建筑结构与识图实用教案

1、 1.1建筑结构(jigu)的概念及在建筑物中的功能1.建筑结构的概念 建筑结构是建筑物的基本组成部分，是用一定的材料建造成的具有( jyu)足够抵抗能力的空间骨架，用于抵御自然界可能发生的各种作用力，和建筑物是分不开的有机整体。 第1页/共108页第一页，共109页。1.1建筑结构(jigu)的概念及在建筑物中的功能2.建筑结构的类型 钢筋混凝土结构 钢结构 (1)按建筑材料划分 砌体（包括砖砌块、石等）结构 木结构 塑料结构 充气结构 墙体结构 框架结构 深梁结构 筒体结构 (2) 按结构型式(xn sh)划分 拱结构 网架结构 空间薄壁(包括折板)结构 钢索结构 舱体结构第2页/共108

2、页第二页，共109页。1.1建筑结构的概念(ginin)及在建筑物中的功能2.建筑( jinzh)结构的类型 单层结构(多用于单层工业厂房、食堂等) (3)按体型划分 多层结构(一般27层) 高层结构(一般8层以上) 大跨结构(跨度大约在4050m以上)第3页/共108页第三页，共109页。 图1-1 建筑结构的各种形式(xngsh) （a）墙体结构；(b) 框架结构；(c) 深梁结构；(d) 筒体结构；(e) 拱结构； (f) 网架结构；(g) 空间薄壁结构；(h) 钢索结构；(i) 折板结构第4页/共108页第四页，共109页。1.1建筑(jinzh)结构的概念及在建筑(jinzh)物中的

3、功能3.3.结构所要解决的问题(1)(1)使骨架形成的空间能良好地服务于人类生活、生产(shngchn)(shngchn)的要求和人类对美观的需要。前者是物质的，后者是精神的。这是结构之所以存在的根本目的。(2)(2)结构要抵御自然界各种作用力( (地心吸力、风力、地震力等) )，因而需要有抵抗力的功能。这是结构之所以存在的根本原因。第5页/共108页第五页，共109页。1.1建筑(jinzh)结构的概念及在建筑(jinzh)物中的功能(3)(3)怎样充分发挥所采用材料的作用。这是结构的另一重要功能。材料是结构之所以存在的根本条件 (4)(4)结构所要解决的问题还有其它表现，如连接构造(guz

4、o) (guzo) 问题、经济问题等。第6页/共108页第六页，共109页。 1.2 建筑(jinzh)结构的特点及应用第7页/共108页第七页，共109页。1.2.1 结构(jigu)的特点1.1.混凝土结构 优点： 1 1）强度高；2 2）耐久性好；3 3）耐火性好； 4 4）可模性好；5 5）整体性好；6 6）易于就地取材。 缺点： 结构自重大、抗裂性较差、一旦(ydn)(ydn)损坏修复比较困 难、施工受季节环境影响较大等。 第8页/共108页第八页，共109页。1.2.1 结构(jigu)的特点2.2.砌体结构 优点： 1) 1)可就地取材。 2) 2)具有很好的耐火性，较好的化学稳

5、定性和大气稳定。 3) 3)一般较钢筋混凝土结构可以节约水泥和钢材，可以节 约木材，可连续施工。 4) 4)采用砌块(q kui)(q kui)或大型板材作墙体时，可以减轻结构自重， 加快施工进度，进行工业化生产和施工。 第9页/共108页第九页，共109页。 2. 2.砌体结构 缺点： 1) 1)自重大。 2) 2)砌筑工作相当繁重。 3) 3)砂浆(shjing)(shjing)和砖石间的粘结力较弱。 4) 4)粘土砖用量很大，往往占用农田，影响农业生产。 5) 5)砌块结构造价略高于砖石结构。 第10页/共108页第十页，共109页。1.2.1 结构(jigu)的特点3.3.钢结构 优点

6、: : 1) 1)钢结构自重轻而承载力高 。 2) 2)钢材最接近于匀质等向体 。 3) 3)钢材的塑性和韧性好 。 4 4）钢材具有(jyu)(jyu)可焊性 。 5) 5)钢结构具有(jyu)(jyu)不渗漏的特性 。 6) 6)钢结构制造工厂化、施工装配化 。 缺点: : 1) 1)钢材耐腐蚀性差，应采取防护措施 。 2) 2)钢结构耐热性能好，但防火性能差 。第11页/共108页第十一页，共109页。第12页/共108页第十二页，共109页。优点优点缺点缺点应用范围应用范围建筑结构建筑结构混凝土结混凝土结构构强度高、耐久性好、强度高、耐久性好、抗震性好、并具可抗震性好、并具可塑性塑性自

7、重大、抗裂能力自重大、抗裂能力差、费工费模板差、费工费模板一般民用建筑、多高一般民用建筑、多高层建筑、工业厂房、层建筑、工业厂房、大跨结构大跨结构砌体结构砌体结构造价低廉、耐火性造价低廉、耐火性好、施工方便、工好、施工方便、工艺简单、就地取材艺简单、就地取材自重大、强度低、自重大、强度低、抗震性能差、砌筑抗震性能差、砌筑工作繁重、粘土用工作繁重、粘土用量大量大五六层以下的民用房五六层以下的民用房屋、中小厂房的沉重屋、中小厂房的沉重结构、大型工业厂房结构、大型工业厂房的围护结构的围护结构钢结构钢结构强度高、重量轻、强度高、重量轻、质地均匀、运输方质地均匀、运输方便便易锈蚀、耐火性能易锈蚀、耐火性

