第二章：混凝土结构设计方法2

1、1 混凝土结构设计原理 第第2 2章章 混凝土结构设计方法混凝土结构设计方法 2混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理第 2 章主主 页页目目 录录上一章上一章帮帮 助助下一章下一章本章重点本章重点 了解结构上的作用、作用效应和结构抗力了解结构上的作用、作用效应和结构抗力的概念及其随机特性；的概念及其随机特性； 了解了解混凝土结构设计方法的理论基础混凝土结构设计方法的理论基础 可靠度理论；可靠度理论； 掌握掌握我国规范的设计方法我国规范的设计方法 概率极限状概率极限状 态设计法。态设计法。34混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理第 2 章主主 页页目目 录录上一章上一章帮帮 助助下一章下一章2.

2、1.1 2.1.1 结构上的作用、作用效应及结构抗力结构上的作用、作用效应及结构抗力（1 1）定义：）定义：施加在结构上的集中力或分布力，以及引施加在结构上的集中力或分布力，以及引 起结构外加编写或约束变形的各种因素，如地震、起结构外加编写或约束变形的各种因素，如地震、 基础差异沉降、温度变化、混凝土收缩等，称为基础差异沉降、温度变化、混凝土收缩等，称为 结构上的作用。结构上的作用。 直接作用：荷载直接作用：荷载。（2 2）分类：）分类：按时间、空间位置、结构反应和产生按时间、空间位置、结构反应和产生原因等分类。原因等分类。 间接作用：温度、收缩、徐变、地基不均匀沉降、间接作用：温度、收缩、徐

3、变、地基不均匀沉降、 地震等。地震等。2.1结构可靠度结构可靠度1 1、结构上的作用、结构上的作用5混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理第 2 章主主 页页目目 录录上一章上一章帮帮 助助下一章下一章6混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理第 2 章主主 页页目目 录录上一章上一章帮帮 助助下一章下一章7混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理第 2 章主主 页页目目 录录上一章上一章帮帮 助助下一章下一章8混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理第 2 章主主 页页目目 录录上一章上一章帮帮 助助下一章下一章9混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理第 2 章主主 页页目目 录录上一章上一章帮帮 助助下一

4、章下一章2 2 、作用效应、作用效应 定义：定义：作用在结构上产生的效应，如内力、应力、位作用在结构上产生的效应，如内力、应力、位 移、应变、裂缝等，称为作用效应。移、应变、裂缝等，称为作用效应。10混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理第 2 章主主 页页目目 录录上一章上一章帮帮 助助下一章下一章3 3 、结构抗力、结构抗力 定义：定义：整个整个结构或结构构件抵抗作用效应的能力，称结构或结构构件抵抗作用效应的能力，称 为结构抗力。为结构抗力。11混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理第 2 章主主 页页目目 录录上一章上一章帮帮 助助下一章下一章2.1.22.1.2 结构的预定功能及结构可靠度

5、结构的预定功能及结构可靠度1 1、预定功能、预定功能 （1 1）在正常施工和正常使用时能承受各种作用。）在正常施工和正常使用时能承受各种作用。 （2 2）在正常使用时不发生过大的变形和过宽的）在正常使用时不发生过大的变形和过宽的裂缝。裂缝。 （3 3）在正常维护情况下具有足够的耐久性。）在正常维护情况下具有足够的耐久性。 （4 4）在发生火灾时在规定的时间内有足够的承）在发生火灾时在规定的时间内有足够的承载力。载力。 （5 5）在遭遇偶发事件时具有必须的整体稳定性。）在遭遇偶发事件时具有必须的整体稳定性。结构的预定功能要求结构在其设计使用年限内具有结构的预定功能要求结构在其设计使用年限内具有足

