第章結(jié)構(gòu)設(shè)計基本原則PPT課件

單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級,第三級,第四級,第五級,*,第,3,章,混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計基本原理,一、結(jié)構(gòu)的作用、作用效應(yīng)及結(jié)構(gòu)抗力,結(jié)構(gòu)上的作用是指,施加在結(jié)構(gòu)上的各種力,（直接作用）以及,引起結(jié)構(gòu)變形的各種原因,（間接作用）。,1,、按時間的變異分,類,：,永久作用、可變作用、偶然作用,2,、按結(jié)構(gòu)的反應(yīng)分類：,靜態(tài)作用、動態(tài)作用,作用的分類：,（一）作用,3.1,結(jié)構(gòu)可靠度及設(shè)計方法,（二）作用效應(yīng),S,施加在結(jié)構(gòu)上的作用產(chǎn)生的內(nèi)力（彎矩、剪力、軸力、扭矩等）和變形（撓度、轉(zhuǎn)角、裂縫等 ）稱為作用效應(yīng)。,S = cQ,作用為荷載,Q,，在結(jié)構(gòu)上產(chǎn)生的效應(yīng)為荷載效應(yīng),S,為,：,c,荷載效應(yīng)系數(shù),;,Q,荷載,.,例：,簡支梁在均布荷載作用下跨中彎矩,：,簡支梁在跨中一集中荷載作用下跨中彎矩：,（,荷載效應(yīng)系數(shù),為 ）,（,荷載效應(yīng)系數(shù),為 ）,（三）結(jié)構(gòu)抗力,R,結(jié)構(gòu)抗力是指結(jié)構(gòu)或構(gòu)件承受作用效應(yīng)的能力。如結(jié)構(gòu)構(gòu)件承載力、抵抗變形、抗裂性等。,結(jié)構(gòu)抗,力,的影響因素,：,材料性能的不確定性,材料幾何參數(shù)的不確定性,計算模式的不確定性,本課程主要講述各種構(gòu)件的結(jié)構(gòu)抗力的計算，作用效應(yīng)的計算在結(jié)構(gòu)力學(xué)課程中已講述。,Z,> 0,，,即,R>S,結(jié)構(gòu)可靠,Z,= 0,，,即,R=S,結(jié)構(gòu)處于極限狀態(tài)。,即,R<S,結(jié)構(gòu)失效,Z,< 0,，,結(jié)構(gòu)或構(gòu)件能否完成預(yù)定功能與結(jié)構(gòu)的作用效應(yīng),S,與結(jié)構(gòu)的抗力,R,有關(guān)。,Z = R S,結(jié)構(gòu),的功能函數(shù)：,S,結(jié)構(gòu)的作用效應(yīng),R,結(jié)構(gòu)的抗力,二、結(jié)構(gòu)的功能要求和可靠度,1,、安全性,結(jié)構(gòu)在正常施工和使用時應(yīng)能承受可能出現(xiàn)的各種作用；在發(fā)生火災(zāi)時，在規(guī)定的時間內(nèi)保持足夠的承載力；當(dāng)發(fā)生偶然事件時，能保持必須的整體穩(wěn)定性。,2,、適用性,結(jié)構(gòu)在正常使用時,保持,良好的,使用,性能,，如不發(fā)生過大的變形和裂縫，不妨礙正常使用。,3,、耐久性,結(jié)構(gòu)在正常維護(hù)下，材料性能雖隨時間變化，但仍能滿足預(yù)定功能要求,，如材料的風(fēng)化、老化、腐蝕等不超過一定的限度,。,安全性、適用性、耐久性總稱為結(jié)構(gòu)的,可靠性,。,結(jié)構(gòu)的,可靠度,是指結(jié)構(gòu)在規(guī)定的時間內(nèi),（設(shè)計使用年限），,在規(guī)定的條件下,（正常的設(shè)計、施工和使用,),，,完成預(yù)定功能的概率。,結(jié)構(gòu)可靠度是結(jié)構(gòu)可靠性的概率度量。,結(jié)構(gòu)可靠度越高，建設(shè)造價投資越大。