8、能差差大跨重型结构、受动大跨重型结构、受动荷载结构、可拆卸结荷载结构、可拆卸结构、轻型结构、容器构、轻型结构、容器及其它及其它木结构木结构取材加工方便、材取材加工方便、材质轻且强度较大质轻且强度较大各向异性、易燃、各向异性、易燃、易裂、易翘曲、易易裂、易翘曲、易腐蚀腐蚀大中城市基本停用大中城市基本停用第13页/共108页第十三页，共109页。1.2.2 结构(jigu)的应用1.1.混凝土结构的工程应用 (1) (1)房屋建筑工程 (2) (2)桥梁工程 (3) (3)特种(tzhng)(tzhng)结构与高耸结构 (4) (4)水利及其他工程 第14页/共108页第十四页，共109页。第15

9、页/共108页第十五页，共109页。第16页/共108页第十六页，共109页。2.砌体结构(1)一般(ybn)民用建筑中的基础、内外墙、柱、过梁、屋盖和地沟等构件。(2)在工业厂房中，用来砌筑围护墙、烟囱、料斗、地沟、管道支架、对渗水性要求不高的水池等特殊结构。(3)农村建筑如猪圈、粮仓等。(4)在交通运输方面，砌体结构除可用于桥梁，隧道外，各式地下渠道，涵洞，挡土墙也常用砌筑。(5)在水利建设方面，可以用石料砌筑坝、堰和渡槽等。第17页/共108页第十七页，共109页。3.3.钢结构 (1) (1)重型工业厂房 (2) (2)大跨度结构 (3) (3)高耸(o sn)(o sn)结构和高层建

10、筑 (4) (4)受动力荷载作用的结构 (5) (5)可拆卸和移动的结构 (6) (6)容器和管道 (7) (7)轻型钢结构 (8) (8)其他建筑物 第18页/共108页第十八页，共109页。第19页/共108页第十九页，共109页。第20页/共108页第二十页，共109页。第21页/共108页第二十一页，共109页。第22页/共108页第二十二页，共109页。1.3 结构(jigu)的极限状态设计方法第23页/共108页第二十三页，共109页。1.3.1 建筑结构的功能(gngnng)要求与极限状态1.1.结构的功能结构的功能(gngnng)(gngnng)要求要求 结构设计的基本目的：采

11、用最经济的手段，使结构在规结构设计的基本目的：采用最经济的手段，使结构在规定的时间内和规定的条件下，完成各项预定功能定的时间内和规定的条件下，完成各项预定功能(gngnng)(gngnng)的要求。的要求。 “ “规定的时间规定的时间”是指我国建筑结构设计统一标准是指我国建筑结构设计统一标准（GBJ6884GBJ6884）规定的结构设计基准期（）规定的结构设计基准期（T T），我国取），我国取T=50T=50年。年。 “ “规定的条件规定的条件”是指正常设计、正常施工、正常使用的条是指正常设计、正常施工、正常使用的条件，即不考虑人为的过失。件，即不考虑人为的过失。 “ “各项预定功能各项预定功

12、能(gngnng)”(gngnng)”包括结构的安全性、适用性和耐久性。包括结构的安全性、适用性和耐久性。第24页/共108页第二十四页，共109页。1.3.1 建筑结构的功能要求与极限(jxin)状态结构各项预定功能的具体要求如下。结构各项预定功能的具体要求如下。1 1安全性安全性结构在规定的条件下，应该结构在规定的条件下，应该(ynggi)(ynggi)能够承受可能出现的各种作用，能够承受可能出现的各种作用，包括荷载、外加变形、约束变形等作用。而且，在偶然荷包括荷载、外加变形、约束变形等作用。而且，在偶然荷载作用下或偶然事件发生时（如地震、强风、爆炸等）结载作用下或偶然事件发生时（如地震、

13、强风、爆炸等）结构应能保持必要的整体稳定性，不致倒塌；构应能保持必要的整体稳定性，不致倒塌；2 2适用性适用性结构在正常使用时应能满足预定的使用要求，具有良好的结构在正常使用时应能满足预定的使用要求，具有良好的工作性能，其变形、裂缝或振动等均不超过规定的限度；工作性能，其变形、裂缝或振动等均不超过规定的限度；3 3耐久性耐久性结构在正常使用、正常维护的情况下应有足够的耐久性能，结构在正常使用、正常维护的情况下应有足够的耐久性能，不致因材性变化或外界侵蚀而影响预期的使用年限。不致因材性变化或外界侵蚀而影响预期的使用年限。第25页/共108页第二十五页，共109页。1.3.1 建筑结构的功能(gn

14、gnng)要求与极限状态以上三个方面的功能总称为建筑结构的可靠性。结构的可靠性用可靠度来进行定量描述，即结构在规定的时间内，在规定的条件下，完成预定功能的概率(gil)，称为结构的可靠度，结构的可靠度是衡量结构可靠性的重要指标。结构可靠性越高，建设造价投资越大。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。第26页/共108页第二十六页，共109页。1.3.1 建筑结构(jigu)的功能要求与极限状态2.2.结构的极限状态结构的极限状态结构在使用期间的工作情况称为结构的结构在使用期间的工作情况称为结构的“工作状态工作状态”，结构，结构能够满足功能要求而良好地工作称为结构能够满足功

15、能要求而良好地工作称为结构“可靠可靠”或或“有有效效”，反之则结构，反之则结构“不可靠不可靠”或或“失效失效”，区分结构工作状态的，区分结构工作状态的可结与失效的标志是可结与失效的标志是“极限状态极限状态”。极限状态：极限状态：若整个结构或结构的一部分超过某一特定状态，若整个结构或结构的一部分超过某一特定状态，就不能满足设计就不能满足设计(shj)(shj)的某一功能要求，则此特定的状的某一功能要求，则此特定的状态就称为该功能的极限状态。极限状态是结构失态就称为该功能的极限状态。极限状态是结构失效与可靠之间的临界状态。效与可靠之间的临界状态。第27页/共108页第二十七页，共109页。1.3.

