第10章混凝土结构设计的一般原则和方法课件.ppt

1、混凝土结构设计的一般混凝土结构设计的一般原则和方法原则和方法了解结构上的作用，作用效应和结构抗力的概念及其随机特性。了解结构上的作用，作用效应和结构抗力的概念及其随机特性。了解混凝土结构设计方法的理论基础了解混凝土结构设计方法的理论基础可靠度理论可靠度理论掌握我国规范的设计方法掌握我国规范的设计方法概率极限状态设计方法概率极限状态设计方法 第10章10.1 建筑结构设计的一般原则建筑结构设计的一般原则第10章10.110.1.1 建筑结构的组成和分类建筑结构的组成和分类组成组成：建筑结构建筑结构上部结构上部结构水平结构体系：各层楼盖、顶层屋盖水平结构体系：各层楼盖、顶层屋盖竖向结构体系：柱子、

2、墙竖向结构体系：柱子、墙下部结构下部结构地下室、基础地下室、基础按结构材料：砌体结构、混凝土结构、钢结构、组合结构、混合结构按结构材料：砌体结构、混凝土结构、钢结构、组合结构、混合结构按竖向体系：排架结构、框架结构、剪力墙结构、框架按竖向体系：排架结构、框架结构、剪力墙结构、框架-剪力墙结构和筒剪力墙结构和筒 体结构。体结构。分类分类：10.1.2 建筑结构设计阶段和内容建筑结构设计阶段和内容第10章10.1工程建设工程建设工程勘察工程勘察初步设计初步设计 技术设计技术设计工程施工工程施工工程设计工程设计施工设计施工设计10.1.3 建筑结构设计的一般原则建筑结构设计的一般原则第10章10.1

3、 安全性、适用性、耐久性安全性、适用性、耐久性（1）详细阅读和领会工程地质勘测报告，把建筑场地的水文、地质资料作）详细阅读和领会工程地质勘测报告，把建筑场地的水文、地质资料作 为设计的依据。为设计的依据。（2）把国家、地方和行业的现行设计法规、标准、规范和规程等作为设计）把国家、地方和行业的现行设计法规、标准、规范和规程等作为设计 的依据，切实遵守有关规定，特别是的依据，切实遵守有关规定，特别是“强制性条文强制性条文”的规定。的规定。（3）采用高性能的结构材料、先进的科学技术、先进的设计计算方法和施）采用高性能的结构材料、先进的科学技术、先进的设计计算方法和施 工方法。工方法。（4）结合工程的

4、具体情况，尽可能采用并正确选择标准图。）结合工程的具体情况，尽可能采用并正确选择标准图。（5）宜优先采用有利于建筑工业化装配式结构和装配整体式结构。）宜优先采用有利于建筑工业化装配式结构和装配整体式结构。（6）与其他工种的设计，诸如建筑设计、给水排水设计、电气设计、空气）与其他工种的设计，诸如建筑设计、给水排水设计、电气设计、空气 调节与通风设计等互相协调配合。调节与通风设计等互相协调配合。10.2 建筑结构荷载建筑结构荷载10.2.1 结构上的作用、作用效应与结构抗力结构上的作用、作用效应与结构抗力定义：定义：凡是使结构产生内力、应力、位移、应变、裂缝的因素，成为结构凡是使结构产生内力、应力

5、、位移、应变、裂缝的因素，成为结构 上的作用。上的作用。分类：分类：直接作用：荷载直接作用：荷载 间接作用：温度、收缩、徐变、地基不间接作用：温度、收缩、徐变、地基不 均匀沉降、地震等。均匀沉降、地震等。第10章10.21.1.结构上的作用结构上的作用2 2 作用效应作用效应定义：定义：作用在结构上产生的反应，如内力、作用在结构上产生的反应，如内力、应力、位移、应变、裂缝等，称为应力、位移、应变、裂缝等，称为 作用效应。作用效应。3 3 结构抗力结构抗力 定义：定义：结构抵抗作用效应的能力，称为结构抗力。结构抵抗作用效应的能力，称为结构抗力。3.偶然荷载：偶然荷载：结构使用期间可能不出现，一旦

