第2章建筑结构设计基本原理学生

1、第二章建筑结构的设计标准和设计方法1. 建筑物结构的荷载2. 极限状态设计法第一节设计基准期和设计使用年限结构功能要求在设计基准期（一般50年，也有100和25年）内，满足功能要求，即安全性（SR），适用性，耐久性。结构的设计基准期1.结构保证其设计可靠度指标的时间期限成为设计基准期，即在基准期 内，结构的可靠度指标完全满足设计要求；2.设计基准期是测算最大荷载重现期的基本期限；3.在超过设计基准期后，并非意味着结构的失效，而是其可靠度有所降 低，因此基准期不能等同于建筑物的使用寿命；4.我国对多数建筑物的设计基准期均为50年，特殊建筑物可以除外； 结构的设计使用年限 定义：房屋建筑在正常设计

2、、正常施工、正常使用和维 护下所应达到的持久年限。结构的设计使用年限 应按下表采用。类别 设 计 使 用 年限（年） 示 例 15临时性结构225易于替换的结构构件350普通房屋和构筑物4100纪念性建筑和特别重要的建筑结构1、结构的功能（1）安全性：要求结构承担正常施工和正常使用条件下，可能 出现的各种作用，而不产生破坏。并且在偶然事 件发生时以及发生后，能保持必需的整体稳性， 不至于因局部损坏而产生连续破坏。（2）适用性：要求结构在正常使用时满足正常的要求，具有 良好的工作性能。（3）耐久性：要求结构在正常使用和维护下，在规定的使用 期内，能够满足安全和使用功能要求。如材料 老化、腐蚀等不

3、能超过规定的限制等。 第二节结构的功能要求、作用和抗力 第二节结构的功能要求、作用和抗力建筑物结构的荷载作用（S）（或荷载）作用效应施加在结构上的集中力或分布力，称为作用直接作用引起结构外加变形或约束变形的原因间接作用由作用引起的结构或构件的反应结构抗力（R）结构或结构构件承受效应的能力qM基本概念在设计基准期内，其值不随时间变化，或其变化与平均值相比可以忽略不计的荷载。也称恒荷载或恒载。比如结构自重或土压力等。在设计基准期内，其值随时间变化，或其变化与平均值相比不可以忽略不计的荷载。也称活荷载或活载。比如楼面活载、屋面活载、雪荷载、风荷载、吊车荷载等。在设计基准期内不一定出现，而一旦出现,其

4、量值很大而持续时间较短的荷载。比如爆炸力、撞击力等。永久荷载可变荷载偶然荷载荷载分类按时间变异分类按空间变异分类固定荷载在结构空间位置上具有固定的分布；可动荷载在结构空间位置一定范围内可以任意分布。静态荷载对结构不产生动力效应，或小的可以忽略；动态荷载对结构产生动力效应，且不可以忽略。按照结构的反应分类结构计算时，根据不同设计要求采用不同的荷载数值。荷载基本代表值。指在结构使用期间，在正常情况下出现具有一定保证率的最大荷载。当结构同时承受两种或两种以上可变荷载时，除主导荷载（产生荷载效应最大的荷载）取标准值，其他伴随荷载取小于其标准值的组合值为代表值。在设计基准期内经常作用在结构上的可变荷载。

5、作用于结构上时而出现，持续时间较短的较大可变荷载。荷载标准值可变荷载组合值可变荷载准永久值可变荷载频遇值荷载的代表值恒荷载按构件或材料单位体积（或单位面积）自重平均值确定。楼面及屋面活荷载民用建筑楼面活载见规范。对多、高层，荷载满布且达到最大值可能性很小，应适当折减。屋面均布活载分“上人”和“不上人”两类。雪荷载基本雪压。见规范雪荷载标准值屋面积雪分布系数，即基本雪压换算为屋面水平投影面上的雪荷载的换算系数。风荷载风荷载标准值基本风压，见规范风压高度变化系数风荷载体型系数，+为压力，-为吸力高度z处风振系数屋面均布活载不与雪荷载同时考虑，设计时取其中较大值。1. 本表所给各项活荷载适用于一般使

6、用条件。当使用荷载较大或情况特殊 时，应按实际情况采用。2. 第6项书库活荷载当书架高度大于2m时。书库活荷载尚应按每米书架高 度不小于25kNm2确定。3. 第8项中的客车活荷载只适用于停放载人少于9人的客车；消防车活荷载 是适用于满载总重为300kN的大型车辆；当不符合本表的要求时应将车 轮的局部荷载按结构效应的等效原则，换算为等效均布荷载。4. 第11项楼梯活荷载，对预制楼梯踏步平板，尚应按15kN集中荷载验算。 (3.5 KN/M2)5. 本表各项荷载不包括隔墙自重和二次装修荷载。对固定隔墙的自重应按恒 荷载考虑，当隔墙位置可灵活自由布置时，非固定隔墙的自重可取每延米 长墙重(kNm)

7、的13作为楼面活荷载的附加值(kNm2)计入附加值 不小于10kNm2。素混凝土：22-24KN/M3 钢筋混凝土：24-25KN/M3水泥砂浆：20KN/M3 石灰砂浆：17KN/M3抗力（R）结构或结构构件承受作用效应的能力称为抗力影响抗力的因素：几何参数和材料性能 结构抗力具有随机性1、功能函数与极限状态方程 (1) 功能函数 Z=R-S=g(X1,X2,X3.Xn) (2) 结果分析 Z=R-S0：处于可靠状态； Z=R-S0 问题：R和S为随机变量，功能函数值Z是随机变量 绝对保证R大于S不可能！ 第三节结构可靠度理论和极限状态设计方法解决方法：控制可靠度，绝大多数情况下：RS 允许

8、极少数情况下：R0：处于可靠状态；承载能力极限状态设计一级，破坏后果极其严重，属于重要的建筑物；0=1.1二级，破坏后果比较严重，属于一般的建筑物；0=1.0三级，破坏后果相对不严重，属于比较次要的建筑物。0=0.9承载能力极限状态表达式极限状态设计表达式由永久荷载控制的效应组合由可变荷载控制的效应组合永久荷载和可变荷载分项系数。式中：S：荷载效应， G：恒荷载的荷载效应系数， Q：荷载分项系数，Gk：恒荷载标准值， Q1k ：最大的活荷载的标准值，：其他活荷载的组合系数 Qik：其他活荷载的标准值正常使用极限状态标准组合频遇组合准永久组合正常使用极限状态设计包括两个方面：裂缝控制验算：见 P26表 2-6受弯构件挠度验算：见 P27表 2-7第四节结构构件设计的一般内容（）确定计