16、1 建筑结构的功能要求(yoqi)与极限状态(1)(1)承载能力极限状态承载能力极限状态 这类极限状态对应于结构或结构构件（包括连接）达到最大承载力或达这类极限状态对应于结构或结构构件（包括连接）达到最大承载力或达到不能承载的过大变形。当结构或结构构件出现下列情况之一时，即认为超过到不能承载的过大变形。当结构或结构构件出现下列情况之一时，即认为超过了承载能力极限状态：了承载能力极限状态： 1 1）整个结构或结构的一部分作为刚体失去了平衡。）整个结构或结构的一部分作为刚体失去了平衡。 2 2）结构构件或其连接因超过材料强度而破坏（包括疲劳破坏），或因过度的）结构构件或其连接因超过材料强度而破坏（

17、包括疲劳破坏），或因过度的塑性变形而不能继续承载。塑性变形而不能继续承载。 3 3）结构或构件某些）结构或构件某些(mu xi)(mu xi)截面发生塑性转动，从而使结构变为机动体系。截面发生塑性转动，从而使结构变为机动体系。 4 4）结构或构件丧失稳定。如细长压杆达到稳定临界荷载后压屈失稳破坏。）结构或构件丧失稳定。如细长压杆达到稳定临界荷载后压屈失稳破坏。第28页/共108页第二十八页，共109页。1.3.1 建筑结构的功能要求(yoqi)与极限状态第29页/共108页第二十九页，共109页。1.3.1 建筑结构的功能要求与极限(jxin)状态(2)(2)正常使用极限状态正常使用极限状态

18、这类极限状态对于结构或构件达到这类极限状态对于结构或构件达到(d do)(d do)正常使用或正常使用或耐久性的某项规定限值。当结构或结构构件出现下列耐久性的某项规定限值。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。状态之一时，即认为超过了正常使用极限状态。 1 1）影响正常使用或有碍观瞻的变形。）影响正常使用或有碍观瞻的变形。 2 2）影响正常使用或耐久性能的局部破坏。）影响正常使用或耐久性能的局部破坏。 3 3）影响正常使用的振动。）影响正常使用的振动。 4 4）影响正常使用的其它特定状态。）影响正常使用的其它特定状态。第30页/共108页第三十页，共109页。1.3

19、.1 建筑结构的功能(gngnng)要求与极限状态上述两类极限状态中：上述两类极限状态中：承载能力极限状态承载能力极限状态结构的安全性功能结构的安全性功能正常使用极限状态正常使用极限状态结构的适用性功能和结构的适用性功能和 耐久性功能耐久性功能 根据上述两类极限状态设计的要求，对于根据上述两类极限状态设计的要求，对于一般结构或构件，均应进行承载力计算、稳定计一般结构或构件，均应进行承载力计算、稳定计算和刚度算和刚度(n d)(n d)计算。至于是否还要进行计算。至于是否还要进行疲劳、倾覆或滑移计算，以及抗裂度及裂缝宽度疲劳、倾覆或滑移计算，以及抗裂度及裂缝宽度验算，则需根据不同的结构，不同的受

20、力特点，验算，则需根据不同的结构，不同的受力特点，不同的使用要求等具体情况而定。不同的使用要求等具体情况而定。 第31页/共108页第三十一页，共109页。1.3.1 建筑(jinzh)结构的功能要求与极限状态3.3.作用效应作用效应S S 和结构抗力和结构抗力R R 作用：指使结构产生内力、变形、应力、应变的所有原因。作用：指使结构产生内力、变形、应力、应变的所有原因。 作用分为：作用分为： 直接作用直接作用: : 指施加在结构上的集中荷载和分布荷载，即永久荷载和可变荷载等。指施加在结构上的集中荷载和分布荷载，即永久荷载和可变荷载等。 间接作用间接作用: : 指引起结构外加变形和约束变形的其

21、他作用，如地震作用、基础沉降指引起结构外加变形和约束变形的其他作用，如地震作用、基础沉降(chnjing)(chnjing)、混凝土收缩、温度变化、焊接变形等。混凝土收缩、温度变化、焊接变形等。第32页/共108页第三十二页，共109页。1.3.1 建筑结构的功能要求(yoqi)与极限状态作用效应作用效应S S 指荷载、地震、温度、不均匀指荷载、地震、温度、不均匀(jnyn)(jnyn)沉降等因素作用于结沉降等因素作用于结构构件上，在结构内所产生的内力和变形（如轴力、弯矩、剪力、扭构构件上，在结构内所产生的内力和变形（如轴力、弯矩、剪力、扭矩、挠度、转角和裂缝等），当矩、挠度、转角和裂缝等），

22、当“作用作用”为为“荷载荷载”时，其效应也可时，其效应也可称荷载效应。称荷载效应。 荷载与荷载效应之间一般可按线性关系考虑。即荷载与荷载效应之间一般可按线性关系考虑。即 S =CQ S =CQ 式中，常数式中，常数C C为荷载效应系数。由于结构上的作用是不确定的随机为荷载效应系数。由于结构上的作用是不确定的随机变量，所以作用效应一般说来也是一个随机变量。变量，所以作用效应一般说来也是一个随机变量。第33页/共108页第三十三页，共109页。1.3.1 建筑结构(jigu)的功能要求与极限状态结构抗力结构抗力R R 整个结构或结构构件整个结构或结构构件(gujin)(gujin)承受内力和变形的

23、能力（如承受内力和变形的能力（如构件构件(gujin)(gujin)的承载能力、刚度等）。的承载能力、刚度等）。 结构构件结构构件(gujin)(gujin)抗力是材料性能（温度、变形模量等物理抗力是材料性能（温度、变形模量等物理力学性能），几何参数以及计算模式的函数，考虑到材料的变异性，力学性能），几何参数以及计算模式的函数，考虑到材料的变异性，构件构件(gujin)(gujin)几何特征的不定性和计算模式的不定性，由这些因几何特征的不定性和计算模式的不定性，由这些因素综合而成的结构抗力也是一个随机变量。素综合而成的结构抗力也是一个随机变量。第34页/共108页第三十四页，共109页。1.3

