第三章荷载及荷载效应组合
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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过去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由《荷载规范》给出。
频遇组合是新引进的组合模式,可变荷载的频遇值等于可变荷载标准值乘以频遇值系数(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大小的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过去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。
第三章建筑结构荷载《建筑结构荷载规范》GB50009-2001一荷载分类1、永久荷载:结构自重、土压力、预应力2、可变荷载:楼面活荷载、屋面活荷载、积灰荷载、吊车荷载、风荷载、雪荷载、地震荷载3、偶然荷载:爆炸力、撞击力例:工业厂房屋盖自重荷载:防水层(八层作法)标准值0.35kN/m2(沿屋面坡向)找平层(2cm厚水泥砂浆)标准值0.40kN/m2(沿屋面坡向)保温层(10cm沥青珍珠岩)标准值0.30 kN/m2(沿屋面坡向)预应力钢筋混凝土大型屋面板标准值1.40 kN/m2(沿屋面坡向)屋架自重(包括支撑)标准值0.45 kN/m2(沿水平面)例:工业厂房屋盖活荷载:使用荷载标准值0.70 kN/m2(沿水平面)雪荷载标准值0.45 kN/m2(沿水平面)例:常用材料自重(kN/m3):钢-78.5;钢筋混凝土-25;普通砖-18;焦渣空心砖-10;瓷砖-19.8;木材-4~9;水泥-16;水泥砂浆-20二荷载代表值1、永久荷载采用标准值作为代表值;2、活荷载采用标准值、组合值、频遇值、准永久值作为代表值;3、偶然荷载应按建筑结构使用的特点确定代表值三 荷载效应组合1、对于承载能力极限状态:包括基本组合、偶然组合;设计表达式:R S ≤0γ其中:0γ-结构重要性系数;1.1、1.0、0.9S -荷载效应组合的设计值; R -结构构件抗力的设计值;◎基本组合由可变荷载效应控制的组合∑=++=ni Qikci Qi k Q Q Gk G S S S S 211ϕγγγ式中:Gγ-永久荷载的分项系数;Qi γ-第i 个可变荷载的分项系数;S Gk -按永久荷载G k 计算的荷载效应值; S Qik -按可变荷载Q ik 计算的荷载效应值;ci ϕ-可变荷载Q i 的组合值系数由永久荷载效应控制的组合∑=+=ni Qikci Qi Gk G S S S 1ϕγγ注:1.基本组合中的设计值仅用于荷载与荷载效应为线性的情况;2.当对S Q1k 无法明显判断时,轮次以可变荷载效应为S Q1k ,取最不利荷载组合效应;3.当考虑以竖向的永久荷载效应控制的组合时,参与组合的可变荷载仅限于竖向荷载对一般的排架、框架结构,基本组合可采用简化规则:对可变荷载效应控制的组合:取下列两式的不利值kQ Q Gk G S S S 11γγ+= ∑=+=ni QikQi Gk G S S S 19.0γγ对永久荷载效应控制的组合不变 基本组合的荷载分项系数按下列规定采用永久荷载分项系数:当其效应对结构不利时:对由可变荷载效应控制的组合取1.2;对永久荷载效应控制的组合取1.35当其效应对结构有利时:一般情况下取1.0;对结构的倾覆、滑移或漂浮验算时取0.9 可变荷载的分项系数:一般情况下取1.4;对标准值大于4kN/m 2的工业房屋楼面结构的活荷载取1.3偶然组合偶然荷载的代表值不乘分项系数,按有关规定进行。
荷载效应组合及设计要求1.什么是荷载效应?什么是荷载效应组合?一般用途的高层建筑结构承受哪些何载?答:所谓荷载效应,是指在某种荷载作用下结构的内力或位移。
按照概率统计和可靠度理论把各种荷载效应按一定规律加以组合,就是荷载效应组合。
一般用途的高层建筑结构承受的竖向荷载有结构、填充墙、装修等自重(永久荷载)和楼面使用荷载、雪荷载等(可变荷载);水平荷载有风荷载及地震作用。
各种荷载可能同时出现在结构上,但是出现的概率不同。
2.如何考虑荷载效应的组合?分项系数与组合系数各起何作用?答:通常,在各种不同荷载作用下分别进行结构分析,得到内力和位移后,再用分项系数与组合系数加以组合。
《建筑结构荷载规范》(GB50009-2001,以下简称为《荷载规范》)上给出的自重及使用荷载、雪荷载等值,以及风荷载及地震等效荷载值都称为荷载标准值。
