1、混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理第3章 混凝土结构设计方法 2013 TY昆明理工大学建工学院3.1 概概 述述 进行工程结构设计的目的是保证其安全可靠、经济合进行工程结构设计的目的是保证其安全可靠、经济合理，满足实际使用的各种要求理，满足实际使用的各种要求;然而，在实际工程结构中存在多种不确定性因素（荷然而，在实际工程结构中存在多种不确定性因素（荷载作用、结构尺寸、材料强度；计算简图、计算理论与实载作用、结构尺寸、材料强度；计算简图、计算理论与实际情况；人为错误等），需要尽可能详细了解结构在不同际情况；人为错误等），需要尽可能详细了解结构在不同情况下（施工、使用、破坏）可能受到的各种外界
2、影响的情况下（施工、使用、破坏）可能受到的各种外界影响的大小和变化情况；大小和变化情况；结构设计方法就是研究工程设计中的各种不确定性问结构设计方法就是研究工程设计中的各种不确定性问题，掌握结构尺寸、材料强度等的变异情况，以便科学合题，掌握结构尺寸、材料强度等的变异情况，以便科学合理的选定结构可靠度，取得安全可靠与经济合理之间的均理的选定结构可靠度，取得安全可靠与经济合理之间的均衡。衡。混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理第3章 混凝土结构设计方法 2013 TY昆明理工大学建工学院现行规范的设计方法现行规范的设计方法3.2 3.2 混凝土结构设计的基本规定混凝土结构设计的基本规定 设计基准期是
3、为确定可变作用及与与时间有关的材料性能等设计基准期是为确定可变作用及与与时间有关的材料性能等取值而选用的取值而选用的时间参数时间参数（如，风、雪；最小保护层等）（如，风、雪；最小保护层等）。混混凝土结构设计规范凝土结构设计规范取用的设计基准期为取用的设计基准期为50年年，公路钢筋混公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范凝土及预应力混凝土桥涵设计规范取用的设计基准期为取用的设计基准期为100年年。设计基准期设计基准期 我国现行我国现行混凝土结构设计规范混凝土结构设计规范GB 50010-2010、公路公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范JTG D62-2
4、004均采均采用用“以概率论为基础的极限状态设计法以概率论为基础的极限状态设计法”。分别依据。分别依据建筑结建筑结构可靠度设计统一标准构可靠度设计统一标准 及及工程结构可靠性设计统一标准工程结构可靠性设计统一标准的原则制定。的原则制定。混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理第3章 混凝土结构设计方法 2013 TY昆明理工大学建工学院3.建筑建筑结构的设计使用年限结构的设计使用年限100纪念性建筑和特别重要建筑纪念性建筑和特别重要建筑50普通房屋和构筑物普通房屋和构筑物25易于替换的结构构件易于替换的结构构件5临时性结构临时性结构结构的设计使用年限结构的设计使用年限（年）（年）结构类型结构类型类
5、别类别4.结构的安全等级结构的安全等级结构的安全等级表示房屋的结构的安全等级表示房屋的重要性重要性程度程度一级：一级：大型公共建筑等大型公共建筑等二级：二级：一般住宅和办公楼一般住宅和办公楼三级：三级：小型和临时性建筑小型和临时性建筑建筑结构的安全等级：建筑结构的安全等级：桥涵结构的安全等级：桥涵结构的安全等级：一级：一级：特大桥、重要大桥特大桥、重要大桥二级：二级：大桥、中桥、重要小桥大桥、中桥、重要小桥三级：三级：小桥、涵洞小桥、涵洞混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理第3章 混凝土结构设计方法 2013 TY昆明理工大学建工学院 结构能承受在正常施工、正常使用情况下可能出结构能承受在正常
6、施工、正常使用情况下可能出现的各种作用（如荷载、温度和收缩变形、基础不均现的各种作用（如荷载、温度和收缩变形、基础不均匀沉降）匀沉降）,构件不发生破坏；在偶然事件，如地震、爆构件不发生破坏；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炸发生时和发生后结构应能保持整体稳定性,防止出防止出现结构的连续倒塌，现结构的连续倒塌，如火灾发生时，结构在规定的时如火灾发生时，结构在规定的时间内可保持足够的承载力。间内可保持足够的承载力。安全性安全性 Safety 3.3 3.3 结构的功能要求结构的功能要求 Functions of Structure 结构在正常使用期间具有良好的工作性能。
