【土木建筑】01荷载与结构设计方法[1]

1、第第1章章 绪论绪论1.1结构上的作用及作用效应结构上的作用及作用效应工程结构设计理论演变简况工程结构设计理论演变简况术语和概率极限状态的实用设计表达式术语和概率极限状态的实用设计表达式思考题思考题本章内容本章内容第第1章章 绪论绪论1.2一、结构上的作用 结构上的作用是指施加在结构上的集中或分布力，以及引起结构外加结构上的作用是指施加在结构上的集中或分布力，以及引起结构外加变形或约束变形的原因。变形或约束变形的原因。 1、作用就其、作用就其形式形式而言，可分为以下两类。而言，可分为以下两类。 (1) 直接作用。直接作用。当以力的形式作用于结构上时，称为直接作用，习惯上当以力的形式作用于结构上

2、时，称为直接作用，习惯上称为荷载。称为荷载。 (2) 间接作用。间接作用。当以变形的形式作用于结构上时，称为间接作用当以变形的形式作用于结构上时，称为间接作用。 2、作用、作用按时间按时间不同可分为以下不同可分为以下3类。类。 (1) 永久作用。永久作用。在结构使用年限内，其值不随时间变化，或其变化的量在结构使用年限内，其值不随时间变化，或其变化的量值相对于平均值而言可以忽略不计，或其变化是单调的并能趋于限值的作值相对于平均值而言可以忽略不计，或其变化是单调的并能趋于限值的作用。用。 (2) 可变作用。可变作用。在结构使用年限内，其值随时间变化，且其变化的量值在结构使用年限内，其值随时间变化，

3、且其变化的量值与平均值不可忽略不计的作用。与平均值不可忽略不计的作用。结构上的作用及作用效应结构上的作用及作用效应第第1章章 绪论绪论1.3 (3) 偶然作用。偶然作用。在结构使用年限内不一定出现，但一旦出现，其值很大且在结构使用年限内不一定出现，但一旦出现，其值很大且持续时间很短的作用。持续时间很短的作用。 3、作用、作用按空间位置按空间位置不同可分为以下两类。不同可分为以下两类。 (1) 固定作用。固定作用。在结构空间位置上具有固定不变的分布，但其量值可能具在结构空间位置上具有固定不变的分布，但其量值可能具有随机性。有随机性。 (2) 自由作用。自由作用。在结构空间位置上一定范围内可以任意

4、分布，出现的位置在结构空间位置上一定范围内可以任意分布，出现的位置和量值都可能是随机的和量值都可能是随机的。 4、作用、作用按结构反应按结构反应不同可分为以下两类。不同可分为以下两类。 (1) 静态作用。静态作用。不使结构或结构构件产生加速或产生的加速度很小可以忽不使结构或结构构件产生加速或产生的加速度很小可以忽略不计的作用。略不计的作用。 (2) 动态作用。动态作用。使结构或结构构件产生不可忽略的加速度的作用。使结构或结构构件产生不可忽略的加速度的作用。结构上的作用及作用效应结构上的作用及作用效应第第1章章 绪论绪论1.4二、作用效应s 由于直接作用或间接作用于结构构件上，在结构内产生的由于

5、直接作用或间接作用于结构构件上，在结构内产生的内力内力(如轴力、弯矩、剪力、扭矩等如轴力、弯矩、剪力、扭矩等)和和变形变形(如挠度、转角、裂缝等如挠度、转角、裂缝等)，被，被称为称为“作用效应作用效应”，用，用s表示。当作用为直接作用表示。当作用为直接作用(荷载荷载)时，其效应时，其效应也被称为也被称为“荷载效应荷载效应”。荷载荷载q与荷载效应之间，一般近似按线性关与荷载效应之间，一般近似按线性关系系考虑：考虑： （1-1） 常数常数 c 为荷载效应系数为荷载效应系数 如简支梁受均布荷载，其跨中弯矩如简支梁受均布荷载，其跨中弯矩 2 m=ql /8 其中其中 即为荷载效应系数即为荷载效应系数