6、够的可靠性，即：安全性、适用性和耐久性。足够的可靠性，即：安全性、适用性和耐久性。12混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理第 2 章主主 页页目目 录录上一章上一章帮帮 助助下一章下一章13混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理第 2 章主主 页页目目 录录上一章上一章帮帮 助助下一章下一章2 2、结构的可靠度、结构的可靠度指结构在规定的时间内、在规定的条件下，完成指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。预定功能的概率。规定的时间指设计使用年限。规定的时间指设计使用年限。规定的条件指正常设计、正常施工、正常使用。规定的条件指正常设计、正常施工、正常使用。预定功能指安全性、适用性

7、、耐久性。预定功能指安全性、适用性、耐久性。结构的可靠度是可靠性的概率度量。结构的可靠度是可靠性的概率度量。14混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理第 2 章主主 页页目目 录录上一章上一章帮帮 助助下一章下一章15混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理第 2 章主主 页页目目 录录上一章上一章帮帮 助助下一章下一章2.2荷载和材料强度荷载和材料强度2.2.1 2.2.1 荷载荷载1 1、荷载分类、荷载分类永久荷载永久荷载( (恒荷载恒荷载) )：大小、方向、作用点不随时间改变大小、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、预的荷载为永久荷载，如自重、土压力、预 应力等。应力等

8、。可变荷载可变荷载( (活荷载活荷载) ) ：大小、方向或作用点随时间改变而大小、方向或作用点随时间改变而 变化的荷载为可变荷载，如楼面和屋面活变化的荷载为可变荷载，如楼面和屋面活 载、风荷载、雪荷载、吊车荷载等。载、风荷载、雪荷载、吊车荷载等。偶然荷载：偶然荷载：结构使用期间可能不出现，一旦出现，其作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，如爆炸力，用时间短、效应大的荷载为偶然荷载，如爆炸力， 撞击等。撞击等。 16混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理第 2 章主主 页页目目 录录上一章上一章帮帮 助助下一章下一章2 2、荷载代表值荷载代表值 （1 1）标准

9、值）标准值是荷载的基本代表值。是正常使用情况是荷载的基本代表值。是正常使用情况 下可能出现的保证率为下可能出现的保证率为95%95%的偏大值。的偏大值。 是永久荷载的唯一代表值。是永久荷载的唯一代表值。保证率：保证率：95 1.645KPP17混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理第 2 章主主 页页目目 录录上一章上一章帮帮 助助下一章下一章2kN/m0 . 5 直升飞机坪：直升飞机坪： 楼面：楼面：2kN/m0 . 2 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2kN/m5 . 02kN/m0 . 22kN/m0 . 3民用建筑楼面活荷载的标准值可查附表民用建筑楼面

10、活荷载的标准值可查附表12-112-1，如：，如：其它荷载标准值见荷载规范。荷载规范中的荷载值不其它荷载标准值见荷载规范。荷载规范中的荷载值不包括隔墙重量和二次装修重量。包括隔墙重量和二次装修重量。（2 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 18混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理第 2 章主主 页页目目 录录上一章上一章帮帮 助助下一章下一章（3 3）频遇值）频遇值可变荷载可能出现的较大值可变荷载可能出现的较大值, ,但小于标但小于标 准值。计算裂缝、变形时用。准值。计算裂缝、变形

11、时用。频遇值频遇值 = f 标准值标准值 （4 4）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 永久荷载的代表值：标准值。永久荷载的代表值：标准值。可变荷载的代表值：标准值、组合值、频遇值、可变荷载的代表值：标准值、组合值、频遇值、 准永久值。准永久值。1920混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理第 2 章主主 页页目目 录录上一章上一章帮帮 助助下一章下一章结构承载力取决于截面尺寸大小和材料强度高低。结构承载力取决于截面尺寸大小和材料强度高低。材料强度分标准值和设计值。材料强度

12、分标准值和设计值。1 1 、材料强度标准值材料强度标准值保证率：保证率：95 645. 1 f 混凝土：混凝土： ，ckftkf 钢筋：钢筋： ，ykfykf注意：注意：荷载标准值高于平均值，材料强度标准值低于荷载标准值高于平均值，材料强度标准值低于平均值。想一想为什么要这样？平均值。想一想为什么要这样？2.2.22.2.2 材料强度材料强度2122混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理第 2 章主主 页页目目 录录上一章上一章帮帮 助助下一章下一章2 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 式中：

