1、2022年11月28日灵犀地教师根据高等职业院校土建类建筑结构课程教学要求制作建筑结构计算基本原则模块1钢筋混凝土受弯构件的构造要求正截面承载力计算斜截面承载力计算目录CATALOG挠度和裂缝宽度验算01熟悉荷载的分类及其代表值的确定方法。02初步了解影响结构抗力的相关因素。03理解建筑结构的功能要求。04掌握建筑结构极限状态的定义及分类。教学目标05掌握按承载能力极限状态和正常使用极限状态进行结构设计的方法。06掌握荷载组合的相关计算过程。结构上的作用和结构抗力u 1.1.1 作用的概念u 1.1.2 荷载的分类u 1.1.3 荷载代表值u 1.1.4 荷载设计值u 1.1.5 荷载效应u
2、1.1.6 结构抗力1.1.1作用的概念u 能使结构或构件产生内力或变形的原因，统称作用。作用可分为直接作用和间接作用。u 直接作用即习惯上所说的荷载，是指施加在结构上的集中力或分布力系，如结构自重、楼（屋）面活荷载、风荷载、雪荷载等。u 间接作用不直接以力的形式出现，但也能在结构内部引起内力或变形，如混凝土的收缩、温度的变化、基础的不均匀沉降等。1.1.2 荷载的分类1.永久荷载永久荷载也称恒荷载，是指在结构使用期间，其值不随时间变化，或其变化与平均值相比可忽略不计，或其变化是单调的并能趋于限值的荷载，如结构自重、永久设备质量、土压力、预应力等。2.可变荷载可变荷载也称活荷载，是指在结构使用
3、期间，其值随时间变化，且其变化与平均值相比不可忽略不计的荷载，如楼（屋）面活荷载、吊车荷载、积灰荷载、风荷载、雪荷载、温度作用等。3.偶然荷载在结构使用期间不一定出现，而一旦出现，其量值很大且持续时间很短的荷载，称为偶然荷载，如爆炸、撞击、火灾、海啸及其他偶然出现的灾害所引起的荷载。1.1.3 荷载代表值对永久荷载应采用标准值作为代表值。荷载的标准值是结构设计时采用的荷载基本代表值，荷载的其他代表值是以其为基础乘以相应的系数后得到的。1.永久荷载代表值荷载的标准值为设计基准期内最大荷载统计分布的特征值（如众值、均值、中值或某个分位值）。提示1.1.3 荷载代表值1）可变荷载标准值（Qk）荷载规
4、范给出了各种可变荷载的标准值，设计时可直接查用。2）可变荷载组合值（cQk）两种或两种以上可变荷载同时作用于结构上时，除主导荷载（产生最大效应的荷载）仍可以其标准值为代表值外，其他伴随荷载均应以小于标准值的荷载值为代表值，此即可变荷载组合值。2.可变荷载代表值荷载规范规定，对可变荷载应根据设计要求采用标准值、组合值、频遇值或准永久值作为代表值。提示1.1.3 荷载代表值3）可变荷载频遇值（fQk）对可变荷载，在设计基准期内，其超越的总时间为规定的较小比率或超越频率为规定频率的荷载值，称为可变荷载频遇值。4）可变荷载准永久值（qQk）可变荷载准永久值就是在设计基准期内经常达到或超过的那部分荷载值
5、，它对结构的影响类似于永久荷载。2.可变荷载代表值可变荷载准永久值就是在设计基准期内经常达到或超过的那部分荷载值，它对结构的影响类似于永久荷载。提示1.1.4 荷载设计值荷载标准值与荷载分项系数的乘积称为荷载设计值。荷载分项系数是指承载能力极限状态设计为满足可靠度的要求，在实际设计中计算杆件内力时，对荷载标准值加以调整的系数。荷载分项系数是在设计计算中反映了荷载的不确定性并与结构可靠度概念相关联的一个数值。提示1.1.5 荷载效应u 结构上的各种作用使结构产生的内力（如轴力、弯矩、剪力、扭矩等）和变形（如挠度、转角、裂缝等）统称荷载效应，用S表示。u 由直接作用产生的效应，通常称为荷载效应。荷
6、载效应S=CQ，其中C为荷载效应系数，Q为荷载。与荷载有标准值和设计值相对应，荷载效应也有标准值和设计值之分。提示1.1.6 结构抗力p 结构抗力是结构或构件承受作用效应的能力，如构件的承载力、刚度、抗裂度等，用R表示。p 结构抗力是随机变量，是结构内部固有的，其大小主要取决于材料性能（强度、弹性模量、延性等）、构件几何参数（形状、高度、宽度、面积、惯性矩等）及计算模式的精确性等。理论上，只有当荷载效应（S）和结构抗力（R）之间的大小关系满足RS时，结构或构件才是合理的。提示建筑结构的功能要求和极限状态u 1.2.1 建筑结构的功能要求u 1.2.2 建筑结构的极限状态1.2.1 建筑结构的功