6、结构上的作用及作用效应结构上的作用及作用效应s=cq第第1章章 绪论绪论1.5一、容许应力设计法容许应力设计法是建立在弹性理论基础上的设计方法。其表达式为：容许应力设计法是建立在弹性理论基础上的设计方法。其表达式为： （1-2） 式中，式中， 构件在使用阶段构件在使用阶段(使用荷载作用下使用荷载作用下)截面上的最大应力；截面上的最大应力； 材料的容许应力。材料的容许应力。容许应力设计法计算简单，但其有许多问题：容许应力设计法计算简单，但其有许多问题：没有考虑材料塑性性质。没有考虑材料塑性性质。没有对作用阶段给出明确的定义，也就是使用期间荷载的取值原则规定得不明确。没有对作用阶段给出明确的定义，

7、也就是使用期间荷载的取值原则规定得不明确。把影响结构可靠的各种因素把影响结构可靠的各种因素(荷载的变异、施工的缺陷、计算公式的误差等荷载的变异、施工的缺陷、计算公式的误差等)统统归结统统归结在反映材料性质的容许应力在反映材料性质的容许应力 上，显然不够合理。上，显然不够合理。 的取值无科学根据，纯属经验的，历史上曾多次提高过材料的容许应力值。的取值无科学根据，纯属经验的，历史上曾多次提高过材料的容许应力值。按容许应力法设计的构件是否安全可靠，无法用实验来验证。按容许应力法设计的构件是否安全可靠，无法用实验来验证。 工程结构设计理论演变简况工程结构设计理论演变简况 我国的工程结构设计方法经历了容

8、许应力设计法、破损阶段设计法、多系数极限我国的工程结构设计方法经历了容许应力设计法、破损阶段设计法、多系数极限状态设计法和概率极限状态设计法状态设计法和概率极限状态设计法4 个阶段。个阶段。第第1章章 绪论绪论1.6工程结构设计理论演变简况工程结构设计理论演变简况二、破损阶段设计法 1、针对容许应力设计法存在的缺陷，之后出现了假定材料均已达到塑性状态，依据截、针对容许应力设计法存在的缺陷，之后出现了假定材料均已达到塑性状态，依据截 面所能抵抗的破损内力建立的计算公式。其设计表达式为：面所能抵抗的破损内力建立的计算公式。其设计表达式为： （1-3）式中，式中， 构件最终破坏时的承载能力；构件最终

9、破坏时的承载能力； 安全系数，用来考虑影响结构安全的所有因素。安全系数，用来考虑影响结构安全的所有因素。优点为：优点为： 它可以反映材料的塑性性质，结束了长期以来假定混凝土为弹性体的局面。它可以反映材料的塑性性质，结束了长期以来假定混凝土为弹性体的局面。 采用一个安全系数，使构件有了总的安全度的概念。采用一个安全系数，使构件有了总的安全度的概念。 它以承载能力值它以承载能力值(如如 )为依据，其计算值是否正确可由实验检验。为依据，其计算值是否正确可由实验检验。mmku/umk第第1章章 绪论绪论1.7工程结构设计理论演变简况工程结构设计理论演变简况破损阶段理论仍存在一些重大缺点：破损阶段理论仍

10、存在一些重大缺点： 破损阶段计算，构件的承载力是得以保证，但却无法了解构件在正常使用时能破损阶段计算，构件的承载力是得以保证，但却无法了解构件在正常使用时能否满足正常使用要求。否满足正常使用要求。 安全系数安全系数k的取值仍须经验确定，并无严格的科学依据。的取值仍须经验确定，并无严格的科学依据。 采用笼统的单一安全系数，无法就不同荷载、不同材料结构件安全的影响加以采用笼统的单一安全系数，无法就不同荷载、不同材料结构件安全的影响加以区别对待，不能正确地度量结构的安全度。区别对待，不能正确地度量结构的安全度。 荷载荷载 的取值仍然也是经验值；的取值仍然也是经验值； 表达式中采用的材料强度是平均值，