13、式中： 混凝土的材料分项系数，取混凝土的材料分项系数，取1.4； 钢筋的材料分项系数，对延性较好的热轧钢筋的材料分项系数，对延性较好的热轧 钢筋取钢筋取1.1，对，对500MPa级钢筋取级钢筋取1.15，对预，对预 应力钢筋取应力钢筋取1.2。c s 23混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理第 2 章主主 页页目目 录录上一章上一章帮帮 助助下一章下一章定义：定义：整个结构或结构的一部分超过某一特定状态就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指定的某一功能要求，这个特定的状不能满足设计指定的某一功能要求，这个特定的状态称之为该功能的极限状态。态称之为该功能的极限状态。 承载能力极

14、限状态：承载能力极限状态：超过这一极限状态时结构将发超过这一极限状态时结构将发生破坏、倒塌或失稳等现象。生破坏、倒塌或失稳等现象。1 1、 结构极限状态的分类结构极限状态的分类 正常使用极限状态：正常使用极限状态：超过这一极限状态时结构将出超过这一极限状态时结构将出现过大的变形，开裂或过宽的裂缝，钢筋严重锈蚀现过大的变形，开裂或过宽的裂缝，钢筋严重锈蚀，混凝土腐蚀、风化、剥落等现象。，混凝土腐蚀、风化、剥落等现象。2.3极限状态设计法极限状态设计法24混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理第 2 章主主 页页目目 录录上一章上一章帮帮 助助下一章下一章2 2、结构的设计状况、结构的设计状况（1

15、1）持久设计状况：）持久设计状况：在结构使用过程中一在结构使用过程中一 定出现，其持续时间很长的状况。定出现，其持续时间很长的状况。（2 2）短暂设计状况：）短暂设计状况：在结构使用过程中出在结构使用过程中出 现概率大，持续时间短的状况。现概率大，持续时间短的状况。（3 3）偶然设计状况：）偶然设计状况：在结构使用过程中出在结构使用过程中出 现概率小，持续时间很短的状况。现概率小，持续时间很短的状况。（4 4）地震设计状况：）地震设计状况：在结构使用过程中遭在结构使用过程中遭 受地震作用的状况。受地震作用的状况。2526混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理第 2 章主主 页页目目 录录上一章上

16、一章帮帮 助助下一章下一章 = - 2-1 0 0，结构可靠；，结构可靠；= 0= 0，极限状态。，极限状态。0 0，结构失效；，结构失效；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/z3 3、结构的功能函数、结构的功能函数2728混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理第 2 章主主 页页目目 录录上一章上一章帮帮 助助下一章下一章式中：式中： 结构抗力的平均值和标准差；结构抗力的平均值和标准差； 作用效应的平均值和标准差。作用效应的平均值和标准差。RR 、ss 、现行设计方法以概率理论为基础，用可靠指标度量，采现行设计方法

17、以概率理论为基础，用可靠指标度量，采用多个分项系数表达。设，则可靠指标为：用多个分项系数表达。设，则可靠指标为：zz 2-22s2RsRzz 4 4、 结构的可靠指标结构的可靠指标29混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理第 2 章主主 页页目目 录录上一章上一章帮帮 助助下一章下一章 按承载能力极限状态设计时要求的可靠指标值按承载能力极限状态设计时要求的可靠指标值 按正常使用极限状态设计时要求的可靠指标值按正常使用极限状态设计时要求的可靠指标值 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塑性破坏塑性破坏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

18、逆程度可取0 1.5。对应对应3.2的失效概率为的失效概率为6.910-4，对应，对应3.7的失效的失效概率为概率为1.110 -4。因此，可靠指标是可靠度的。因此，可靠指标是可靠度的另一种表示方法。另一种表示方法。3031混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理第 2 章主主 页页目目 录录上一章上一章帮帮 助助下一章下一章定义：定义：整个结构或结构的一部分超过某一特定状态就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指定的某一功能要求，这个特定的状不能满足设计指定的某一功能要求，这个特定的状态称之为该功能的极限状态。态称之为该功能的极限状态。 承载能力极限状态：承载能力极限状态：超过这