24、.1 建筑结构的功能要求(yoqi)与极限状态4.4.结构的功能函数及极限状态方程结构的功能函数及极限状态方程 结构的功能函数：结构构件的工作状态可以用作用效应结构的功能函数：结构构件的工作状态可以用作用效应(xioyng)S(xioyng)S和结构抗力和结构抗力R R的关系式来描述，的关系式来描述，这种表达式称为结构的功能函数，以这种表达式称为结构的功能函数，以Z Z表示这个函数，当结构处于极限状态时的表达式称为极限状态方程。表示这个函数，当结构处于极限状态时的表达式称为极限状态方程。 R=S R=S 可表示为可表示为 Z=R-S=g Z=R-S=g（R R，S S）第35页/共108页第三

25、十五页，共109页。1.3.1 建筑结构的功能要求与极限(jxin)状态可以用来表示结构的三种工作状态：可以用来表示结构的三种工作状态： 当当 Z0 Z0时时, ,结构处于可靠状态结构处于可靠状态; ; 当当 Z0 ZSRS是非确是非确定性问题。定性问题。第36页/共108页第三十六页，共109页。1.3.1 建筑结构的功能要求与极限(jxin)状态第37页/共108页第三十七页，共109页。1.3.2 概率极限状态(zhungti)设计法及其实用表达式1结构可靠(kko)度理论(1)随机变量的分析和处理1)随机变量的参数统计 平均值 （1-1） 式中： 第i个随机变量值； 随机变量的个数。

26、nxnii1NoImageixn第38页/共108页第三十八页，共109页。1.3.2 概率极限状态(zhungti)设计法及其实用表达式(2)(2)标准差标准差 （1-2） (3)(3)变异系数变异系数 （1-3） 1)(12nxnii第39页/共108页第三十九页，共109页。1.3.2 概率极限状态(zhungti)设计法及其实用表达式2）正态分布曲线 结构的作用、作用效应(xioyng)和 抗力的实际分布情况是很 复杂的，但统计分析表明， 它们有的服从正态分布， 有的通过数学变换可以化 为当量正态分布。正态分 布曲线是数理统计中最常用的曲线（图2-1）。 第40页/共108页第四十页，

27、共109页。1.3.2 概率极限(jxin)状态设计法及其实用表达式 曲线方程式中： 随机变量； 随机变量的频率密度；即随机变量在横坐标某一区段 上出现(chxin)的百分率（或称频率）与该区段长度的比值。x222)(21)(xexfxx)(xf第41页/共108页第四十一页，共109页。1.3.2 概率极限状态(zhungti)设计法及其实用表达式 曲线特征a.曲线对称于 ；b.曲线只有一个峰值(fn zh)点 ；c.当 趋于 或 时， 趋于零；d.对称轴左右两边各有一个反弯点，反弯点距峰值(fn zh)点水平距离为 ，它也对称于对称轴。 x)(fx)(xf第42页/共108页第四十二页，共

28、109页。1.3.2 概率极限(jxin)状态设计法及其实用表达式 特征值 我们通常要求出现(chxin)的事件不大于或不小于某一数值，这个数值就称为特征值。 （1-5）式中： 特征值； 与特征值取值保证率相应的系数。 kf第43页/共108页第四十三页，共109页。1.3.2 概率极限状态设计(shj)法及其实用表达式 图1-3 概率分布与特征值第44页/共108页第四十四页，共109页。1.3.2 概率极限状态设计(shj)法及其实用表达式（2）结构的可靠度、失效概率、可靠指标 概率极限状态设计法又称近似概率法。近似概率法的基本概念是从概率的观点(gundin)来研究结构的可靠性。把结构在

29、规定的时间内，在规定的条件下完成预定功能的可能性大小用概率来表示，并定义这概率为结构的可靠度。结构可靠度就是结构可靠性的概率度量。第45页/共108页第四十五页，共109页。1.3.2 概率(gil)极限状态设计法及其实用表达式 结构能够完成预定功能结构能够完成预定功能(gngnng)(gngnng)（RSRS）的概率即为）的概率即为“可靠概率可靠概率”。不能完成。不能完成功能功能(gngnng)(RS)(gngnng)(RS)的概率即为的概率即为“失效概失效概率率”。显然二者是互补的。即。显然二者是互补的。即 （1 16 6）1fsPP第46页/共108页第四十六页，共109页。1.3.2

30、概率(gil)极限状态设计法及其实用表达式 假定功能函数中仅包含两个正态分步的基本变量R和S，且相互独立。由于(yuy)R和S是正态分布的随机变量，其平均值和标准差分别为 、 和 、 。所以功能函数也是正态分布，其平均值和标准差分别为： (1-7) RSSR22SRzSRz第47页/共108页第四十七页，共109页。1.3.2 概率极限状态(zhungti)设计法及其实用表达式 Z0 Z0 部分的面积就部分的面积就 是失效是失效(sh xio)(sh xio)概率概率PfPf， 即即 Pf=P(Z0) Pf=P(Z0)。 结构的失效结构的失效(sh xio)(sh xio)概率概率PfPf 与

31、功能函数与功能函数Z Z的平均的平均 值值 至原点的距离至原点的距离 有关，令有关，令 。 由图可见由图可见 与与PfPf之间之间 存在着相应的关系，存在着相应的关系， 小小PfPf则大），则大）， 值大则值大则PfPf小。因此小。因此 和和PfPf一样，可作为衡量一样，可作为衡量结构可靠性的一个指标，故称结构可靠性的一个指标，故称 为结构的为结构的“可靠指标可靠指标” 可靠指标与结构失效可靠指标与结构失效(sh xio)(sh xio)概率之间有一定的对应关概率之间有一定的对应关系。系。 f(Z)zzPfZ = R - Szzz第48页/共108页第四十八页，共109页。1.3.2 概率极限

