建筑结构的设计标准和设计方法(ppt 46页).ppt

1、第二章 建筑结构的设计标准和设计方法,本 章 的 主 要 内 容：,设计基准期和设计使用年限 结构的功能要求 、作用和抗力 结构可靠度理论和极限状态设计法 结构构件设计的一般内容,规范及设计理论,常用的规范,混凝土结构设计规范,建筑结构荷载规范,建筑地基基础设计规范,建筑抗震设计规范,高层建筑混凝土结构技术规程,结构设计共性问题,荷载大小确定,结构的功能要求,结构抗力确定,制定标准,设计基准期 进行结构可靠性分析时，所采用的荷载的统计参数、与时间有关的材料性能取值，都需要选定一个时间参数，称之为设计基准期。,一般桥梁结构的设计基准期为100年 建筑结构的设计基准期为50年,一. 设计基准期,第

2、一节 设计基准期和设计使用年限,第一节 设计基准期和设计使用年限,二、设计使用年限,设计规定的结构或结构构件不需进行大修即可按其预定目的使用的时期。 建筑结构可靠度设计统一标准（GB50068）明确提出，将结构的设计使用年限分为四个类别。一般钢筋混凝土结构的设计使用年限为50年。,结构设计的目的是要使所设计的结构在规定的设计使用年限内能完成预期的全部功能要求。,一、结构的功能要求,第二节 结构的功能要求、作用和抗力,建筑结构在规定的设计使用年限内应满足安全性、适用性和耐久性三项功能要求。, 安全性 结构在预定的使用期间内，应能承受在正常施工、正常使用情况下可能出现的各种作用。 荷载、外加变形（

3、如超静定结构的支座不均匀沉降）、约束变形（如温度和收缩变形受到约束时）等的作用。 在偶然事件（如地震、爆炸）发生时和发生后，结构应能保持整体稳定性，不应发生倒塌或连续破坏而造成生命财产的严重损失。,第三章 混凝土结构基本设计原则, 适用性 结构在正常使用期间，具有良好的工作性能。 耐久性 结构在正常使用和正常维护条件下，应具有足够的耐久性。,耐久性设计包括的内容： 1、确定结构所处的环境类别 2、提出材料的耐久性质量要求 3、确定构件中钢筋的混凝土保护层厚度 4、在不利环境下应采取的措施 5、满足耐久性要求的相应的技术措施 6、提出结构使用阶段的维护与检测要求,间接作用,直接作用,施加在结构上

4、的荷载，如结构自重、汽车荷载等。,引起结构外加变形和约束变形的原因,作 用,二、作用和作用效应, 作 用 直接作用： 间接作用：,二、作用和作用效应, 作 用 的 分 类,按时间的变异分类,永久作用： 可变作用： 偶然作用：,自重 土壤压力 基础沉降 焊接变形,楼面活荷载 雪荷载 风荷载,地震 爆炸 撞击,二、作用和作用效应,按随空间位置的变异分类,固定作用： 自由作用：,自重,人群荷载 吊车荷载,按结构的反应特点分类,静态作用： 动态作用：,自重 楼面人群荷载 屋面雪荷载,地震 吊车荷载 振动设备,二、作用和作用效应,作用效应：由作用引起的结构或结构构件的反应，例如内力、变形和裂缝等。（随机

5、性） 荷载效应：荷载引起的结构的内力和变形。（随机性）,抗力：结构或结构构件承受作用效应的能力。与结构的几何参数和材料性能有关。（随机性）,一、可靠性与可靠度,功能要求,安全性、适用性和耐久性,可靠性,可靠度,结构在规定的时间内，规定的条件下完成预定功能的概率,第三节 结构可靠度理论和极限状态设计法,结构在规定的时间内，规定的条件下完成预定功能的能力,一、结构的可靠性和可靠度 （一） 结构的可靠性定义：能力 （二） 结构的可靠度定义：概率 二、可靠度理论,第三节 结构可靠度理论和极限状态设计法,结构的可靠概率和失效概率 1、结构的功能函数：Z=R-S R结构抗力 S作用效应,第三节 结构可靠度

6、理论和极限状态设计法,可靠的基本条件：结构的功能函数：Z=R-S0,可靠度,失效概率,（二） 结构的可靠概率和失效概率 2、可靠概率和失效概率,第三节 结构可靠度理论和极限状态设计法,失效概率Pf,可靠概率Ps,Pf + PS = 1,可靠度：即可以用可靠概率来衡量，也可以用实效概率来衡量；当失效概率小于某个值时，人们因结构失效的可能性很小而即可认为结构设计是可靠的。该失效概率限值称为容许失效概率Pf。 延性破坏：容许失效概率Pf=6.910-4 脆性破坏：容许失效概率Pf=1.110-4,（三） 按可靠指标的设计准则 1、可靠指标：失效概率衡量可靠度计算很复杂，故引入可靠指标，具体度量结构的

7、可靠性。,（三） 按可靠指标的设计准则 2、按可靠指标的设计准则 定义：建筑结构设计时，根据建筑物的安全等级，按规定的可靠指标进行设计的设计准则，称为按可靠指标的设计准则。,建筑结构的安全等级,（三） 按可靠指标的设计准则 2、按可靠指标的设计准则,建筑结构目标可靠指标,建筑结构可靠度设计统一标准（GB50068-2001）,三、概率极限状态设计法,一极限状态：,当整个结构或结构的一部分超过某一特定状态而不能满足设计规定的某一功能要求时，则此特定状态称为该结构的极限状态。,结构的极限状态也是结构处于可靠状态与失效状态的临界状态。,正常使用极限状态,承载能力极限状态,极限状态,2、极限状态的分类

