特殊荷载的定义设计和作用分析.pptx

1。温度荷载的定义及分析。温度荷载的定义及分析F温度荷载即温度场对结构的影响，有以下几方面问题。温度荷载即温度场对结构的影响，有以下几方面问题。F温温度度的的时时效效问问题题：冬冬天天和和夏夏天天的的温温度度产产生生的的温温差差将将非非常常大大，（如如冬冬天天-20、夏夏天天+30，温温差差50），如如果果以以这这个个温温差差作作为为温温度度场场（温温度度荷荷载载），计计算算结结构构的的温温度度效效应应将将非非常常大大。由由于于这这个个温温差差产产生生是是在在一一年年的的时时间间内内发发生生，结结构构的的反反应应也也是是缓缓慢慢、变变化化的的。一一般般情情况况下下结结构构的的温温度度效效应应可可以以考考虑虑瞬间温差瞬间温差（指一天的时间内）。（指一天的时间内）。F温温度度的的环环境境问问题题：考考虑虑温温差差对对结结构构的的影影响响，要要考考虑虑结结构构的的工工作作环环境境，如如涂涂料料、内内外外装装修修、保保温温隔隔热热等等的的影影响响，要要分分别别考考虑虑施施工工阶阶段段、使使用用阶阶段段的的结结构构反反应应。如如果果只只考考虑虑使使用阶段，则施工阶段应考虑相应的保证、保护措施。用阶段，则施工阶段应考虑相应的保证、保护措施。第1页/共46页F温温度度的的梯梯度度问问题题：温温度度对对构构件件的的影影响响也也不不是是均均匀匀的的。对对钢钢构构件件由由于于截截面面很很薄薄，当当温温度度变变化化时时，可可以以认认为为截截面面中中的的温温度度也也会会产产生生均均匀匀的的变变化化。但但是是对对混混凝凝土土构构件件则则不不同同，由由于于截截面面厚厚大大，表表面面温温度度很很难难达达到到里里面面，如如下下图图所所示示。此此时时可可以以认认为为温温度度向向截截面面里里面面是是逐逐渐渐衰衰减减的的。即即梯梯度度（线线性性、非线性）。非线性）。线性梯度线性梯度 曲线梯度曲线梯度 程序采用不变程序采用不变程序的做法将导致温度效应偏大较多程序的做法将导致温度效应偏大较多第2页/共46页温度变化的设计控制温度变化的设计控制F竖竖向向温温差差的的控控制制：其其对对结结构构顶顶部部的的梁梁将将引引起起较较大大的的弯弯矩矩、剪剪力力；对对结结构构底底部部的的内内外外竖竖向向构构件件会会引引起起较较大大弯弯矩矩、轴轴力力（拉拉、压压）。因因此此，（1）结结构构设设计计宜宜对对底底部部竖竖向向构构件件的的轴轴压压比比留留有有余余地地，保保证证适适合合的的配配筋筋率率；顶顶部部若若干干层层梁梁的的配配筋也要留有余地。筋也要留有余地。（2）对结构外露应做好保温隔热措施。对结构外露应做好保温隔热措施。F水水平平温温差差的的控控制制：其其对对受受到到剪剪力力墙墙约约束束的的水水平平构构件件（楼楼板板、梁梁）将将会会引引起起较较大大的的轴轴力力，反反过过来来对对剪剪力力墙墙产产生生较较大大的的剪剪力力。因因此此，（1）对对剪剪力力墙墙的的轴轴压压比比、剪剪压压比比留留有有余余地地，下下部部楼楼层层梁梁、板板考考虑虑偏偏心心受受拉拉的的配配筋筋。（2）主主动动释释放放温温差差变变形形，如如：混混凝凝土土低低温温入入模模养养护护、设设后后浇浇带带、减减少少混凝土收缩应变、改善使用环境等。混凝土收缩应变、改善使用环境等。第3页/共46页温差定义温差定义第4页/共46页节点温差定义节点温差定义第5页/共46页温度作用内力的输出温度作用内力的输出第6页/共46页温度作用的特点温度作用的特点 v高层建筑结构不仅高层建筑结构不仅平面尺寸大平面尺寸大，而且竖向的，而且竖向的高度也很大高度也很大，其竖向构件其竖向构件截面尺寸较大截面尺寸较大，温度变化温度变化和和混凝土收缩混凝土收缩不仅会不仅会产生较大的水平方向的变形和内力，而且也会产生竖向的产生较大的水平方向的变形和内力，而且也会产生竖向的变形和内力。