结构分析方法荷载及其组合ppt课件

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1、.,1,第14讲 荷载及其组合、结构分析方法,荷载及其组合（多、高层） 结构分析方法（多、高层）,考虑几方面内容？,荷载,荷载组合,计算模型,内力计算方法,.,2,国家级精品课程钢结构设计,竖向荷载 永久荷载（房屋及设备自重） 可变荷载（屋面活荷载或楼面活荷载、雪荷载、积灰荷载、 竖向地震作用等）,一般应考虑活荷载的不利分布； 考虑地震作用组合计算竖向荷载作用下构件的效应时，对楼(屋)面活荷载可不作最不利布置工况的选择，可按各跨满载进行简化计算。 设计楼面梁、墙、柱及基础时，楼面活荷载可按GB50009折减。 多层工业房屋设有吊车时，吊车竖向荷载与水平荷载应按GB50009。,第14讲 荷载及

2、其组合、结构分析方法,.,3,国家级精品课程钢结构设计,风荷载 计算主要承重结构和抗侧力构件时，垂直作用于建筑物表面上的风荷载标准值：,高度z处的风振系数（z）: 对于基本自振周期 大于0.25s的房屋及高度大于30m且高宽比大于1.5的房屋，应考虑风振系数，否则 取1.0； 风荷载体型系数（s）: 按GB 50009规定采用； 风压高度变化系数（z）: 与地面粗糙度有关，按GB 50009规定采用； 基本风压（w0）： 一般多层房屋按50年重现期采用，对于特别重要或对风荷载比较敏感的多层建筑可按100年重现期采用（对风荷载比较敏感的结构，基本风压应予以适当提高，对重要建筑可以采用1.1的增大

3、系数）,第14讲 荷载及其组合、结构分析方法,.,4,国家级精品课程钢结构设计,地震作用 地震作用应按建筑抗震设计规范GB 50011计算； 抗震设计进行多遇地震及罕遇地震作用两个阶段的计算； 多遇地震：50年超越概率为63.2% 罕遇地震：50年超越概率为2% 3% 通常考虑结构的两个主轴方向的水平地震作用； 对于多层房屋钢结构，进行多遇地震分析时，阻尼比可取0.035；进行罕遇地震分析时，阻尼比可取0.05。,第14讲 荷载及其组合、结构分析方法,.,5,国家级精品课程钢结构设计,荷载组合 ,1. 承载能力极限状态设计 不考虑地震作用效应的组合表达式：表4-1 考虑地震作用效应的组合表达式

4、 ： 表4-2 2. 正常使用极限状态设计 不考虑地震作用效应的组合表达式：表4-3 考虑地震作用效应的组合表达式 ： 表4-4,第14讲 荷载及其组合、结构分析方法,.,6,第14讲 荷载及其组合（多层）,国家级精品课程钢结构设计,荷载组合,.,7,国家级精品课程钢结构设计,荷载组合,第14讲 荷载及其组合、结构分析方法,.,8,国家级精品课程钢结构设计,荷载组合,第14讲 荷载及其组合、结构分析方法,.,9,国家级精品课程钢结构设计,竖向荷载,高层房屋钢结构中，活荷载值与永久荷载值相差不大，在计算楼面及屋面活 荷载的作用时，可不考虑活荷载的最不利分布，而按各跨满载简化计算。但当 活荷载较大

5、时，跨中弯矩计算值乘以1.11.2，梁端弯矩值乘以1.051.1。 高层钢结构对未作具体规定的屋面或楼面活荷载，应根据高层民用建筑钢结 构技术规程以及其他规定采用。 当计算侧向水平荷载与竖向荷载共同作用下结构产生的内力时，竖向荷载应 GB50009的规定折减，但在抗震计算时另行考虑。 施工中采用附墙塔、爬塔等施工设备时，应根据具体情况确定施工荷载，并进 行施工阶段验算。 旋转餐厅轨道和驱动设备的自重应按实际情况确定。 擦窗机等清洗设备应按实际情况确定其自重和作用位置。,第14讲 荷载及其组合、结构分析方法,.,10,第14讲 荷载及其组合（高层）,国家级精品课程钢结构设计,风荷载,基本风压 对

