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2-7 2011 ACI规范中的荷载系数和荷载组合

2011 ACI规范介绍了规范9.2.1至9.2.5中的荷载系数和荷载组合，这些荷载系数和荷载组合在ASCE / SEI 7-10中，建筑物和其他结构的最小设计荷载[2-2]，略有修改。规范第9.2节中的荷载系数将与规范第9.3.1至9.3.5节中的强度降低系数一起使用，这些荷载系数和强度折减系数在[2-8]中得出，用于钢，木材，砖石和混凝土结构的设计，并用于钢结构的AISC LRFD规范[2-11]。对于混凝土结构，与ASCE/ SEI 7-10荷载系数兼容的阻力系数由ACI委员会318和Nowak和Szerszen[2-12]推导出。

术语和符号

ACI规范使用下标u来表示所需的强度，这是根据荷载作用效果的组合计算的荷载效应。荷载作用效果的组合的总和是U，例如，在

U = 1.2D 1.6L (2-4)

其中符号U和下标u用于表示荷载方面的荷载作用效果之和，或者根据荷载作用效果Mu，Vu和Pu 的影响。

使用指定的材料强度foelig; 和f计算的构件强度，如图所示，标准尺寸称为标准弯矩强度Mn或标准剪切强度Vn等。降低的标准强度或设计强度是标准强度乘以强度降低系数f。因此设计方程如下：

(2-2b)

(2-2c)

ACI规范9.2.1至9.2.5中的荷载系数和荷载组合

荷载组合

结构破坏通常在几个荷载的组合下发生。近年来，这些组合已经被称为最不利荷载组合。这是对预期荷载组合进行建模的尝试。

ACI规范第9.2.1节中的荷载组合是选择用于表示可能发生的实际荷载组合的最不利荷载组合荷载组合的示例。原则上，这些组合中的每一个包括一个或多个荷载系数为1.2的永久荷载（D或F），加上荷载系数为1.6的主要或主要可变荷载（L，S或其他），加上一个或多个最不利荷载组合可变荷载。最不利荷载组合荷载通过将指定荷载（L，S，W 或其他）乘以0.2和1.0之间的荷载系数来计算。选择最不利荷载组合荷载系数来满足在主可变荷载最大化的时候，可能发生的最不利荷载组合荷载效应的情况。

在不受重大风荷载或地震力影响的建筑物中的结构构件的设计中，荷载系数由等式（1）计算。（2-5）或Eq。（2-6）：

U = 1.4 D (2-5)

（ACI方程9-1）

其中D是指定的静荷载。如果存在流体荷载F，则应包含与本公式和下列公式中的D相同的荷载系数。对于包括静载的组合;活荷载，L;和屋顶荷载：

这里：

L =实际荷载是使用和占用的函数

Lr=屋顶活荷载

S=屋顶雪荷载

R = 屋顶雨荷载

公式中的术语（2-5）到（2-11）可表示为直接荷载（例如来自恒载和活载重量的分布荷载）或荷载效应（例如由给定荷载引起的力矩和剪切）。屋顶结构的设计，或支撑屋顶和一个或多个楼层的柱子和基础，将使屋顶活荷载等于三个荷载中的最大荷载（Lr 或S或R），其他两个括号中的屋顶荷载为零。对于仅支持恒荷载和活载的组成的常见情况，ACI Eq。（9-2）写成：

U = 1.2D 1.6L (2-4)

如果屋顶荷载超过地面活荷载，或者柱子支撑总屋顶荷载超过竖向的总楼层活荷载：

风荷载W是ACI Eq中的主要可变荷载.（9-4）。并且是ACI Eq中的伴随可变荷载.（9-3）。ASCE / SEI 7-10中规定的风荷载代表风的强度等级，而不ASCE / SEI委员会7的早期版本最低荷载标准中规定的风荷载。如果当地管地区的管理建筑规范指定风荷载，在ACI Eqs中使用1.6W代替1.0W.（9-4）和（9-6）.在ACI Eq中使用0.8W代替0.5W.（9-3）。

地震荷载

如果地震荷载很重要：

U = 1.2D 1.0E 1.0L 0.2S (2-9)