变形和内力。v根据有关资料统计，工程实践中结构物的根据有关资料统计，工程实践中结构物的裂缝裂缝原因属于原因属于由变形作用（由变形作用（温度、收缩、不均匀沉降温度、收缩、不均匀沉降）引起的约）引起的约占占80%以上以上，属于由荷载引起的约占，属于由荷载引起的约占20%左右，可见高层左右，可见高层建筑结构设计中考虑变形作用的影响是很重要的，不容忽建筑结构设计中考虑变形作用的影响是很重要的，不容忽视。视。v高层建筑结构的温度变形与应力应该引起设计人员的重高层建筑结构的温度变形与应力应该引起设计人员的重视。视。第7页/共46页有关规定有关规定v高规高规宣讲培训材料（宣讲培训材料（P4-17）：高层钢筋混凝土结）：高层钢筋混凝土结构一般构一般不计算由于温度、收缩而产生的内力不计算由于温度、收缩而产生的内力。因为一方面。因为一方面高层建筑的高层建筑的温度场分布温度场分布和和收缩参数收缩参数等都等都难以准确确定难以准确确定；另；另一方面混凝土又不是弹性材料，它既有一方面混凝土又不是弹性材料，它既有塑性变形塑性变形，还有，还有徐徐变和应力松弛变和应力松弛，实际的，实际的内力要远小于按弹性结构的计算值内力要远小于按弹性结构的计算值。v广州白云宾馆（广州白云宾馆（33层、高层、高112m、长、长70m）的温度应力）的温度应力计算结果表明，温度计算结果表明，温度-收缩应力计算值过大，难以作为设收缩应力计算值过大，难以作为设计依据。计依据。v曾经计算过温度曾经计算过温度-收缩应力的其它建筑也遇到类似的情况。收缩应力的其它建筑也遇到类似的情况。第8页/共46页有关规定有关规定v但由于种种原因，诸如高层建筑各处的但由于种种原因，诸如高层建筑各处的温度场、混凝土温度场、混凝土收缩、徐变等随时间变化的变量因素还难以直接采用数收缩、徐变等随时间变化的变量因素还难以直接采用数值准确量化值准确量化，混凝土收缩、徐变的弹塑性特征使分析处，混凝土收缩、徐变的弹塑性特征使分析处理复杂，所以一般很难准确地计算结构的理复杂，所以一般很难准确地计算结构的温度收缩应温度收缩应力力，并且作为设计的依据。因此，并且作为设计的依据。因此，高规不要求直接计算高规不要求直接计算非荷载作用非荷载作用，而强调由，而强调由构造措施来解决构造措施来解决。v高规高规宣讲培训材料（宣讲培训材料（P4-17）：）：钢筋混凝土高层建筑结构的温度钢筋混凝土高层建筑结构的温度-收缩问题，主要由构收缩问题，主要由构造措施来解决。造措施来解决。第9页/共46页程序实现程序实现v程序提供了计算温度应力、支座沉降以及设置弹簧支座程序提供了计算温度应力、支座沉降以及设置弹簧支座的功能。的功能。v设计人员可以通过设计人员可以通过给定温差给定温差或基础或基础支座沉降支座沉降值来计算结值来计算结构的温度和基础支座沉降产生的效应。从而能较正确地构的温度和基础支座沉降产生的效应。从而能较正确地估计温度、基础支座沉降的影响，有助于设计人员采取估计温度、基础支座沉降的影响，有助于设计人员采取相应对策与措施。相应对策与措施。第10页/共46页温度应力计算情况温度应力计算情况高层建筑的温度分析可考虑下列三种情况：高层建筑的温度分析可考虑下列三种情况：v施工阶段施工阶段v当当主主体体结结构构完完成成后后，未未作作内内外外装装修修和和围围护护结结构构，结结构构处于通透状态时的温差造成的内力。