,因此，如何在結(jié)構(gòu)可靠與經(jīng)濟(jì)之間取得均衡，是設(shè)計方法要解決的問題。,建筑的設(shè)計使用年限見表,3-1,，如無特殊說明，一般為,50,年,。,三、,結(jié)構(gòu)的安全等級,根據(jù)結(jié)構(gòu)破壞可能產(chǎn)生的各種后果的嚴(yán)重性（危及人的生命、造成經(jīng)濟(jì)損失、產(chǎn)生社會影響等）來劃分建筑的安全等級。,建筑結(jié)構(gòu)的安全等級共劃分為,三級,，見表,3-2,。,建筑物中各類結(jié)構(gòu)構(gòu)件的安全等級，宜于整個結(jié)構(gòu)的安全等級相同。,一、荷載標(biāo)準(zhǔn)值,1,、永久荷載標(biāo)準(zhǔn)值：,G,k,按構(gòu)件的設(shè)計尺寸和材料重度（或單位面積的自重）,平均值計算。 各種材料重度見,建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范,。,混凝土：,25KN/m,3,水泥砂漿：,20KN/m,3,石灰砂漿和混合砂漿：,17KN/m,3,實例：,梁截面尺寸為,250,×,600,mm,，計算其自重標(biāo)準(zhǔn)值。,3.2,荷載和材料強(qiáng)度的取值,2,、可變荷載標(biāo)準(zhǔn)值,:,Q,K,主要類型有：,（,1,）樓（屋）面活荷載標(biāo)準(zhǔn)值：,（,2,）風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值：,（,3,）雪荷載標(biāo)準(zhǔn)值：,各類可變,荷載標(biāo)準(zhǔn)值,見,建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范,。,如：,辦公樓、住宅樓面均布活荷載標(biāo)準(zhǔn)值為,2.0KN/m,2,走道、樓梯間均布活荷載標(biāo)準(zhǔn)值為,2.5KN/m,2,二、材料強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值,1,、鋼筋的強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值：,對有明顯屈服點的熱軋鋼筋，取屈服強(qiáng)度；,對無明顯屈服點的鋼筋、鋼絲及鋼絞線，取,0.85,b,各類鋼筋、鋼絲、和鋼絞線的強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值見附表,1,、,2,。,2,、混凝土的強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值：,混凝土強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值見附表,9,。,材料強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值：,材料強(qiáng)度概率分布中具有,95%,保證率的材料強(qiáng)度值。,整個結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)的一部分超過某一特定狀態(tài),（如承載力、變形、裂縫寬度等超過某一限值）,就不能滿足設(shè)計規(guī)定的某一功能要求,（安全、適用或耐久）,，,此特定狀態(tài)稱為該功能的,極限狀態(tài)。,極限狀態(tài)分為,承載能力極限狀態(tài),和,正常使用極限狀態(tài)。,一、結(jié)構(gòu)的極限狀態(tài),3.3,概率極限狀態(tài)設(shè)計方法,1,、承載能力極限狀態(tài),結(jié)構(gòu)或構(gòu)件達(dá)到最大承載力、出現(xiàn)疲勞破壞、發(fā)生不適于繼續(xù)承載的變形或因結(jié)構(gòu)局部破壞而引發(fā)的連續(xù)倒塌。