根據(jù)抗震設(shè)計規(guī)范,進行結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計時,結(jié)構(gòu)構(gòu)件的地震作用效應(yīng)和其他荷載效應(yīng)組合的設(shè)計值,應(yīng)按照下式進行:
這個公式涉及許多參數(shù),看起來比較抽象,尤其是工程計算軟件的普及,已經(jīng)讓工程師忘記在工程設(shè)計中應(yīng)該如何選擇其中合理的參數(shù)數(shù)值,以及選擇的依據(jù)。今天我們就來剖析一下這個公式的意義。 01 S為荷載效應(yīng)的組合值 首先,理解什么是荷載效應(yīng)。我們在計算中,通常要驗算結(jié)構(gòu)的內(nèi)力和變形,內(nèi)力和變形就是所謂的荷載效應(yīng)。 02 γ_G為重力荷載分項系數(shù) 根據(jù)抗震條文規(guī)定,此分項系數(shù)一般情況下采用1.2,當重力荷載效應(yīng)對構(gòu)件承載力有利時,可采用1.0。 首先,我們要明確什么是荷載的分項系數(shù)。 荷載的分項系數(shù),是反映荷載的不確定性并與結(jié)構(gòu)可靠度概念相關(guān)聯(lián)的一個系數(shù)。我們知道,荷載的標準值,是指在結(jié)構(gòu)的 設(shè)計基準期內(nèi),滿足一定概率的情況下,在正常情況下可能出現(xiàn)的最大荷載值。 考慮到實際工程中,實際荷載還是有可能超過統(tǒng)計的標準值情況,所以需要對標準值 乘以一個分項系數(shù),荷載的標準值與分項系數(shù)的乘積,即為荷載的設(shè)計值。荷載的不確定性越大,分項系數(shù)的取值越大,因此活荷載的分項系數(shù)要大于重力荷載的分 項系數(shù)。 第二,荷載總是會對結(jié)構(gòu)產(chǎn)生內(nèi)力,因此荷載給人的直覺應(yīng)該總是不利的,為何規(guī)范中還規(guī)定“當重力荷載效應(yīng)對構(gòu)件承載力有利時,重力荷載分項系數(shù)可采用1.0”?下面舉個例子就理解了。 框架結(jié)構(gòu)在水平荷載作用下的彎矩圖,如下圖所示。
框架結(jié)構(gòu)在豎向重力荷載作用下,梁的彎矩圖如下圖所示。
如果我們現(xiàn)在需要組合的荷載效應(yīng)是梁端彎矩,注意到梁左端,重力荷載作用下的梁左端彎矩為負彎矩,與水平荷載作用下的梁左端彎矩符號正好相反,組合的效果會導(dǎo)致梁左端彎矩降低,因此,對于這樣的受力情況,重力荷載效應(yīng)對構(gòu)件承載力有利。 03 γ_EH,γ_EV,分別為水平、豎向地震作用分項系數(shù)。 按下表取值。
此處水平地震作用的分項系數(shù),根據(jù)《建筑結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計統(tǒng)一標準》中的方法,將眾值烈度下的地震作用視為可變作用而不是偶然作用,確定取值為1.3,豎向地 震作用的分項系數(shù)參考水平地震作用設(shè)為1.3。 當豎向與水平同時考慮時,根據(jù)加速度峰值記錄和反應(yīng)譜的分析,二者的組合比為1:0.4,故γ_EH=1.3,γ_EV=0.4*1.3≈0.5. 04 γ_w:風荷載分項系數(shù),采用1.4。 05 G_E:重力荷載代表值 注意應(yīng)該是恒載和活載的組合值。 06 E_EH和E_EV:分別水平、豎向地震作用的標準值。 07 w_k:風荷載標準值 08 ψ_w:風荷載組合系數(shù),一般結(jié)構(gòu)可取0,高層建筑和高聳結(jié)構(gòu)可采用0.2。 首 先,需要理解組合系數(shù)的含義。荷載組合系數(shù)所考慮的因素是,對于兩種以上的可變荷載進行效應(yīng)組合時,考慮到幾種可變荷載同時達到最大值的可能性極低,因此 乘以一個組合系數(shù),對效應(yīng)進行折減。歷次地震表明,大地震發(fā)生時,似乎都是風平浪靜,因此考慮地震作用后,通常不再考慮風荷載效應(yīng),但是對于高層建筑,由 于風荷載還是一個主要的控制荷載,因此地震作用效應(yīng)的基礎(chǔ)上仍要加上20%的風荷載效應(yīng)。 09 C_G,C_Eh, C_EV,Cw, 這些分別為重力荷載、水平地震作用、豎向地震作用和風荷載的作用效應(yīng)系數(shù)。 此處只需理解作用效應(yīng)系數(shù)的含義即可,作用效應(yīng)系數(shù)可以理解為一個傳遞函數(shù),我 們知道了荷載,需要對結(jié)構(gòu)內(nèi)力或變形進行驗算,通過荷載效應(yīng)系數(shù),可以通過荷載得出所需要驗算的內(nèi)力或是變形。
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