19、一极限状态时结构将发超过这一极限状态时结构将发生破坏、倒塌或失稳等现象。生破坏、倒塌或失稳等现象。2.4.1 2.4.1 结构极限状态的分类结构极限状态的分类 正常使用极限状态：正常使用极限状态：超过这一极限状态时结构将出超过这一极限状态时结构将出现过大的变形，开裂或过宽的裂缝，钢筋严重锈蚀现过大的变形，开裂或过宽的裂缝，钢筋严重锈蚀，混凝土腐蚀、风化、剥落等现象。，混凝土腐蚀、风化、剥落等现象。2.4极限状态设计表达式极限状态设计表达式323334混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理第 2 章主主 页页目目 录录上一章上一章帮帮 助助下一章下一章1 1、承载能力极限状态的设计方法承载能力极限

20、状态的设计方法 2-3RS 0 结构重要性系数；结构重要性系数； 安全等级为一级的结构构件，安全等级为一级的结构构件， 安全等级为二级的结构构件，安全等级为二级的结构构件， 安全等级为三级的结构构件，安全等级为三级的结构构件， 承载力极限状态下作用组合的效应设计值，承载力极限状态下作用组合的效应设计值， 对持久设计状况和短暂设计状况应按作用对持久设计状况和短暂设计状况应按作用 的基本组合计算。的基本组合计算。0 1 . 10 0 . 10 9 . 00 Sn 计算公式计算公式2.4极限状态设计表达式极限状态设计表达式35混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理第 2 章主主 页页目目 录录上一章上

21、一章帮帮 助助下一章下一章 结构构件的抗力设计值。结构构件的抗力设计值。 RR = R（fc , fs , ak , .）/ RD式中，式中， RD 是结是结构构件构构件的抗力模型不定性调整的抗力模型不定性调整系数：静力设计取系数：静力设计取1.0，对不确定性较大的结构，对不确定性较大的结构构件根据具体情况取大于构件根据具体情况取大于1.0的数值；抗震设计的数值；抗震设计应用承载力抗震调整系数应用承载力抗震调整系数RE代替代替RD。 fc , fs , ak式分别为混凝土的强度设计值、钢筋的强度设式分别为混凝土的强度设计值、钢筋的强度设计值和截面尺寸的标准值。计值和截面尺寸的标准值。36混凝土

22、结构设计原理混凝土结构设计原理第 2 章主主 页页目目 录录上一章上一章帮帮 助助下一章下一章n 荷载组合计算方法荷载组合计算方法 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 2-4kQc2QQ1kQ1GkGiiniiSSSS 2-5kQc1QGkGiiniiSSS 承载力计算采用基本组合，按下面方法计算：承载力计算采用基本组合，按下面方法计算：37混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理第 2 章主主 页页目目 录录上一章上一章帮帮 助助下一章下一章式中：式中： 恒载分项系数，当其效应对结构不利时，恒载

23、分项系数，当其效应对结构不利时， 公式公式 2-4 中的中的 ，公式，公式 2-5 中的中的 ；当其效应对结构有利时，应取；当其效应对结构有利时，应取1.0； 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i个可变荷载的组合系数。个可变荷载的组合系数。2 . 1G 35. 1G 2kN/m4iQ G GkSkQiSci 38混凝土结构设计

24、原理混凝土结构设计原理第 2 章主主 页页目目 录录上一章上一章帮帮 助助下一章下一章 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 2-6kQ1QGkGiniiSSS 2-7kQc1QGkGiiniiSSS 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 的取值与式的取值与式 2-4、2-5 相同。相同。 9 . 0 0 . 1 G iQ 39404142混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理第 2 章主主 页页目目 录录上一章上一章帮帮 助