建筑结构计算基本原则

1、第二章建筑结构计算基本原则期本章主要内容1. 荷载分类；2荷载代表值；3 结构的功能；4 结构功能的极限状态；5 结构上的作用、作用效应和结构抗力;6 极限状态设计法实用设计表达式。教学目标:1. 掌握荷载分类、荷载代表值的概念及种类;2. 理解结构的功能及其极限状态的含义；3. 能确定永久荷载、可变荷载的代表值。1、荷载分类；荷载代表值；2、结构的功能；结构功能的极限状态；3、结构上的作用、作用效应和结构抗丿J。荷载代表值、结构功能的极限状态。§1-1荷载分类及荷载代表值1-1.1荷载分类按随时间的变异，结构上的荷载可分为以下三类:1. 永久荷载永久荷载亦称恒荷载，是指在结构使用期

2、间，其值不 随时间变化，或者其变化与平均值相比可忽略不计的荷载。 如结构自重、土压力、预应力等。2. 可变荷载可变荷载也称为活荷载，是指在结构使用期间，其值随 时间变化，且其变化值与平均值相比不可忽略的荷载。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。1. 1.2荷载代表值荷载代表值定义：结构设计时，对于不同的荷载和不 同的设计情况，应赋予荷载不同的量值，该量值即荷载代 表值。1.荷载标准值定义：荷载标准值就是结构在设计基准期内具有一定 概率的最大荷载值，它是荷载的基本代表值。设计基准期为确定可变荷载代表值而选定的时间 参数，一般取为50年。

3、(1) 永久荷载标准值永久荷载主要是结构自重及粉刷、装修，固定设备的重 量。一般可按结构构件的设计尺寸和材料或结构构件单位体 积(或面积)的自重标准值确定。(2) 可变荷载标准值按规范采用。2. 可变荷载准永久值定义：在设计基准期内经常达到或超过的那部分荷载值 (总的持续时间不低于25年)。可变荷载准永久值可表示为WqQk，其中Qk为可变荷 载标准值，为可变荷载准永久值系数,按规范取值。3. 可变荷载组合值定义：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。可变荷载组合

4、值可表示为0C Qk。其中0C为可变荷载 组合值系数，其值按规范査取。4. 可变荷载频遇值定义：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（总的持 续时间不低于50年），称为可变荷载频遇值。可变荷载频遇值可表示为少fQk。其中Pf为可变荷载频 遇值系数，其值按规范査取。§1.2建筑结构极限状态设计法1.2. 1结构的功能要求厂安全性功能要求 < 适用性J耐久性安全性结构在正常施工和正常使用的条件下， 能承受可能出现的各种作用；在设计规定的偶然事件（如 强烈地震、爆炸、车辆撞击等）发生时和发生后，仍能保 持必需的整体稳定性，即结构仅产

5、生局部的损坏而不致发 生连续倒塌。2.适用性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。3 耐久性结构在正常维护条件下具有足够的耐久性 能，即在正常维护条件下结构能够正常使用到规定的设计使 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等。1. 2. 2结构功能的极限状态1.定义 整个结构或结构的一部份，超过某一特定状态就不能满足设计规定的某一功能（安全性.适用性、耐久性）要求, 该特定状态称为该功能的极限状态。2.分类厂承载力极限状态I正常使用极限状态1）承载能

6、力极限状态这种极限状态对应于结构或结 构构件达到最大承载能力或不适于继续承载的变形。承载 能力极限状态主要考虑关于结构安全性的功能。当结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：结构构件或连接因材料强度不够而破坏；整个结构或结构的一部分作为刚体失去平衡（如(C)(d)倾覆等）;结构转变为机动体系；结构或结构构件丧失稳 定（如柱子被压曲等）。2）正常使用极限状态正常使用极限状态对应于结 构或结构构件达到正常使用或耐久性能的某项规定限值。这一 状态对应于适用性或耐久性的功能。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：影响正常使用或外观的变形；影响正常

7、使用或耐久性能的局部损坏（包括裂缝）;影响正常使用的振动；影响正常使用的其他特定状态等。1.2.3结构的功能函数(1) 作用、作用效应和结构抗力的概念 作用：施加在结构上的力以及引起结构变形的原因。作用效应：结构上的各种作用，在结构内产生的内力 (轴力、弯矩、剪力、扭矩等)和变形(如挠度、转角、 裂缝等)的总称，用S表示。由直接作用产生的效应，通 常称为荷载效应。结构抗力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。结构抗力是结构内部 有的，其大小主要取决于材料性能、构件几何参数及计算模式 的精确性等。(2) 结构的功能函数:Z = g(S,R) = R-S1.2.

8、4极限状态实用设计表达式1.承载能力极限状态设计表达式:(1.2.2)S；荷载效应基本组合设计值，应从由可变荷载效应控制的基本组合和由永久荷载效应控制的基本组合中取最不利值确定。Y o：结构构件的重要性系数，对安全等级为一级或设计使用年限 为100年及以上的结构构件，不应小于1.1；对安全等级为二级或设计使 用年限为50年的结构构件，不应小于1.0；对安全等级为三级或设计使 用年限为5年及以下的结构构件，不应小于0.9；在抗震设计中，不考虑 结构构件的重要性系数。(D由可变荷载效应控制的基本组合(1.2.3)s = y gSgm+y qS qk+工厂。"-"qzki=2yG

9、：永久荷载分项系数，按规范采用；5Gk：永久荷载标准值Gk计算的荷载效应值；7Qf ：第，个可变荷载的分项系数，按表规范釆用; g :按可变荷载标准值Q计算的荷载效应值； 屮小可变荷载0的组合值系数。表荷载分项系数的取值荷载特性荷载分项系数永久荷我永久荷载效应 对结构不利由可变荷载效 应控制的组合1.2由永久荷载效 应控制的组合1.35永久荷载效应对结构有利1.0倾覆、滑移或飘浮验算0.9可变荷我一般情况1.4对标准值大于4kN/m2的工 业房屋楼面结构的活荷坡取1.3（2）由永久荷载效应控制的基本组合(1-2.4)(3) 一般排架、框架结构的简化表达式由可变荷载效应控制的组合按下式计算，并取最不利值:(1.2.5)(1.2.6)由永久荷载效应控制的组合仍按式(124)釆用。2.按正常使用极限状态设计的实用表达式<1)实用表达式对于正常使用极限状态，应根据不同的设计要求，釆用 荷载效应的标准组合、频遇组合或准永久组合，按下列设计 表达式进行设计：S<C(1.2.7)式中S变形、裂缝等荷载效应的设计值；C结构构件达到正常使用要求所规定的限值，如变形、 裂