可变荷载效应占高比重时荷载分项系数取值研究

针对现行可靠度设计统一标准给出的荷载分项系数值对应可变荷载效应比值取值范围较低,缺乏对该荷载分项系数值在可变荷载效应占高比重下适用性的充分考虑的情形,以钢拱架结构模型和RC框架柱模型为例,分析了可变荷载效应比值的取值范围,揭示了可变荷载效应比值将会较高的现象;基于可靠度理论并结合设计约束条件建立了荷载分项系数的计算方法;通过数值分析,求解得到了荷载分项系数值;最后分析了按多国规范用荷载分项系数进行结构设计的可靠指标随可变荷载效应比值的变化规律。结果表明：可变荷载效应占高比重时,按我国规范用荷载分项系数设计的混凝土和钢结构构件的可靠指标低于目标可靠指标较多;而美英两国规范用荷载分项系数的适用性要好于我国规范,但对应的钢结构构件的设计可靠指标仍偏低。从可靠性的角度为近年风、雪灾害中若干结构容易破坏的现象提供了补充解释,同时也为相关规范修订提供参考。     

钢筋混凝土框架柱和轻钢拱结构失效方程复杂特性与设计可靠度

以全跨永久荷载和半跨雪荷载组合作用下的轻钢拱结构与重力荷载和水平地震组合作用下的钢筋混凝土框架柱两类典型情形为研究对象,采用现行相关设计规范中的承载力计算式推导其失效方程。采用相应结构实例对两类典型情形下的失效方程复杂特性进行分析,表明轻钢拱结构具有较大的雪荷载效应比值和钢筋混凝土大偏压柱失效方程具有较高程度非线性。考虑以上特性,对两类典型情形进行可靠度校准分析,结果表明:雪荷载组合作用下轻钢拱结构的可靠度较低,建议雪荷载分项系数值取为1.75;钢筋混凝土框架柱在不同抗震承载力设计情形下其失效概率会有较大的差异,且无法通过将柱端弯矩增大系数简单增大到某一值而消除,同时在轴压力荷载效应比值为负的情形下现行设计方法会偏于不安全。     

新规范雪荷载取值在门式刚架轻钢结构檩条设计中的应用研究

门式刚架轻钢结构屋面檩条是一种雪荷载敏感构件,GB 50009—2012《建筑荷载设计规范》对于雪荷载取值有了更明确、细致的规定。通过新、旧荷载规范的对比分析,阐明门式刚架轻钢结构屋面檩条设计中,新荷载规范关于基本雪压取值和屋面积雪分布系数的规定和特点,总结轻钢屋面檩条抗雪荷载设计的要点,并通过具体的雪致事故案例分析验证新荷载规范中雪荷载取值对于檩条设计的适用性。     

国际标准“设计值法”在我国结构可靠度设计中的应用

介绍了我国现行结构设计标准中采用的设计方法存在的不足和国际标准中提出的工程结构可靠度"设计值法"的基本思想。根据我国荷载、抗力的统计结果及设计值法的荷载、抗力设计值的取值原则,考虑活荷载与恒荷载的比值对结构可靠度的影响,对不同类型构件在轴心受压条件下的可靠度进行系统的分析。分析表明:"设计值法"隐含的可靠度水平较我国的设计方法明显偏低,无法直接用于我国结构设计。依据我国结构设计的目标可靠指标对其进行修正,初步建立适用于我国结构设计的荷载、抗力设计值法取值参数。     

双坡轻钢结构门式刚架的内力计算

目前,轻钢结构厂房最常见的结构形式为双坡门式刚架。轻钢结构门式刚架自重较轻,受屋面活荷载的影响较大,在内力计算时通常由屋面活荷载所控制。屋面活荷载包括不上人屋面活荷载(即屋面施工及检修荷载)和屋面雪荷载,有时还会有屋面积灰荷载。通过分析荷载规范对不上人屋面活荷载和屋面雪荷载的相关规定,提出了一种双坡轻钢结构门式刚架的内力计算方法,即兼顾屋面雪荷载全跨均匀布置的效应和不上人屋面活荷载全跨不均匀布置的效应,取其最不利效应进行构件截面设计的方法。     

