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建筑荷载组合规则与内力优化方案

时间:2023-06-26 理论教育 版权反馈
【摘要】:图4.40柱控制截面2.荷载组合原则建筑结构荷载规范规定,荷载效应基本组合的效应设计值Sd应从下列组合值中取最不利值确定。当按某一组内力计算时,柱内钢筋用量最多,则该组内力即为不利的内力组合。图4.41钢筋混凝土排架内力由排架上永久荷载、活荷载和吊车荷载产生的柱脚最大弯矩设计值MA。

建筑荷载组合规则与内力优化方案

所谓内力组合,就是将排架柱在各单项荷载作用下的内力,按照它们在使用过程中同时出现的可能性,求出在某些荷载共同作用下,柱控制截面可能产生的最不利内力,作为柱和基础配筋计算的依据。

1.控制截面

控制截面是指对截面配筋起控制作用的截面。从排架内力分析中可知,排架柱内力沿柱高各个截面都不相同,故不可能(也没有必要)计算所有的截面,而是选择几个对柱内配筋起控制作用的截面进行计算。对单阶柱,为便于施工,整个上柱截面配筋相同,整个下柱截面的配筋也相同。

对上柱来说,上柱柱底弯矩和轴力最大,是控制截面,记为Ⅰ—Ⅰ截面,如图4.40所示。对下柱来说,下柱牛腿顶截面处在吊车荷载作用下弯矩最大,下柱底截面在吊车横向水平荷载和风荷载作用下弯矩最大,此两截面是下柱的控制截面,分别记为Ⅱ—Ⅱ截面和Ⅲ—Ⅲ截面,如图4.40所示。同时,柱下基础设计也需要Ⅲ—Ⅲ截面的内力值。

图4.40 柱控制截面

2.荷载组合原则

建筑结构荷载规范规定,荷载效应基本组合的效应设计值Sd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:

(2)由永久荷载效应控制的组合:

式中:为按第j个永久荷载标准值Gjk计算的荷载效应值;SQik为按第i 个可变荷载标准值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;γQi为第i个可变荷载的分项系数,其中γQ1为主导可变荷载Q1的分项系数,按规范选用;γLi为第i个可变荷载考虑设计使用年限的调整系数,其中γL1为主导可变荷载Q1考虑设计使用年限的调整系数;ψci为第i个可变荷载的组合值系数。

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;计算地基承载力时,应采用荷载效应的标准组合。

3.内力组合

排架柱为偏心受压构件,各个截面都有弯矩、轴向力和剪力存在,它们的大小是设计柱的依据,同时也影响基础设计。

柱的配筋是根据控制截面最不利内力组合计算的。当按某一组内力计算时,柱内钢筋用量最多,则该组内力即为不利的内力组合。

由偏心受压构件计算可知:大偏心受压情况下,当M不变,N愈小,或当N不变,M愈大时,钢筋用量愈多;小偏心受压时,当M不变,N愈大,或当N不变,M愈大时,钢筋用量愈多。因此,一般情况下可按下述4个项目进行组合:①+Mmax与相应的N,V组合;②-Mmax与相应的N,V组合;③Nmax与相应的M,V组合;④Nmin与相应的M,V组合。

4.内力组合注意事项

(1)永久荷载在任何情况下都参加组合。

(2)吊车竖向荷载Dmax和Dmin在同一跨内并存。Dmax(Dmin)可能作用在左柱,也可能作用在右柱,只取一种情况参加组合。

(3)吊车横向水平荷载Tmax同时作用在两侧柱上,方向可向左,也可向右,只取一种情况参加组合。(www.xing528.com)

(4)同一跨间有Tmax时必有Dmax(Dmin),因此,选择Tmax参加组合的同时必然有Dmax(Dmin)。反之,有Dmax(Dmin)时不一定有Tmax。有Tmax时方向可左可右,因此,选择Dmax(Dmin)参加组合时应考虑Tmax

(5)风荷载有向左和向右两种情况,只取其一参加组合。

【例4.4】 一钢筋混凝土排架,由于三种荷载(不包括柱自重)使排架柱柱脚A处产生三个柱脚弯矩标准值,柱顶处屋架上永久荷载的偏心反力产生的MAgk=50kN·m,柱顶处屋架上活荷载的偏心反力产生的MAqk=30kN·m,柱中部吊车梁上A5级软钩吊车荷载的偏心反力产生的MAck=60kN·m,如图4.41(c)所示,风荷载作用下产生的柱脚弯矩标准值MAwk=65kN·m,如图4.41(d)所示。试求:

(1)由排架上永久荷载、活荷载和吊车荷载产生的柱脚最大弯矩设计值M。

(2)若还需考虑风荷载作用下产生的柱脚弯矩,由排架上永久荷载和三种可变荷载确定的柱脚最大弯矩设计值M。

图4.41 钢筋混凝土排架内力

【解】 (1)由排架上永久荷载、活荷载和吊车荷载产生的柱脚最大弯矩设计值MA

屋面活荷载及吊车荷载的组合值系数均是ψ=0.7。

①当由屋面活荷载效应控制的组合时:

MA=1.2×50+1.4×1.0×30+1.4×1.0×0.7×60=160.8(kN·m)

②当由吊车荷载效应控制的组合时:

MA=1.2×50+1.4×1.0×60+1.4×1.0×0.7×30=173.4(kN·m)>160.8(kN·m)

显然,本题是吊车荷载效应控制的组合产生最大柱脚弯矩设计值。

(2)由排架上永久荷载和三种可变荷载确定的柱脚最大弯矩设计值MA

①当由屋面活荷载效应控制的组合时(风荷载的组合系数ψw=0.6):

MA=1.2×50+1.4×1.0×30+1.4×1.0×0.7×60+1.4×1.0×0.6×65=215.4(kN·m)

②当由吊车荷载效应控制的组合时:

MA=1.2×50+1.4×1.0×60+1.4×1.0×0.7×30+1.4×1.0×0.6×65=228.0(kN·m)

③当属风荷载效应控制的组合时:

MA=1.2×50+1.4×1.0×65+1.4×1.0×0.7×30+1.4×1.0×0.7×60=239.2(kN·m)

比较上述三种组合的计算结果,可知风荷载效应控制的组合产生的柱脚弯矩设计值最大,为239.2kN·m。

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