6、出现其作用时间短，效应大结构使用期间可能不出现，一旦出现其作用时间短，效应大 的荷载为偶然荷载，如爆炸力、撞击。的荷载为偶然荷载，如爆炸力、撞击。10.2.2 荷载的分类荷载的分类1.永久荷载（恒荷载）：永久荷载（恒荷载）：大小、方向、作用点不随时间改变的荷载为永久荷大小、方向、作用点不随时间改变的荷载为永久荷 载。如自重、土压力、预应力等。载。如自重、土压力、预应力等。2.可变荷载（活荷载）：可变荷载（活荷载）：大小、方向或作用点随时间改变而变化的荷载为可大小、方向或作用点随时间改变而变化的荷载为可 变荷载，如楼面和屋面活载、风荷载、雪荷载、吊变荷载，如楼面和屋面活载、风荷载、雪荷载、吊 车

7、荷载、车辆荷载等。车荷载、车辆荷载等。第10章10.210.2.3 荷载的代表值荷载的代表值2.组合值：组合值：当有两个或两个以上可变荷载同时作用时的代表值。当有两个或两个以上可变荷载同时作用时的代表值。组合值组合值=标准值标准值c1.标准值：标准值：是荷载的基本代表值，是正常使用情况下可能出现的保证率是荷载的基本代表值，是正常使用情况下可能出现的保证率95%的偏大值，是永久荷载的唯一代表值。的偏大值，是永久荷载的唯一代表值。q3.频遇值：频遇值：可变荷载可能出现的较大值，但小于标准值。计算裂缝变形时用。可变荷载可能出现的较大值，但小于标准值。计算裂缝变形时用。频遇值频遇值=标准值标准值t4.

8、准永久值：准永久值：可变荷载中较稳定的那一部分。计算裂缝变形时用。可变荷载中较稳定的那一部分。计算裂缝变形时用。准永久值准永久值=标准值标准值可变荷载可变荷载变化较大部分变化较大部分变化较小部分变化较小部分 准永久值准永久值5.0Tt5.0TtT 建筑物的设计使用年限建筑物的设计使用年限 （设计基准期）（设计基准期）t 活载存在的时间年限活载存在的时间年限第10章10.21.1.材料强度的标准值材料强度的标准值取决于截面尺寸大小和材料强度高低。材料强度分为标准值和设计值。取决于截面尺寸大小和材料强度高低。材料强度分为标准值和设计值。混凝土混凝土10.2.4 材料强度材料强度钢筋钢筋ckftkf

9、ykfykf 保证率：保证率：95%荷载：荷载：95%645.1f645.1f2 2 材料强度的设计值材料强度的设计值混凝土混凝土钢筋钢筋cckcffctktffsykyffsykyffc 混凝土材料分项系数混凝土材料分项系数 取取1.4s 钢筋分项系数钢筋分项系数 热轧钢筋取热轧钢筋取 1.1，钢丝、钢绞线、热处理，钢丝、钢绞线、热处理 钢筋取钢筋取1.2第10章10.210.3.1 结构的功能要求结构的功能要求1 1 结构设计使用年限结构设计使用年限10.3 结构的功能要求和极限状态结构的功能要求和极限状态类别类别结构类型结构类型年限（年）年限（年）临时性结构临时性结构易于替换的结构构件易

10、于替换的结构构件普通房屋和构筑物普通房屋和构筑物1243纪念性建筑和特别重要建筑纪念性建筑和特别重要建筑525100502 2 结构的安全等级结构的安全等级按结构的重要性划分按结构的重要性划分一级：一级：重要建筑重要建筑二级：二级：一般建筑一般建筑三级：三级：次要建筑次要建筑第10章10.310.3.2 结构功能的极限状态结构功能的极限状态定义：定义：整个结构或构件的一部分超过某一特定状态就不整个结构或构件的一部分超过某一特定状态就不 能满足设计指标的某一功能要求，这个特定状态能满足设计指标的某一功能要求，这个特定状态 称为该功能的极限状态。称为该功能的极限状态。分类：分类：第10章10.3承