6、于特别重要或对风荷载比较敏感的高层房屋，一般情况下为房屋高度大于60m的高层房屋，其基本风压应按100年重现期的风压值采用。 风荷载体型系数 单个高层房屋的风荷载体型系数可按特殊规定采用，但对于特别重要或不规则的单个高层房屋，其风荷载体型系数应由风洞试验确定。 风振系数 单个高层房屋的在z高度处的顺风向风振系数考虑风压脉动的影响。,.,11,国家级精品课程钢结构设计,地震作用,采用第一阶段设计时，地震作用应考虑下列原则： 一般应在结构的两个主轴方向分别计入水平地震作用，各方向的水平地震作用应 全部由该方向的抗侧力构件承担； 当有斜交抗侧力构件时，宜分别计入各抗侧力构件方向的水平地震作用； 质量

7、和刚度明显不均匀、不对称的结构，应计入水平地震作用的扭转影响； 按9度抗震设防的高层建筑钢结构，或者按8度和9度抗震设防的大跨度和长悬臂 构件，应计入竖向地震作用； 对按8度及以上抗震设防、平面特别不规则的高层钢结构房屋，宜按双向水平地 震同时作用进行抗震计算。,第14讲 荷载及其组合、结构分析方法,.,12,国家级精品课程钢结构设计,荷载组合,1. 承载能力极限状态设计 不考虑地震作用效应的组合表达式：表5-6 考虑地震作用效应的组合表达式 ： 表5-7 2. 正常使用极限状态设计 不考虑地震作用效应的组合表达式：表5-8 考虑地震作用效应的组合表达式 ： 表5-9,第14讲 荷载及其组合、

8、结构分析方法,.,13,国家级精品课程钢结构设计,荷载组合,第14讲 荷载及其组合、结构分析方法,.,14,国家级精品课程钢结构设计,荷载组合,第14讲 荷载及其组合、结构分析方法,.,15,第14讲 荷载及其组合（高层）,国家级精品课程钢结构设计,荷载组合,.,16,国家级精品课程钢结构设计,荷载组合,第14讲 荷载及其组合、结构分析方法,.,17,国家级精品课程钢结构设计,结构分析原则,应根据其抗侧力体系的类型分别按不同方法进行计算。 纯框架体系的内力分析可采用一阶弹性分析。 对框架-支撑体系，计算前应判断其支撑体系属于强支撑体系还是弱支撑 体系 。 当满足下式宜可采用二阶弹性分析，即分析

9、时考虑P-效应。,：所计算楼层各柱轴压力设计值之和； ：所计算楼层及以上各层的水平力设计值之和； ：所计算楼层的高度； ：层间相对位移的容许值。,h,第14讲 荷载及其组合、结构分析方法,.,18,国家级精品课程钢结构设计,结构分析原则 (续),楼板：采取能保证楼面整体刚度的构造措施后，可假定楼板在其自身平面内为绝对刚性。 计算模型：多层框架的计算模型应视具体结构形式和计算内容确定。平面布置较规则、质量和刚度沿高度分布均匀、不计扭转效应时，可采用平面结构计算模型；当不符合平面结构假定时，宜采用空间计算模型。 计算方法：有限元法，近似实用计算方法（平面计算模型） 多层钢结构在进行内力和位移计算时

10、，应考虑梁、柱的弯曲变形和剪切变形，可不考虑轴向变形； 宜考虑框架梁柱节点域的剪切变形对内力和位移的影响； 楼面采用压型钢板组合楼板或钢筋混凝土楼板并与钢梁有可靠连接时，在框架弹性分析中，梁截面特性中应计入楼板的协同作用 。在弹塑性阶段，因混凝土可能已经开裂，不再考虑协同作用。,第14讲 荷载及其组合、结构分析方法,.,19,第14讲 结构分析方法（多层）,国家级精品课程钢结构设计,框架结构近似实用分析方法 ,1. 竖向荷载作用下的近似计算,分层法计算弯矩和剪力 由于竖向荷载的作用下的框架的侧移很小，只对受荷的构件和与之相连的构件影响较大，为了简化计算，采用如下假定： 1) 在竖向荷载作用下，