7、如不结构在正常使用期间具有良好的工作性能。如不发生影响正常使用的过大的变形、振动，或产生让发生影响正常使用的过大的变形、振动，或产生让使用者感到不安的过大的裂缝宽度。使用者感到不安的过大的裂缝宽度。适用性适用性 Serviceability 混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理第3章 混凝土结构设计方法 2013 TY昆明理工大学建工学院 结构在正常使用和正常维护条件下，在设计使用结构在正常使用和正常维护条件下，在设计使用年限内，在指定的工作环境中满足既定功能要求的年限内，在指定的工作环境中满足既定功能要求的性能。结构要具有足够的耐久性能，应要求结构材性能。结构要具有足够的耐久性能，应要求结构
8、材料的风化、腐蚀和老化不超过一定限度。料的风化、腐蚀和老化不超过一定限度。耐久性耐久性 Durability结构的可靠性结构的可靠性 reliability可靠性可靠性安全性、适用性和耐久性安全性、适用性和耐久性的总称。的总称。可靠性：可靠性：结构在规定的使用期限内结构在规定的使用期限内，在规定的条件下在规定的条件下（正常（正常设计、正常施工、正常使用和维护）设计、正常施工、正常使用和维护），完成预定结构功能的，完成预定结构功能的能力。能力。混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理第3章 混凝土结构设计方法 2013 TY昆明理工大学建工学院可靠度：可靠度：结构在规定的使用期限内，在规定的条件下结
9、构在规定的使用期限内，在规定的条件下（正常设计、正常施工、正常使用和维护）正常设计、正常施工、正常使用和维护），完成预定结，完成预定结构功能的概率。构功能的概率。结构可靠性越高，建设造价投资越大，结构可靠性越高，建设造价投资越大，如何在结构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主要可靠与经济之间取得均衡，就是设计方法要解决的主要问题。问题。3.4 3.4 结构的极限状态结构的极限状态 Limit State混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理第3章 混凝土结构设计方法 2013 TY昆明理工大学建工学院结构能够满足功能要求而良好地工作，则称结构结构能够满足功能要求而良好地工作，
10、则称结构是是“可靠可靠”的或的或“有效有效”的的。反之，则结构为。反之，则结构为“不不可靠可靠”或或“失效失效”。整个结构或结构的一部分超过整个结构或结构的一部分超过某一特定状态就不能满足设计规定的某一功能要求某一特定状态就不能满足设计规定的某一功能要求，此特定状态称为该功能的极限状态。，此特定状态称为该功能的极限状态。极限状态的分类：极限状态的分类：承载能力极限状态承载能力极限状态正常使用极限状态正常使用极限状态混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理第3章 混凝土结构设计方法 2013 TY昆明理工大学建工学院1.1.承载力能力极限状态承载力能力极限状态 Ultimate Limit Stat
11、e 结构或结构构件达到最大承载力、出现疲劳破坏、发生不结构或结构构件达到最大承载力、出现疲劳破坏、发生不适于继续承载的变形或适于继续承载的变形或因结构局部破坏而引发的连续倒塌。因结构局部破坏而引发的连续倒塌。承载力极限状态设计包括以下内容：承载力极限状态设计包括以下内容：（1 1）结构构件应进行承载力（包括失稳）计算；）结构构件应进行承载力（包括失稳）计算；（2 2）直接承受重复荷载的构件应进行疲劳验算；）直接承受重复荷载的构件应进行疲劳验算；（3 3）有抗震设防要求时，应进行抗震承载力计算；）有抗震设防要求时，应进行抗震承载力计算；（4 4）必要时尚应进行结构的倾覆、滑移、漂浮验算；）必要时
12、尚应进行结构的倾覆、滑移、漂浮验算；（5 5）对于可能遭受偶然作用、且倒塌可能引起严重后果的重对于可能遭受偶然作用、且倒塌可能引起严重后果的重要结构，宜进行防连续倒塌设计。要结构，宜进行防连续倒塌设计。混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理第3章 混凝土结构设计方法 2013 TY昆明理工大学建工学院 超过超过该极限状态，结构就不能满足预定的安全性功能要求。该极限状态，结构就不能满足预定的安全性功能要求。结构构件或连接因所受应力超过材料强度而破坏，或因过结构构件或连接因所受应力超过材料强度而破坏，或因过 度变形而不适于继续承载；度变形而不适于继续承载；结构整体或其中一部分作为刚体失去平衡（如倾覆
13、、滑移）结构整体或其中一部分作为刚体失去平衡（如倾覆、滑移）结构形成机动体系（超静定结构中出现足够多塑性铰）结构形成机动体系（超静定结构中出现足够多塑性铰）；结构或构件丧失稳定（如细长受压构件的压曲失稳）结构或构件丧失稳定（如细长受压构件的压曲失稳）；结构因局部破坏而发生连续倒塌；结构因局部破坏而发生连续倒塌；地基丧失承载能力而破坏；地基丧失承载能力而破坏；结构或构件的疲劳破坏（如由于多次重复荷载而破坏）。结构或构件的疲劳破坏（如由于多次重复荷载而破坏）。1.1.承载力能力极限状态承载力能力极限状态 Ultimate Limit State任何承载的结构和构件都需要任何承载的结构和构件都需要按