（ACI公式9～5）

地震荷载的荷载系数1.0对应于具有更长回归期的强度级地震，因此大于荷载。

地震

如果地区内使用的荷载规范基于荷载地震，则E上的荷载系数为1.4而不 是1.0。

荷载稳定翻转和可移动的荷载

如果静荷载的影响使结构抵抗风或地震荷载：

或者：

小型活荷载的荷载系数

ACI规范第9.2.1（a）节允许在ACI Eqs中L的荷载系数为1.0。（9-3），（9-4）和（9-5）可以减少到0.5，除了：

(a) 车库；

(b) 作为公共集会场所占地的区域；

(c) 活荷载大于100 psf的所有区域；

侧向土压力

侧向土压力由字母H表示。当侧向土压力增加主要的可变荷载影响时，H应包括在ACI 方程中。（9-2），（9-6）和（9-7），荷载系数为1.6。当侧向土压力是永久性的并且减小主要可变荷载的影响时，H应该包括在0.9的荷载系数中。对于所有其他条件，H不用于ACI荷载组合方程。

自应变影响

ACI规则第9.2.3节使用字母T表示由于收缩或热膨胀引起的差异沉降和体积变化所引起的变化。在适用的情况下，这些荷载应与其他荷载结合使用。在ACI规范的先前版本中，T与ACIEq中的静载D相结合。（9-2），因此荷载系数为1.2。2011版ACI规则规定，为了确定T的荷载系数，设计者应考虑与荷载大小相关的不确定性，T与其他荷载的最大值同时发生的可能性，以及如果T的价值被低估，则可能产生不利影响。在任何情况下，T的荷载系数都不应小于1.0。在典型的实践中，膨胀节和结构倾倒条已被用于限制体积变化运动的影响。最近对预制结构系统的研究[2-13]给出了推荐的过程，以考虑构件和连接刚度以及可能影响体积变化运动引起的力的大小的其他因素。

在建筑物框架的分析中，通常对要考虑的每个荷载采用弹性法分析，并根据等式对每个构件的合力矩，剪切力，轴力等进行组合。（2-4）至（2-11）。（例外情况是对线性叠加不适用的情况的分析，例如帧的二阶分析。这些必须在荷载系数上进行。）使用的过程如例2-1所示。

例2-1分解荷载效应的计算：

图2-7显示了混凝土建筑框架中的梁和柱。梁上每英尺的荷载是静荷载，D = 1.58千磅/英尺，活荷载，L = 0.75千磅/英尺。另外，风荷载由接头处的集中荷载表示。由于1.0D，1.0L和1.0W，光束中以及在光束上方和下方的列中的力矩如图4和 图5所示。2-7b至2-7d。

使用Eqs计算所需的强度。（2-4）到（2-11）。目前在A部分，必须考虑四种荷载情况：

因为没有要考虑的流体或热力，U = 1.4 * -39= -54.6 k-ft。

.

图2-7

(b) U = 1.2D 1.6L 0.51 （ Lr或S或R2） (2-6)

（ACI方程9-2）

假设内柱相对于外柱没有差异沉降，并且假设没有约束收缩，则自平衡动作T将取为零。

因为所考虑的光束不是顶梁，所以Lr，S和R都等于零。（请注意，柱中 的轴向荷载支持来自顶部荷载和板坯活载的轴向力。）

ACI Eq。9-2变成了

U = 1.2D 1.6L＝1.2times;39＋1.6times;19＝-77.2 k-英尺 (2-4)

(c) 公式（2-7）不适用，因为它不是顶梁。

(d) 对于Eq.（2-8），假设已经指定了别的风荷载，那么荷载系数为1.6用于W.

U = 1.2D 1.6W 0.5L 1.01 Lr或S或R.2 (2-8)

其中ACI规范第9.2.1（a）节允许1.0L减少到0.5，所以，

风荷载力矩的正负值是由于风交替吹向建筑物两侧的可能性。

(e)静载力矩可以抵消一部分风荷载和活荷载力矩。这使得有必要考虑方程 式。（2-10）：

因此，在A-A部分所需的强度Mu是 98.9k-ft和-191k-ft。

要求重复足够次数这种类型的计算，以便能够绘制梁的剪切力和弯矩力矩包络图。

强度降低系数，f，ACI规则第9.3节

ACI规范允许在设计中使用两组荷载组合，并且还提供两组强度减少系数。在ACI规则第9.2.1节中给出了一组荷载系数，其中相应的强度降低系数f在ACI规则第9.3.2 节中给出。或者，可以使用规范部分C.9.2.1中的荷载系数和ACI规范部分C.9.3.1中相应的强度降低系数。本书仅使用ACI规则第9章中给出的荷载系数和强度降低系数。

