混凝土与砌体结构设计-2设计方法

1、混凝土及砌体结构 1 82519201教授本课方法：开卷只允许带参考书进入考场。只要你认真听课，理解最基本的概念，独立完成作业，不及格都难!2008-10-112主要内容（32学时）绪论（1学时）材料的力学性能（2学时）钢筋混凝土结构的设计方法（1学时）受弯构件正截面承载力（8学时）受弯构件斜截面承载力（8学时）第1章第2章第3章第4章第5章第6章第8章截面承载力（2学时）受扭构件受压构件正截面承载力（8学时）钢筋混凝土构件裂缝及变形的验算（2学2008-10-11时）3参考书2008-10-114第2章按近似概率理论极限状态设计法2008-10-1152.1 极限状态2.1.1 结构上的作用

2、直接作用：荷载间接作用：混凝土的收缩、温度变化、基础的差异沉降、等作用在结构上并使结构产生内力（如弯矩、剪力、轴向力、扭矩等）、变形、裂缝等作用称为作用效应或荷载效应。2008-10-116荷载的分类按作用时间的长短和性质，荷载分为三类：1.荷载在结构设计使用年限内，其值不随时间而变化，或其变化与平均值相比可以忽略不计，或其变化是单调的并能趋于限值的荷载。2.可变荷载在结构设计基准期内其值随时间而变化，其变化与平均值不可忽略的荷载。3.偶然荷载在结构设计基准期内不一定出现，但一旦出现其值很大且作用时间很短的荷载。2008-10-117荷载的标准值1.定义将荷载视为随量，采用数理统计的方法加以处

3、理而得到的具有一定概率的最大荷载值2.确定a.结构的自重可根据结构的设计尺寸和材料的重力密度确定；b.可变荷载常与时间有关，在缺少大量统计材料的条件下，可近似按随量来考虑；2082.1.2 结构的功能要求1.结构的安全等级2008-10-119安全等级破坏后的影响程度建筑物的类型一级很严重重要的建筑物二级严重一般的建筑物三级不严重次要的建筑物2.结构的设计使用年限结构的设计使用年限是指设计规定的结构或结构构件不需要进行大修即可按达到其预定功能的使用时期。设计年限可按建筑结构可靠度设计标准确定，也可经过主管部门的批准按业主的要求确定。一般建筑结构的设计使用年限为50年。注意：区别建筑物的设计使用

4、年限与建筑物的使用2008-10-11。103. 结构的功能安全性如（MMu）结构在预定的使用期间内（一般为50年），应能承受在正常施工、正常使用情况下可能出现的各种荷载、外加变形（如超静定结构的支座不均匀沉降）、约束变形（如温度和收缩变形受到约束时）等的作用。在偶然事件（如、）发生时和发生后，结构应能保持整体稳定性，不应发生倒塌或连续破坏而造成生命的严重损失。2008-10-1111适用性 如（f f）结构在正常使用期间，具有良好的工作性能。如不发生影响正常使用的过大的变形（挠度、侧移）、振动（频率、振幅），或产生让使用者感到不安的过大的裂缝宽度。耐久性 如（wmaxwmax）结构在正常使用

5、和正常条件下，应具有足够的耐久性。即在各种的影响下（混凝土碳化、钢筋锈蚀），结构的承载力和刚度不应随时间有过大的降低，而导致结构在其预定使用期间内丧失安全性和适用性，降低使用。2008-10-1112结构的可靠性可靠性安全性、适用性和耐久性的总称就是指结构在规定的使用期限内（设计工作=50年），在规定的条件下（正常设计、正常施工、正常使用和），完成预定结构功能的能力。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。2008-10-1113显然这种可靠与经济的均衡受到多方面的影响，如国家经济实力、设计工作、和修复等。规范规定的设计方法，是这种均衡的最低限度