11、载力极限状态承载力极限状态：超过这一极限状态时结构将发生破坏、倒塌或超过这一极限状态时结构将发生破坏、倒塌或 失稳现象。失稳现象。正常使用极限状态：正常使用极限状态：超过这一极限状态时结构将出现过大的变形、超过这一极限状态时结构将出现过大的变形、开裂或过宽的裂缝，钢筋严重锈蚀、混凝土开裂或过宽的裂缝，钢筋严重锈蚀、混凝土 腐蚀、风化、剥落等现象。腐蚀、风化、剥落等现象。10.4.1 结构的可靠性结构的可靠性10.4 按近似概率的极限状态设计方法按近似概率的极限状态设计方法指结构的安全性、适用性、耐久性指结构的安全性、适用性、耐久性1.安全性安全性 结构应能在预定的设计使用年限内，应能承受正常施

12、工和正常使用时，可能结构应能在预定的设计使用年限内，应能承受正常施工和正常使用时，可能出现的各种荷载，外加变形，约束变形，以及在偶然事件发生时和发生后，结出现的各种荷载，外加变形，约束变形，以及在偶然事件发生时和发生后，结构仍能保持必需的整体稳定性，不致发生倒塌。构仍能保持必需的整体稳定性，不致发生倒塌。2.适用性适用性 不产生大的变形和不出现裂缝或过宽裂缝。不产生大的变形和不出现裂缝或过宽裂缝。3.耐久性耐久性 结构在正常维护条件下应有足够的耐久性，完好使用到设计使用年限。结构在正常维护条件下应有足够的耐久性，完好使用到设计使用年限。第10章10.45.2 结构的可靠度结构的可靠度 指结构在

13、规定的时间内、规定条件下完成预定功能的概率，是结构可靠性的指结构在规定的时间内、规定条件下完成预定功能的概率，是结构可靠性的概率度量。概率度量。Z 结构的功能函数结构的功能函数 R 结构抗力结构抗力 S 结构的作用效应结构的作用效应 Z 0 结构可靠结构可靠 Z 10.410.4.3 结构的可靠指标结构的可靠指标 现行设计方法以概率理论为基础，用可靠指标度量，采用多个分项系数表达。现行设计方法以概率理论为基础，用可靠指标度量，采用多个分项系数表达。设设 ，这里，这里称为可靠度指标，有称为可靠度指标，有22SRSRZRZZ 式中：式中：结构抗力的平均值和标准差结构抗力的平均值和标准差 结构作用效

14、应的平均值和标准差结构作用效应的平均值和标准差RRSS1.按承载力极限状态设计时，按承载力极限状态设计时，取值取值破坏类型破坏类型安全等级安全等级一级一级塑性破坏塑性破坏脆性破坏脆性破坏二级二级三级三级3.73.22.74.23.73.22.按正常使用极限状态时按正常使用极限状态时根据可逆程度取根据可逆程度取01.5第10章10.410.5 实用设计表达式实用设计表达式1.1.计算公式计算公式RS 00 结构重要性系数结构重要性系数 安全等级为一级或使用年限为安全等级为一级或使用年限为100年时，年时，安全等级为二级或使用年限为安全等级为二级或使用年限为50年时，年时，安全等级为三级或使用年限

15、为安全等级为三级或使用年限为5年时，年时，1.100.109.00S 荷载效应组合的设计值，用基本组合或偶然组合。荷载效应组合的设计值，用基本组合或偶然组合。R 结构抗力设计值。结构抗力设计值。第10章10.510.5.1 承载力极限状态设计方法承载力极限状态设计方法2.2.荷载效应组合荷载效应组合1)基本组合基本组合a.一般结构构件，选择下列计算中较大者一般结构构件，选择下列计算中较大者由可变荷载控制时由可变荷载控制时QiKciniQiKQQGKGSSSS211（式（式1）由永久荷载控制时由永久荷载控制时QiKciniQiGKGSSS1（式（式2）G式中：式中：永久荷载分项系数，当其效应对结

16、构不利时，（式1）（式2），当其效应对结构有利时，应取1.0 2.1G35.1GQi 活载分项系数，一般情况下取1.4，当活载标准值大于 的工业房屋楼面结构取1.3 2/4mkNGKS 恒载标准值所产生的内力 KQS1 第i个可变荷载的组合系数ci 活载标准值产生的内力，i=1的活荷载为主导活荷载。第10章10.5b.一般排架、框架结构：选择下列计算中较大者一般排架、框架结构：选择下列计算中较大者由可变荷载控制时由可变荷载控制时QiKniQiGKGSSS1（式（式3）由永久荷载控制时由永久荷载控制时QiKciniQiGKGSSS1（式（式4）式中：式中：简化式中的荷载组合系数；一般情况下 ，只