32、状态设计(shj)法及其实用表达式 表1.1 表fP第49页/共108页第四十九页，共109页。1.3.2 概率(gil)极限状态设计法及其实用表达式 （3）目标可结指标及安全等级 根据建筑结构的重要性不同，即一旦结构发生破坏对生命财产的危害程度以及对社会影响的不同，统一标准将建筑结构划分为三个安全等级：破坏后果很严重的重要建筑物，安全等级为一级；破坏后果严重的一般(ybn)工业与民用建筑为二级；破坏后果不严重的次要建筑为三级。其相应的承载能力极限状态的目标可靠指标见下表1.2。 第50页/共108页第五十页，共109页。1.3.2 概率极限状态(zhungti)设计法及其实用表达式破坏类型安

33、全等级一级二级三级延性破坏3.73.22.7 脆性破坏 4.23.73.2第51页/共108页第五十一页，共109页。1.3.2 概率极限状态设计(shj)法及其实用表达式（4）概率设计法 当荷载（作用）的效应(xioyng)S及结构的抗力R的概率模型和统计参数为已知时，可利用公式（1-8）计算。对于一般常见结构，直接采用目标可靠指标值来进行设计是没有必要的，过于繁琐。我国规范采用分项系数的设计表达式。第52页/共108页第五十二页，共109页。1.3.2 概率极限状态设计(shj)法及其实用表达式2分项系数设计法（1）分项系数 研究表明，目标可靠度指标可以通过三个分项系数来表达，这三个分项系

34、数是：结构重要性系数，材料(cilio)分项系数，荷载分项系数。第53页/共108页第五十三页，共109页。1.3.2 概率极限状态设计(shj)法及其实用表达式1） 结构重要性系数 考虑建筑物破坏后果（危机(wij)人的生命、造成经济损失、产生社会影响等）的严重性，在计算结构件截面承载力时引入与建筑物安全等级有关的分项系数；即结构重要性系数，其取值见下表： 表1.3 结构重要性系数第54页/共108页第五十四页，共109页。1.3.2 概率(gil)极限状态设计法及其实用表达式2）材料分项系数 材料强度的标准值 材料的强度检验指标就是材料强度的标准值，用 表示，强度标准值是材料强度的主要依据

35、，也是生产中对材料强度提出质量要求(yoqi)的主要依据。主要用于正常使用极限状态验算。各种材料强度标准值详见附录。 材料分项系数 材料分项系数等于材料强度的标准值与材料强度的设计值之比值，其值大于1。亦即材料强度的设计值等于它的标准值除以材料分项系数，而材料分项系数是大于1的。故材料强度的设计值小于它的标准值。Kf第55页/共108页第五十五页，共109页。1.3.2 概率极限状态(zhungti)设计法及其实用表达式 混凝土的强度设计值 （1-9） 钢筋的强度设计值 （1-10） 砌体的强度设计值 (1-11)式中： 混凝土的材料分项系数 ，取为1.4； 钢筋的材料分项系数，其取值与钢筋的

36、种类和级 别有关，例如热轧级钢筋，1.15；热轧级钢 筋，1.1； 砌体结构的材料性能分项系数，一般情况下，宜 按施工控制(kngzh)等级为B级考虑，取1.6；当为C级 时，取1.8；cckcffssksfffkffcsf第56页/共108页第五十六页，共109页。1.3.2 概率(gil)极限状态设计法及其实用表达式3）荷载分项系数 荷载是指结构上的直接作用。荷载的基本分类是按荷载随时间(shjin)的变异情况来进行的，有恒荷载、活荷载和偶然荷载三类。恒荷载，也称永久荷载，用符号G表示；在结构使用期间，其值不随时间(shjin)变化，或其变化与平均值比可以忽略不计，或其变化是单调的并能趋于

37、限制的荷载。例如结构自重、土压力、预应力等活荷载，也称可变荷载，用符号Q来表示；在结构使用期间，其值随时间(shjin)变化，且变化与平均值相比不可以忽略不计的荷载。例如楼面活荷载、屋面活荷载和积灰荷载、吊车荷载、风荷载、雪荷载等。偶然荷载,在结构使用期间不一定出现，一旦出现，其值很大且持续时间(shjin)很短的荷载。例如爆炸力、撞击力等。第57页/共108页第五十七页，共109页。1.3.2 概率(gil)极限状态设计法及其实用表达式 荷载的代表值 荷载的主要代表值有标准值、组合值、频遇值和准永久值。 建筑结构设计时，对不同荷载采用(ciyng)不同的代表值。 恒荷载标准值； 活荷载根据设

38、计要求标准值、组合值、频遇值 或准永久值； 偶然荷载按建筑结构使用特点确定。第58页/共108页第五十八页，共109页。1.3.2 概率极限(jxin)状态设计法及其实用表达式 荷载标准值加下角码K表示， 、 。是荷载的基本(jbn)代表值；正常使用极限状态验算结构构件短期的变形以及抗裂或裂缝宽度时，都采用荷载的标准值；恒荷载的标准值：对结构自重，可按结构构件的设计尺寸与材料单位体积的自重计算确定。对于自重变异较大的材料和构件（如现场制作的保温材料、混凝土薄壁构件等），自重的标准值应根据对结构的不利状态，取上限值或下限值。常用材料和构件可参考附录。活荷载的标准值：其中楼面活荷载、屋面活荷载和积

