高层建筑结构的温度变形与应力应该引起设计人员的重视。
排架柱的计算长度可以人工修正,因此在用软件设计中要注 意以下几点:
(1)对于重型吊车、排架结构应用PK计算。
(2)TAT、SATWE适用于中、轻型的吊车分析,特别是多 层结构中带吊车的结构形式。
(3)吊车分析以每对轴线为准,程序自动搜索每对轴线上 的吊车柱,并成对作用。 (4)TAT、SATWE只计算吊车柱,并生成柱的预组合力。
特殊荷载的定义、设计和 作用分析 邵 弘
1。温度荷载的定义及分析 2。吊车荷载的定义及分析 3。特殊风荷载定义及分析 4。特殊支座的定义及分析 5。总结
1。温度荷载的定义及分析
温度荷载即温度场对结构的影响,有以下几方面问题。 温度的时效问题:冬天和夏天的温度产生的温差将非常大, (如冬天-20、夏天+30,温差50),如果以这个温差作为温 度场(温度荷载),计算结构的温度效应将非常大。由于这 个温差产生是在一年的时间内发生,结构的反应也是缓慢、 变化的。一般情况下结构的温度效应可以考虑瞬间温差(指 一天的时间内)。 温度的环境问题:考虑温差对结构的影响,要考虑结构的工 作环境,如涂料、内外装修、保温隔热等的影响,要分别考 虑施工阶段、使用阶段的结构反应。如果只考虑使用阶段, 则施工阶段应考虑相应的保证、保护措施。
当吊车柱之间设有交叉支撑时,必须考虑支撑的作用,在吊 车柱的设计中,可适当减少吊车柱在支撑布置方向的长度系 数。 注意:当这种结构产生了多个“弹性节点”后,地震振型数 就要增加。振型分析也应该采用“总刚模型”。
吊车荷载的计算 吊车荷载的作用点就是与吊车轨道平行的柱列各节点,它是 根据吊车轨迹由程序自动求出。
程序实现 程序提供了计算温度应力、支座沉降以及设置弹簧支座的 功能。 设计人员可以通过给定温差或基础支座沉降值来计算结构 的温度和基础支座沉降产生的效应。从而能较正确地估计 温度、基础支座沉降的影响,有助于设计人员采取相应对 策与措施。
温度应力计算情况 高层建筑的温度分析可考虑下列三种情况: 施工阶段 当主体结构完成后,未作内外装修和围护结构,结构处 于通透状态时的温差造成的内力。 正常使用阶段1 外墙围护结构已施工,室内处于自然通风状态时的温差 造成的内力。 正常使用阶段2 外墙围护结构已施工,室内空调恒温状态时的温差造成 的内力。
温度的梯度问题:温度对构件的影响也不是均匀的。对钢构 件由于截面很薄,ห้องสมุดไป่ตู้温度变化时,可以认为截面中的温度也 会产生均匀的变化。但是对混凝土构件则不同,由于截面厚 大,表面温度很难达到里面,如下图所示。此时可以认为温 度向截面里面是逐渐衰减的。即梯度(线性、非线性)。
线性梯度
曲线梯度
程序采用不变
预组合2 —— 是吊车的“轮压”内力组合。 (2)梁预组合也按照“只考虑轮压的预组合力”和“考虑 轮压加刹车的预组合力”这两种情况搜索出梁的包络内力 ,即为:
预组合1 —— 轮压+刹车包络内力;
预组合2 —— 轮压包络内力。
吊车荷载结构的设计注意事项
(1)地震分析时,没有计入吊车的桥架重和吊重。 (2)没有考虑吊车梁的作用。 (3)吊车柱的配筋,没有考虑排架的长度系数。 因为吊车的桥架重和吊重是移动荷载,所以很难确定质量的 位置,在地震分析中这部分的质量没有计入,则计算地震作 用局部算小了,可以通过地震作用放大来弥补这个问题。 对于吊车梁,当排架中间有框架梁,则应输入该框架梁,否 则 应 把 吊 车 梁 按 两 端 铰 接 梁 定 义 、 输 入 。 在 用 TAT 、 SATWE分析时,排架柱之间必须要有梁才能正确分析。
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