建筑结构设计方法

1.荷载分类；2.荷载代表值；3.结构功能的极限状态；4.结构上的作用、作用效应和结构抗力；5.概率极限状态设计法实用设计表达式。第2章建筑结构设计方法本章主要内容1.了解掌握荷载分类、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。

教学目标：重点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、作用效应和结构抗力。难点结构上的作用、作用效应和结构抗力。2.1建筑结构的功能要求和极限状态建筑结构在规定的设计使用年限内（一般按50年考虑），应满足下列功能要求：

（1）安全性（2）适用性（3）耐久性2.1.1建筑结构的功能结构的功能要求

能承受正常施工和使用时的各种作用，以及偶然事件发生时，仍能保持整体稳定性。在正常使用时，能保证具有良好的工作性能，不出现过大的变形和裂缝。在正常使用及维护下，具有足够的耐久性能，不发生锈蚀和风化现象。＊安全性＊适用性＊耐久性例如，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。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。即结构仅产生局部的损坏而不致发生连续倒塌。

结构的安全性、适用性和耐久性是结构可靠的标志，总称为结构的可靠性。结构的可靠度是结构可靠性的概率度量，即对结构可靠性的定量描述。结构可靠性的定义是，结构在规定时间内，规定条件下，完成预定功能的能力。当结构的使用年限超过设计使用年限后，并不意味着结构就要报废，但其可靠度将逐渐降低。（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。极限状态承载力极限状态正常使用极限状态2.1.2建筑结构极限状态（2）分类1）承载能力极限状态——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。当结构构或结结构构构件出出现下下列状状态之之一时时，即即认为为超过过了正正常使使用极极限状状态：：●影响正正常使使用或或外观观的变变形；；●影响正正常使使用或或耐久久性能能的局局部损损坏（（包括括裂缝缝）；；●影响正正常使使用的的振动动；●影响正正常使使用的的其他他特定定状态态等。。2.2.1荷荷载分分类及及荷载载代表表值1.永久荷载永久荷荷载亦亦称恒恒荷载载，是是指在在结构构使用用期间间，其其值不不随时时间变变化，，或者者其变变化与与平均均值相相比可可忽略略不计计的荷荷载，，如结结构自自重、、土压压力、、预应应力等等。2.可变荷载可变荷荷载也也称为为活荷荷载，，是指指在结结构使使用期期间，，其值值随时时间变变化，，且其其变化化值与与平均均值相相比不不可忽忽略的的荷载载，如如楼面面活荷荷载、、屋面面活荷荷载、、风荷荷载、、雪荷荷载、、吊车车荷载载等。。3.偶然荷载在结构构使用用期间间不一一定出出现，，而一一旦出出现，，其量量值很很大且且持续续时间间很短短的荷荷载称称为偶偶然荷荷载，，如爆爆炸力力、撞撞击力力等。。2.2.1荷荷载分分类及及荷载载代表表值常用材材料单单位体体积的的自重重（单单位kN/m3）混混凝凝土22~24，钢钢筋筋混凝凝土24~25，水水泥泥砂浆浆20，石石灰灰砂浆浆、混混合砂砂浆17，，普普通砖砖18，普普通通砖（（机器器制））19，浆浆砌砌普通通砖砌砌体18，，浆浆砌机机砖砌砌体19。。荷载标标准值值（1））永久久荷载载标准准值按构件件尺寸寸和构构件单单位体体积自自重的的标准准值来来确定定。2.2.1荷载载分类类及荷荷载代代表值值（1））可变变荷载载标准准值（民用楼面均布活荷荷载标准值按按下表采用））民用建筑楼面均布活荷载标准值及其组合值、频偶值和永久值系数项次类别标准值(kN/m2)组合值系Ψc频偶值系Ψf准永久值系数Ψq1（1）住宅、宿舍、旅馆、办公楼、医院病房、托儿所、幼儿园（2）教室、实验室、阅览室、会议室、医院门诊室2.00.70.50.60.40.52食堂、办公楼中的一般资料档案室2.50.70.60.53（1）礼堂、剧场、影院、有固定座位的看台（2）公共洗衣房3.03.00.70.70.50.60.30.54（1）商店、展览厅、车站、港口、机场大厅及其旅客等候室（2）无固定座位的看台3.53.50.70.70.60.50.50.32.2.1荷荷载分类及荷荷载代表值5（1）健身房、演出舞台（2）舞厅4.04.00.70.70.60.60.50.36（1）书库、档案室、储藏室（2）密集柜书库5.012.00.90.90.87通风机房、电梯机房7.00.90.90.88汽车通道及停车库（1）单向板楼盖（板跨不小于2m）客车消防车（2）双向板楼盖和无梁楼盖（柱网尺寸不小于6m×6m）客车消防车4.035.02.520.00.70.70.70.70.70.70.70.70.60.60.60.6（1）可变荷荷载标准值（民用楼面均布活荷荷载标准值按按下表采用））2.2.1荷荷载分类及荷荷载代表值9厨房（1）一般的（2）餐厅2.04.00.70.70.60.70.50.710浴室、厕所、盥洗室：（1）第1项中的民用建筑（2）其他民用建筑2.02.50.70.70.50.60.40.511走廊、门厅、楼梯：（1）宿舍、旅馆、医院病房、托儿所、幼儿园、住宅（2）办公楼、教室、餐厅、医院门诊部（3）消防疏散楼梯、其他民用建筑2.02.53.50.70.70.70.50.60.50.40.50.312阳台：（1）一般情况（2）当人群有可能密集时2.53.50.70.60.5注：①本表所所列各项活荷荷载适用于一一般使用条件件，当使用荷荷载大时，应应按实际情况况采用。②本表各项荷荷载不包括隔隔墙自重和二二次装修荷载载。（1）可变荷荷载标准值（民用楼面均布活荷荷载标准值按按下表采用））2.2.2作作用效应作用效应——结构上的各种种作用，在结结构内产生的的内力（轴力、弯矩矩、剪力、扭扭矩等）和变形（如挠度、转转角、裂缝等等）的总称，用S表示。由直接接作用产生的的效应，通常常称为荷载效效应。荷载效应可由由力学方法求求得。例如，一简支梁梁长长为l0，承受的垂直直均布线荷载载为q（已包括梁自自重），梁的的抗弯刚度为为B。则梁跨中由由荷载q产生生的弯矩为M=1/8ql02，跨中挠度f=5ql04/(384B)，支座处剪力力V=1/2ql0。结构抗力——结构或或构件承受作作用效应的能能力，如构件件的承载力、、刚度、抗裂裂度等，用R表示。结构抗抗力是结构内内部固有的，，其大小主要要取决于材料性能、构件几何参数数及计算模式的精精确性等。2.2.2结结构抗力2.3建筑筑结构概率极极限状态设计计法建筑结构的安全等级安全等级破坏后果建筑物类型一级很严重重要的房屋二级严重一般的房屋三级不严重次要的房屋第2章建筑筑结构设计方方法《建筑结构可可靠度设计统统一标准》GB50068-2001（以下简简称《统一标标准》）规定定，建筑结构构设计时，应应根据结构破破坏可能产生生的后果（危危及人的生命命、造成经济济损失、产生生社会影响等等）的严重性性，采用不同同的安全等级。设计使用年限限，是指设计规规定的结构或或结构构件不不需进行大修修即可按其预预定目的使用用的时期。结构的设计使用年限分类设计使用年限示例5临时性结构25易于替换的结构构件50普通房屋和构筑物100纪念性建筑和特别重要的建筑结构2.3建筑筑结构概率极极限状态设计计法第2章建筑筑结构设计方方法结构的功能函函数（1）作用效效应S作用（荷载））对结构产生生的各种效应应，