11、它不能正确反映材料强度的变异程度，显表达式中采用的材料强度是平均值，它不能正确反映材料强度的变异程度，显然也是不够合理的。然也是不够合理的。第第1章章 绪论绪论1.8 工程结构设计理论演变简况工程结构设计理论演变简况三、 多系数极限状态设计法 由于破损阶段理论仍有许多缺点，进一步发展的极限状态理论便应运而由于破损阶段理论仍有许多缺点，进一步发展的极限状态理论便应运而生。极限状态的主要概念是明确结构或构件进入某种状态后就丧失其原有功生。极限状态的主要概念是明确结构或构件进入某种状态后就丧失其原有功能，这种状态被称为极限状态。能，这种状态被称为极限状态。 当时曾提出了当时曾提出了3 种极限状态：承

12、载力极限状态、挠度极限状态、裂缝开展种极限状态：承载力极限状态、挠度极限状态、裂缝开展宽度极限状态。其表达式分别为：宽度极限状态。其表达式分别为： m m u (1-4) max lim f f (1-5) max lim w w (1-6) 这样，它就克服了破损阶段理论无法了解构件在正常使用时能否满足正这样，它就克服了破损阶段理论无法了解构件在正常使用时能否满足正常使用要求的缺陷。常使用要求的缺陷。第第1章章 绪论绪论1.9四、概率极限状态设计法 概率极限状态设计法是以概率极限状态设计法是以概率理论概率理论为基础，将作用为基础，将作用效应和影响结构抗效应和影响结构抗力力 的主要因素作为随机变

13、量，根据统计分析确定可靠概率来度量结构可靠性的主要因素作为随机变量，根据统计分析确定可靠概率来度量结构可靠性的结构设计方法。国际上把处理可靠度的精确程度分为的结构设计方法。国际上把处理可靠度的精确程度分为3个水准。个水准。(1) 水准水准i半概率方法。对荷载效应和结构抗力的基本变量半概率方法。对荷载效应和结构抗力的基本变量部分地进行部分地进行数理统计分析数理统计分析，并与工程经验结合引入某些，并与工程经验结合引入某些经验系数经验系数，所以尚不能定量地估，所以尚不能定量地估计结构的可靠性。计结构的可靠性。(2) 水准水准ii近似概率法。该法对结构可靠性赋予概率定义，以结构的近似概率法。该法对结构

14、可靠性赋予概率定义，以结构的失效概率或可靠指标来度量结构可靠性，并建立了结构可靠度与结构极限状失效概率或可靠指标来度量结构可靠性，并建立了结构可靠度与结构极限状态方程之间的数学关系，在计算可靠指标时考虑了态方程之间的数学关系，在计算可靠指标时考虑了基本变量的概率分布型，基本变量的概率分布型，工程结构设计理论演变简况工程结构设计理论演变简况第第1章章 绪论绪论1.10 工程结构设计理论演变简况工程结构设计理论演变简况 并采用了线性化的近似手段并采用了线性化的近似手段，在设计截面时一般采用分项系数的实用设计，在设计截面时一般采用分项系数的实用设计表达式。目前我国的表达式。目前我国的工程结构可靠度设

15、计统一标准工程结构可靠度设计统一标准(gb 501531992)、建筑结构可靠度设计统一标准建筑结构可靠度设计统一标准(gb 500682001)都采用了这种近似概都采用了这种近似概率法，在此基础上颁布了各种结构设计的规范。率法，在此基础上颁布了各种结构设计的规范。(3) 水准水准iii全概率法。这是全概率法。这是完全基于概率论的结构整体优化设计方法，要完全基于概率论的结构整体优化设计方法，要求对整个结构采用精确的概率分析求对整个结构采用精确的概率分析，求得结构最优失效概率作为可靠度的，求得结构最优失效概率作为可靠度的直接度量，由于这种方法无论在基础数据的统计方面还是在可靠度计算方直接度量，由

16、于这种方法无论在基础数据的统计方面还是在可靠度计算方面都不成熟，目前尚处于面都不成熟，目前尚处于研究探索研究探索阶段。阶段。第第1章章 绪论绪论1.11 术语和概率极限状态的实用设计表达式术语和概率极限状态的实用设计表达式一、术语（据一、术语（据gb50009-2001) 第第1章章 绪论绪论1.12 术语和概率极限状态的实用设计表达式术语和概率极限状态的实用设计表达式 第第1章章 绪论绪论1.13 二、概率极限状态的实用设计表达式（按概率极限状态的实用设计表达式（按gb50009-2001) 、承载能力极限状态设计表达式： 结构构件的承载力计算，应采用如下承载力极限状态设计表达式：结构构件的