各种标准荷载独立作用产生的内力及位移称为荷载效应标准值,在组合时各项荷载效应应乘以分项系数及组合系数。
分项系数是考虑各种荷载可能出现超过标准值的情况而确定的荷载效应增大系数,而组合系数则是考虑到某些荷载同时作用的概率较小,在叠加其效应时要乘以小于1的系数。
例如,风荷载和地震作用同时达到最大值的概率较小,因此在风荷载和地震作用组合时,风荷载乘以组合系数0.2。
3.如何选择控制截面及最不利内力类型答:在构件设计时,要找出构件设计的控制截面及控制截面上的最不利内力,作为配筋设计的依据。
首先要确定构件的控制截面,其次要挑选这些截面的最不利内力。
所谓最不利内力,就是使截面配筋最大的内力。
控制截面通常是内力最大的截面,但是不同的内力(如弯矩、剪力)并不一定在同一截面达到最大值,因此一个构件可能同时有几个控制截面。
对于框架横梁,其两端支座截面常常是最大负弯矩及最大剪力作用处,在水平荷载作用下,端截面还有正弯矩。
而跨中控制截面常常是最大正弯矩作用处。
在梁端截面(指柱边缘处的梁截面),要组合最大负弯矩及最大剪力,也要组合可能出现的正弯矩。
效应组合作用效应组合总体原则:可能与最不利!!!可能1-1:无地震时,由可变荷载效应控制的组合,且:ψQ=1.0;ψW=0.6/γL=1.0(γG=1.2,γQ=1.4,γW=1.4)永久荷载+楼面可变荷载+风荷载(1.0;0.6)S=γGSGK+γLψQγQSQK+ψWγWSWK =1.2SGK+1.0×1.4×SQK+0.6×1.4×SWK可能1-2:无地震时,由可变荷载效应控制的组合,且:ψQ=0.7;ψW=1.0/γL=1.0(γG=1.2,γQ=1.4,γW=1.4)永久荷载+楼面可变荷载+风荷载(0.7;1.0)S=γGSGK+γLψQγQSQK+ψWγWSWK=1.2×SGK+0.7×1.4×SQK+1.0×1.4×SWK可能2:无地震时,由永久荷载效应控制的组合,且:γG=1.35;ψQ=0.7/γL=1.0(根据GB50009第3.2.3条注3,水平风荷载不参与组合)(γG=1.35,γQ=1.4)永久荷载+楼面可变荷载S=γGSGK+γLψQγQSQK=1.35×SGK+0.7×1.4×SQK可能3:有地震时,即重力荷载与水平地震作用的组合(γG=1.2,γEh=1.3)重力荷载+水平地震作用S=γGSGE+γEhSEhk=1.2×SGE+1.3×SEhk可能4:有地震时,即重力荷载与水平地震作用及风荷载的组合(60米以上的高层建筑考虑,且ψW=0.2)(γG=1.2,γEh=1.3,γW=1.4)重力荷载+水平地震作用+风荷载S=γGSGE+γEhSEhk+ψWγWSWK=1.2×SGE+1.3×SEhk+0.2×1.4×SWK可能5:有地震时,即重力荷载与竖向地震作用的组合(9度抗震设计时考虑,大跨、水平长悬臂结构8、9度抗震设计时考虑)(γG=1.2,γEv=1.3)重力荷载+竖向地震作用S=γGSGE+γEvSEvk=1.2×SGE+1.3×SEvk可能6:有地震时,即重力荷载、水平地震作用与竖向地震作用的组合(9度抗震设计时考虑;大跨、水平长悬臂结构7度0.15g、8、9度抗震设计时考虑)(γG=1.2,γEh=1.3,γEv=0.5)重力荷载+水平地震作用+竖向地震作用S=γGSGE+γEhSEhk +γEvSEvk=1.2×SGE+1.3×SEhk +0.5×SEvk可能7:有地震时,即重力荷载、水平地震作用、竖向地震作用及风荷载的组合(60米以上的高层建筑,9度抗震设计时考虑;大跨、水平长悬臂结构7度0.15g、8、9度抗震设计时考虑,且ψW=0.2)(γG=1.2,γEh=1.3,γEv=0.5,γW=1.4)重力荷载+水平地震+竖向地震+风载S=γGSGE+γEhSEhk +γEvSEvk+ψWγWSWK=1.2×SGE+1.3×SEhk +0.5×SEvk+0.2×1.4SWK可能6:新高规5.6.4(γG=1.2,γEh=1.3,γEv=0.5)重力荷载+水平地震作用+竖向地震作用S=γGSGE+γEhSEhk +γEvSEvk=1.2×SGE+1.3×SEhk +0.5×SEvk可能6:新抗规5.4.1(γG=1.2,γEh=1.3,γEv=0.5)重力荷载+水平地震作用+竖向地震作用S=γGSGE+γEhSEhk +γEvSEvk=1.2×SGE+1.3×SEhk +0.5×SEvkS=γGSGE+γEhSEhk +γEvSEvk=1.2×SGE+0.5×SEhk +1.3×SEvk可能7:新抗规5.4.1重力荷载+水平地震+竖向地震+风载S=γGSGE+γEhSEhk +γEvSEvk+ψWγWSWK=1.2×SGE+1.3×SEhk +0.5×SEvk+0.2×1.4SWKS=γGSGE+γEhSEhk +γEvSEvk+ψWγWSWK=1.2×SGE+0.5×SEhk +1.3×SEvk+0.2×1.4SWK可能7:新高规5.6.4重力荷载+水平地震+竖向地震+风载S=γGSGE+γEhSEhk +γEvSEvk+ψWγWSWK=1.2×SGE+1.3×SEhk +0.5×SEvk+0.2×1.4SWK特别的:水平长悬臂结构和大跨度结构,7度0.15g、8度、9度抗震设计时需要同时考虑下面组合!S=γGSGE+γEhSEhk +γEvSEvk+ψWγWSWK=1.2×SGE+0.5×SEhk +1.3×SEvk+0.2×1.4SWK注:(1)进行承载力计算时,各分项系数按上述说明取值;但当重力荷载效应对结构构件有利时,γG≤1.0。
扣件式钢管脚手架外架荷载计算与设计指标一、荷载与荷载效应组合1、永久荷载作用于脚手架的恒载分为脚手架结构自重和构、配件自重。
(1)、脚手架结构自重包括立杆、纵向水平杆、横向水平杆、剪刀撑、横向斜撑和扣件等的自重。
参照国家规范的要求,一个柱距范围内每米高的单、双排脚手架的结构自重按下列公式计算:a 、单排架的立柱,纵向、横向水平杆及扣件重S G :h g h l g g h l G S /])(2)2.2[(21+++++= (1.1)b 、双排架的立柱,纵向、横向水平杆及扣件重D G :h g h l g g h l G D /]5.6/)(2[2]2.2)(2[21+++++= (1.2)c 、剪刀撑的杆件及扣件重B G :)/()6cos 5.6/2cos /2(32b b b b B L H l g g H g H G +⨯+⨯=αα (1.3)式中l —— 脚手架的柱距(纵距)(m ); h —— 脚手架的步距(m );g —— 钢管单位长度自重(m kN /);1g —— 1个直角扣件自重(kN ); 2g —— 1个对接扣件自重(kN ); 3g —— 1个旋转扣件自重(kN ); b H —— 剪刀撑的竖向尺寸(m ); b L —— 剪刀撑的横向尺寸(m ); α—— 剪刀撑斜杆的倾角。
表1.1 钢管及扣件自重考虑到计算的方便性,对于双排脚手架的自重可以参照规范附录表A ,根据步距、纵距计算扣件式钢管脚手架每米立杆承受的结构自重标准值,而不必再分别计算每个构件的自重再进行叠加。
(2)、构配件自重包括脚手板、栏杆、挡脚板、安全网等防护设施的自重。
表1.2 脚手板自重标准值表1.3 栏杆、挡脚板自重标准值脚手架上吊挂的安全设施(安全网、苇席、竹笆及帆布等)的荷载应按实际情况采用。
2、可变荷载可变荷载可分为施工荷载和风荷载。
(1)、施工荷载包括作业层上的人员、器具和材料的自重。
第三章荷载及荷载效应组合
一、结构上的荷载分类
1.按随时间的变异分类:
永久荷载—在设计基准期内其量值不随时间变化,或其变化与平均值相比可以忽略不计的作用。
可变荷载—在设计基准期内其量值随时间变化,且其变化与平均值相比不可忽略的作用。
偶然荷载—在设计基准期内出现或不一定出现,而一旦出现其量值很大且持续时间很短的作用。
2.按随空间位置的变异分类
固定荷载—在结构空间位置上具有固定分布的作用。
可动荷载—在结构空间位置上的一定范围内可以任意分布的作用。
3.按结构的反应分类
静态荷载—使结构产生的加速度可忽略不计的作用。
动态荷载—使结构产生的加速度不可忽略的作用。
•《荷载规范》
• 3.1.1结构上的荷载可分为下列三类:
• 1 永久荷载,例如结构自重、土压力、预应力等。
• 2 可变荷载,例如楼面活荷载、屋面活荷载和积灰荷载、吊车荷载、风荷载、雪荷载等。
• 3 偶然荷载,例如爆炸力、撞击力等。
•二、荷载代表值
•建筑结构设计时,对不同荷载应采用不同的设计值。
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。
•《荷载规范》
• 3.1.2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。
• 2.1.4荷载代表值representative values of a load
•设计中用以验算极限状态所采用的荷载量值,例如标准值、组合值、频遇值和准永久值。
•
• 2.1.6标准值characteristic value/nominal value
•
•荷载的基本代表值,为设计基准期内最大荷载统计分布的特征值(例如均值、众值、中值或某个分位值)。
• 2.1.7组合值combination value
•对可变荷载,使组合后的荷载效应在设计基准期内的超越概率,能与该荷载单独出现时的相应概率趋于一致的荷载值;或使组合后的结构具有统一规定的可靠指标的荷载值。