6、，也是国家法律。设计可以根据具体工程的重要程度、使用环境和情况，以及业主的要求，提高设计水准，增加结构的可靠度。经济的概念不仅包括第一次建设费用，还应考虑维修，损失及修复的费用2008-10-11142.1.3 结构功能的极限状态结构能够满足功能要求而良好地工作，则称结构是“可靠”的或“有效”的。反之，则结构为“不可靠”或“失效”。区分结构“可靠”与“失效”的临界工作状态称为“极限状钢筋混凝土的可靠、失效和极限状态概念2008-10-1115结构的功能可靠极限状态失效安全性受弯承载力M Mu适用性挠度变形f f耐久性裂缝宽度wmax wmax承载力能力极限状态超过该极限状态，结构就不能满足预定

7、的安全性功能要求结构或构件达到最大承载力（包括疲劳）结构整体或其中一部分作为刚体失去平衡（如倾覆、滑移）结构塑性变形过大而不适于继续使用结构形成几何可变体系（超静定结构中出现足够多塑性铰）结构或构件丧失稳定（如细长受压构件的压曲失稳）2008-10-1116正常使用极限状态超过该极限状态，结构就不能满足预定的适用性和耐久性的功能要求。过大的变形、侧移（影响非结构构件、不安全感、不能正常使用（吊车）等）；过大的裂缝（钢筋锈蚀、不安全感、漏水等）；过大的振动（不舒适）；其他正常使用要求。2008-10-1117S R可靠极限状态失效2.1.4极限状态方程S荷载效应结构上的各种作用（如荷载、不均匀沉

8、降、温度变等）产生的效应总和（如弯矩M、轴形、收缩变形、力N、剪力V、扭矩T、挠度S = S(Q)R结构抗力f、裂缝宽度w等）结构抵抗作用效应的能力，如受弯承载力Mu、受剪承载力Vu、容许挠度f、容许裂缝宽度wR = R(fc, fy, A, h0, As, )2008-10-1118结构的极限状态可用下面的极限状态函数表示：Z=R-S对应的：Z=R-S0时，结构处于可靠状态；结构达到极限状态；结构处于失效（破坏）状态。Z=R-S=0时，Z=R-S R)f(Z)结构功能函数 Z = R - SzPf =P (S R) =P(Z 0)PfzZ = R - S 可靠指标2008-10-1124 值

9、2.73.23.74.2失效概率 Pf3.5 10-36.9 10-41.1 10-41.3 10-5P Z fZ极限状态设计表达式承载能力极限状态表达式 0 S R 0S结构重要性系数；结构作用效应基本组合设计值，根据具体情况确定；R 结构构件抗力设计值。2008-10-1125（1）结构重要性系数建筑结构的安全等级和重要性系数（2）荷载效应组合2008-10-1126安全等级破坏建筑物类别重要性系数一级二级三级很严重严重 不严重重要的房屋一般的房屋次要的房屋1.11.00.9a.由可变荷载控制的效应组合nQk iS G GSkS1ciQiki1式中 荷载分项系数，具体取值如下：G当其效应对

10、结构不利时，对由可变荷载效应控制的组合取1.2，对由取1.35；荷载效应控制的组合当其效应对结构有利时，一般情况下取1.0，对结构的倾覆、滑移或漂浮验算取0.9；2008-10-1127 Qi第 i 个可变荷载的分项系数，其中 Q1为第一个可变荷载 Q1的分项系数，一般应取1.4，对标准值大于4kN/m2 的工业建筑楼面活荷载应取1.3；SGkSQik按荷载标准值Gk 计算的荷载效应值；按可变荷载标准值Qik计算的荷载效应值其中为诸多可变荷载效应中起控制作用者； ci 可变荷载的组合系数；n2008-10-11参与组合的可变荷载数。28b.由荷载控制的效应组合nSGkQiS GSciQiki1（3）结构构件的抗力结构构件的抗力是指结构构件承受作用效R应的能力。一般用表示。R Rk R( fck, fsk, a )kRcs影响结构构件抗力的主要有：材料性能（强度、变形）、构件截面几何特性（宽度、高度、面积、惯性矩等）、计算模式的精确性。2008-10-11292. 正常使用极限状态表达式S C正常使用极限状态