17、承载力计算，应采用如下承载力极限状态设计表达式： r0sr （1） r=r(r，f k，a k，) （2） 式中，式中，r0 结构重要系数；结构重要系数； s 承载能力极限状态的荷载效应组合的设计值；承载能力极限状态的荷载效应组合的设计值； r()结构构件的抗力函数；结构构件的抗力函数； r结构构件的抗力设计值；结构构件的抗力设计值； r结构构件抗力的分项系数；结构构件抗力的分项系数； fk材料性能的标准值；材料性能的标准值； ak几何参数的标准值，当其变异性对结构性能有明显影响时，可另增减一几何参数的标准值，当其变异性对结构性能有明显影响时，可另增减一个附加值个附加值。 术语和概率极限状态的

18、实用设计表达式术语和概率极限状态的实用设计表达式第第1章章 绪论绪论1.14 承载能力极限状态的荷载效应组合的设计值承载能力极限状态的荷载效应组合的设计值s的确定：的确定： 1. 基本组合基本组合 对于基本组合，荷载效应组合的设计值对于基本组合，荷载效应组合的设计值s应从下列组合值中取最不利值确定。应从下列组合值中取最不利值确定。 (1) 由可变荷载效应控制的组合：由可变荷载效应控制的组合： (3) (2) 由永久荷载效应控制的组合：由永久荷载效应控制的组合： (4) 在具体应用时，对于一般排架、框架结构，基本组合可采用简化规则，并应按下在具体应用时，对于一般排架、框架结构，基本组合可采用简化

19、规则，并应按下列组合值中取最不利的值确定。列组合值中取最不利的值确定。 (1) 由可变荷载效应控制的组合：由可变荷载效应控制的组合： (5) (6)1112kkiiknggqqqcqissss1kiiiknggqcqisss11kkggqqsss110.9kiknggqqisss 术语和术语和 概率极限状态的实用设计表达式概率极限状态的实用设计表达式第第1章章 绪论绪论1.15 (2) 由永久荷载效应控制的组合仍按式由永久荷载效应控制的组合仍按式(4)采用。采用。式中，式中， 永久荷载的分项系数，当其效应对结构不利时，对式永久荷载的分项系数，当其效应对结构不利时，对式(3)、式、式(5)和式和

20、式(6)，取取1.2；对式；对式(4)取取1.35；当其效应对结构有利时，一般情况下应取；当其效应对结构有利时，一般情况下应取1.0；对结构的倾覆、；对结构的倾覆、滑移或漂浮验算，应取滑移或漂浮验算，应取0.9； 第第1个和第个和第i个可变荷载的分项系数，当其效应对结构构件不利时，一般个可变荷载的分项系数，当其效应对结构构件不利时，一般情况下取情况下取1.4，对标准值大于，对标准值大于4kn/m2的工业房屋楼面结构的活荷载，应取的工业房屋楼面结构的活荷载，应取1.3； 永久荷载标准值的效应值；永久荷载标准值的效应值； 第第 1 个可变荷载标准值的效应，在基本组合中该效应大于其他任何第个可变荷载

21、标准值的效应，在基本组合中该效应大于其他任何第 i 个可变荷载标准值的效应；个可变荷载标准值的效应； 第第i个可变荷载标准值的效应；个可变荷载标准值的效应； 第第i个可变荷载的组合值系数：其值不应大于个可变荷载的组合值系数：其值不应大于1.0，具体按，具体按建筑结构荷载建筑结构荷载规范规范(gb 500092001)有关规定取用；有关规定取用； n参与组合的可变荷载数。参与组合的可变荷载数。g1,iqqkgs1 kqsikqsic术语和概率极限状态的实用设计表达式术语和概率极限状态的实用设计表达式第第1章章 绪论绪论1.16 2.偶然组合偶然组合 术语和概率极限状态的实用设计表达式术语和概率极