处于通透状态时的温差造成的内力。v正常使用阶段正常使用阶段1v外外墙墙围围护护结结构构已已施施工工，室室内内处处于于自自然然通通风风状状态态时时的的温温差造成的内力。差造成的内力。v正常使用阶段正常使用阶段2v外外墙墙围围护护结结构构已已施施工工，室室内内空空调调恒恒温温状状态态时时的的温温差差造造成的内力。成的内力。第11页/共46页对温度作用的简化对温度作用的简化v温度变作用表现为：温度变作用表现为：v（1）构件内外表面温差造成的）构件内外表面温差造成的弯曲弯曲；v（2）构构件件内内外外表表面面温温差差的的平平均均值值比比构构件件初初始始温温度度高高（低）时造成的伸长（缩短）。（低）时造成的伸长（缩短）。v程程序序仅仅考考虑虑了了平平均均温温差差造造成成的的伸伸缩缩作作用用，而而忽忽略略了了内外表面温差造成的弯曲作用内外表面温差造成的弯曲作用。第12页/共46页最不利温差的确定最不利温差的确定v樊樊小小卿卿在在温温度度作作用用与与结结构构设设计计一一书书中中建建议议：室室外外空空气气温温度度夏夏季季取取30年年一一遇遇最最高高日日平平均均温温度度，冬冬季季取取30年一遇最低日平均温度。年一遇最低日平均温度。v使使用用阶阶段段室室内内空空气气温温度度夏夏季季取取空空调调设设计计温温度度，冬冬季季取取采暖设计温度。采暖设计温度。v初始温度取结构成型时的环境空气温度。初始温度取结构成型时的环境空气温度。第13页/共46页计算温差的确定计算温差的确定v对于对于钢结构钢结构，最不利温差和计算温差是一致的最不利温差和计算温差是一致的。v对对于于钢钢筋筋混混凝凝土土结结构构，最最不不利利温温差差与与计计算算温温差差不不同同，其其差差异异在在于于钢钢筋筋混混凝凝土土结结构构的的特特点点：收收缩缩、徐徐变变以以及裂缝及裂缝。v王铁梦在王铁梦在工程结构裂缝控制工程结构裂缝控制一书中建议：一书中建议：v(1)温度应力温度应力只按弹性计算太保守只按弹性计算太保守，造成材料浪费，造成材料浪费。v(2)由由于于结结构构遭遭受受的的年年温温差差及及收收缩缩都都是是在在相相当当长长的的时时段段变变化化中中进进行行的的，必必须须考考虑虑徐徐变变引引起起应应力力松松弛弛，从而大幅度从而大幅度降低弹性应力降低弹性应力。第14页/共46页钢筋混凝土结构的收缩影响钢筋混凝土结构的收缩影响v混混凝凝土土收收缩缩可可以以用用收收缩缩当当量量温温差差来来表表示示。收收缩缩值值换换算为当量温差，永远是负值，应力为拉应力算为当量温差，永远是负值，应力为拉应力。v收缩当量温差与最不利温差叠加计算收缩当量温差与最不利温差叠加计算。v混混凝凝土土结结构构的的降降温温与与收收缩缩同同时时考考虑虑时时，混混凝凝土土结结构构将将承承受受互互相相叠叠加加的的拉拉应应力力，作作用用效效应应增增大大。而而当当升升温温与与收收缩缩同同时时考考虑虑时时，则则两两者者作作用用效效应应会会互互相相抵抵消消，作用效应减小。作用效应减小。第15页/共46页钢筋混凝土结构的徐变影响钢筋混凝土结构的徐变影响v简简单单的的做做法法是是将将实实际际温温差差乘乘以以应应力力松松弛弛系系数数，作作为为计计算温差。算温差。v根根据据温温差差变变化化过过程程速速度度的的缓缓慢慢程程度度不不同同，应应力力松松弛弛系系数数可取值为可取值为0.30.5。v温差变化过程温差变化过程速度快速度快，应力松弛，应力松弛系数大系数大，反之则小。，反之则小。第16页/共46页2。吊车荷载的定义及分析。吊车荷载的定义及分析F带吊车结构的分析，主要是合理考虑吊车的作用问题。带吊车结构的分析，主要是合理考虑吊车的作用问题。