8、,承载能力极限状态 对应于结构或构件达到最大承载能力或不适于继续承载的变形。,承载能力 极限状态,结构构件或连接处因超过材料强度而破坏,结构转变 成机动体系,整个结构或结构的一部分作为刚体失去平衡 （滑动、倒塌）,结构或结构构件丧失稳定（柱的压曲失稳）,地基丧失承载能力稳定（失稳）,正常使用极限状态 对应于结构或构件达到正常使用或耐久性能的某项规定限值。,影响正常使用或外观的变形,影响正常使用或耐久性能的局部损坏,影响正常使用的振动,影响正常使用的其它特定状态,正常使用极限状态,1、设计原则：作用效应最不利组合(基本组合)设计值必须小于或等于结构抗力的设计值。,（以塑性理论为基础）：,2、基本

9、表达式:,二、承载能力极限状态状态设计,荷载效应基本组合设计值, 可变荷载效应起控制作用的组合,永久荷载效应分项系数,可变荷载效应分项系数, 基本组合简化,由永久荷载效应控制的组合 仍按原式计算,例题1 一钢筋砼屋面简支梁，跨度为6m，截面尺寸为250mm500mm，梁的负荷宽度为3.6m，已知屋面板自重标准值为3kN/m2，上人屋面活荷载标准值为2kN/m2，雪荷载标准值为0.5kN/m2，可变荷载组合系数0.7, 试求梁跨中弯矩设计值和支座边缘截面剪力设计值。,梁计算简图,屋面平面简图,解：,计算gk 梁自重0.250.525=3.125kN/m 板自重 33.6=10.8 kN/m gk

10、=13.93kN/m,q1k=23.6=7.2 kN/m q2k=0.53.6=1.8 kN/m,跨中弯矩设计值,支座边缘截面剪力设计值,同理,C结构或结构构件达到正常使用要求的 规定限值，例如变形、裂缝、振幅、 加速度、应力等的限值，应按各有关 建筑结构设计规范的规定采用。,三 正常使用极限状态,可靠度要求低于承载能力极限状态。,对于正常使用极限状态，应根据不同的设计要求，采用荷载的标准组合、准永久组合进行设计，使变形、裂缝、振幅、基底应力等荷载效应的组合值符合下式的要求： SC （1） 对于标准组合，荷载效应组合的设计值S按下式计算：,2.3.2.2 正常使用极限状态设计表达式,（2） 对

11、于准永久组合，荷载效应组合的设计值S按下式计算：,【例2.1】已知由永久荷载产生的弯矩标准值Mgk=11kNm，起控制作用的可变荷载产生的弯矩标准值Mqk=16kNm，安全等级为二级，求弯矩设计值。 【解】本例中，G=1.2,Q1=1.4 SGk=Mgk=11kNm SQ1k=Mqk=16kNm 则弯矩设计值 M=GSGk+Q1SQ1k =1.211+1.416=35.6kNm 弯矩设计值为35.6kNm。,【例2.2】某教学楼楼面采用预制板，计算跨度l0=5.70m，板宽0.9m，板自重2.2kN/m2。楼面采用水磨石地面（10mm厚面层，20mm厚水泥砂浆打底），板底20mm厚抹灰。楼面活

12、荷载标准值为2.0kN/m2。试求： 板的跨中截面弯矩设计值M;荷载效应标准组合设计值M；荷载效应准永久组合设计值M。 【解】 (1) 荷载标准值 永久荷载 水磨石地面 0.65kN/m2 20mm板底抹灰 170.02=0.34kN/m2,板自重2.2kN/m2 作用在板上的永久荷载线荷载标准值为 gk=(0.65+0.34+2.2)0.9=2.871kN/m 可变活荷载 qk=2.00.9=1.8kN/m (2) 板的跨中截面弯矩设计值 永久荷载产生的弯矩标准值 Mgk=1/8 gk l02=11.66kNm 可变荷载产生的弯矩标准值 Mqk=1/8qkl02=7.31kNm,G=1.2，

13、Q=1.4 M=GMgk+QMqk=24.22kNm ,(2) 标准组合荷载效应组合的设计值M M=Mgk+Mqk=11.66+7.31=18.97kNm (3) 准永久组合荷载效应组合的设计值M q1=0.5 M=SGk+q1SQ1k=Mgk+q1Mqk15.32kNm,2、具体设计内容 （1）裂缝控制验算 根据所处环境类别和结构类别，选用裂缝控制等级和最大裂缝宽度限值，见表26 裂缝等级分三级： 一级严格要求不出现，按荷载效应标准组合计算时，构件受拉边缘混凝土不应产生拉应力； 二级要求一般不出现裂缝，按荷载效应标准组合时，构件受拉边缘混凝土拉应力不应大于轴心抗压强度标准值； 三级允许出现裂缝，但限制满足表26要求,三 正常使用极限状态,2、具体设计内容 （2）挠度验算 计算钢筋混凝土受弯构件的最大挠度时，应按荷载效应的准永久组合并考虑荷载长期作用的影响。 但计算值不应超过表27的挠度限制,三 正常使用极限状态,例题2 同例题1 ，求梁跨中挠度。,解：,小 结,1、三大功能要求： 安全性、适用性、耐久性 2、两类极限状态: 承载能力极限状态 正常使用极限状态,