22、限状态的实用设计表达式第第1章章 绪论绪论1.17 、正常使用极限状态设计表达式、正常使用极限状态设计表达式 建筑结构可靠度设计统一标准建筑结构可靠度设计统一标准 gb 500682001规定，对于正常使用极限状态，结规定，对于正常使用极限状态，结构构件应根据不同的设计要求，分别采用荷载效应的标准组合、频遇组合和准永久组合或考构构件应根据不同的设计要求，分别采用荷载效应的标准组合、频遇组合和准永久组合或考虑荷载长期作用影响来进行设计，使变形、抗裂度和裂缝宽度等荷载效应的设计值虑荷载长期作用影响来进行设计，使变形、抗裂度和裂缝宽度等荷载效应的设计值sd不超过不超过相应的规定限值相应的规定限值c，

23、其表达式为：，其表达式为：(9) 式中，式中，sd正常使用极限状态的荷载效应组合值；正常使用极限状态的荷载效应组合值； c 结构或结构构件达到正常使用要求结构或结构构件达到正常使用要求(裂缝宽度、挠度裂缝宽度、挠度)的规定限值。的规定限值。 对于荷载效应标准组合对于荷载效应标准组合(短期效应组合短期效应组合)的设计值的设计值sd应按下式采用应按下式采用 (10) 对于荷载效应频遇组合的设计值对于荷载效应频遇组合的设计值sd应按下式采用：应按下式采用： (11) 对于荷载效应准永久组合对于荷载效应准永久组合(长期效应组合长期效应组合)的设计值的设计值sd应按下式采用：应按下式采用： (12)ds

24、c12kkiikndgqcqissss 112kkiikndgfqqqissss1kiikndgqqisss术语和概率极限状态的实用设计表达式术语和概率极限状态的实用设计表达式第第1章章 绪论绪论1.18思考题思考题1.工程结构设计的目的是什么？工程结构设计的目的是什么？2. 什么是施加于工程结构上的作用？荷载与作用的概念有什么不同？什么是施加于工程结构上的作用？荷载与作用的概念有什么不同？3. 工程结构设计中，如何对结构上的作用进行分类？工程结构设计中，如何对结构上的作用进行分类？4. 作用作用(荷载荷载)有哪些类型？有哪些类型？5. 什么是概率极限状态设计法？为什么目前采用的方法称为近似概

25、率设计法？什么是概率极限状态设计法？为什么目前采用的方法称为近似概率设计法？第第1章章 绪论绪论1.19教你写字教你写字 下面是赠送的下面是赠送的ppt模板不需要朋友可以下载后编辑删除！谢模板不需要朋友可以下载后编辑删除！谢谢！谢！第第1章章 绪论绪论1.20 感恩感恩 父母父母第第1章章 绪论绪论1.21天冷时，是他们给你送来温暖天冷时，是他们给你送来温暖第第1章章 绪论绪论1.22有时，他们会对有时，他们会对我们发火我们发火第第1章章 绪论绪论1.23感恩父母感恩父母感谢你们感谢你们把我带到了这个世界把我带到了这个世界感谢你们感谢你们给了我自由的空气给了我自由的空气感谢你们感谢你们 谆谆的

26、教导谆谆的教导 殷殷的嘱托殷殷的嘱托 我长大了我长大了 而你们却老了而你们却老了 谁言寸草心谁言寸草心 报得三春晖报得三春晖 我会向你们献上一片诚挚我会向你们献上一片诚挚的孝心的孝心 祝你们永远健康祝你们永远健康 第第1章章 绪论绪论1.24第第1章章 绪论绪论1.25对部门及岗位职责的理解对部门及岗位职责的理解 系统集成（系统集成（si si，system integrationsystem integration）：就是通过）：就是通过结构化的综合布线系统和计算机网络技术，将各个结构化的综合布线系统和计算机网络技术，将各个分离的设备分离的设备( (如个人电脑如个人电脑) )、功能和信息等集成到相互、功能和信息等集成到相互关联的、统一和协调的系统之中，使资源达到充分关联