F吊车作为吊车作为移动荷载移动荷载，分析时应考虑，分析时应考虑移动的效应移动的效应。F吊吊车车结结构构分分析析主主要要分分为为：（1）吊吊车车梁梁的的分分析析：（2）吊吊车移动对整体结构的分析。车移动对整体结构的分析。FTAT、SATWE软件是分析第（软件是分析第（2）项的内容。）项的内容。FSTS中可以分析钢吊车梁。中可以分析钢吊车梁。第17页/共46页程序分析吊车荷载的说明程序分析吊车荷载的说明F在在TAT和和SATWE的的吊吊车车荷荷载载计计算算中中，没没有有考考虑虑吊吊车车荷荷载载对对吊吊车车梁梁的的影影响响，即即没没有有按按照照影影响响线线的的方方式式考考虑虑吊吊车车梁梁，吊车梁应采用其它软件吊车梁应采用其它软件专门分析专门分析。F软软件件要要求求根根据据吊吊车车的的形形式式，如如对对各各种种轨轨道道、轮轮压压点点的的吊吊车车，给给出出最最大大轮轮压压反反力力（或或作作用用）及及最最小小轮轮压压反反力力（及及作作用用），不论该吊车运行轨道上有几部吊车，均按这个方式给出。不论该吊车运行轨道上有几部吊车，均按这个方式给出。F在在一一对对轨轨道道内内的的吊吊车车荷荷载载称称为为第第1组组吊吊车车荷荷载载（不不论论该该对对轨轨道道内内有有几几部部吊吊车车），第第二二对对吊吊车车轨轨道道则则可可以以定定义义第第2组组吊车荷载等等。吊车荷载等等。F吊车水平刹车力作用在上层的柱中间。吊车水平刹车力作用在上层的柱中间。第18页/共46页吊车结构的计算模型吊车结构的计算模型F由由于于吊吊车车荷荷载载作作用用在在吊吊车车柱柱的的牛牛腿腿上上，所所以以在在牛牛腿腿处处应应该该设设置置一一个个标标准准楼楼层层，并并且且在在沿沿吊吊车车运运行行轨轨迹迹方方向向应应定定义义框框架架梁梁，如如吊吊车车柱柱在在吊吊车车运运行行轨轨迹迹方方向向没没有有框框架架梁梁，也也应应把把吊吊车车梁梁作作为为两两端端铰铰接接梁梁输输入入，吊吊车车荷荷载载的的移移动动顺顺序序是是通通过过轨轨迹迹上上的的梁梁所所确确定定的的，这这是是吊吊车车运运行行轨轨迹迹方方向向必须布置梁的原因。必须布置梁的原因。F在在吊吊车车荷荷载载作作用用的的有有牛牛腿腿的的楼楼层层应应一一般般没没有有楼楼板板，所所以以应应考考虑虑该该层层的的节节点点为为“弹弹性性节节点点”即即不不受受刚刚性性楼楼板板假假定定的的制制约约。即即使使是是多多层层工工业业厂厂房房，在在吊吊车车柱柱的的外外边边有有楼楼板板，也也要要按按“弹弹性性楼楼板板”考考虑虑，或或者者不不考考虑虑楼楼板板的的存存在在和和作作用用，这这样样可可以以比比较较安安全全地地求求出出水水平平刹刹车车力力对对上上下下梁梁的的影影响。响。第19页/共46页F当当吊吊车车柱柱之之间间设设有有交交叉叉支支撑撑时时，必必须须考考虑虑支支撑撑的的作作用用，在在吊吊车车柱柱的的设设计计中中，可可适适当当减减少少吊吊车车柱柱在在支支撑撑布布置置方方向向的长度系数。的长度系数。F注注意意：当当这这种种结结构构产产生生了了多多个个“弹弹性性节节点点”后后，地地震震振振型数就要增加。振型分析也应该采用型数就要增加。振型分析也应该采用“总刚模型总刚模型”。第20页/共46页吊车荷载的计算吊车荷载的计算F吊吊车车荷荷载载的的作作用用点点就就是是与与吊吊车车轨轨道道平平行行的的柱柱列列各各节节点点，它是根据吊车轨迹由程序自动求出。它是根据吊车轨迹由程序自动求出。F（1）程序沿吊车轨迹自动对每跨加载吊车作用。）程序沿吊车轨迹自动对每跨加载吊车作用。F（2）求出每组吊车的加载作用节点。）求出每组吊车的加载作用节点。