39、灰荷的标准值见附录采用。KGKQ第59页/共108页第五十九页，共109页。1.3.2 概率极限状态设计(shj)法及其实用表达式 风荷载作用于建筑物的外表面，对建筑物的表面形成压力或吸力。风荷载的大小与房屋高度、房屋体型及周围环境等因素有关(yugun)。作用在房屋上的风荷载标准值按下式计算： （1-12）0zszk第60页/共108页第六十页，共109页。1.3.2 概率(gil)极限状态设计法及其实用表达式式中：式中： 风荷载标准值，风荷载标准值，kN/kN/； Z Z高度处的风振系数。它是考虑脉动风压对高度处的风振系数。它是考虑脉动风压对结构产生不利影响的系数。按荷载规范规定取值；结构

40、产生不利影响的系数。按荷载规范规定取值； 风载体型系数。它与建筑物的体型、尺寸风载体型系数。它与建筑物的体型、尺寸等几何性质有关，按荷载规范规定的图表等几何性质有关，按荷载规范规定的图表(tbio)(tbio)确定；确定； 风压高度变化系数。它与建筑物的高度及风压高度变化系数。它与建筑物的高度及建筑场地的地面粗糙程度有关，按荷载规范规定表格确建筑场地的地面粗糙程度有关，按荷载规范规定表格确定；定； 基本风压，基本风压，kN/kN/。按建筑结构荷载规。按建筑结构荷载规范给出的范给出的5050年一遇的风压采用，但不得小于年一遇的风压采用，但不得小于0.3 kN/0.3 kN/。kZSZ0第61页/

41、共108页第六十一页，共109页。1.3.2 概率(gil)极限状态设计法及其实用表达式 雪荷载雪荷载(hzi)(hzi)作用在屋面上，屋面水作用在屋面上，屋面水平投影面上的雪荷载平投影面上的雪荷载(hzi)(hzi)标准值按下式标准值按下式计算：计算： （1-1-1313）式中式中 雪荷载雪荷载(hzi)(hzi)标准值，标准值，kN/kN/； 屋面积雪分布系数。它与屋面类别屋面积雪分布系数。它与屋面类别有关，按荷载有关，按荷载(hzi)(hzi)规范规定图表确定；规范规定图表确定； 基本雪压，基本雪压，kN/kN/。基本雪压应按。基本雪压应按建筑结构荷载建筑结构荷载(hzi)(hzi)规范

42、中给出的规范中给出的5050年一遇的雪压采用。年一遇的雪压采用。0sSrkksr0s第62页/共108页第六十二页，共109页。1.3.2 概率极限状态设计(shj)法及其实用表达式 荷载组合值这是对活荷载而言的，当作用在结构上的活荷载不只一个(y )而是两个或两个以上时，各个活荷载都同时达到各自的标准值，其可能性是不大的，因此一般情况下可以减小一些。为了方便，采用荷载组合值系数 乘以活荷载的标准值来表达活荷载的组合值 。 1。荷载组合值 主要用于承载能力极限状态的基本组合中，也用于正常使用极限状态的短期效应组合中。kccQQkccQQkccQQkccQQkccQQ第63页/共108页第六十三

43、页，共109页。1.3.2 概率极限状态(zhungti)设计法及其实用表达式 荷载准永久值对活荷载中出现的频率比较大，持续时间比较长的那部分活荷载要考虑其荷载长期效应的影响。为了方便，采用准永久值系数(xsh) 乘以活荷载的标准值来表达上述的那一部分活荷载，称为荷载的准永久值 。 1。各种活荷载的准永久值系数(xsh)取值详见附录。荷载准永久值 主要用于正常使用极限状态的长期效应组合。kqqQQkqqQQkqqQQkqqQQkqqQQ第64页/共108页第六十四页，共109页。1.3.2 概率极限状态设计(shj)法及其实用表达式 荷载分项系数(xsh)荷载分项系数(xsh)等于荷载的设计值

44、与荷载的标准值的比值，一般情况下大于1。即荷载的设计值等于荷载分项系数(xsh)乘以荷载的标准值，荷载分项系数(xsh)一般大于1，故一般情况下，荷载的设计值大于它的标准值。在按第一类极限状态，即承载能力极限状态验算结构构件时，都采用荷载的设计值。恒荷载的设计值 （1-14）活荷载的设计值 （1-15）KGGGKQQQ第65页/共108页第六十五页，共109页。1.3.2 概率极限状态(zhungti)设计法及其实用表达式a恒荷载(hzi)的分项系数的取值：当其效应对结构不利时 对由可变荷载(hzi)效应控制的组合： =1.2； 对由永久荷载(hzi)效应控制的组合： =1.35；当其效应对结

45、构有利时 =1.0；验算倾覆和滑移时 =0.9。GGGG第66页/共108页第六十六页，共109页。1.3.2 概率极限状态(zhungti)设计法及其实用表达式b活荷载的分项 系数的取值一般(ybn)情况下 =1.4楼面活荷载标准值4 时， =1.3。QQQ2/mKN第67页/共108页第六十七页，共109页。1.3.2 概率极限状态设计(shj)法及其实用表达式（2）实用设计表达式1) 承载能力极限状态(zhungti)设计表达式 （1-16）式中： 重要性系数： S 荷载效应组合的设计值； R结构构件抗力的设计值。RS 00第68页/共108页第六十八页，共109页。1.3.2 概率极限

46、(jxin)状态设计法及其实用表达式对于基本(jbn)组合，荷载效应组合的设计值应从下列组合值中取最不利值确定： 可变荷载效应控制的组合 (1-17) 永久荷载效应控制的组合 （1-18）QikciniQiKQQGKGSSSS211QikciniQiGKGSSS1第69页/共108页第六十九页，共109页。1.3.2 概率(gil)极限状态设计法及其实用表达式对于一般排架、框架结构，基本组合可采用简化规则，并应按下列组合值中取最不利(bl)值确定 可变荷载效应控制的组合 (1-19) （1-20） 永久荷载效应控制的组合 KQQGKGSSS11QikniQiGKGSSS19 . 0Qikcin

