建筑结构课件-建筑结构设计基本原理

第二章建筑结构设计基本原理2.1.建筑物结构的荷载2.2.极限状态设计法设计时应遵循的基本计算原则

混凝土结构设计中遇到的问题可以分为两类。一类是带有共性的问题－－基本计算原则：是设计任何混凝土结构和构件都要加以解决的。例如，作用在结构上的荷载，其大小如何确定，所用建筑材料的强度如何取值；实际工作中要求所设计的结构应具有何种功能；结构安全可靠的标准是什么，等等。这些属于基本计算原则。另一类问题是运用这些基本计算原则对各种不同的构件进行具体的设计和计算，并采取相应的构造措施，使所设计的构件得以满足要求。

1、作用：所有能使结构产生内力或变形的原因统称为“作用”。荷载则为“作用”中的一种。如荷载、不均匀沉降、温度变形、收缩变形、地震等。荷载：“作用”按其出现的方式可分为直接作用和间接作用。荷载属于直接作用，其特点是以力的形式出现。2、作用效应：作用在结构或构件中引起的内力和变形，应力应变等，统称为作用效应。荷载效应：荷载在结构或构件中产生“效应”。3、结构抗力：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[w]。4、作用效应和结构抗力都具有随机性2.1.1结构的作用、作用效应、结构抗力及其随机性2.1.建筑物结构的荷载——在结构使用期间，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。——在结构使用期间，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。——在结构使用期间不一定出现，而一旦出现,其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2.1.2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，需根据不同的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。——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2.1.3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。见P11表2-1。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。2.2极限状态设计法2.2.1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，安全性(S<R)，适用性，耐久性。(2)适用性的要求（f≤[f]）：，即结构在正常使用期间具有良好的工作性能。例如，不发生过大的变形或振幅，以免影响使用;也不发生足以使用户不安的过宽的裂缝。(1)安全性的要求（M≤Mu）：

即结构应能承受在施工和使用均属正常的情况下可能出现的各种荷载和变形，在偶然事件发生时及发生后，结构仍能保持必需的整体稳定，不致发生倒塌。(1)安全性Safety;(2)适用性Serviceability;(3)耐久性Durability(3)耐久性的要求（wmax≤[wmax]）：，即结构在正常维护下具有足够的耐久性能。例如，混凝土不发生严重的风化、脱落；钢筋不发生严重锈蚀，以免影响结构的使用寿命。2.2.2结构的可靠度理论作用效应-S结构抗力-R功能函数：Z=R-S=g(X1,X2,X3….Xn)结果分析Z=R-S>0：Z=R-S<0：Z=R-S=0：处于可靠状态；处于不可靠状态，即失效；处于极限状态，此方程称极限状态方程——在规定的时间内（一般为50年），在规定的条件下（正常设计、正常施工和正常使用），完成预定功能的概率，称为结构的可靠度，即可靠概率。以Ps表示结构的可靠度失效概率强度/荷载值出现概率γ0[S]μSσSσS[R]μRσRσR失效可靠——结构不能完成预定功能的概率，以Pf表示。第三章混凝土结构基本计算原则结构功能函数

Z=R-

SPf=P(S>R)=P(Z<0)b—可靠指标reliabilityindex2.2.3建筑物的重要度与基准期我国将建筑物的重要程度分为三级，不同级别在计算中取不同的重要度系数γ0

：

一级，破坏后果极其严重，属于重要的建筑物；γ0=1.1

二级，破坏后果比较严重，属于一般的建筑物；γ0=1.0

三级，破坏后果相对不严重，属于比较次要的建筑物。γ0=0.9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.我国对于多数建筑物的设计基准期均为50年，特殊建筑物可以除外；极限状态——结构或构件达到正常使用或耐久性能的某项规定限值。如过大变形、开裂、振动等。——结构或构件达到最大承载力或产生不适于继续承载的变形。如倾覆、疲劳破坏、压屈等。正常使用极限状态承载能力极限状态我国结构设计是以概率理论为基础的极限状态设计法。——整个结构或结构的一部分超过某一特定状态，或不能满足设计规定的某一功能要求的特定状态。2.2.4极限状态设计法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。见《规范》。式中：S：荷载效应， γG：恒荷载的荷载效应系数，γQ