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4.2 荷载和荷载效应计算


4.2.1 设计铝合金结构时应考虑永久荷载、可变荷载、支承结构的变形或沉降、施工荷载、安装荷载、检修荷载等及地震作用、温度变化作用。
4.2.2 设计铝合金结构时,荷载的标准值、荷载分项系数、荷载组合值系数等,应按现行国家标准《建筑结构荷载规范》GB 50009的规定采用。
    结构的重要性系数γ0应按现行国家标准《建筑结构可靠度设计统一标准》GB 50068的规定采用,其中对设计年限为25年的结构构件,γ0不应小于0.95。

4.2.3 框架结构中,梁与柱的刚性连接应符合受力过程中梁柱间交角不变的假定,同时连接应具有充分的强度,承受交汇构件端部传递的所有最不利内力。梁和柱铰接时,应使连接具有充分的转动能力,且能有效地传递横向剪力与轴向力。梁与柱的半刚性连接只具有有限的转动刚度,在承受弯矩的同时会产生相应的交角变化,在内力分析时,必须预先确定连接的弯矩-转角特性曲线,以便考虑连接变形的影响。
4.2.4 框架结构内力分析宜符合下列规定:
    1 框架结构内力分析可采用一阶弹性分析。

    2 对 的框架结构宜采用二阶弹性分析,此时应在每层柱顶附加考虑由式(4.2.4-1)计算的假想水平力hni
    式中 :
    Δu——按一阶弹性分析求得的所计算楼层的层间侧移;

    h ——所计算楼层的高度;
    ∑N——所计算楼层各柱轴心压力设计值之和;
    ∑H——产生层间侧移△u的所计算楼层及以上各层的水平力之和;
    Qi——第 i 层的总重力荷载设计值;
    ——框架总层数;
    ——第 i 层内柱的数目。
对无支撑的框架结构,当采用二阶弹性分析时,各杆件杆端的弯矩M可用下列近似公式进行计算:
    式中:
    MⅠb——假定框架无侧移时按一阶弹性分析求得的各杆杆端弯矩;
    MⅠs——框架各节点侧移时按一阶弹性分析求得的各杆杆端弯矩;
    α2i——考虑二阶效应第 i 层杆件的侧移弯矩增大系数。
注:当按式(4.2.4-3)计算的α2i≥1.33时,宜增加框架结构的刚度。

4.2.5 大跨度空间结构内力分析时宜考虑几何非线性效应的影响,应计算结构的整体稳定承载力。
条文说明
4.2.1 国内外目前对铝合金结构抗震设计的研究还不深入。铝合金结构抗震设计时,对幕墙结构可以按照现行有关国家行业标准的规定执行;对其他结构,抗震设计参数可以按照现行抗震规范中的钢结构的有关参数取用。
4.2.3 梁柱连接一般采用刚性和铰接连接。半刚性连接的弯矩转角关系较为复杂,它随连接形式、构造细节的不同而异。进行结构设计时,这种连接形式的实验数据或设计资料必须足以提供较为准确的弯矩-转角关系。
4.2.4 一阶分析是针对未变形的结构进行平衡分析,不考虑变形对外力效应的影响。在分析结构内力以进行强度计算时,除少数特殊结构外,按一阶分析通常可以获得足够精确的结果。二阶效应是指结构变形对力的效应,如结构水平位移对竖向力的效应P-△,杆件挠度对轴力作用的效应P-δ,杆件伸长或缩短产生的效应,弯曲使弦长减小的效应以及初始弯曲、初始倾斜产生的效应等。结构的变形将会在结构中引起附加内力,而附加内力的产生将会导致进一步的附加变形,如此往复。考虑二阶效应的方法是用二阶分析考虑变形对外力效应的影响,针对已变形的结构来进行平衡分析。铝合金框架结构的精确分析应考虑二阶效应。
    对于侧移不是很大的框架或者计算精度要求不是很高的框架,其内力计算均可采用一阶弹性分析的方法。一阶弹性计算的结果对于一般的结构足够精确。
    对于侧移很大的框架或者计算精度要求很高的框架,其内力计算应当采用二阶弹性分析的方法。
    本条对铝合金框架结构的内力分析方法作出了具体规定,即所有框架结构(不论有无支撑结构)均可采用一阶弹性分析方法计算框架杆件的内力,但对于 的框架结构则推荐采用二阶弹性分析确定,以提高计算精度。
    当采用二阶弹性分析时,为配合计算精度,不论是精确计算或近似计算,亦不论有无支撑结构,均应考虑结构和构件的各种缺陷(如柱子的初倾斜、初偏心和残余应力等)对内力的影响。其影响程度可通过在框架每层柱的柱顶作用有附加的假想水平力(概念荷载)Hni来综合体现,见图1。
    研究表明,框架层数越多,构件缺陷的影响越小。通过数值分析及与国外规范的比较,本规范采用了公式(4.2.4-1)计算Hni
 假想水平力Hni
图1 假想水平力Hni
    本条对无支撑纯框架在考虑侧移对内力影响采用二阶弹性分析时,提出了框架杆件端弯矩的计算方法。
    当采用一阶分析时(图2),框架杆端弯矩M为:
    当采用二阶分析时,框架杆端弯矩M为:
    式中:
    MⅠb——假定框架无侧移时(图2b)按一阶弹性分析求得的各杆杆端弯矩;
    MⅠs——框架各节点侧移时(图2c)按一阶弹性分析求得的各杆杆端弯矩;
    a2i——考虑二阶效应第 i 层杆件的侧移弯矩增大系数  。其中∑H系指产生层间侧移△u的所计算楼层及以上各层的水平荷载之和,不包括支座位移和温度的作用。
 无支撑纯框架的一阶弹性分析
图2 无支撑纯框架的一阶弹性分析
    上述二阶弹性分析的近似计算方法与国外的规定基本相同。该计算方法不仅可用于二阶弯矩的计算,还可以用于二阶轴力及剪力的计算。经过大量具体实例验算证明该方法具有较高的精
度。数值计算表明,当时,该近似方法比较精确,弯矩的误差不大于10%;而当(即a2i>1.33)时,误差较大,应适当增加框架结构的侧移刚度,使a2i≤1.33。
    另外,当时,说明框架结构的抗侧移刚度较大,可忽略侧移对内力分析的影响,故可采用一阶分析法来计算框架内力,当然也不必考虑假象水平力Hni
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铝合金结构设计规范 GB50429-2007
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