弯曲或组合弯曲和轴向荷载

张力控制部分

压力控制部分：

(a) 螺旋钢筋的成员：

(b) 其他压力控制部分：

在张力控制部分和压力控制部分之间存在过渡区域。拉伸控制和压力控制截面的概念以及由此产生的强度降低系数将在第4章，第5章和第11章中针对弯曲，轴向荷载 的柱以及组合轴向荷载和弯曲中荷载的柱进行展示。那时将引入系数的推导。

其他因素

剪切和扭转：

支承在混凝土上：

拉杆模型：

2-8 荷载和作用

直接和间接作用

作用是指在结构中产生压力的任何效果。术语“荷载”或“直接作用”是指由结构及自身的重量或由于风，水或土壤引起的压力引起的集中或分布的力。间接作用或施加的变形不是由施加的荷载引起的运动或变形，而是在结构中引起应力。例如：连续梁的不均匀支撑沉降和混凝土收缩，它不能自由收缩。

因为施加的变形引起的应力不能抵抗施加的荷载，所以它们通常是自平衡的。 例如，考虑一个混凝土棱柱，沿其轴线有一个钢筋。随着混凝土的收缩，其缩短受到加固的抵抗。结果，在钢中产生压力力，在混凝土中产生相等和相反的拉力，如图2-8所示。如果混凝土从这种张力中破裂，则裂缝处混凝土中的拉力为零，并且为了达到平衡，钢筋力也必须在裂缝部分消失。ASCE / SEI 7-10的1.3.3节将强制变形称为自应力。

荷载分类

荷载可以通过它们在时间和位置方面的可变性来描述。一旦结构完成，永久荷载大致保持不变。例子是结构的自重和对地基的土压力。可变荷载（例如占用荷载和风荷载）会不时变化。可变荷载可以是长持续时间的持续荷载，例如办公室中的文件柜的重量，或者短持续时间的荷载，例如同一办公室中的人的重量。混凝土结构的蠕变变形是由永久荷载和可变荷载的持续部分引起的。第三类是意外荷载，包括车辆碰撞和爆炸。

图2-8由于收缩引起的自平衡应力

可变荷载可以是固定的或自由的。因此，办公楼中的实时装荷载载是自由的，因为它可以在装载区域中的任何点处发生。桥上的列车荷载不是纵向固定的，而是由轨道横向固定。

如果它们不会引起结构或结构元件的任何明显的加速或振动，并且如果它们产生动荷载，则经常将荷载分类为静荷载。通常通过增加指定的静荷载来考虑小的加速度，以解决由于这种加速和振动引起的应力增加。较大的加速度，例如：可能在公路桥梁，起重机轨道或电梯支架中发生的加速度，通过将活荷载的影响乘以影响系数来计算。或者，可以使用动态分析。

三级活载或风载可能很重要。在涉及极限状态的计算中使用的荷载应表示结构在其寿命中的最大荷载。因此，在任何可能的情况下，指定的风，雪和风荷载应代表相应的最大寿命荷载的平均值。最不利荷载组合荷载是当某个其他可变荷载达到最大值时，结构上存在的可变荷载的一部分。在检查适用性极限状态时，可能需要使用频繁的活荷载，这是平均最大寿命荷载的一部分（通常为50％至60％）;为了估计持续的荷载挠度，可能需要考虑持续或准永久的活荷载，其通常在规定的活荷载的20％ 至30％之间。这种区别不是在ACI规范中进行的，ACI规范假定整个指定的荷载将是作用中存在的荷载。因此，细长柱的荷载挠度和蠕变偏差往往被高估。

荷载规格

美国大多数城市的建筑规范基于国际建筑规范[2-14]。本规范中规定的荷载基于建筑物和其他结构的最小设计荷载建议的荷载，ASCE / SEI 7-10 [2-2]。

在以下部分中，将简要回顾ASCE / SEI 7-10中提供的荷载类型。本评论旨在描述该特征中各种荷载。对于特定值，读者应查阅其所在地

资料编号：[3481]