混凝土结构设计方法(一)

3混凝土结构设计方法3.1结构可靠度及结构设计方法3.2荷载与材料强度的取值3.3概率极限状态设计方法3.4结构极限状态设计表达式3.1.1结构上的作用、作用效应和结构的抗力

1、结构上的作用是指施加在结构上的集中力或分布力，以及引起结构外加变形或约束变形的原因（地震、基础差异沉降、温度变化、混凝土收缩等）。分类：

（1）按时间的变化可分为三类：永久作用可变作用偶然作用直接作用和间接作用如结构自重、土压力、预应力、地基沉降、焊接等。如楼面活荷载、吊车荷载、风荷载、雪荷载、温度变化等。如爆炸力、撞击力、罕遇的地震等。——————3.1结构可靠度及结构设计方法

2、作用效应S上述各种作用作用在结构或结构构件上，由此在结构内产生的内力和变形（如轴力、剪力、弯矩以及挠度、转角和裂缝等）称为作用效应。3、结构抗力R(resistance)

结构抗力是指整个结构或结构构件承受作用效应（即内力和变形）的能力。3.1.2结构的预定功能及结构可靠度1、结构的功能要求（1）安全性（2）适用性（3）耐久性2、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（设计工作寿命=50年），在规定的条件下（正常设计、正常施工、正常使用和维护），完成预定结构功能的能力。可靠性——在规定的时间内，在规定的条件下，完成预定结构功能的概率。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的问题。3、设计使用年限和设计基准期（1）设计使用年限是指设计规定的结构或结构构件不需进行大修即可按其预定目的使用的时期，即结构在规定的条件下所应达到的使用年限。设计使用年限分类（2）设计基准期指为确定可变作用及与时间有关的材料性能等取值选用时间参数。《统一标准》规定设计基准期为50年。类别设计使用年限（年）示例15临时性结构0.9225易于替换的结构构件--350普通房屋和构筑物1.04100纪念性建筑和特别重要的建筑物1.13.1.3结构的安全等级

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3.1.4混凝土结构构件设计计算方法

返回3.2荷载与材料强度的取值3.2.1荷载标准值的确定1、标准值

永久荷载的标准值可按结构设计尺寸和标准容积密度计算。

可变荷载的标准值可查《荷载规范》。如：一混凝土简支梁截面尺寸为300㎜×150㎜，跨度为2.5m，混凝土的重度为25kN/m3,则此梁的自重简化为均布荷载：g=0.3×0.15×25=1.125kN/m如：教室q=2.5kN/m2（原2.0）教学楼的卫生间q=2.5kN/m2（原2.0）楼梯多层住宅q=2.0kN/m2其他q=3.5kN/m2

3.2.5基本组合的荷载分项系数，应按下列规定采用：

1永久荷载的分项系数：

1)当其效应对结构不利时

—对由可变荷载效应控制的组合，应取1.2；

—对由永久荷载效应控制的组合，应取1.35；

2)当其效应对结构有利时

—一般情况下应取1.0；

—对结构的倾覆、滑移或漂浮验算，应取0.9。

2可变荷载的分项系数：

—一般情况下应取1.4；

—对标准值大于4kN/m2的工业房屋楼面结构的活荷载应取1.3。

注:对于某些特殊情况，可按建筑结构有关设计规范的规定确定。2、荷载设计值：荷载分项系数与荷载标准值的乘积。

荷载分项系数：调整荷载标准值使结构可靠度趋于相同。组合值系数：考虑各可变荷载最大值在同一时刻出现的概率很小，若设计中仍采用各荷载效应设计值叠加，则可能造成结构可靠度不一致，因而必须对可变荷载设计值再乘以调整系数，即荷载组合值系数。3、可变荷载的组合值：可变荷载设计值乘以荷载组合值系数。4、可变荷载的准永久值：可变荷载标准值乘以荷载准永久值系数。