14、承载力极限状态进行设计按承载力极限状态进行设计混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理第3章 混凝土结构设计方法 2013 TY昆明理工大学建工学院2.2.正常使用极限状态正常使用极限状态 Serviceability Limit State 结构或结构构件达到正常使用的某项规定的限值或耐久性结构或结构构件达到正常使用的某项规定的限值或耐久性能的某种规定状态。能的某种规定状态。正常使用极限状态设计包括以下内容：正常使用极限状态设计包括以下内容：（1 1）对需要控制变形的构件，应进行变形验算；）对需要控制变形的构件，应进行变形验算；（2 2）对不允许出现裂缝的构件，应进行混凝土拉应力验算对不允许出现
15、裂缝的构件，应进行混凝土拉应力验算；（3 3）对允许出现裂缝的构件，应进行受力裂缝宽度验算对允许出现裂缝的构件，应进行受力裂缝宽度验算；（4 4）对舒适度有要求的楼盖结构，应进行竖向自振频率验算对舒适度有要求的楼盖结构，应进行竖向自振频率验算。混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理第3章 混凝土结构设计方法 2013 TY昆明理工大学建工学院2.2.正常使用极限状态正常使用极限状态 Serviceability Limit State 超过超过该极限状态，结构就不能满足预定的适用性和耐该极限状态，结构就不能满足预定的适用性和耐久性的功能要求。久性的功能要求。影响正常使用或外观变形（如吊车梁变形过
16、大导致吊车影响正常使用或外观变形（如吊车梁变形过大导致吊车不能平稳开行等）；不能平稳开行等）；影响正常使用或耐久性的局部损坏（包括裂缝）（钢筋影响正常使用或耐久性的局部损坏（包括裂缝）（钢筋锈蚀、不安全感、水池漏水等）；锈蚀、不安全感、水池漏水等）；影响正常使用的振动（如过大的振动，不舒适）；影响正常使用的振动（如过大的振动，不舒适）；影响正常使用其他特定状态。（如相对沉降量过大）影响正常使用其他特定状态。（如相对沉降量过大）先先承载力极限承载力极限状态设计状态设计然后然后据使用要求进行据使用要求进行正常使用极限状态设计正常使用极限状态设计混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理第3章 混凝土结构
17、设计方法 2013 TY昆明理工大学建工学院3.5 结构上的作用、作用效应结构上的作用、作用效应S与结构抗力与结构抗力R3.5.1 结构上的作用结构上的作用（Action）定义：定义：凡能使结构产生内力、应力、位移、应变、裂缝的凡能使结构产生内力、应力、位移、应变、裂缝的因素，都称为结构上的因素，都称为结构上的作用作用。直接作用直接作用：荷载；：荷载；分类：分类：间接作用间接作用：温度、收缩、徐变、地基不均匀沉降、：温度、收缩、徐变、地基不均匀沉降、地震等。地震等。3.5.2 作用效应作用效应 S（Action Effect S）定义：定义：作用在结构上产生的反应，如内力、应力、位移、应作用在
18、结构上产生的反应，如内力、应力、位移、应变、裂缝等，称为变、裂缝等，称为作用效应作用效应。可用下式表达：可用下式表达：S=S(Q)281qlM 结构力学的主要内容结构力学的主要内容如均布荷载如均布荷载q作用下的简作用下的简支梁，跨中弯矩为：支梁，跨中弯矩为：混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理第3章 混凝土结构设计方法 2013 TY昆明理工大学建工学院3.5.3 结构抗力结构抗力 R（Resistant）定义：结构抵抗作用效应的能力，称为定义：结构抵抗作用效应的能力，称为结构抗力结构抗力。如受弯承载力如受弯承载力Mu、受剪承载力、受剪承载力Vu、容许挠度、容许挠度 f lim、容许裂、容许裂
19、缝宽度缝宽度 w lim。结构抗力。结构抗力R与结构材料、截面尺寸、配筋情况等与结构材料、截面尺寸、配筋情况等有关，可用下式表达：有关，可用下式表达：R=R（fc,fs,ak,）bfkAfkhAfMcsysyu120)1(本课程的主要内容本课程的主要内容如钢筋混凝土适筋梁如钢筋混凝土适筋梁的受弯承载力为：的受弯承载力为：混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理第3章 混凝土结构设计方法 2013 TY昆明理工大学建工学院2)(81lqgM 恒载恒载 g与构件尺寸、材料容重等有关；与构件尺寸、材料容重等有关；活载活载 q（楼面活载、雪荷载）的数值是随（楼面活载、雪荷载）的数值是随时在变化的；时在变化