如弯矩、剪力、、轴力、变形形、裂缝等MVNfw结构构件抵抗抗各种作用效效应的能力。。

如抗弯、抗剪、、抗压、抗拉拉、抗扭承载力

以及及抗变形、抗裂裂缝的能力。（2）结构抗抗力R2.3建筑筑结构概率极极限状态设计计法第2章建筑筑结构设计方方法有一农夫，，能肩挑300斤当当给他他300斤斤的担子时时，

效应应刚好等于于抗力；当当给他100斤的的担子时，，

效应小小于抗力；；

当给他他400斤斤的担子时时，

效应应大于抗力力。挑担子与结结构功能函函数2.3建建筑结构概概率极限状状态设计法法第2章建建筑结构设设计方法结构的功能能函数当Ｚ＞0即R＞S时，结构处处于可靠状态；

当Ｚ＜0即R＜S时，结构处处于失效状态；

当Ｚ=0即R=S时，结构处处于极限状态。关系式ｇ(S，R)＝R－S＝0称称为极限限状态方程程。—结构构件重重要性系数数一级=1.1、二级级=1.0、三级=0.9按承载能力力极限状态态设计的实实用表达式式实际工程中中，可能出出现以下三三种情况2.3建建筑结构概概率极限状状态设计法法第2章建建筑结构设设计方法按永久荷载载标准值计算的荷载载效应值按可变荷载载标准值计计算的荷荷载效应值值可变荷载效效应

中的的最大值永久荷载分分项系数第i个可变荷载载

的分项项系数第1个可变变荷载的的分项系数数可变荷载的的组合值系系数1）由可变变荷载效应应控制的组组合2.3建建筑结构概概率极限状状态设计法法第2章建建筑结构设设计方法2）由永久久荷载效应应控制的组组合恒荷载效效应设计值值活荷载效效应设计值值荷载分项系数的取值荷载特性分项系数永久