• 2.1.8频遇值frequent value
•对可变荷载,在设计基准期内,其超越的总时间为规定的较小比率或超越频率为规定频率的荷载值。
• 2.1.9 准永久值quasi-permanent value
•对可变荷载,在设计基准期内,其超越的总时间约为设计基准期一半的荷载值。
• 2.1.10荷载设计值design value of a load
•荷载代表值与荷载分项系数的乘积。
•三、荷载代表值的取用
•永久荷载标准值
•按《荷载规范》附录A
附录A 常用材料和构件的自重
•可变荷载标准值取用•按荷载规范各章节取用
•如:
•偶然荷载
•按相关规定取用,地震荷载按《抗震规范》
•四、荷载效应组合值
•《荷载规范》
• 3.2.2对于承载能力极限状态,应按荷载效应的基本组合或偶然组合进行荷载(效应)组合,并应采用下列设计表达式进行设计
•
•γ0 S≤R
• 3.2.7对于正常使用极限状态,应根据不同的设计要求,采用荷载的标准组合、频遇组合或准永久组合,并应按下列设计表达式进行设计:
•S≤C
• 2.1.11 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。
• 2.1.12 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。
•S——荷载效应组合的设计值;
•R——结构构件抗力的设计值,应按各有关建筑结构设计规范的规定确定。
• C——结构或结构构件达到正常使用要求的规定限值,例如变形、裂缝、振幅、加速度、应力等的限值,应按各有关建筑结构设计规范的规定采用
•荷载效应组合设计值
• 2.1.13 基本组合 fundamental combination
•承载能力极限状态计算时,永久作用和可变作用的组合。
• 2.1.14 偶然组合 accidental combination
•承载能力极限状态计算时,永久作用、可变作用和一个偶然作用的组合。
• 2.1.15 标准组合 characteristic/nominal combination
•正常使用极限状态计算时,采用标准值或组合值为荷载代表值的组合。
• 2.1.16 频遇组合 frequent combinations
•正常使用极限状态计算时,对可变荷载采用频遇值或准永久值为荷载代表值的组合。
• 2.1.17 准永久组合 quasi-permanent combinations
•正常使用极限状态计算时,对可变荷载采用准永久值为荷载代表值的组合。
•基本组合
• 3.2.3 对于基本组合,荷载效应组合的设计值S应从下列组合值中取最不利值确定:•1)由可变荷载效应控制的组合:
• (3.2.3-1)•式中γG——永久荷载的分项系数,应按第3.2.5条采用;
•γQi——第i个可变荷载的分项系数,其中γQ1为可变荷载Q1的分项系数,应按第条采用;
•SGK——按永久荷载标准值Gk计算的荷载效应值;
•SQik——按可变荷载标准值Qik计算的荷载效应值,其中SQ1k为诸可变荷载效应中起控制作用者;
•Ψci——可变荷载Qi的组合值系数,应分别按各章的规定采用;
•n——参与组合的可变荷载数。
•2)由永久荷载效应控制的组合:
•(3.2.3-2)
•注:1 基本组合中的设计值仅适用于荷载与荷载效应为线性的情况。
• 2 当对SQ1K无法明显判断时,轮次以各可变荷载效应为SQ1K,选其中最不利的荷载效应组合。
• 3.2.5 基本组合的荷载分项系数,应按下列规定采用:
• 1 永久荷载的分项系数:
•1)当其效应对结构不利时
•一对由可变荷载效应控制的组合,应取;
•一对由永久荷载效应控制的组合,应取;
•2)当其效应对结构有利时的组合,应取。
• 2 可变荷载的分项系数:
•一一般情况下取;
•一对标准值大于4kN/m2的工业房屋楼面结构的活荷载取。
• 3 对结构的倾覆、滑移或漂浮验算,荷载的分项系数应按有关的结构设计规范的规定采用。
•标准组合
• 3.2.8 对于标准组合,荷载效应组合的设计值S应按下式采用:
•(3.2.8)
•注:组合中的设计值仅适用于荷载与荷载效应为线性的情况。
•频遇组合
• 3.2.9 对于频遇组合,荷载效应组合的设计值S应按下式采用:
•(3.2.9)
•
•式中Ψf1——可变荷载Q1的频遇值系数,应按各章的规定采用;
•Ψqi——可变荷载Qi的准永久值系数,应按各章的规定采用。
•注:组合中的设计值仅适用于荷载与荷载效应为线性的情况。
•准永久组合
• 3.2.10 对于准永久组合,荷载效应组合的设计值S可按下式采用:
•(3.2.10)•注:组合中的设计值仅适用于荷载与荷载效应为线性的情况。