20、的；计算跨度计算跨度 l 的不准确。的不准确。bfkAfkhAfMcsysyu120)1(材料强度材料强度 fy 和和 fc 的离散性；的离散性；截面尺寸截面尺寸h0和和 b 的施工误差；的施工误差；应力应力-应变关系参数应变关系参数 k1 和和 k2。uMM 不一定绝对安全（可靠）不一定绝对安全（可靠）3.5.4 3.5.4 结构设计中的不确定性结构设计中的不确定性 Undetermined Factors in Design如对于钢筋混凝土简支梁：如对于钢筋混凝土简支梁：S为跨中弯矩：为跨中弯矩：R为梁受弯承载力：为梁受弯承载力：g+ql混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理第3章 混凝土结
21、构设计方法 2013 TY昆明理工大学建工学院3.6 荷载及其代表值荷载及其代表值3.6.1 荷载分类荷载分类永久荷载（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、预应载为永久荷载，如自重、土压力、预应 力等；力等；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，如楼面和屋面活载的荷载为可变荷载，如楼面和屋面活载、风荷载、雪荷载、吊车荷载、车辆荷载；风荷载、雪荷载、吊车荷载、车辆荷载；偶偶 然然 荷荷 载：载：结构使用期间可能不出现，
22、一旦出现，其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，作用时间短、效应大的荷载为偶然荷载，如爆炸力，撞击等。如爆炸力，撞击等。混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理第3章 混凝土结构设计方法 2013 TY昆明理工大学建工学院3.6.2 荷载代表值荷载代表值 1.标准值标准值 荷载标准值是建筑结构按极限状态设计时采用的荷载基本荷载标准值是建筑结构按极限状态设计时采用的荷载基本代表值。由设计基准期最大概率分布的代表值。由设计基准期最大概率分布的上限荷载分位值上限荷载分位值确定确定，该特征值称为荷载标准值（，该特征值称为荷载标准值（永久荷载永久荷载Gk，可变荷载可变荷
23、载Qik）。）。按荷载标准值确定的荷载效应，称为荷载效应标准值按荷载标准值确定的荷载效应，称为荷载效应标准值Sk。1.645kppP保证率：保证率：95 混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理第3章 混凝土结构设计方法 2013 TY昆明理工大学建工学院25.0kN/m 直升飞机坪：直升飞机坪：楼面：楼面：22.0kN/m 屋面：屋面：不上人屋面不上人屋面 上人屋面上人屋面 屋顶花园屋顶花园20.5kN/m22.0kN/m23.0kN/m 楼面和屋面荷载的标准值可查楼面和屋面荷载的标准值可查荷载规范荷载规范得到，如：得到，如：荷载规范中的荷载规范中的荷载值不包括隔荷载值不包括隔墙重量和二次装墙重
24、量和二次装修重量。修重量。永久荷载标准值永久荷载标准值Gk可变荷载标准值可变荷载标准值Qik 永久荷载标准值永久荷载标准值Gk可按结构设计规定的尺寸和可按结构设计规定的尺寸和荷载规范荷载规范规定的材料容重平均值确定。规定的材料容重平均值确定。风荷载基本风压：风荷载基本风压：空旷、平坦地面、离地空旷、平坦地面、离地10m、50年一遇、年一遇、10分钟平均最大风速。分钟平均最大风速。雪荷载基本雪压：雪荷载基本雪压：空旷、平坦地面、空旷、平坦地面、50年一遇最大雪压。年一遇最大雪压。混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理第3章 混凝土结构设计方法 2013 TY昆明理工大学建工学院频遇值频遇值结构上时
25、而出现的较大值，但小于标准结构上时而出现的较大值，但小于标准 值。计算裂缝变形时用。（建筑结值。计算裂缝变形时用。（建筑结构现构现 没有采用，用在桥梁结构上）没有采用，用在桥梁结构上）频遇值频遇值=f 标准值标准值 t/T0.1准永久值准永久值可变荷载中较稳定的那一部分值。计可变荷载中较稳定的那一部分值。计 算裂缝变形时用算裂缝变形时用。准永久值准永久值=q 标准值标准值 t/T=0.5 t-为设计基准期内荷载达到和超过该值的总持续时间；为设计基准期内荷载达到和超过该值的总持续时间；T-为设计基准期。为设计基准期。2.组合值组合值 当有两个或两个以上可变荷载同时作用当有两个或两个以上可变荷载同