17、有一个活 荷载取 ，和 的取值与式1,2相同。9.00.1GQ第10章10.53.3.偶然荷载偶然荷载1)偶然荷载的代表值不乘分项系数偶然荷载的代表值不乘分项系数2)与偶然荷载同时出现的其他荷载采用适当的代表值与偶然荷载同时出现的其他荷载采用适当的代表值3)各种情况下荷载效应的设计值公式由有关规范另定。各种情况下荷载效应的设计值公式由有关规范另定。第10章10.56.3 按正常使用极限状态的设计方法按正常使用极限状态的设计方法1.1.计算公式计算公式CS S 正常使用极限状态下荷载效应组合值 C达正常使用要求时的变形、裂缝、应力限值 2.2.荷载效应组合值荷载效应组合值1）标准组合：主要用于当

18、一个极限状态被超越时将产生严重的永久性损坏的情况。niQiKciKQGKSSSS21（式（式5）2）频遇组合：主要用于当一个极限状态被超越时将产生的局部损坏，较大变形或 短暂震动等情况。niQiKfiKQfGKSSSS2113）准永久值组合：主要用于长期效应是决定因素的一种情况niQiKqiGKSSS1第10章10.5第10章10.5例例10-1 某办公楼楼面采用预应力混凝土七孔板，安全等级定为二级。板长某办公楼楼面采用预应力混凝土七孔板，安全等级定为二级。板长3.3m,计计 算跨度算跨度3.18m，板宽，板宽0.9m，板自重，板自重 ，后浇混凝土层后，后浇混凝土层后40mm，板底抹灰层厚板底

19、抹灰层厚20mm，可变荷载取，可变荷载取 ，准永久值系数为，准永久值系数为0.4。试计。试计 算按承载力极限状态和正常使用极限状态设计时的截面弯矩设计值。算按承载力极限状态和正常使用极限状态设计时的截面弯矩设计值。解：永久荷载标准值计算如下：解：永久荷载标准值计算如下：沿板长每延米均布荷载标准值为沿板长每延米均布荷载标准值为2/04.2mkN2/0.2mkN自重自重40mm后浇层后浇层20mm板底抹灰层板底抹灰层2/04.2mkN2/104.025mkN2/4.002.020mkN2/44.3mkNmkN/1.344.39.0可变荷载每延米标准值可变荷载每延米标准值mkN/8.10.29.0简

20、支板在均布荷载作用下的弯矩为简支板在均布荷载作用下的弯矩为281qlm 因只有一种可变荷载，故因只有一种可变荷载，故故荷载为故荷载为取取 ，故，故按承载力极限状态设计时，按可变荷载效应控制得弯矩设计值为按承载力极限状态设计时，按可变荷载效应控制得弯矩设计值为mkNSGk92.318.31.3812mkNSGk28.218.38.1812kQQGkGSSM1100.104.11Q2.1GmkNM9.728.24.192.32.10.1按正常使用极限状态设计时，弯矩标准值为按正常使用极限状态设计时，弯矩标准值为mkNMk2.628.292.3按荷载得准永久值组合时按荷载得准永久值组合时mkNMkq

21、83.428.24.092.3第10章10.5课上练习：课上练习：第10章1.结构的（结构的（）是：结构在规定的时间内，在规定的条件下，完成预定功）是：结构在规定的时间内，在规定的条件下，完成预定功能的能力。能的能力。A.安全性安全性 B.适用性适用性 C.耐久性耐久性 D.可靠性可靠性2.下列情况属于超出正常使用极限状态的情况是（下列情况属于超出正常使用极限状态的情况是（）A.雨篷倾倒雨篷倾倒B.现浇双向楼板楼面在人行走中振动较大现浇双向楼板楼面在人行走中振动较大C.连续梁中支座产生塑性铰连续梁中支座产生塑性铰D.构建丧失稳定构建丧失稳定 第10章3.可变荷载中作用时间占设计基准期内总持续时