轻钢结构承载能力设计中分项系数的确定

针对对可变荷载敏感的轻钢结构,应用现行规范中计算目标可靠度的校准法,主要考虑风荷载和雪荷载与恒荷载的简单组合,分别计算分析了轴心受拉、轴心受压和偏心受压三种构件的荷载和抗力分项系数,给出确保现行目标可靠度的分项系数的建议值,对轻钢结构的设计具有一定的指导意义。     

柱失效方程中荷载相关特性对承载力抗震设计可靠度的影响

以竖向荷载和水平地震作用组合下的钢筋混凝土柱和钢柱为对象,研究了失效方程中荷载相关特性对柱承载力抗震可靠性的影响。根据现行《混凝土结构设计规范》和《钢结构设计规范》分析了不同柱弯矩轴力相关曲线的特性。结合多个框架结构实例,对比了柱失效方程中荷载相关曲线与规范考虑情形的异同。实例分析表明:水平地震和竖向荷载组合作用下,小偏压RC柱和工字型钢柱的荷载相关曲线与规范考虑的情形较为符合,均近似为负相关的直线;水平地震和竖向荷载组合作用下,大偏压RC柱的荷载相关曲线则与规范考虑的情形有较大出入,存在明显的正相关段部分。在此基础上,考虑失效方程复杂特性,依据已有的荷载和抗力变量概率模型,采用Monte Carlo法分析了水平地震和竖向荷载组合作用下柱的可靠性。结果表明:钢柱和小偏压RC柱的承载力抗震可靠度随轴压力荷载效应比值的变化幅度较小,与规范模式计算结果较接近;大偏压RC柱的承载力抗震可靠度随轴压力荷载效应比值的变化会有较大幅度波动,与规范模式计算结果差异较大;当轴压力荷载效应比值为负时,大偏压RC柱的承载力抗震可靠度会低于规范计算值较多,现行柱可靠性设计方法会偏于不安全。     

建筑结构可靠度性相关问题探讨

针对现行的建筑结构设计可靠性问题进行分析探讨,建议把设计使用年限与结构安全等级一一对应,明确不同设计使用年限建筑结构的可靠度;建议现行建筑结构可靠度计算方法采用新的变量考虑设计和施工质量的影响;建议采用中震设计方法,荷载效应采用标准值,采用材料标准值计算构件承载力,让设计人员更加直观准确把握抗震结构的可靠度。     

既有结构可靠性评定中的荷载分项系数优化

针对我国现行设计规范中各类结构构件可靠指标校核中发现的问题,对荷载分项系数及部分可变荷载标准值的取值进行优化.从构件可靠指标的最小值与平均值、构件可靠指标的离散性、荷载分项可靠指标的一致性、设计值点与理想值的偏离程度四个维度对近三代设计标准[《建筑结构荷载规范》(GBJ 9-87)、《建筑结构可靠度设计统一标准》(GB...     

有效提高轻钢结构承受雪荷载的措施

为了更有效提高轻钢结构对雪荷载的承受能力,通过对轻钢结构屋顶因雪压塌实例的原因分析,认为须从设计源头上抓好雪荷载取值、选择合理的屋面结构形式并加强施工和使用管理。     

薄壁型钢檩条抗积雪荷载作用的设计方法研究

近年来我国多次发生在积雪荷载作用下门式刚架轻钢房屋发生破坏事故。本文分析了积雪荷载在房屋屋面形成的特点和屋面积雪荷载作用下薄壁型钢檩条的破坏特征。探讨了现行设计规范和技术规程中檩条抗积雪荷载设计方法的合理性,指出了计算模型存在的不足。压型钢板屋面在积雪荷载作用下,不宜作为檩条可靠的侧向支撑,檩条计算应按屋面不能阻止檩条侧移和扭转进行强度和稳定计算。通过大量算例计算和分析比较,研究了屋面坡度与扭转翘曲正应力对檩条截面正应力的影响规律和程度,指出了现行设计规范和技术规程中薄壁型钢檩条抗积雪荷载的设计方法的适用性和缺陷。对于目前大量采用的屋面坡度较小的轻钢建筑檩条进行强度和稳定计算时,不宜忽略扭转翘曲正应力的影响。探讨了在屋面积雪荷载作用下门式刚架轻钢房屋发生破坏的原因。提出了薄壁型钢檩条抗积雪荷载作用的设计方法建议。     