26、时作用 时的代表值时的代表值。组合值组合值=c 标准值标准值 混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理第3章 混凝土结构设计方法 2013 TY昆明理工大学建工学院材料强度取决于截面尺寸大小和材料强度高低。材料强度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。材料强度分为标准值和设计值。3.7.1 材料强度标准值材料强度标准值保证率：保证率：95 1.645kfff3.7 材料强度及其取值材料强度及其取值 混凝土：混凝土：，ckftkf 钢筋：钢筋：，ykfykf 混凝土和钢筋的强度标准值，是根据统计分析确定一个具混凝土和钢筋的强度标准值，是根据统计分析确定一个具有一定保证率的有一
27、定保证率的下限强度分位值下限强度分位值。混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理第3章 混凝土结构设计方法 2013 TY昆明理工大学建工学院3.7.2 材料强度设计值材料强度设计值 混凝土：混凝土：,钢筋：钢筋：,cckc ff ctkt ff syky ff syky ff 建筑工程中：建筑工程中：桥梁工程中：桥梁工程中：混凝土：混凝土：,钢筋：钢筋：,ckcdcff tktdcff sksdsff sksdsff -混凝土材料分项系数；建筑工程取混凝土材料分项系数；建筑工程取1.4，公路桥涵工程取，公路桥涵工程取1.45；-钢筋的材料分项系数；建筑工程对热轧钢筋取钢筋的材料分项系数；建筑工程
28、对热轧钢筋取1.1，500MPa级级1.15，对钢、钢绞线、热处理钢筋取，对钢、钢绞线、热处理钢筋取1.2；公路桥；公路桥涵工程对热轧钢筋取涵工程对热轧钢筋取1.2，对钢绞线、热处理钢筋，对钢绞线、热处理钢筋取取1.25。c s 混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理第3章 混凝土结构设计方法 2013 TY昆明理工大学建工学院普通钢筋强度设计值（普通钢筋强度设计值（N/mmN/mm2 2）F FF FF F410410435435HRB500HRB500、HRBF500HRBF500360360360360HRB400HRB400、HRBF400HRBF400、RRB400RRB4003003
29、00300300HRB335HRB335、HRBF335HRBF335270270270270HPB300HPB300fyfy符号符号牌号牌号 横向钢筋的抗拉强度设计值横向钢筋的抗拉强度设计值f fyv yv 应按表中应按表中f fy y 的数值取用，但用作的数值取用，但用作受剪、受剪、受扭、受冲切承载力计算时受扭、受冲切承载力计算时，其数值大于其数值大于360 N/mm360 N/mm2 2 时应取时应取360 N/mm360 N/mm2 2。混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理第3章 混凝土结构设计方法 2013 TY昆明理工大学建工学院结构的设计状况结构的设计状况（design situ
30、ation)结构设计时，应根据结构在施工和使用中的环境条件和影响，结构设计时，应根据结构在施工和使用中的环境条件和影响，区分下列四种区分下列四种设计状况设计状况：持久状况持久状况 短暂状况短暂状况偶然状况偶然状况在结构使用过程中一定出现，持在结构使用过程中一定出现，持续时间较长的状况续时间较长的状况在结构施工和使用过程中出现概在结构施工和使用过程中出现概率较大，而与设计使用年限相比率较大，而与设计使用年限相比持续时间很短的状况持续时间很短的状况在结构使用过程中出现概率很小，在结构使用过程中出现概率很小，且持续期很短的状况且持续期很短的状况均应均应进行承载能力极限状进行承载能力极限状态设计；对偶
31、然状况，态设计；对偶然状况，允允许许主要承重结构因出现设主要承重结构因出现设计规定的偶然事件而局部计规定的偶然事件而局部破坏，但其剩余部分具有破坏，但其剩余部分具有在一段时间内不发生连续在一段时间内不发生连续倒塌的可靠度；对持久状倒塌的可靠度；对持久状况，况，尚应尚应进行正常使用极进行正常使用极限状态设计；对短暂状况，限状态设计；对短暂状况，可根据需要进行正常使用可根据需要进行正常使用极限状态设计；对偶然设极限状态设计；对偶然设计状况，计状况，可不进行可不进行正常使正常使用极限状态设计。用极限状态设计。地震设计地震设计状况状况在结构使用过程遭受地震在结构使用过程遭受地震混凝土结构设计原理混凝土
32、结构设计原理第3章 混凝土结构设计方法 2013 TY昆明理工大学建工学院结构功能的表达结构功能的表达S R 失效失效3.8极限状态方程极限状态方程结构功能函数结构功能函数 Z=R-SZ 0（R S)可靠可靠 Z=0（R=S)极限状态极限状态Z 0（R 0可靠可靠 Z R)=1Ps（Ps为可靠概率）为可靠概率）混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理第3章 混凝土结构设计方法 2013 TY昆明理工大学建工学院平均值zf(z)反弯点zpspr可靠概率失效概率Z0Z0失效 可靠标准差正态分布正态分布 变异系数变异系数z=z/z结构功能函数结构功能函数 Z=R-SZ 0（R S）可靠可靠 Z=0（R=