F（3）对对每每对对节节点点作作用用4组组外外力力，分分别别为为：A、左左点点最最大大轮轮压压、右右点点最最小小轮轮压压；B、右右点点最最大大轮轮压压、左左点点最最小小轮轮压压；C、左左、右右点点正正横横向向水水平平刹刹车车力力；D、左左、右右点点正正纵纵向向水水平刹车力。平刹车力。F（4）对每组吊车的每次加载，求每根杆件的内力。）对每组吊车的每次加载，求每根杆件的内力。F（5）分分别别按按轮轮压压力力和和刹刹车车力力，求求每每根根柱柱的的预预组组合合力力，预预组合力的目标为：最大轴力、最大弯矩等。组合力的目标为：最大轴力、最大弯矩等。第21页/共46页吊车内力的预组合目标吊车内力的预组合目标F吊车柱预组合目标共吊车柱预组合目标共14项：项：F（1）Vxmax（2）Vymax（3）+Mxmax（4）-MxmaxF（5）+Mymax（6）-Mymax（7）Nmax+MxmaxF（8）Nmax-Mxmax（9）Nmax+MymaxF（10）Nmax-Mymax（11）Nmin+MxmaxF（12）Nmin-Mxmax（13）Nmin+MymaxF（14）Nmin-MymaxF吊车荷载作用下梁的预组合目标为：吊车荷载作用下梁的预组合目标为：F（1）+Mmax/T（2）-Mmax/T（3）-Vmax/N第22页/共46页预组合方式预组合方式F（1）吊吊车车柱柱预预组组合合分分别别有有“只只考考虑虑轮轮压压的的预预组组合合力力”和和“考虑轮压加刹车的预组合力考虑轮压加刹车的预组合力”。F预组合预组合1 是吊车的是吊车的“轮压轮压+刹车刹车”内力组合；内力组合；F预组合预组合2 是吊车的是吊车的“轮压轮压”内力组合。内力组合。F（2）梁梁预预组组合合也也按按照照“只只考考虑虑轮轮压压的的预预组组合合力力”和和“考考虑虑轮轮压压加加刹刹车车的的预预组组合合力力”这这两两种种情情况况搜搜索索出出梁梁的的包包络内力，即为：络内力，即为：F预组合预组合1 轮压轮压+刹车刹车包络内力；包络内力；F预组合预组合2 轮压轮压包络内力。包络内力。第23页/共46页吊车荷载结构的设计注意事吊车荷载结构的设计注意事项项F（1）地震分析时，没有计入吊车的桥架重和吊重。地震分析时，没有计入吊车的桥架重和吊重。F（2）没有考虑吊车梁的作用。没有考虑吊车梁的作用。F（3）吊车柱的配筋，没有考虑排架的长度系数。吊车柱的配筋，没有考虑排架的长度系数。F因因为为吊吊车车的的桥桥架架重重和和吊吊重重是是移移动动荷荷载载，所所以以很很难难确确定定质质量量的的位位置置，在在地地震震分分析析中中这这部部分分的的质质量量没没有有计计入入，则则计计算算地地震震作作用用局局部部算算小小了了，可可以以通通过过地地震震作作用用放放大大来来弥弥补补这这个个问题。问题。F对对于于吊吊车车梁梁，当当排排架架中中间间有有框框架架梁梁，则则应应输输入入该该框框架架梁梁，否否则则应应把把吊吊车车梁梁按按两两端端铰铰接接梁梁定定义义、输输入入。在在用用TAT、SATWE分析时，排架柱之间必须要有梁才能正确分析。分析时，排架柱之间必须要有梁才能正确分析。第24页/共46页F排排架架柱柱的的计计算算长长度度可可以以人人工工修修正正，因因此此在在用用软软件件设设计计中中要注意以下几点：要注意以下几点：F（1）对于重型吊车、排架结构应用对于重型吊车、排架结构应用PK计算。计算。F（2）TAT、SATWE适适用用于于中中、轻轻型型的的吊吊车车分分析析，特特别别是多层结构中带吊车的结构形式。是多层结构中带吊车的结构形式。F（3）吊吊车车分分析析以以每每对对轴轴线线为为准准，程程序序自自动动搜搜索索每每对对轴轴线线上的吊车柱，并成对作用。