47、iQiGKGSSS1第70页/共108页第七十页，共109页。1.3.2 概率极限状态(zhungti)设计法及其实用表达式第71页/共108页第七十一页，共109页。1.3.2 概率极限状态设计(shj)法及其实用表达式2) 正常使用极限状态表达式 对于正常使用极限状态，应根据不同的设计要求(yoqi)，采用荷载的标准组合、频遇组合或准永久组合，设计表达式如下： S （1-21）式中： C结构或结构构件达到正常使用要求(yoqi)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。C第72页/共108页第七十二页，共109页。1.3.2 概率(

48、gil)极限状态设计法及其实用表达式 三类荷载组合(zh)公式：正常使用极限状态的标准组合(zh)公式 （1-22） 正常使用极限状态的频遇组合(zh)公式 （1-23）正常使用极限状态的准永久组合(zh)公式 （1-24） QikciniKQGKSSSS21QikqiniKQfGKSSSS211QikqiniGKSSS1第73页/共108页第七十三页，共109页。1.3.2 概率极限状态(zhungti)设计法及其实用表达式式中 符号(fho)含义同上： 可变荷载的组合值系数，其值详见附录； 可变荷载的频遇值系数，其值详见附录； 可变荷载的准永久值系数，其值详见附录。ci1fqi第74页/共

49、108页第七十四页，共109页。1.3.2 概率极限(jxin)状态设计法及其实用表达式 正常使用极限状态的荷载组合直接算式 实际工程中述及的正常使用极限状态，主要用于下列三种情况： 构件的挠度及裂缝宽度计算。 高层建筑的层间位移计算。 地基(dj)土的承载力和沉降缝验算。第75页/共108页第七十五页，共109页。1.3.2 概率极限(jxin)状态设计法及其实用表达式构件的挠度及裂缝宽度计算。计算构件的挠度及裂缝宽度时荷载组合(zh)的直接算式钢梁的挠度计算：标准组合(zh) （1-25）钢筋混凝土梁的挠度及裂缝宽度分别按下列公式计算：标准组合(zh) （1-26）准永久组合(zh) （1

50、-27）式中： 可变荷载（楼面活荷载）的准永久值系数，按荷 载规范取用，详见附录，一般取0.30.5。QKGKSSSQKGKSSSQKqGKSSSq第76页/共108页第七十六页，共109页。1.3.2 概率(gil)极限状态设计法及其实用表达式高层建筑的层间位移计算。计算高层建筑层间位移时荷载组合(zh)的直接算式由于“高层规程”及“高钢规程”规定的层间位移角限值，是针对单一的风荷载或水平地震作用情况下的层间位移，因此可不与永久荷载及其他可变荷载进行组合(zh)。 风荷载作用下 （1-28）wkSS 第77页/共108页第七十七页，共109页。1.3.2 概率(gil)极限状态设计法及其实用

51、表达式地基土的承载力和沉降缝验算。验算地基土的承载力及按单桩承载力确定桩数时，“地基规范”对此规定按正常使用极限状态(zhungti)下，取用荷载效应的标准组合。楼面活荷载为主要可变荷载时： （1-29） 风荷载为主要可变荷载时： （1-30）对于式（1-29）及式（1-30）中的 ，地基规范中未规定，按荷载规范的规定可乘以楼面活荷载折减系数 （详见附表），对此，建议在式（1-29、30）中予以考虑。wkwQkGkkSSSS6 . 0wQkcwkGkkSSSS7 . 0cQkS第78页/共108页第七十八页，共109页。1.3.2 概率(gil)极限状态设计法及其实用表达式 验算地基土的沉降(

52、chnjing)量时 地基规范对此规定按正常使用极限状态下，取用荷载效应的准永久组合。 （1-31） 式中： 准永久值系数，按荷载规范的规定取值， 一般楼面活荷载取0.30.5，不考虑风荷载的 效应。QkqGkkSSSq第79页/共108页第七十九页，共109页。1.4 混凝土结构(jigu)耐久性规定第80页/共108页第八十页，共109页。1.4 混凝土结构(jigu)耐久性规定1.4.1 混凝土结构的耐久性问题1.4.2 延长混凝土结构使用年限(ninxin)的措施1.4.3 混凝土结构的耐久性设计及耐久性规定第81页/共108页第八十一页，共109页。1.4 混凝土结构(jigu)耐久

53、性规定1.4.1 混凝土结构的耐久性问题 混凝土结构的耐久性问题可分成钢材问题和混凝土问题两大类: 1)钢材问题:钢筋的锈蚀，氢脆、应力(yngl)腐蚀、疲劳、低温脆断等。 2)混凝土问题：碱骨料反应和环境作用，环境作用可分成化学物质侵蚀、冻融损伤、机械物理损伤等。第82页/共108页第八十二页，共109页。1.4.1 混凝土结构(jigu)的耐久性问题1钢筋的锈蚀问题钢筋锈蚀是混凝土结构最常见和量最大的耐久的问题。在下列三种情况下钢筋表面的钝化膜可遭到破坏：混凝土碳化（中性化）、混凝土遭受氯污染(wrn)和环境中缺氧。第83页/共108页第八十三页，共109页。1.4.1 混凝土结构(jig