33、S）极限状态）极限状态Z 0（R S）失效失效混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理第3章 混凝土结构设计方法 2013 TY昆明理工大学建工学院22SRSRZZfP 可靠指标可靠指标 reliability index3.9.2结构的可靠指标结构的可靠指标 现行设计方法以概率现行设计方法以概率理论为基础，用可靠指标理论为基础，用可靠指标度量，采用多个分项系数度量，采用多个分项系数表达。，则可靠指表达。，则可靠指标为：标为：zz 结构抗力的平均值和标准值；结构抗力的平均值和标准值；作用效应的平均值和标准值。作用效应的平均值和标准值。RR 、ss 、结构可靠度设计方法要求结构设计时应满足结构可靠度
34、设计方法要求结构设计时应满足 f(Z)zzPfZ=R-Sz混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理第3章 混凝土结构设计方法 2013 TY昆明理工大学建工学院 按承载能力极限状态设计时的可靠指标按承载能力极限状态设计时的可靠指标 按正常使用极限状态设计时按正常使用极限状态设计时破坏类型破坏类型安全等级安全等级一级一级二级二级三级三级延性破坏延性破坏3.73.22.7脆性破坏脆性破坏4.23.73.2根据其可逆程度可取根据其可逆程度可取0 1.5。混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理第3章 混凝土结构设计方法 2013 TY昆明理工大学建工学院 根据统计，触电的年死亡率为根据统计，触电的年死亡率为
35、610-6 =3.7时，时，Pf=1.110-4，按设计使用年限，按设计使用年限50年考年考虑，年失效概率为虑，年失效概率为1.110-4/50=2.210-6，=3.2时，时，Pf=6.910-4，按设计使用年限，按设计使用年限50年考年考虑，年失效概率为虑，年失效概率为6.910-4/50=1.310-5，50年后并不是结构就失效，而是失效概率增加。年后并不是结构就失效，而是失效概率增加。同时，结构失效也并不表示结构倒塌，结构倒塌同时，结构失效也并不表示结构倒塌，结构倒塌也不一定造成人员伤亡。也不一定造成人员伤亡。我国对于一般工程结构，当为延性破坏时，其可我国对于一般工程结构，当为延性破坏
36、时，其可靠指标取靠指标取 =3.2，对脆性破坏取，对脆性破坏取 =3.7。对于重要的工程结构，应提高可靠指标。对于重要的工程结构，应提高可靠指标。混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理第3章 混凝土结构设计方法 2013 TY昆明理工大学建工学院 对于一般工程结构，按概率方法进行结构设计很麻烦。为简对于一般工程结构，按概率方法进行结构设计很麻烦。为简化设计计算，采用概率方法对以往习惯的表达式中有关化设计计算，采用概率方法对以往习惯的表达式中有关分项系分项系数数重新分析，并参照以往的工程经验取值，由此得到与概率方重新分析，并参照以往的工程经验取值，由此得到与概率方法相当的实用设计表达式。法相当的实
37、用设计表达式。3.9.3 承载能力极限状态的设计方法承载能力极限状态的设计方法 为使设计结构达到所需的可靠度，将为使设计结构达到所需的可靠度，将荷载标准值和材料强度荷载标准值和材料强度标注值采用乘（除）分项系数的方式分别进行放大和缩小标注值采用乘（除）分项系数的方式分别进行放大和缩小，得，得到设计值。由于各荷载标注值和材料强度标准值的保证率有差到设计值。由于各荷载标注值和材料强度标准值的保证率有差异，因此分项系数大小不同。异，因此分项系数大小不同。混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理第3章 混凝土结构设计方法 2013 TY昆明理工大学建工学院 结构重要性系数；结构重要性系数；安全等级为一级或
38、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为安全等级为三级或使用年限为5年时，年时，荷载效应组合的设计值，用基本组合或偶荷载效应组合的设计值，用基本组合或偶 然组合；然组合；结构构件抗力设计值。结构构件抗力设计值。0 1.10 0.10 9.00 SR1.计算公式计算公式建筑工程中：建筑工程中：RS 0)(02110，hbAffRSSSsskcckniQikQiQikQQGkG混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理第3章 混凝土结构设计方法 2013 TY昆明理工大学建工学院荷载效应组合荷载效