7、能要求01020304安全性适用性耐久性可靠性1.2.1 建筑结构的功能要求安全性是指结构在预定的使用期限内，能够承担正常使用和正常施工时可能出现的各种作用，而不产生破坏；在偶然事件发生时和发生后，仍能保持必需的整体稳定性，不至于因局部损坏而发生连续倒塌。1.安全性结构设计时，应根据结构破坏可能产生后果的严重性，采用不同的安全等级。提示1.2.1 建筑结构的功能要求适用性是指结构在正常使用时具有良好的工作性能。例如，不会出现影响正常使用的过大变形或振动，不会产生使使用者感到不安的裂缝宽度，等等。2.适用性耐久性是指结构在正常维护条件下具有足够的耐久性能，即结构在正常维护条件下能够正常使用到规定
8、的设计使用年限。例如，结构材料不致出现影响功能的损坏，钢筋混凝土构件的钢筋不致因保护层过薄或裂缝过宽而锈蚀，材料的老化、腐蚀等不能超过规定的限制，等等。3.耐久性1.2.1 建筑结构的功能要求结构的安全性、适用性和耐久性，总称为结构的可靠性。结构的可靠性用结构可靠度来衡量，是指结构在规定时间内，在规定条件下完成预定功能的概率。4.可靠性结构可靠性越高，建设造价投资就越大。如何在结构可靠与经济之间取得均衡，就是设计方法要解决的问题。提示1.2.2 建筑结构的极限状态1.承载能力极限状态承载能力极限状态指结构或结构构件达到最大承载能力或不适于继续承载的变形，是判别结构是否满足安全性要求的标准。当结
9、构或结构构件出现下列状态之一时，即认为超过了承载能力极限状态。（1）结构构件或连接因材料强度不够而破坏。（2）整个结构或结构的一部分作为刚体失去平衡（如倾覆等）。（3）结构转变为机动体系。（4）结构或结构构件丧失稳定（如柱子被压曲等）。1.2.2 建筑结构的极限状态2.正常使用极限状态正常使用极限状态指结构或结构构件达到正常使用或耐久性能的某项规定限值，是判别结构是否满足正常使用和耐久性要求的标准。当结构或结构构件出现下列状态之一时，即认为超过了正常使用极限状态。（1）影响正常使用或外观的变形。（2）影响正常使用或耐久性能的局部损坏（包括裂缝）。（3）影响正常使用的振动。（4）影响正常使用的其
10、他特定状态等。承载能力极限状态考察的是结构构件的破坏阶段，结构或构件一旦超过承载能力极限状态，会造成结构全部或部分破坏或倒塌。提示极限状态设计法u 1.3.1 承载能力极限状态实用表达式u 1.3.2 正常使用极限状态实用表达式1.3.1 承载能力极限状态实用表达式对于承载能力极限状态，应按荷载的基本组合或偶然组合计算荷载组合的效应设计值，并应采用下列设计表达式进行设计。（1-1）式中，0为结构重要性系数，应按结构的安全等级、设计使用年限并考虑工程经验确定；Sd为作用组合的效应设计值；Rd为结构或结构构件的抗力设计值，应按各有关建筑结构设计规范的规定确定。1.3.1 承载能力极限状态实用表达式
11、1）由可变荷载控制的效应设计值，应按式进行计算。1.3.1 承载能力极限状态实用表达式（2）由永久荷载控制的效应设计值，应按式进行计算。1.3.2 正常使用极限状态实用表达式1.3.2 正常使用极限状态实用表达式1.3.2 正常使用极限状态实用表达式可变荷载产生的跨中弯矩标准值为 =1.0(1.241.0+1.41.025.0)=84.2kNm1.3.2 正常使用极限状态实用表达式=1.0(1.3541.0+1.41.00.725.0)=79.85（kNm）由永久荷载控制的跨中弯矩设计值为1.3.2 正常使用极限状态实用表达式由可变荷载控制的支座边缘截面剪力设计值为=1.0(1.231.9+1