54、u)的耐久性问题2.钢筋的其他问题除了锈蚀问题外，钢筋还有氢脆、低温冷脆、应力腐蚀和疲劳等问题。(1)氢脆是指氢原子进入钢筋的内部，使钢筋局部产生较高的内应力，产生脆断。(2)低温冷脆是钢结构常见的问题。北方(bifng)室外的钢结构，如桥梁、钢储仓等，有出现低温冷脆破坏的事例。钢筋混凝土结构也会出现低温冷脆的问题，主要出现在钢筋搭接不合理和出现应力集中的部位。(3)应力腐蚀破坏使钢材在高应力状态下的腐蚀断裂破坏。第84页/共108页第八十四页，共109页。1.4.1 混凝土结构(jigu)的耐久性问题3.混凝土的冻融破坏概念：在环境温度下降和升高的作用下，混凝土孔隙中的溶液冻结与融化会使混凝

55、土产生冻融破坏。这种破坏是混凝土微观结构损伤的逐渐积累造成的宏观破坏。破坏的前期是混凝土强度降低，弹性模量降低，接着是混凝土由表及里的剥落。我国部分地区(dq)地区(dq)室外混凝土结构存在冻融损伤问题，北方问题更为明显，特别是与环境水接触较多的结构和构件问题相对严重，如电厂的通风冷却塔、水厂的水池、建筑物外露的阳台、水工结构、港工结构等。当混凝土孔隙溶液中含有一定量氯离子时，混凝土的冻融破坏加剧。一般陈之为“盐冻 ”。海港工程、使用化冰盐的混凝土高速公路、城市立交桥和停车场等均有这类问题。第85页/共108页第八十五页，共109页。1.4.1 混凝土结构(jigu)的耐久性问题4.化学物质的

56、侵蚀 化学物质的侵蚀可分成酸性侵蚀、碱侵蚀和硫酸盐侵蚀三大类。(1)酸性物质对混凝土中水泥水化物有侵蚀作用，使其中的氢氧化钙变成可溶性的钙盐，使混凝土丧失强度。典型的酸性物质侵蚀的损伤特征为：混凝土呈黄色，水泥水化物剥落，粗骨料外露或剥落。(2)固体的碱对混凝土的侵蚀作用较小，而熔融状的碱或碱的浓溶液对水泥的水化物有侵蚀作用。其侵蚀作用主要有化学侵蚀和结晶侵蚀。化学侵蚀是碱溶液与水泥水化物之间产生化学反应(huxu fnyng)，生成胶结力不强且易为碱液浸析的产物。结晶侵蚀是有碱溶液渗入混凝土的孔隙，形成具有膨胀力的结晶体，使混凝土被胀裂并逐渐剥落。第86页/共108页第八十六页，共109页。

57、1.4.1 混凝土结构(jigu)的耐久性问题(3)硫酸盐一般是指硫酸钠和硫酸镁等。硫酸盐通常存在于地下水和土壤中，硫酸盐是海水中主要的化学成分之一。一些(yxi)工业厂房中硫酸盐侵蚀也比较严重。硫酸盐溶液与水泥水化物中氢氧化钙及水化铝酸钙发生化学反应，生成石膏和硫铝酸钙，产生体积膨胀，使混凝土被胀裂并逐渐剥落。第87页/共108页第八十七页，共109页。1.4.1 混凝土结构(jigu)的耐久性问题5.碱骨料反应 碱骨料反应是指水泥水化过程(guchng)中释放出来的碱金属与骨料中的碱活性成分发生化学反应造成的混凝土破坏。破坏形式主要有两种：碱一硅酸反应和碱一碳酸盐反应。 碱一硅酸反应是指碱

58、性溶液与骨料中的硅酸类物质发生反应，形成凝胶体。凝胶体与混凝土中的氢氧化钙及其他水泥水化物中的钙离子反应生成钙硅或碱一钙一硅混合物。这种混合物吸水后体积膨胀，使周围的水泥石受到较大的应力而产生裂缝。第88页/共108页第八十八页，共109页。1.4.1 混凝土结构(jigu)的耐久性问题6.其他损伤除了上述问题外，混凝土还会有机械物理损伤、大气侵蚀、生物侵蚀、溶蚀等问题。(1)机械物理损伤包括(boku)磨损、空蚀、冲撞等。(2)沿混凝土表面高速流动的气体或水流会产生负压区，在负压区的混凝土会产生空蚀破坏，破坏的特征是成片的混凝土手拉破坏。(3)在工业建筑中和道桥上经常出现冲撞损伤。(4)大气

59、侵蚀作用除了酸雨、空气污染的损伤外，长期的雨水冲淋和风沙影响也会造成混凝土的损伤。(5)长期浸泡在流动的水中的混凝土，其氢氧化钙等有效成分会被水溶解并带走，使混凝土的强度减低，随后产生破坏。(6)生物损伤常见于海洋环境和城市排污工程。第89页/共108页第八十九页，共109页。1.4.1 混凝土结构(jigu)的耐久性问题7.耐久性问题的特点多数损伤发展的速度较慢，往往需要若干年甚至几十年的时间。耐久性问题是多种因素共同影响的结果。大多数损伤是由构件表面(biomin)开始的，所以有人称耐久性问题是“混凝土结构的皮肤病”。第90页/共108页第九十页，共109页。1.4.2 延长混凝土结构使用

60、年限(ninxin)的措施1.避免水分的侵袭(1)大多数混凝土结构的耐久性问题都与水有关。在干燥环境中，即使保护层混凝土完全(wnqun)碳化，钢筋也不会锈蚀。(2)水是氯离子及其他有害化学物质进入混凝土内部的载体(3)干燥的混凝土冻融破坏和碱骨料反应的速度极慢。(4) 解决环境水问题的主要措施是减少水分与构件接触的构造措施和排水措施。构件表面涂刷防水涂料、设置装饰层、防雨水挑檐、防溅隔板以及檐口的滴水等都可起到防止水与构件接触的作用。尽快排水可避免水分侵入混凝土内部较深和很快干燥，减少其影响深度和作用时间。第91页/共108页第九十一页，共109页。1.4.2 延长混凝土结构使用年限(nin