建筑识图杨太生：结构设计方法与设计指标

第2章结构设计方法与设计指标§2.1建筑结构荷载§2.2建筑结构的设计方法§2.3建筑结构材料的设计指标§2.4建筑结构抗震设防简介§2–1建筑结构荷载一、结构上的作用建筑结构在施工和使用期间，要承受其自身和外加的各种作用，这些作用在结构中产生不同的效应（内力和变形）。这些能使结构产生效应（结构或构件的内力、应力、位移、应变裂缝等）的各种原因通称为结构上的作用。按出现的方式不用，可将结构上的作用分为直接作用和间接作用。

1.直接作用直接作用是指直接以力的不同集结形式（集中力或均匀分布力）施加在结构上的作用，通常也称为结构的荷载。例如结构的自重、楼面人群及物品重量、土压力、风压力、雪压力、积灰、积水等。2.间接作用间接作用是指能够引起结构外加变形、约束变形或振动的各种原因。间接作用并不是直接以力的形式施加在结构上，例如地基的不均匀沉降、温度变化、材料的收缩和膨胀变形等。二、荷载的分类（一）按其随时间的变异性可分为：1.永久荷载永久荷载是指结构在设计使用期间，其值不随时间变化，或其变化幅度与平均值相比可以忽略不计的荷载。例如结构自重、土压力、预应力等，永久荷载也称为恒荷载。2.可变荷载可变荷载是指结构在设计使用期间，其值随时间变化，且其变化幅度与平均值相比不可忽略的荷载。例如楼面活荷载、积灰荷载、屋面活荷载、吊车荷载、风荷载、雪荷载等，可变荷载也称为活荷载。3.偶然荷载偶然荷载是指结构在设计使用期间可能出现，但不一定出现，而一旦出现，其持续时间很短但量值很大的荷载。例如地震力、爆炸力、撞击力等。（二）按荷载的作用范围分：1.集中荷载集中荷载是指荷载的作用面积与结构的尺寸相比很小，可将其简化为作用于一点的荷载，单位是kN或N。例如梁传给柱子的力、次梁传给主梁的力都可看作集中荷载。2.分布荷载分布荷载是指荷载连续地分布在整个结构或结构某一部分上。其中分布荷载又包括体荷载、面荷载、线荷载。

体荷载是指分布在物体的体积内的荷载，单位是N/mm3或kN/m3，常用γ表示。

面荷载是指分布在物体表面的荷载，单位是N/mm2或kN/m2，常用p表示。

线荷载是指将面荷载、体荷载简化成连续分布在一段长度上的荷载，单位是N/mm或kN/m，常用q表示。

三种荷载的转化！！例如，某矩形钢筋混凝土梁，b×h=250mm×500mm，计算跨度=7m。查表2-1取钢筋混凝土自重，试计算梁的自重荷载W及沿计算长度的均布线荷载q。

解：1）梁的自重荷载W：

2）沿计算长度梁自重的均布线荷载q：

或三、荷载的代表值

建筑结构设计时，根据不同极限状态的设计要求所采用的荷载量值称为荷载代表值。对永久荷载采用标准值作为代表值。

对可变荷载应根据设计要求采用标准值、组合值、频遇值或准永久值作为代表值1.荷载标准值

荷载标准值是指结构在正常使用情况下，在其设计基准期（50年）内可能出现的最大荷载值。永久荷载标准值（Gk），对结构自重,可按结构构件的设计尺寸与材料单位体积的自重计算确定。对常用材料和构件可参《荷载规范》附录A采用。表2-1列出部分常用材料和构件自重。三、荷载的代表值

可变荷载标准值（Qk）是根据观测资料和实验数据，并考虑工程实践经验而确定，可由《荷载规范》各章中的规定确定。表2-2列出部分民用建筑楼面均布活荷载标准值。2.可变荷载组合值Ψc

Qk当结构上同时作用两种或两种以上可变荷载时，可变荷载同时达到其标准值的可能性较小，因此要考虑其组合值。除其中产生最大效应的荷载（主导荷载）仍取其标准值外，其他伴随的可变荷载均采用小于其标准值的组合值为代表值。这种经调整后的可变荷载代表值，称为可变荷载组合值。

《荷载规范》规定，可变荷载组合值用可变荷载的组合系数Ψc（Ψc≤1）与相应的可变荷载标准值Qk的乘积来确定，即ΨcQk，Ψc取值参见表2-2。3.可变荷载频遇值Ψf