Reliability of Steel Truss Roof Systems Under Variable Snow Load Profiles

The probabilistic safety analysis of steel truss roof systems under variable snow load profiles is investigated. The roofs of structures such as industrial buildings or sports halls, which require wide areas, are frequently subjected to unexpectedly high loads. Therefore, compared to the residential buildings, that type of buildings often comes across failure or prohibition of usage. Probabilistic techniques are utilized for the analysis of the problem. Thirty-six steel roof structures with different structural dimensions and load variations are modelled and their failure probabilities are calculated. In this paper, a complicated stochastic analysis is reduced to the solution of a load–resistance (S–R) problem by utilizing sensitivity analyses. Firstly, the structures were designed through structural analyses, and then the sensitivity analyses were conducted to understand the response of the structure to the load and to the span-length parameters. In this paper, a reliability study which gradually monitors the effect of geometrical parameters on the failure trend is presented. Three different snow load distribution functions were used. The relation between failure, and load or structural dimension variations was investigated. The results obtained in this study are discussed and compared with the results from the literature for similar structures subjected to snow loads. It is observed that for the snow load distributions with high standard deviations the structural reliability indices may give results below the target safety levels of the design codes. Finally, the assessment of the results shows that the effect of the standard deviation of the snow load on failure probability is much more than the effect of intensity of the nominal snow load.     

Simplified load combination factor for snow load

The load combination factor for snow load is formulated by a simplified development based on Turkstra's rule for load combination and the Gumbel distribution for the snow load model. The probability of exceedance expression is compared with an existing probabilistic load model. The load combination factor is expressed in terms of the period of snow duration and the ratio between the standard deviation of the principal load effect and the accompanying snow load effect. Numerical examples are presented and discussed with the load combination factor used in Japanese current practice.     

雪荷载对轻钢结构的影响及提高措施

结合GB 50009-2001建筑结构荷载规范和美国规范相关规定,探讨了雪荷载的取值及其对轻钢结构的影响,提出了提高轻钢结构安全性的具体措施,并以具体项目为例进行了阐述,以期指导今后轻钢结构设计。     

全跨和半跨荷载组合下两铰抛物线钢拱平面内承载力计算方法对比

全跨和半跨荷载组合作用下钢拱结构内力分布会随荷载比例发生较大变化。现有钢拱结构平面内稳定承载力计算式多是针对各单一加载模式进行分析得到的,缺乏对其在全跨和半跨组合荷载下适用性的充分考虑。针对此不足,以两铰抛物线钢拱结构为研究对象,考虑荷载组合比例、矢跨比、截面等不同参数的影响,对比分析了现行钢拱结构技术规程方法、基于完善拱模型的有限元方法和基于一致缺陷拱模型的有限元方法等多种方法的承载力计算结果。分析结果表明:当全跨荷载占较高比重时,按规程方法进行钢拱结构承载力设计会较为保守;而当半跨荷载占较高比重时,按规程方法进行钢拱结构承载力设计则会偏于不安全。     

考虑蠕变效应的钢柱高温承载力计算方法

高温蠕变对火灾下钢构件的内力和变形影响较大,现行《建筑钢结构防火技术规范》(GB51249—2017)中未考虑蠕变对钢柱高温承载力的影响。采用ANSYS软件分析考虑蠕变后钢柱在高温下的受力性能,并与钢柱的抗火试验进行对比,发现考虑蠕变的钢柱有限元模拟结果与试验数据吻合更好。利用验证的有限元模型进行参数分析,结果表明:考虑蠕变效应后,钢柱的高温承载力受初始缺陷(残余应力、初弯曲、初偏心)、弯曲方向、荷载比、长细比、升温速率的影响较大,受截面形式和钢材屈服强度的影响较小。给出了考虑蠕变效应后计算钢柱高温承载力的简化方法。     

吕梁地区日光温室弧形钢架荷载分析

针对吕梁地区已修建的10 m跨度的弧形钢架砖墙型日光温室,结合我国最新的建筑结构荷载规范,确定了作用在弧形钢架上的各种荷载,重点计算了弧形钢架的自重、雪荷载、风荷载,并且根据日光温室的实际使用情况,抛开北风风压对日光温室的影响,确定了三种可能不利荷载组合。