12、.41.019.44)=65.5kN由永久荷载控制的支座边缘截面剪力设计值为=1.0(1.3531.9+1.41.00.719.44)=62.1kN支座边缘截面剪力设计值取上述两者中的较大值为 V=65.5kN思考与练习1.思考题（1）结构在规定时间内应满足哪些功能要求？（2）何谓结构功能要求的极限状态？分为哪几类？（3）荷载分为哪几类？何谓荷载代表值、标准值、可变荷载准永久值、可变荷载组合值？（4）何谓材料强度的标准值、设计值？（5）永久荷载和可变荷载的荷载分项系数在一般情况下的取值是多少？（6）建筑结构的安全等级分为几级？（7）什么是荷载效应组合？分为哪几种？（8）试写出极限状态设计法的具
13、体实用设计表达式。思考与练习2.单项选择题（1）能使结构产生内力和变形的原因统称结构上的（）。A.作用 B.外力 C.效应 D.荷载（2）目前，我国建筑结构设计所使用的方法是（）。A.承载能力极限状态设计法 B.基于概率的极限状态设计法 C.正常使用极限状态设计法 D.以上都对（3）取钢筋混凝土单位体积自重标准值为25 kN/m3，则截面尺寸为200 mm500 mm的钢筋混凝土矩形截面梁的自重标准值为（）kN/m。A.2.5 B.3.0 C.2.0 D.2.8（4）荷载设计值为荷载标准值乘以（）。A.重要性系数 B.调整系数 C.分项系数 D.准永久值系数思考与练习2.单项选择题（5）可变荷
14、载和永久荷载的分项系数（）。A.不同B.相同C.有时相同D.有时不同（6）当永久荷载效应对结构有利时，其分项系数取为（）。A.不应大于1.0 B.1.2 C.1.35 D.1.4（7）对于可变荷载分项系数，一般情况下取（）。A.不应大于1.0 B.1.2 C.1.35 D.1.4（8）某办公楼钢筋混凝土矩形截面简支梁，承受均布线荷载：活荷载标准值为7 kN/m，恒荷载标准值为12 kN/m。按承载能力极限状态计算，由可变荷载控制的荷载设计值表达式为（）。A.1.357+1.412 B.1.27+1.412 C.1.07+1.412 D.以上都不对思考与练习3.多项选择题（1）结构上的荷载按其作
15、用时间的长短和性质可分为（）。A.间接作用 B.永久荷载 C.可变荷载 D.偶然荷载（2）永久荷载的代表值有（）。A.标准值 B.组合值 C.准永久值 D.频遇值（3）可变荷载的代表值有（）。A.标准值 B.组合值 C.准永久值 D.频遇值（4）结构或构件承受作用效应的能力，主要与（）有关。A.材料性能 B.构件几何参数 C.计算模式的精确性 D.荷载思考与练习3.多项选择题（5）建筑结构的功能要求包括（）。A.美观 B.安全性 C.适用性 D.耐久性（6）下列状况中不符合适用性要求的是（）。A.裂缝过大 B.挠度过大 C.振幅过大 D.材料强度破坏（7）极限状态是评判结构是否满足指定功能要求
16、的标准，包括（）。A.承载能力极限状态 B.耐久性能极限状态 C.正常使用极限状态 D.以上都对思考与练习3.多项选择题（8）当结构或结构构件出现下列（）状态时，即认为超过了承载能力极限状态。A.结构构件或连接因材料强度不够而破坏 B.整个结构或结构的一部分作为刚体失去平衡（如倾覆等）C.结构转变为机动体系 D.结构或结构构件丧失稳定（如柱子被压曲等）（9）当结构或结构构件出现下列（）状态之一时，即认为超过了正常使用极限状态。A.影响正常使用或外观的变形 B.影响正常使用或耐久性能的局部损坏（包括裂缝）C.影响正常使用的振动 D.影响正常使用的其他特定状态等。思考与练习4.计算题（1）某办公楼
17、楼面采用预应力混凝土七孔板，安全等级为二级，设计使用年限为50年。板长为3.3 m，计算跨度为3.18 m，板宽为0.9 m，板自重2.04 kN/m2，后浇混凝土层厚为40 mm，板底抹灰厚度为20 mm，可变荷载取为1.5 kN/m2，组合值系数为0.7。试计算按承载能力极限状态设计时的跨中截面弯矩设计值。（2）承受均布荷载的钢筋混凝土矩形截面简支梁，安全等级为二级，设计使用年限为50年，计算跨度为l0=5 m，作用于梁上的均布永久荷载标准值（含自重）为gk=10 kN/m，均布可变荷载标准值为qk=8 kN/m，组合值系数为0.7。试计算按承载能力极限状态设计时的跨中截面的弯矩设计值M。谢谢观赏 敬请指正2022年11月28日灵犀地教师