荷载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

荷载一般情况1.4对标准值大于4kN/m2的工业房屋楼面结构的活荷载取1.3【例2.1】已知由永久久荷载产生生的弯矩标标准值Mgk=11kN·m，起控制作作用的可变变荷载产生生的弯矩标标准值Mqk=16kN·m，安全等级级为二级，，求弯矩设设计值。【解】本例中，γγ0=1.0，，γG=1.2,γQ1=1.4SGk=Mgk=11kN·mSQ1k=Mqk=16kN·m则弯矩设计计值M=γ0(γGSGk+γQ1SQ1k）=1.0×(1.2×11+1.4×16)kN··m=35.6kN·m弯矩设计值值为35.6kN··m。第2章建建筑结构设设计方法混凝土强度度设计值=

混凝凝土强度标标准值÷砼材料分项项系数γc钢筋筋强度设计计值=

钢筋筋强强度标准值值÷钢筋材料分分项系数γs永久荷载设设计值=永久荷载标标准值×永久荷载分分项系数γg可变荷载设设计值=可变荷载标标准值×可变荷载分分项系数γq设计值与标标准值的关关系第一章建建筑结构计计算基本原原则2.1什么么是荷载代代表值？永永久荷载、、可变荷载载的代表值值分别是什什么？2.2建筑筑结构应满满足哪些功功能要求？？其中最重重要的一项项是什么？？2.3什么么是结构功功能的极限限状态？承承载能力极极限状态和和正常使用用极限状态态的含义分分别是什么么？2.4试试用结构功功能函数描描述结构所所处的状态态。习题2.1某某住宅楼面面梁，由恒恒载标准值值引起的弯弯矩Mgk=45kN·m，由由楼面活荷荷载标准值值引起的弯弯矩Mqk=25kN·m，活活荷载组合合值系数ψc=0.7，，结构安全全等级为二二级。试求求按承载能能力极限状状态设计时时梁的最大大弯矩设计计值M。2.2某某钢筋混凝凝土矩形截截面简支梁梁，截面尺尺寸b×h=200mm×500mm，，计算跨度度l0=4m，梁梁上作用恒恒载标准值值(不含自自重)14kN/m，活荷载载标准值9kN/m，活荷载载组合值系系数ψc=0.7，，梁的安全全等级为二二级。试计计算按承载载能力极限限状态设计计时的跨中中弯矩设计计值。小组协协作思思考题题:9、静夜夜四无无邻，，荒居居旧业业贫。。。12月-2212月-22Thursday,December8,202210、雨雨中中黄黄叶叶树树，，灯灯下下白白头头人人。。。。14:18:4614:18:4614:1812/8/20222:18:46PM11、以我独沈久久，愧君相见见频。。12月-2214:18:4614:18Dec-2208-Dec-2212、故故人人江江海海别别，，几几度度隔隔山山川川。。。。14:18:4614:18:4614:18Thursday,December8,202213、乍见翻疑梦梦，相悲各问问年。。12月-2212月-2214:18:4614:18:46December8,202214、他乡乡生白白发，，旧国国见青青山。。。08十十二二月20222:18:46下下午14:18:4612月月-2215、比比不不了了得得就就不不比比，，得得不不到到的的就就不不要要。。。。。十二二月月222:18下下午午12月月-2214:18December8,202216、行行动动出出成成果果，，工工作作出出财财富富。。。。2022/12/814:18:4614:18:4608December202217、做前，能够够环视四周；；做时，你只只能或者最好好沿着以脚为为起点的射线线向前。。2:18:46下午2:18下下午14:18:4612月-229、没有失败，，只有暂时停停止成功！。。12月-2212月-22Thursday,December8,202210、很多多事情情努力力了未未必有有结果果，但但是不不努力力却什什么改改变也也没有有。。。14:18:4614:18:4614:1812/8/20222:18:46PM11、成功就是日日复一日那一一点点小小努努力的积累。。。12月-2214:18:4614:18Dec-2208-Dec-2212、世间成事事，不求其其绝对圆满满，留一份份不足，可可得无限完完美。。14:18:4614:18:4614:18Thursday,December8,202213、不知香积积寺，数里里入云峰。。。12月-2212月-2214:18:4614:18:46December8,202214、意志坚坚强的人人能把世世界放在在手中像像泥块一一样任意意揉捏。。08十十二月20222:18:46下午午14:18:4612月-2215、楚塞三三湘接，，荆门九九派通。。。。十二月222:18下午午12月-2214:18December8,202216、少年十十五二十十时，步步行夺得得胡马骑骑。。2022/12/814:18:4614:18:4608December202217、空山新新雨后，，天气晚晚来秋。。。2:18:46下午午2:18下午午14:18:4612月-229、杨柳散和风风，青山澹吾吾虑。。12月-2212月-22Thursday,December8,202210、阅读读一切切好书书如同同和过过去最最杰出出的人人谈话话。14:18:47