39、应组合 一般结构构件：选下列计算中一般结构构件：选下列计算中较大较大者。者。由可变荷载控制时由可变荷载控制时 由永久荷载控制时由永久荷载控制时jkjjSSSSSLnjLppiQcj1QQQGG11k11kii 基本组合基本组合jkjSSSSnjLppiQcj1QGG1kii混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理第3章 混凝土结构设计方法 2013 TY昆明理工大学建工学院式中：式中：第第i个永久荷载分项系数，当其效应对结构不利时，个永久荷载分项系数，当其效应对结构不利时，公公 式式 中中 的的 ，公公 式式 中中 的永久荷载的永久荷载控制为主控制为主 结构有利时，一般结构有利时，一般 情况下取情
40、况下取1.0，验算倾覆、滑移或漂浮时，验算倾覆、滑移或漂浮时 取取0.9；活载分项系数，一般情况下取活载分项系数，一般情况下取1.4，当活，当活 载标准值大于载标准值大于 的工业房屋楼面结的工业房屋楼面结 构取构取1.3；恒载标准值所产生的内力；恒载标准值所产生的内力；活载标准值所产生的内力，活载标准值所产生的内力，i=1的活荷载的活荷载 为主导活荷载；为主导活荷载；第第j个可变荷载的组合系数。个可变荷载的组合系数。2.1G 35.1G2kN/m4jQiGikGSkQjScj混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理第3章 混凝土结构设计方法 2013 TY昆明理工大学建工学院jL 第第j个关于结构
41、设计使用年限的荷载调整系数。可按下个关于结构设计使用年限的荷载调整系数。可按下表取用。表取用。类别设计使用年限（年）150.92253501.041001.1房屋建筑结构的设计使用年限及荷载调整系数房屋建筑结构的设计使用年限及荷载调整系数LLP 预应力作用分项系数。预应力作用分项系数。PS 预应力作用有关代表值的效应。预应力作用有关代表值的效应。混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理第3章 混凝土结构设计方法 2013 TY昆明理工大学建工学院 一般排架、框架结构：选下列计算中一般排架、框架结构：选下列计算中较大较大者者 由可变荷载控制时由可变荷载控制时 由永久荷载控制时由永久荷载控制时kQc1
42、QGkGiiniiSSS 式中：式中：简化式中的荷载组合系数；一般情况下简化式中的荷载组合系数；一般情况下 取取 ，只有一个活荷载取，只有一个活荷载取 。和和 的取值与前式相同。的取值与前式相同。9.0 0.1 G iQ 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；偶然组合偶然组合 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；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。混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理第3章 混凝土结构设计方法 2013 TY昆明理工大学建工学院n 设计方法设计方
43、法式中：式中：正常使用极限状态下荷载效应组合值正常使用极限状态下荷载效应组合值;达正常使用要求时的变形、裂缝、应力达正常使用要求时的变形、裂缝、应力 等的限值；等的限值；SC3.9.4 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 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标准组合、频遇组合频遇组合、或、或准永久组合准永久组合并按下列设计表达式进并按下列设计表达式进行设计：行设计：CS 变形验算表达式变形验算表达式limff 裂缝宽度验算表达式裂缝宽度验算表达式limww(2-20)混凝土结构设计原理混凝土结构设计原
44、理第3章 混凝土结构设计方法 2013 TY昆明理工大学建工学院n 荷载效应组合值荷载效应组合值 标准组合：标准组合：主要用于当一个极限状态被超越时将主要用于当一个极限状态被超越时将产生严重的永久性损坏的情况。产生严重的永久性损坏的情况。频遇组合：频遇组合：主要用于当一个极限状态被超越时将主要用于当一个极限状态被超越时将产生局部损坏、较大变形或短暂震动等的情况。产生局部损坏、较大变形或短暂震动等的情况。准永久组合：准永久组合：主要用于当长期效应是决定性因素主要用于当长期效应是决定性因素的一些情况。的一些情况。kQ1cQ1kGki1jjjpiSSSSSkQ1qjQ1kf1Gki1jjpiSSSS
