土建工程概论3-3结构按极限状态计算的基本原则

土建工程概论3-3结构按极限状态计算的基本原则第一页，共26页。◆

工程结构的设计需要保证安全可靠、经济合理◆

由于实际工程结构中存在多种不确定性◆

结构设计方法就是研究工程设计中的各种不确定性问题，取得安全可靠与经济合理之间的均衡第二页，共26页。预定的作用材料的性能截面尺寸，配筋及构造要求功能要求设计+第三页，共26页。设计基准期：指分析结构可靠性的一个时间期限。结构在设计基准期内应能可靠地工作，我国的设计基准期一般定为50年。设计基准期不等于建筑结构的设计使用年限3.3.1设计基准期和设计使用年限第四页，共26页。设计使用年限：是设计规定的一个时期，在这一规定时期内，完成预定的功能，即房屋建筑在正常设计、正常施工和正常维护下所达到的使用年限。第五页，共26页。安全性建筑结构在其设计使用年限内应能够承受可能出现的各种作用。且在设计规定的偶然事件发生时及发生后，结构应能保持必需的整体稳定性，不致倒塌。3.3.2极限状态的定义与分类适用性建筑结构在其设计使用年限内应能满足预定的使用要求，有良好的工作性能，其变形、裂缝或振动等性能均不超过规定的限度等。耐久性建筑结构在其设计使用年限内应有足够的耐久性。例如保护层厚度不得过薄、裂缝不得过宽而引起钢筋锈蚀等。第六页，共26页。可靠性：结构的安全性、适用性和耐久性统称为结构的可靠性；可靠度：度量结构的可靠性；是指机构在规定的时间（设计使用年限）内，在规定的条件（正常设计、正常施工、正常使用）下，完成预定功能的概率。结构极限状态失效和可靠第七页，共26页。耐久性（Durability）结构在正常使用和正常维护条件下，应具有足够的耐久性。即在各种因素的影响下（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，降低使用寿命。规定的时间：设计基准期(ReferencePeriod)规定的条件正常设计，正常使用，正常施工条件，不考虑人为过失影响安全性（Safety）

◎结构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）、约束变形等的作用；◎在偶然事件（如地震、爆炸）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财产的严重损失。适用性（Serviceability）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。预定功能第八页，共26页。适用性耐久性安全性结构的可靠性结构设计就是实现可靠性与经济性的最佳平衡设计方法

TheDesignMethods第九页，共26页。结构极限状态(LimitState)定义：整个结构或结构的一部分超过某一特定状态而不能满足设计规定的某一功能要求，则此特定状态为该功能的极限状态。承载能力极限状态正常使用极限状态第十页，共26页。1承载能力极限状态ULS(UltimateLimitState)对应于结构或构件达到最大承载能力或达到不适合于继续承载的变形,从而丧失了安全功能整个结构或结构的一部分作为刚体失去平衡；结构构件达到最大承载力；结构转变为机动体系；结构或构件丧失稳定；地基丧失承载能力而破坏。第十一页，共26页。2009年6月27日6时左右，上海闵行区莲花南路罗阳路口一幢13层在建商品楼发生倒塌事故第十二页，共26页。上海楼房倒塌由三大原因所致

2009年06月29日06:01

华龙网-重庆晨报

堆土过多致侧面受力古河道淤积层被掏空违反程序野蛮施工第十三页，共26页。2正常使用极限状态(ServiceabilityLimitState)对应于结构或构件达到正常使用或耐久性的某项规定限值影响正常使用或外观的变形(过大的crack)；影响正常使用或耐久性能的局部损坏；影响正常使用的振动(不舒适，影响精密仪器运作的振动)；影响正常使用的其它特定状态(如沉降过大,侵蚀性介质作用下腐蚀等)。第十四页，共26页。承载能力极限状态正常使用极限状态安全功能要求适用性、耐久性在构件的承载能力极限状态进行设计后，再来对有使用限值要求的构件进行验算，以使所设计的结构和构件满足预定的功能要求第十五页，共26页。结构上的作用、作用效应、结构抗力使结构产生内力和变形的所有原因统称为作用。

直接作用：通常是以力的形式作用，荷载间接作用：以变形的形式作用(如砼收缩、温度变化、焊接变形、基础沉降、地震等按方式分按随时间的变异永久作用(permanentaction)可变作用(variableaction)偶然作用(accidentalaction)第十六页，共26页。补充：荷载永久荷载（恒荷载）：大小、方向、作用点不随时间改变的荷载称为永久荷载，如自重、预应力等；可变荷载（活荷载）：大小、方向或作用点随时间改变而变化的荷载为可变荷载，如楼面和屋面活载、风荷载、吊车荷载、车辆活载等；偶然荷载：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，如爆炸力，撞击等。第十七页，共26页。作用效应(S)：荷载、地震、温度、不均匀沉降等因素作用于结构构件上,在结构构件内产生的内力和变形称为作用效应。结构抗力(R)：结构或结构构件承受内力和变形的能力。如构件的受弯承载力、构件的刚度等。结构上的作用、作用效应、结构抗力3.3.3承载能力极限状态设计方法第十八页，共26页。S：荷载效应组合的设计值R：结构构件抗力的设计值1结构重要性系数承载能力极限状态设计设计表达式第十九页，共26页。荷载效应分项系数2荷载效应组合设计值S1）可变荷载效应控制的组合各个系数的取值以概率理论为基础，根据结构的不同可靠指标确定。第二十页，共26页。住宅、宿舍、商店…等绝大多数楼面活载0.7书库、档案库、电梯机房…0.9高炉邻近建筑屋面积灰荷载1.0第二十一页，共26页。2）由永久荷载效应起控制作用的组合可变荷载只考虑竖向荷载第二十二页，共26页。正常使用极限状态C——结构或结构构件达到正常使用要求的规定限值，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。①标准组合第二十三页，共26页。②准永久组合《规范》将混凝土构件的裂缝控制等级分为三级：一级——严格要求不出现裂缝的构件。要求在荷载短期效应组合下不出现拉应力。二级——一般要求不出现裂缝的构件。要求在荷载长期效应组合下，构件受拉边缘混凝土不出现拉应力；在荷载短期效应组合下，构件受拉边缘混凝土允许产生拉应力