上的吊车柱，并成对作用。F（4）TAT、SATWE只只计计算算吊吊车车柱柱，并并生生成成柱柱的的预预组组合合力。力。F（5）吊车柱的配筋考虑了刹车吊车柱的配筋考虑了刹车+轮压、轮压的不同组合。轮压、轮压的不同组合。F（6）吊车柱的长度系数应由用户自行修正。吊车柱的长度系数应由用户自行修正。第25页/共46页吊车荷载定义吊车荷载定义第26页/共46页吊车布置平面吊车布置平面吊车轨迹上必须有梁吊车轨迹上必须有梁第27页/共46页吊车计算选择吊车计算选择第28页/共46页吊车内力的图形输出选择菜单吊车内力的图形输出选择菜单第29页/共46页柱预组合内力柱预组合内力第30页/共46页柱预组合内力显示选择柱预组合内力显示选择第31页/共46页梁吊车包络选择梁吊车包络选择第32页/共46页格层吊车内力文本输出格层吊车内力文本输出第33页/共46页吊车预组合内力的文本输出吊车预组合内力的文本输出第34页/共46页3。特殊风荷载定义及分析。特殊风荷载定义及分析F特特殊殊风风荷荷载载主主要要用用于于多多层层钢钢结结构构。尤尤其其在在施施工工阶阶段段时时，风对结构可能产生的吸力。风对结构可能产生的吸力。F对对一一些些特特殊殊的的结结构构，如如有有大大悬悬挑挑结结构构的的广广告告牌牌、候候车车站站、收收费费站站、雨雨蓬蓬，等等等等，在在使使用用阶阶段段风风也也会会是是向向上上、向向下下作作用。用。F特特殊殊风风定定义义于于梁梁上上、节节点点上上，并并用用正正、负负荷荷载载表表示示压压力力或吸力。或吸力。F节点上的特殊风可以是三个方向（节点上的特殊风可以是三个方向（XYZ）作用组成。）作用组成。第35页/共46页特殊风荷载定义特殊风荷载定义第36页/共46页第37页/共46页4。特殊支座的定义及分析。特殊支座的定义及分析F特殊支座是特指：特殊支座是特指：F（1）支座位移（如：沉降、转动等）对结构的影响。支座位移（如：沉降、转动等）对结构的影响。F（2）地基变形大，导致上部结构内力重分布）地基变形大，导致上部结构内力重分布。F（3）特殊要求的设计，隔震材料、指定方向的铰接等。特殊要求的设计，隔震材料、指定方向的铰接等。F特特殊殊支支座座目目前前应应用用得得较较少少，主主要要是是应应用用面面较较窄窄，应应用用对对象较少。多用于旧工程的改造、加固的复核验算。象较少。多用于旧工程的改造、加固的复核验算。第38页/共46页特殊支座定义特殊支座定义第39页/共46页5。总结。总结F正确理解特殊荷载：正确理解特殊荷载：F（1）温度场的确定及稳定，软件的处理方式。温度场的确定及稳定，软件的处理方式。F（2）吊车荷载的正确定义，软件的局限性。吊车荷载的正确定义，软件的局限性。F（3）特殊风荷载的目的，软件的操作方式。特殊风荷载的目的，软件的操作方式。F（4）特殊支座的用途和定义方式。特殊支座的用途和定义方式。第40页/共46页F特殊荷载的设计、组合控制：特殊荷载的设计、组合控制：F（1）需要人工指定组合分项系数。需要人工指定组合分项系数。F（2）可以对温度作用的结果适当折减。可以对温度作用的结果适当折减。F（3）可以对带吊车结构的地震作用适当放大。可以对带吊车结构的地震作用适当放大。F（4）特特殊殊支支座座产产生生的的荷荷载载只只作作用用于于竖竖向向荷荷载载工工况况，对水平荷载作用不起作用。对水平荷载作用不起作用。第41页/共46页自定义组合选择自定义组合选择第42页/共46页工况选择工况选择第43页/共46页第44页/共46页第45页/共46页感谢您的观看！第46页/共46页