45、SkQ1qGk1jjjpiSSSS(2-21)(2-22)(2-23)混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理第3章 混凝土结构设计方法 2013 TY昆明理工大学建工学院课堂练习课堂练习例例:某办公楼楼面采用预应力混凝土板，安全等级为二级。板长3.3m，计算跨度3.18m，板宽0.9m，板自重2.04kN/m2，后浇混凝土层厚40mm，板底抹灰层厚20mm，可变荷载取2.0kN/m2，准永久值系数0.4。试计算按承载能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。混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理第3章 混凝土结构设计方法 2013 TY昆明理工大学建工学院【解】永久荷载标准值计算如下
46、自重40mm厚浇混凝土层20mm板底抹灰层 2.04kN/m2250.04=1.00 kN/m2200.02=0.40 kN/m2沿板长每延米均布荷载标准值为 可变荷载标准值为 0.93.44 kN/m2=3.1 kN/m0.92.0 kN/m2=1.8 kN/m简支板在均布荷载作用下的弯矩为 281qlM 混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理第3章 混凝土结构设计方法 2013 TY昆明理工大学建工学院按承载能力极限状态设计时，按可变荷载效应控制的组合弯矩设计值为按按永久荷载效应控制永久荷载效应控制的组合弯矩设计值为的组合弯矩设计值为KKQLQGGSSS1110KKQLQGGMMM1110m
47、KNM89.7)18.38.1810.14.118.31.3812.1(0.122KKQcLQGGSSS11110KKQcLQGGMMM11110mKNM52.7)18.38.1817.00.14.118.31.38135.1(0.122取取mKNM89.752.7,89.7max混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理第3章 混凝土结构设计方法 2013 TY昆明理工大学建工学院按正常使用极限状态设计时，按荷载的标准组合按荷载的准永久值组合19.68.118.3811.318.38122MmkN KKQGkSSS1KKQGkMMM1KKQQGkMMM11KKQQGkSSS11mKNMk83.41
48、8.38.1814.018.31.38122取取mKNM19.683.4,19.6max混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理第3章 混凝土结构设计方法 2013 TY昆明理工大学建工学院读规范 3 基本设计规定混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理第3章 混凝土结构设计方法 2013 TY昆明理工大学建工学院完善规范的完整性，从以构件计算为主适当完善规范的完整性，从以构件计算为主适当扩展到扩展到整体结构的设计，整体结构的设计，补充补充“结构方案结构方案”和和“结构抗倒塌设计结构抗倒塌设计”的原则的原则结构方案设计结构方案设计 混凝土混凝土结构的选型及布置结构的选型及布置 结构缝的设计原则结构缝的
49、设计原则 结构构件的连接和构造结构构件的连接和构造 建筑、抗震、耐久、抗灾、节材等建筑、抗震、耐久、抗灾、节材等混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理第3章 混凝土结构设计方法 2013 TY昆明理工大学建工学院结构抗倒塌设计Code:3.6设计表达式设计表达式：混凝土结构在偶然作用下的防连续倒塌验混凝土结构在偶然作用下的防连续倒塌验算，应采用下列极限状态设计表达式算，应采用下列极限状态设计表达式：SAd 偶然作用的效应组合设计值；偶然作用的效应组合设计值；RAd偶然作用下的结构防连续倒塌的承载力函数，偶然作用下的结构防连续倒塌的承载力函数，根据结构的几何参数及材料强度根据结构的几何参数及材料强
50、度标准值或平均值标准值或平均值确定。确定。AdAdRS混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理第3章 混凝土结构设计方法 2013 TY昆明理工大学建工学院 对于可能遭受偶然作用，且倒塌可能引起严重后果的重对于可能遭受偶然作用，且倒塌可能引起严重后果的重要混凝土结构，宜进行防要混凝土结构，宜进行防连续连续倒塌设计。倒塌设计。混凝土结构的防连续倒塌设计宜符合混凝土结构的防连续倒塌设计宜符合下列要求：下列要求：避免使结构中的关键构件直接遭受偶然作用；避免使结构中的关键构件直接遭受偶然作用；采取减小偶然作用效应的措施；采取减小偶然作用效应的措施；在在结构结构容易遭受容易遭受偶然作用影响的区域偶然作用影响
