第四節荷載效應組合
設計時應按恒載、活載、風載及等效地震荷載分別計算內力,然後進行荷載效應組合。為此,應先確定構件設計的控製截麵及控製截麵上的最不利內力,並以此作為配筋設計的依據。顯然,最不利內力組合是與豎向活荷載的布置方式密切相關的。應先予考慮。
一、豎向活荷載的布置
恒載是一種長期作用的滿布荷載,豎向活荷載則是一種短期作用的可變荷載。考慮最不利內力組合時,活荷載的布置方式可有下述幾種。
1.逐跨施荷法
令樓麵活荷載單獨作用於各跨,進行內力計算。該法計算簡單、清楚,但手算繁瑣,多用於電算中。
2.最不利荷載位置法
先確定幾個控製截麵,布置活荷載。同連續梁、板的荷載布置,工作量較小,可用於手算。
3.滿布荷載法
活載布滿全部框架梁上。支座處與最不利荷載位置法接近;跨中明顯偏低,其值應乘以1.1-1.2。當樓麵活荷載標準值不超過5.OkN/m2時,精度滿足工程要求。對於活載很大的書庫或倉庫等結構,必須考慮活載的不利組合。
二、構件的控製截麵及最不利內力類型
控製截麵是內力最大或內力不利組合的截麵。一個構件可有若千個控製截麵。
1.框架橫梁的控製截麵
對於框架橫梁,通常選擇兩個支座截麵及跨中截麵作為控製截麵。支座截麵處有最大負彎矩和最大剪力,在水平荷載作用下可能出現JE彎矩。最不利內力組合支座截麵配筋計算時,應取梁端部支座邊緣的截麵內力,而不應是軸線處內力,因而應加以換算,方法同連續主梁彈性方法。
2.框架柱的控製截麵對於框架柱,通常選擇兩個端截麵。該截麵中彎矩最大。軸力和剪力在同層中變化不大。
柱在大偏壓情況下,M愈大愈不利;小偏壓情況下,愈大愈不利。有時2V並不是最大,但相應比較大時,配筋也較多。
三、塑性調幅
框架結構設計中,允許梁端出現塑性鉸。為減少支座配筋,降低支座彎矩,在支座截麵進行塑性調幅。
對於現澆框架,支座彎矩的調幅係數采用0.8-0.9。
對於裝配整體式框架,支座彎矩的調幅係數取0.6-0.8。由於鋼筋焊接或接縫不嚴,節點易產生變形,梁端彎矩比按彈性計算的結果減小。
支座彎矩減小後,必須相應加大跨中彎矩設計值,以防支座出現塑性鉸後,導致跨中截麵承載力不足。該要求與連續梁相同。通常跨中彎矩乘以1.1-1.2的調整係數。
四、內力組合
按上述荷載布置分別計算結構內力,對豎向荷載作用下的內力進行調整,進行內力組合。不同的組合類型,分項係數不同。內力設計值。⑤、⑥欄為內力組合結果。每截麵有幾組內力,取其最大的正彎矩和負彎矩進行配筋計算。用最大剪力進行斜截麵承載力驗算。
二層柱的控製截麵為3、4柱端。分層法計算時,由二層及三層內力相加得到。①、②、③、④為單項荷載作用下的內力,括號內數值同梁。③為上層豎向活荷載傳來的軸力,可參加組合,亦可不參加。⑤、⑥為內力組合項,取三種情況:所得數值與上述情況重合,就不再重複組合了。
由組合結果看,每截麵可有若幹組內力,取最不利內力計算截麵配筋。
第五節框架結構抗震驗算
一、抗震設防要求
關於抗震設防要求,近年來總的設計思想是:在建築使用壽命期間,對不同頻率和強度的地震,要求建築具有不同的抵抗能力。《建築抗震設計規範》(GBJ11-89)提出了抗震設防的三個水準要求和兩階段設計法。
(一)三個水準要求
第一水準:當遭受到低於本地區設防烈度的多遇地震影響,亦稱“小震”影響時,建築物一般不受損壞或不需修理仍可繼續使用。
第二水準:當遭受到本地區設防烈度的地震影響時,建築物可能損壞,經一般修理或不經修理仍可繼續使用。
第三水準:當遭受高於本地區設防烈度的預估的罕遇地震影響,亦稱“大震”影響時,建築物不致倒塌或發生危及生命的嚴重破壞。
(二)兩階段設計法
第一階段設計:按多遇地震作用效應和其它荷載效應的基本組合驗算構件截麵抗震承載能力及結構的彈性.變形。以滿足水準一、二的要求。
第二階段設計:在罕遇地震作用下驗算結構的彈塑性變形。以滿足水準三的設防目的。
對大多數的結構,可隻進行第一階段設計,而通過概念設計和抗震構造措施來滿足第三水準的設計要求。
(三)大震和小震從概率意義上講,小震應是發生震度最大的地震,小震烈度宜采用眾值烈度,故亦稱多遇地震。大震應是發生頻度極小的地震,即為罕遇的小概率事件。大震烈度比基本烈度高一度左右。其烈度概率密度函數。圖中縱坐標為地震烈度概率密度分布函數;橫坐標為地震烈度。為眾值烈度,由各地震區在設計基準期內統計確定,如北京地區6.19度。
二、結構抗震變形驗算
結構變形驗算,第一階段設計需進行多遇地震作用下結構的彈性變形驗算;第二階段設計則為罕遇地震作用下結構的彈塑性變形驗算。下麵分別介紹這兩種計算方法。
(一)多遇地震作用下結構的彈性位移驗算為避免框架和框架抗震牆結構於多遇地震作用下非結構構件的過於嚴重的破壞,減少震後修複費用,應按下式進行層間彈性位移驗算。
(二)罕遇地震作用下結構的彈性位移驗算