22、间超过可变荷载中作用时间占设计基准期内总持续时间超过50%的荷载值，称的荷载值，称为（为（）A.荷载设计值荷载设计值 B.荷载标准值荷载标准值 C.荷载频遇值荷载频遇值 D.可变荷载准永久值可变荷载准永久值4.混凝土强度等级混凝土强度等级C是由立方体抗压强度试验值按下述（是由立方体抗压强度试验值按下述（）项原则确定的）项原则确定的A.取平均值取平均值 ，超值保证率，超值保证率50%B.取取 ，超值保证率，超值保证率95%C.取取 ，超值保证率，超值保证率97.72%D.取取 ，超值保证率，超值保证率85.5%5.现行混凝土结构设计规范度量混凝土可靠性的原则是（现行混凝土结构设计规范度量混凝土可

23、靠性的原则是（）A.用分项系数，不计失效概率用分项系数，不计失效概率B.用分项系数和结构重要性系数，不计用分项系数和结构重要性系数，不计C.用可靠指标用可靠指标 ，不计，不计D.用用 表示表示 ，并在形式上采用分项系数和结构重要性系数代替，并在形式上采用分项系数和结构重要性系数代替 645.1ff645.12f35.1ffPfPfPfP第10章6.规范对混凝土结构的目标可靠度指标要求为规范对混凝土结构的目标可靠度指标要求为3.7（脆性破坏）和（脆性破坏）和3.2（延（延性破坏）时，该建筑结构的安全等级属于（性破坏）时，该建筑结构的安全等级属于（）A.一级，一级，重要建筑重要建筑 B.二级，重要

24、建筑二级，重要建筑C.二级，一般建筑二级，一般建筑 D.三级，次要建筑三级，次要建筑7.当楼面均布活荷载大于或等于当楼面均布活荷载大于或等于 时，取时，取 等于（等于（）A.1.3 B.1.2 C.1.0 D.1.48.我国规范规定的设计基准期为：我国规范规定的设计基准期为：A.50年年 B.70年年 C.100年年 D.25年年9.荷载的标准值是荷载在结构设计基准期内可能达到的下述何值荷载的标准值是荷载在结构设计基准期内可能达到的下述何值?A.最小值最小值 B.平均值平均值 C.加权平均值加权平均值 D.最大值最大值10.在永久荷载控制的组合中在永久荷载控制的组合中,永久荷载的分项系数是永久

25、荷载的分项系数是()A.1.2 B.1.25 C.1.3 D.1.35f2/4mkNQ作业：作业：第10章1.受均布荷载作用的简支梁受均布荷载作用的简支梁,计算跨度计算跨度 。荷载的标准值：永久荷载。荷载的标准值：永久荷载（包括梁自重）（包括梁自重）；可变均布荷载；可变均布荷载 ，跨中承受，跨中承受可变集中荷载，其标准值可变集中荷载，其标准值 ，无风荷载作用（组合系数，无风荷载作用（组合系数 可取可取0.7）。该梁安全等级为一级。求承载力极限状态下该梁跨中截面的弯矩）。该梁安全等级为一级。求承载力极限状态下该梁跨中截面的弯矩设计值。设计值。ml4mkNgk/8mkNqk/4.6kNPk9作业：

26、作业：第10章1.受均布荷载作用的简支梁受均布荷载作用的简支梁,计算跨度计算跨度 。荷载的标准值：永久荷载。荷载的标准值：永久荷载（包括梁自重）（包括梁自重）；可变均布荷载；可变均布荷载 ，跨中承受，跨中承受可变集中荷载，其标准值可变集中荷载，其标准值 ，无风荷载作用（组合系数，无风荷载作用（组合系数 可取可取0.7）。该梁安全等级为一级。求承载力极限状态下该梁跨中截面的弯矩）。该梁安全等级为一级。求承载力极限状态下该梁跨中截面的弯矩设计值。设计值。ml4mkNgk/8mkNqk/4.6kNPk9第10章2.受均布荷载作用的简支梁受均布荷载作用的简支梁,计算跨度计算跨度 。荷载的标准值：永久荷载。荷载的标准值：永久荷载（包括梁自重）（包括梁自重）；可变均布荷载；可变均布荷载 ，准永久值，准永久值系数系数 。试计算：正常使用极限状态下荷载效应标准组合和准永。试计算：正常使用极限状态下荷载效应标准组合和准永久组合的弯矩设计值。久组合的弯矩设计值。ml6mkNgk/5mkNqk/95.0q