Qk可变荷载频遇值是指可变荷载在设计基准期内，其超越的总时间为规定的较小比率或超越频率为规定频率的荷载值。可变荷载频遇值是针对结构上偶尔出现的较大荷载，具有较短的总持续时间或较少的发生次数的特性。《荷载规范》规定，可变荷载频遇值应取可变荷载标准值Qk乘以荷载频遇值系数Ψf（Ψf≤1），即Ψf

Qk，Ψf取值参见表2-2。4.可变荷载准永久值ΨqQk可变荷载准永久值是指可变荷载在设计基准期内，其超越的总时间约为设计基准期一半的荷载值。可变荷载准永久值是针对在结构上经常作用的可变荷载，即在规定的期限内，该部分可变荷载具有较长的总持续时间，对结构的影响类似于永久荷载。《荷载规范》规定，可变荷载准永久值应取可变荷载标准值Qk乘以荷载准永久值系数Ψq，即Ψq

Qk，Ψq取值参见表2-2。四、荷载效应

作用效应（S）是指各种作用在结构上的内力（弯矩、剪力、轴力、扭矩等）和变形（绕度、扭转、弯曲、拉伸、压缩、裂缝等）。当作用为荷载时，引起的效应称为荷载效应。一般情况下，荷载效应（S）与荷载（Q）的关系式如下S=CQ(3-1)式中C——荷载效应系数，由力学分析确定；

Q——某荷载代表值；S——与荷载Q相应的荷载效应。§3–2建筑结构的设计方法一、结构的功能要求建筑结构的功能要求包括：安全性、适用性和耐久性。1.安全性安全性是指结构在正常施工和正常使用条件下，能承受可能出现的各种作用，在偶然事件发生时和发生后，结构仍能保持必需的整体稳定性，即结构仅产生局部损坏而不发生倒塌。2.适用性适用性是指结构在正常使用条件下，具有良好的工作性能。例如不发生影响使用的过大变形、振幅和裂缝等。3.耐久性耐久性是指结构在正常维护条件下，具有足够的耐久性，能够使用到预定的设计使用年限。例如钢筋不发生严重锈蚀、混凝土不发生严重风化和腐蚀等。安全性、适用性和耐久性统称为结构的可靠性。（可靠度、设计基准期）二、结构的极限状态结构能够满足设计规定的某一功能要求且能够良好的工作，我们称之为该功能处于可靠状态；反之，称之为该功能处于失效状态。这种“可靠”与“失效”之间必然存在某一特定的界限状态，此特定状态称为该功能的极限状态。结构的极限状态正常使用极限状态承载能力极限状态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安全性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实用性耐久性三、极限状态的设计表达式（一）极限状态方程结构和结构构件的工作状态可以用作用效应S和结构抗力R的关系式来描述：

(3-2)式中Z——结构极限状态功能函数；

R——结构抗力;

S——荷载效应.Z＞0R＞S结构处于可靠状态Z＜0R＜S结构处于失效状态Z＝0R＝S结构处于极限状态（二）承载力极限状态实用设计表达式1.设计表达式承载能力极限状态设计时应采用下列表达式:

式中——结构件的重要性系数；

——承载能力极限状态的荷载效应组合设计值；

——结构构件的抗力设计值。2.结构构穷件的重唉要性系礼数我国《建筑结构应可靠度设群计统一标粥准》将建筑里结构划伞分为三酱个安全虹等级，扶设计时翅应根据枪具体情蔬况，按豪表3-4的规定脱选用适馋当的安遍全等级期。3.荷载效应念组合设计损值对于基韵本组合赚，荷载期效应组算合的设厌计值S应从下列董组合中取绘最不利值怠确定：（1）由可变烘荷载效应刻控制的组扛合：（2）由永蒙久荷载张效应控询制的组信合：式中——永久荷饼载的分靠项系数藏；、——第一个和帜第i个可变荷樱载分项系察数；——按永久辆荷载标上准值计紫算的荷蓬载效应袋值、——起控制肃作用的神第一个引可变荷顿载荷载旨标准值和第i个可变阔荷载标粪准值扑计算澡的荷载越效应；——第i个可变猛荷载的洲组合值凉系数。（三）丙正常使散用极限乘状态实买用设计晋表达式1.设计表达狸式正常使晒用极限惕状态按航下列设姥计表达闸式进行方设计：(3-洁6)式中——正常使蔽用极限不状态的晕荷载效促应组合救值；——结构或结饭构构件达忘到正常使滚用要求的太规定限制抗（如变形紫、裂缝、硬应力等限奥值），按形有关规定妖采用。2.荷载效应睁组合设计杏值对正常剥使用状析态的荷失载效应鞭组合时飘，应根仓据不同送设计目考的，分考别按荷纸载效应樱的标准得组合、颈频遇组删合和准府永久组票合进行贴设计。（1）荷载的测标准组合形：（2）荷载甜的频遇涉组合：（3）荷载的格准永久组沈合：(3-9旧)式中——在频遇盛组合中领起控制苍作用的耻一个可死变荷载兄的频遇过值系贩数；——第i个可变荷想载的准永们久值系数缎。【例3-1】某钢筋效混凝土售办公楼喇矩形截灰面简支嘉梁，计昌算跨度l0=6m，梁上的促永久荷载豆（包含自描重）标准档值GK=12盒kN/准m，可变递荷载标柔准值QK=5k图N/m，安全族等级为恩二级，乔分别按赵承载力流极限状采态和正验常使用次极限状诉态设计稀时的各毛项组合慰计算梁避跨中弯吹矩设计印值。【解】（1）均布皆荷载标厚准值GK和QK作用下妄的跨中论弯矩标绒准值：永久荷载大作用下可变荷载棵作用下（2）承载渐力极限刘状态设店计时的逝跨中弯债矩设计纯值：安全等铲级为二插级，取按可变舍荷载效梨应控制崭的组合拿计算：查表，取榆，按可变荷填载效应控父制的组合纱计算：查表，取（3）正常使晃用极限状申体设计时仓的跨中弯起矩设计值蓬：查表3-2，取及，按标准怒组合时我：按频遇工组合时帜：按准永裙久组合拣时：2.3建筑结构轨材料的设答计指标2.3港.1钢筋的设潮计指标2.3.还2混凝土梢的设计断指标2.3.引3砌体材料至的设计指墨标2.3.保4钢材的语设计指阻标钢筋的种佩类非预应力钢筋强度塑性弱强高低钢筋热轧钢筋钢丝钢绞线热处理钢筋HPB300HRB335HRB400HRB500光圆钢筋带肋钢筋带肋钢筋带肋钢筋强度高，塑性低强度高，粘结性好强度高预应力钢筋§2疑.3.皇1钢筋常见钢筋厅外形钢筋的惠计算指沈标钢筋的强吹度标准值钢筋的强鉴度设计值——等于标蜂准值除复以分项互系数，垂其值取1.1，对高强喇度500拾MPa级钢筋取1.15。（抗拉强度晨设计值、找抗压强度于设计值）强度标慌准值——正常情户况下可蒙能出现泉的最小季材料强写度值，欧其值应预根据材青料强度障概率分勤布某一踢分位值恶确定。缝钢筋强习度标准潜值应具源有不小胳于95%的保证率盯。（屈服强度职标准值、提极限强度叛标准值）§2.乒3.2混凝土康的设计蚀指标定义：强度等轧级：C15,小C20,恋C25,茶C30,包C35,尤C40,学C45,株C50~根C80共14级立方体抗凡压强度标酒准值是指阀按照标准方伯法制作养护偷边长为150m劣m的立方体试件，色在28天龄期，舒用标准试茅验方法测团得的抗压歉强度。（看保证率为95%）如C20中C—混凝土;20—立方体性抗压强厚度的标利准值为20N牺/mm21.混凝土悲立方体组抗压强缝度标准公值150mm150mm150mmcu,kf表2-5混凝土盗强度标滥准值和病设计值/N·m扶m22、混凝土徐强度设计潮值——混凝土冬强度标塞准值除启以混凝璃土材料宫的分项尊系数（其值为1.4）。2.3.矮3砌体材门料的设倚计指标砌体结构竭的定义：恋是指由块材和砂浆铺砌而成裳的结构，跪是砖砌体藏、砌块砌狂体和石砌市体结构的园统称。一、块乐材占砌体遣总体积诊的78%以上1、砖（Bri拖ck）按抗压强尺度，分为MU3啊0、MU2扮5、MU2召0、MU15、MU1兰0五个等植级。烧结普通捎砖、拢烧叔结多孔砖地、坑蒸压丙灰砂砖、愁蒸压粉毙煤灰砖2、砌块（Blo牙ck）溜分为小皮型、中型息、大型三唱类，最常狠用的是混否凝土小型胖砌块。MU20、MU15、MU1刻0、MU7.坚5、MU5五个等级棒。高度在180～350m动m——小型砌块移，

高度运在350～900发mm之间——中型砌坡块，脑高度大繁于900野mm—属—大型砌块界受起重讲设备限制漂，中、大弃型砌块已宜很少应用盆。

主要报有混凝土页空心砌块塔、加气混滩凝土砌块腾、水泥炉模渣空心砌细块、粉煤雨灰硅酸盐旋砌块。↑加气混鸽凝土砌块长度：600高度：200、250、300宽度：200、125、150、200、250、300一、块东材3、石材（Ston旋e）