,結(jié)構(gòu)或構(gòu)件出現(xiàn)下列情形之一時，認(rèn)為超過了承載能力極限狀態(tài),： （,1,）應(yīng)力超過材料強(qiáng)度而破壞，或因過度變形不適于繼續(xù)承載； （,2,）作為剛體失去平衡；,（,3,）轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)動體系；,（,4,）,喪失穩(wěn)定；,（,5,）因局部破壞而發(fā)生連續(xù)倒塌；,（,6,）地基喪失承載能力而破壞；,（,7,）疲勞破壞。,承載能力極限狀態(tài)主要考慮結(jié)構(gòu)有關(guān),安全性,的功能，,所有的結(jié)構(gòu)構(gòu)件都需按,承載能力極限狀態(tài)進(jìn)行設(shè)計。,2,、正常使用極限狀態(tài),結(jié)構(gòu)或構(gòu)件達(dá)到正常使用或耐久性的某項規(guī)定限值。,結(jié)構(gòu)或構(gòu)件出現(xiàn)下列情形之一時，認(rèn)為超過了承載能力極限狀態(tài),：,（,1,）影響正常使用或外觀的變形（,變形過大,）,;,（,2,）影響正常使用或耐久性能的局部損壞（,裂縫過寬,）,;,（,3,）影響正常使用的振動（,振幅過大等,）；,（,4,）影響正常使用的其他特定狀態(tài)，如沉降量過大等。,正常使用極限狀態(tài)主要考慮結(jié)構(gòu)有關(guān),適用性和耐久性,的功能，允許出現(xiàn)的概率稍高一些，但也應(yīng)引起足夠的重視。,通常對結(jié)構(gòu)構(gòu)件,先按承載能力極限狀態(tài)進(jìn)行計算，,按后根據(jù)使用要求,按正常使用極限狀態(tài)進(jìn)行驗算。,二、結(jié)構(gòu)的設(shè)計狀況,結(jié)構(gòu)設(shè)計時，應(yīng)區(qū)分以下四種設(shè)計狀況：,1,、持久設(shè)計狀況,2,、短暫設(shè)計狀況,3,、偶然設(shè)計狀況,4,、地震設(shè)計狀況,以上,4,種設(shè)計狀況，均應(yīng)進(jìn)行承載能力極限狀態(tài)設(shè)計，以確保,結(jié)構(gòu)的安全。,對,持久設(shè)計,狀況，尚應(yīng)進(jìn)行正常使用極限狀態(tài)設(shè)計，,以確保結(jié)構(gòu)的適用和耐久；對,短暫設(shè)計狀況和地震設(shè)計狀況,，可根,據(jù)需要進(jìn)行正常使用極限狀態(tài)設(shè)計；對于,偶然設(shè)計狀況,，可不進(jìn)行,正常使用極限狀態(tài)設(shè)計。,Z,> 0,，,即,R>S,結(jié)構(gòu)可靠,Z,= 0,，,即,R=S,結(jié)構(gòu)處于極限狀態(tài)。,即,R<S,結(jié)構(gòu)失效,Z,< 0,，,Z = R S,結(jié)構(gòu),的功能函數(shù)：,S,結(jié)構(gòu)的作用效應(yīng),R,結(jié)構(gòu)的抗力,三、結(jié)構(gòu)的功能函數(shù)和極限狀態(tài)方程,3.4,極限狀態(tài)設(shè)計的實用表達(dá)式,一、承載能力極限狀態(tài)設(shè)計表達(dá)式,結(jié)構(gòu)構(gòu)件截面設(shè)計表達(dá)式可采用,內(nèi)力,或,應(yīng)力,表達(dá)。,（一）基本表達(dá)式,對持久設(shè)計狀況、短暫設(shè)計狀況和地震設(shè)計狀況，用內(nèi)力形式的表達(dá)式：,0,S,R,R= R,（,f,c,，,f,s,，,.)