11、框架的侧移忽略不计； 2) 每层梁上的荷载对其他各层的梁以及非相邻层的柱的影响忽略不计。 分层法适用条件 节点梁、柱线刚度比不小于3、结构与竖向荷载沿高度分布比较均匀的多、高层框架的内力计算,用弯矩分配法对分解后的无侧移刚架分别进行计算。 底层柱基础处：传递系数为1/2； 非底层的柱：传递系数取1/3（线刚度乘0.9）,.,20,国家级精品课程钢结构设计,框架结构近似实用分析方法 ,1. 竖向荷载作用下的近似计算,弯矩二次分配法计算弯矩和剪力 弯矩二次分配法是弯矩分配法的一种简化方法； 将各节点的不平衡弯矩同时分配和传递，并以二次分配为限； 忽略竖向荷载作用下产生的侧向位移，适于少层少跨框架。

12、,轴力的计算 首先将各楼层的竖向总荷载按楼面面积平均为楼面均布荷载； 然后近似按各个柱分担的楼面荷载面积，计算框架各柱在竖向荷载作用产生的轴力 。,第14讲 荷载及其组合、结构分析方法,.,21,第14讲结构分析方法（多层）,国家级精品课程钢结构设计,框架结构的近似实用分析方法,2. 水平荷载作用下的近似计算,弯矩和剪力的计算 风荷载和地震作用可简化为作用在框架节点上的水平集中力。 框架在水平集中力的作用下，由于无节间荷载，梁柱的弯矩图都是直线形，都 有一个反弯点。 求出各柱反弯点的位置后得剪力，则各梁、柱的内力均可求。 当梁与柱的线刚度之比大于3时，采用反弯点法计算内力可获得较好的精度。 梁

13、与柱的线刚度之比不满足上述条件，且上下横梁的线刚度及层高变化较大 时，反弯点法的计算结果误差较大。此时可采用改进的反弯点法（D值法）。,.,22,国家级精品课程钢结构设计,框架-支撑结构的近似实用分析方法,竖向荷载作用下的近似计算 忽略竖向荷载作用下支撑对于框架内力的影响 采用分层法计算框架-支撑结构在竖向荷载作用下的内力 水平荷载作用下的近似计算 将所有的框架合并成总框架，将所有的支撑合并为总支撑； 并在各楼层用水平刚性铰接链杆将总框架和总支撑连接起来，进行协 同工作分析； 总支撑可当作一根弯曲杆件。,第14讲 荷载及其组合、结构分析方法,.,23,第14讲 结构分析方法（多层）,国家级精品

14、课程钢结构设计,框架-支撑结构的近似实用分析方法, 折减系数，对中心支撑可取0.80.9； 第j榀竖向支撑第i根柱的截面面积； 第i根柱至第j榀竖向支撑架的形心轴的距离； n 每一榀竖向支撑的柱子数； m 水平荷载作用方向竖向支撑的榀数。,总支撑等效惯性矩：,.,24,国家级精品课程钢结构设计,结构分析的规定,与多层房屋钢结构的规定基本相同，强调以下几项规定： 内力与位移一般采用弹性方法计算。对有抗震设防要求的结构， 除进行地震作用下的弹性效应计算外，还应考虑罕遇地震作用下 结构可能进入弹塑性状态，采用弹塑性方法进行分析。 内力和位移的计算，不仅应考虑梁和柱的弯曲变形和剪切变形， 还应考虑轴向

15、变形。 应考虑梁柱连接节点域的剪切变形对内力和位移的影响。 一般情况下，柱间支撑构件可按两端铰接考虑，偏心支撑中的耗 能梁段应取为单独单元。,第14讲 荷载及其组合、结构分析方法,.,25,国家级精品课程钢结构设计,计算模型,高层房屋钢结构分析通常采用空间结构计算模型，并视需要采用 空间结构-刚性楼面计算模型或空间结构-弹性楼面计算模型。 对于结构布置规则、质量及刚度沿高度分布均匀、可以忽略扭转 效应的结构，可采用平面结构计算模型。,框架、框架-支撑（剪力墙）结构计算同多层。 平面为矩形或其他规则形状的框筒结构，可采用等效角柱法、展 开平面框架法或等效截面法，转化为平面框架进行近似计算。,计算方法,第14讲 荷载及其组合、结构分析方法,.,26,小结： 荷载及其组合（多、高层） 结构分析方法（多、高层） 框架结构 框架-支撑结构,第14讲 荷载及其组合、结构分析方法,