花岗圆岩、砂岩聪、石灰岩斯等

强度积等级共分融七级：MU10仪0、MU80、MU60、MU50、MU4范0、MU30、MU20。一、块材石材按滔加工后吹的外形比规则程橡度分为渐料石和瓦毛石两吩种。民①料石辨细仙料石、贿半细料劣石、粗者料石、插毛料石遇②毛滴石划形状不猛规则，流中部厚杰度不应狭小于200m券m的石材。二、砂浆由无机胶怠结料、细泄骨料、水筐组成

胶羽结料有水款泥、石灰优、石膏等乳。（1）、水泥砂关浆（Cem脖ent性mo案rta杨r）水泥+砂+水强度高、硬化雅快、耐彩久性好遣，但和就易性差框、水泥杰用量大杆。适合瞧用于受力大或树潮湿环境。←砂浆矮搅拌机砂浆强稻度等级竭采用70.臭7立方毫米荡的试块测询得。

分观为M15、M10、M7.5、M5、M2.5五个等磁级。二、砂悠浆（3）混合砂浆（Mixe惑dmo押rtar）水泥+石灰+砂+水保水性组和流动慢性比水泥砂婶浆好，强贯度比石灰艺砂浆高，邀易于砌筑顿，适用于较砌筑一般般的墙、柱耽等结构构奸件。2）石灰砂浆（Lime铺mor险tar）石灰+砂+水惕保水羊性好、流涛动性好、吊但强度低、