/,Rd,0,結(jié)構(gòu),重要性系數(shù),；,在持久設(shè)計狀況和短暫設(shè)計狀況下，,對,安全,等級為,一、二、三級,的結(jié)構(gòu)構(gòu)件，,分別,不應(yīng)小于,1.1, 1.0, 0.9,，,對地震設(shè)計狀況性下應(yīng)取,1.0,；,S,承載能力極限狀態(tài)下作用,組合,的效應(yīng),設(shè)計值,；,對持久設(shè)計狀,況和短暫設(shè)計狀況按作用的基本組合計算；對地震設(shè)計狀況,按作用的地震組合計算；,R,結(jié)構(gòu)構(gòu)件,的抗,力設(shè)計值,。,Rd,結(jié)構(gòu)構(gòu)件的抗力模型不定性；,靜力設(shè)計取,1.0,，對不確定性,較大的結(jié)構(gòu)構(gòu)件根據(jù)具體情況取大于,1.0,的數(shù)值；抗震設(shè)計,用承載力抗震調(diào)整系數(shù),RE,代替,Rd,。,（二）荷載效應(yīng)組合的設(shè)計值,S,（只有一種可變荷載）,S,GK,永久,作用,標(biāo)準(zhǔn)值,G,K,的效應(yīng)；,S,QK,可變作用,標(biāo)準(zhǔn)值,Q,K,的效應(yīng),。,1,、由可變荷載效應(yīng)控制的組合,2,、由永久荷載效應(yīng)控制的組合,對持久和短暫設(shè)計狀況，應(yīng)采用,基本組合：,G,永久荷載分項系數(shù),。,按以下規(guī)定取值：,1,、當(dāng)其效應(yīng)對結(jié)構(gòu)不利時：,對由可變荷載效應(yīng)控制的組合，取,1.2,；,對由永久荷載效應(yīng)控制的組合，取,1.,35,；,2,、,當(dāng)其效應(yīng)對結(jié)構(gòu)有利時：,一般情況下,取1.0,。,Q,可變,荷載分項系數(shù)。,一般情況取,1.4,；,當(dāng)樓面活荷載標(biāo)準(zhǔn)值大于4,kN/m,2,，,取,1.3,。,可變荷載組合值系數(shù),，查,荷載規(guī)范,。,風(fēng)荷載為,0.6,，大部分可變荷載為,0.7,。,荷載分項系數(shù)、可變荷載組合值系數(shù),實例：,一辦公樓的設(shè)計使用年限為,50,年，樓蓋中的一簡支梁作用均布荷載，跨度為,6,米，作用其上的永久,荷,載標(biāo)準(zhǔn)值,g,k,=3kN/m,；可變,荷載標(biāo)準(zhǔn)值,q,k,=6kN/m,，,可變,荷載,組合值,系數(shù),C,= 0.7,。,計算,該梁按承載能力極限狀態(tài)計算的荷載,基本,效應(yīng),組合,的設(shè)計值（,跨中彎矩、支座剪力,）,。,二、正常使用極限狀態(tài)設(shè)計表達(dá)式,結(jié)構(gòu)或構(gòu)件超過正常使用極限狀態(tài)時所造成的財產(chǎn)和生命損失要小于超過承載力極限狀態(tài)的后果，故其可靠度指標(biāo)要低一些。,正常使用極限狀態(tài)常采用荷載效應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)組合、頻遇組合或準(zhǔn)永久組合，其表達(dá)式如下：,S,C,S,正常使用極限狀態(tài)的荷載效應(yīng)的設(shè)計值；如變形、裂縫寬度等；,C,結(jié)構(gòu)構(gòu)件達(dá)到正常使用要求所規(guī)定的變形、裂縫寬度等的限值。,見 附表,14,、,16,。,正常使用極限狀態(tài),荷載組合,效應(yīng),設(shè)計值,S,（,只有一種可變荷載,）,S,GK,由,永久荷載,的,標(biāo)準(zhǔn)值,G,K,計算的荷載效應(yīng)值,。,S,QK,由可變,荷載,的,標(biāo)準(zhǔn)值,Q,K,計算的荷載效應(yīng)值,。,1,、標(biāo)準(zhǔn)組合：,2,、頻遇組合：,3,、準(zhǔn)永久組合：,可變荷載的頻遇值系數(shù)。,可變荷載的準(zhǔn)永久值系數(shù)。,本講結(jié)束,