准永久值系数：考虑荷载长期效应而对可变荷载标准值的折减。5、荷载效应组合

（1）基本组合可变荷载效应控制组合永久荷载效应控制组合荷载效应组合的设计值应从下列组合中取最不利值确定：（2）标标准组合：：（3）准永永久组合：：荷载效应组组合的设计计值应按下下式采用：：荷载效应组组合的设计计值应按下下式采用：：答案继续某承受集中中荷载和均均布荷载的的简支梁计计算跨度，作用与跨跨中的，均布永久久荷载标准准值，均布可变变荷载标准准值，可变荷载载的组合系系数0.7，集中荷载永永久荷载标标准值准永久值系数0.4，试求跨中中弯矩设计计值的基本本组合，标标准组合和和准永久组合合。某承受集中中荷载和均均布荷载的的简支梁计计算跨度，作用与跨跨中的，均布永久久荷载标准准值，均布可变变荷载标准准值，可变荷载载的组合系系数0.7，集中荷载永永久荷载标标准值准永久值系数0.4，试求跨跨中弯矩设计计值的基本本组合，标标准组合和和准永久组合合。作业解：（1）基本本组合：，由可变荷荷载效应控控制。备注：（2）标准准组合（3）准永永久组合返回3.2.2材料强强度标准值值和设计值值1、标准值值：具有不小于于95%的的保证率2、设计值值：标准值除以以分项系数数材料分项系系数：考虑材料料的离散性性和施工中中不可避免免的偏差带带来的不利利影响。混凝土：钢筋：400MPa级以下下热轧钢筋筋500MPa级以下下热轧钢筋筋预应力筋3、影响结结构抗力的的不确定因因素：2、影响荷荷载效应的的不确定因因素：（1）荷载载本身的变变异性；（2）内力力计算假定定与实际受受力情况之之间的差异异；（1）结构构构件材料料性能的变变异性；（2）结构构构件几何何参数的变变异性；（3）结构构构件抗力力计算模式式的不确定定性；3.2.3数理统统计的基本本概念1、随机变变量及其统统计特征值值（1）算术术平均值（2）标准准差（3）变异异系数2、正态分分布3、保证率率返回3.3.1结构的的极限状态态极限状态：：结构的极限限状态分为为两类：1、承载力力能力极限限状态（安安全性）（1）结构构构件或连连接因超过过材料的强强度而破坏坏，或因过过度变形而而不适于继继续承载；；（2）结构构整体或其其中一部分分作为刚体体失去平衡衡；（3）结构构变为机动动体系；（4）结构构或构件丧丧失稳定；；（5）结构构因局部破破坏而发生生连续倒塌塌；（6）地基基丧失承载载力而破坏坏；（7）结构构或构件的的疲劳破坏坏。3.3概概率极限状状态设计方方法2、正常使使用极限状状态（适用性和耐耐久性）（1）影响响正常使用用或外观的的变形；（2）影响响正常使用用或耐久功功能的局部部损坏；（3）影影响正常常使用的的振动；；（4）影影响正常常使用的的其他特特定状态态。通常对结结构构件件先按承载能力力极限状状态进行承载载能力计算，然后根根据使用用要求按按正常使用用极限状状态进行变形形、裂缝缝宽度或或抗裂等等验算。3.3.2结结构设计计状态1、持久久设计状状态：结构使用用2、短暂暂设计状状态：施工和维维修3、偶然然设计状状态：火灾、爆爆炸、撞撞击4、地震震设计状状态：地震承载能力力极限状态态设计，，且应正常使使用极限状态态设计承载能力力极限状态态设计，，根据需需要可正常使使用极限状态态设计承载能力力极限状态态设计，，根据需需要可正常使使用极限状态态设计承载能力力极限状态态设计，，可不正常常使用极限状态态设计作用效应应S和结结构抗力力R的关关系：Z=R-S=g(R，S)当Z＞0时，结结构处于于可靠状状态;当Z＜0时，结结构处于于失效状状态;当Z＝0时，结结构处于于极限状状态.3.3.3结结构的功功能函数数和极限限状态方方程1、结构构的失效效概率(probabilityoffailure)由于作用用效应和和结结构抗力力都都是随机机变量或或随机过过程，因因此要绝绝对地保保证总总是大大于是是不不可能的的。由图可见见，在多多数情况况下，大大于。。但是是，由于于和和的的离离散性，，在它们们概率密密度曲线线的重叠叠区（阴阴影段内内）仍有有可能出出现小小于的的情况况，这种种可能性性的大小小用概率率来表示示就是失失效概率率。。和的的概率密密度曲线线3.3.4结结构的可可靠度计计算当结构功功能函数数中仅有有两个独独立的随随机变量量和和，，且且都服从从正态分分布时，，功能函函数的的概率率密度曲曲线如图图所示。。功能函数数的概率率密度曲曲线结构的失失效概率率可直接接通过的的概率率（图中中阴影面面积）来来表达，，即令则2、结构构件的可靠指标(reliabilityindex)由上式可见，与具有数值上的对应关系，也具有与相对应的物理意义。越大，就越小，即结构越可靠，故称为可靠指标。破坏类型安全等级一级二级三级延性破坏3.73.22.7脆性破坏4.23.73.2《统一标标准》给给出了结结构构件件承载能力力极限状状态的可可靠指标标。3、设计计可靠指指标(reliabilityindexfordesign)设计规范范所规定定的、作作为设计计结构或或结构构构件时所所应达到到的可靠靠指标，，称为设计可靠靠指标，它是根根据设计计所要求求达到的的结构可可靠度而而取定的的，所以以又称为为目标可靠靠指标。返回3.4.1承承载能力力极限状状态设计计表达式式对持久设设计状况况、暂短短设计状状况和地地震设计计状况，，当用内内力的形形式表达达时，结结构构件件应采用用下列承承载能力力极限状状态设计计表达式式：——结构重要要性系数数；——结构构件件的承载载力设计计值；结构构件件的承载载力函数数；——混凝土、、钢筋的的强度设设计值；；——几何参数数的标准准值；——荷载效应应组合的的设计值值。——结构构件件的抗力力模型不不定性系系数；——3.4结结构极极限状态态设计表表达式（1）结构重要性系数安全等级一级二级三级1.11.00.9（2）结结构构件件的抗力力模型不不定性系系数地震设计状态：一般构件件：1.0重要结构构构件或或不确定定性较大大的结构构构件：：>1.0抗震设计计：3.4.2正正常使用用极限状状态设计计表达式式对于正常常使用极极限状态态，结构构构件应应应分别别按荷载载的准永久组组合、标准组合合、准永久组组合并考虑长期作用用的影响或或标准组合合并考虑长期作用用的影响，，采用下下列极限限状态设设计表达达式进行行验算：：——正常使用用极限状状态的荷荷载效应应组合值值。——结构构件件达到正正常使用用要求所所规定的的变形、、裂缝宽宽度、应应力等的的限值；；混凝土结结构构件件正常使使用极限限状态的的验算应应包括下下列内容容：（1）对对需要控控制变形形的构件件，应进进行变形验算；（2）对对使用上上限制出出现裂缝缝的构件件，应进进行混凝土拉拉应力验算；（3）对对允许出出现裂缝缝的构件件，应进进行受力力裂缝宽度度验算；（4）对对有舒适适度要求求的楼盖盖结构，，应进行行竖向自振频率率验算。3.4.3钢钢筋混凝凝土受弯弯构件的的最大挠挠度应按按荷载的的准永久组合，预预应力混混凝土受受弯构件件的最大大挠度应应按荷载载的标准组合，并均考虑荷荷载长期作