耐久捕性差、适用于低低层建筑和磁不受潮壮的地上砌玻体中。2.3宁.4钢材的设块计指标1.型钢简单截多面型钢抖：圆钢踪蝶、方钢共、六角扇钢、八蔽角钢等颜；复杂截梯面型钢煎：工字膊钢、角迟钢、槽朵钢、钢经轨等。2.线材如钢筋、务钢丝等。3.管材无缝钢谁管、焊捐接钢管耽等。4.板材光面钢板弱、花纹钢哈板、彩色局涂层钢板姜等。压型彩比钢板钢中碳钢低合金钢高碳钢低碳钢碳素钢合金钢中合金娘钢高合金钢C＜0.2测5%C=0额.25柏%～0.60％C＞0.60％合金总硬含量＜5%5%～10％＞10％在钢结让构中采永用的主象要是碳素结构斤钢和低合金钢。一、普摘通碳素抚结构钢1.牌号表经示法由代表屈碗服点的字偷母、屈服除点数值、辽质量等级研符号、脱丹氧方法符饮号等四个材部分按顺题序组成；如：Q235－AF表示为窄屈服点奋不小于235M析Pa的A级沸腾榜钢。2.牌号共有Q19禁5、Q215、Q23辱5、Q255、Q27从5五个牌号早。二、低合衬金高强度押结构钢1.牌号表示宽方法由代表继屈服点吓的拼音伐字母（Q）、屈桑服点数践值、质服量等级宵符号（A、B、C、D、E）三部鞭分按顺惨序组成恶。如Q34巩5A表示屈服袍点不小于345M酿Pa的A级钢。2.牌号共有Q295、Q34耳5、Q390、Q42森0、Q460五个牌塌号。§2–4建筑结贱构抗震胃设防简烛介一、基本疮概念地震是尚一种自泉然现象拖。地震可以张划分为诱发地震和天然地译震两大类。地球内趋部断层御错动并未引起周袭围介质毕振动的犹部位称向为震源。震源菊正上方姿的地面剂位置叫震中。地面某妈处至震中鲜的水平距葬离叫做震中距。地震震掏级是表示地云震大小的但一种度量泻，与震源过释放的能尿量大小有册关，其数住值是根据立地震仪记澡录到的地和震波图确庭定的，国返际上通用协的是里氏持震级，用钞符号M表示。地震烈漫度是指地震迁对一定地开点震动的票强烈程度强。一次地震术，表示地潜震大小的闹震级只有易一个。然伪而，由于晚同一次地雅震对不同夺地点的影遥响不一样露，随着距誉离震中的骡远近变化稠，会出现皂多种不同盟的地震烈是度。一般厕来说，距隔离震中近妖，地震烈腾度就高；怜距离震中棉越远，地拐震烈度也兆越低。抗震设秘防烈度是一个地专区抗震设劣防依据的嗓地震烈度为，是指国姨务院地震赤行政主管畅部门对建着设工程制范定的必须祖达到的抵竟御地震破催坏的准则丈和技术指返标。二、建筑书抗震设防员目的与设鸣防标准1.抗震设防揪的目的和安要求许多国他家的抗侵震设计切规范都寨趋向于杀以“小震诱不坏、奋中震可吩修、大情震不倒纲”作为建筑拾抗震设计住的基本准析则。我国《建筑抗界震设计踪蝶规范》明确提出灰了三个水准的抗震陵设防要谱求：第一水准：当遭受鼓低于本地机区设防烈内度的多遇牵地震影响钥时，建筑物一剖般不受步损坏或陆不需修再理仍可丛继续使昂用；第二水机准：当遭受算相当于本备地区设防夜烈度的地蚊震影响时绣，建筑物可段能损坏绪，但经揭一般修苹理即可围恢复正肯常使用滋；第三水朋准：当遭受富高于本地瞒区设防烈趟度的罕遇哄地震影响们时，建筑物不仇致倒塌怠或发生辈危及生始命安全掏的严重蚂破坏。2.建筑物初重要性心分类与奥设防标集准对于不婆同用途免建筑物谷的抗震添设防，枝不宜采传用同一畏标准，却而应根鸦据其破荣坏后果烛加以区幕别对待忌。我国建祖筑抗震途设计规净范将建菠筑物按约其用途破的重要淘性分为网四类：丙甲类建盖筑、乙程类建筑傍、丙类尊建筑、旺丁类建钓筑。三、抗震净等级抗震等垒级是结民构构件伟抗震设剪防的标及准。房环屋应根喷据烈度妖、结构恒类型和闷房屋高温度采用驾不同的太抗震等龙级，并素应符合亲相应的璃计算和饰构造措写施要求虚。抗震牧等级体肉现了不恼同的抗弟震要求土，共分独为一、弄二、三袋、四级敬，其中捆一级抗远震要求筑最高。The改En奴d返回目录9、静夜橡四无邻观，荒居送旧业贫隆。。4月-2热34月-2伏3Frid币ay,诞Apri绩l28陡,20危2310、雨中旦黄叶树骑，灯下澡白头人畅。。13:1批8:0013:1勾8:0013:1葱84/28畏/202双31:盖18:0晶0PM11、以我唱独沈久旬，愧君赖相见频终。。4月-弦2313:1恩8:0013:1鸭8Apr-渡2328-A尼pr-2状312、故人叫江海别闹，几度轿隔山川碌。。13:于18:况0013:1纤8:0013:鼓18Fri唇day唱,A掩pri刃l2医8,喉202箭313、乍见杆翻疑梦蛙，相悲治各问年稳。。4月-2闹34月-2针313:1炭8:0013:异18:遣00Apr记il斧28,裂20毯2314、他乡生恐白发，旧弟国见青山疯。。28四娃月20贱231:18付:00溜下午13:秃18:奔004月-勿2315、比不了远得就不比妹，得不到阵的就不要债。。。四月2挎31:18液下午4月-妙2313:1终8Apri厚l28烤,20生2316、行动出干成果，工薪作出财富永。。2023厌/4/2毙813养:18:极0013:1蹦8:0028A抓pril困202坐317、做前，薄能够环视笨四周；做肉时，你只砌能或者最妇好沿着以周脚为起点医的射线向躺前。。1:1边8:0杠0下狐午1:18废下午13:1军8:004月-歪239、没有失疏败，只有缝暂时停止予成功！。4月-2学34月-协23Frid骂ay,水Apri纲l28债,20原2310、很多肉事情努侍力了未脖必有结原果，但喇是不努叙力却什肢么改变虹也没有照。。13:奥18:振0013:穷18:黑0013:瓦184/2眨8/2污023棵1:宝18:印00盛PM11、成功保就是日懒复一日竹那一点瓶点小小杂努力的贴积累。则。4月-膏2313:1发8:0013:油18Apr铸-2328-英Apr传-2312、世间没成事，槐不求其顶绝对圆热满，留际一份不醉足，可切得无限扯完美。购。13:蜜18:柔0013:1商8:0013:受18Fri蹈day罗,A滚pri迎l2鸭8,椅202楼313、不知脾香积寺上，数里掘入云峰文。。4月-震234月-2逃313:遍18:衰0013:1喉8:00Apri皂l28茎,20获2314、意志继坚强的沉人能把秩世界放围在手中虽像泥块赴一样任善意揉捏吩。28四嫂月20旨231:18韵:00扎下午13:臂18:愚004月-集2315、楚塞糖三湘接仗