建筑结构的设计标准和设计方法

第二章建筑构造的设计规范和设计方法本章的主要内容：设计基准期和设计运用年限构造的功能要求、作用和抗力构造可靠度实际和极限形状设计法构造构件设计的普通内容规范及设计实际常用的规范混凝土构造设计规范建筑构造荷载规范建筑地基根底设计规范建筑抗震设计规范高层建筑混凝土构造技术规程构造设计共性问题◆荷载大小确定◆构造的功能要求◆构造抗力确定◆制定规范设计基准期——进展构造可靠性分析时，所采用的荷载的统计参数、与时间有关的资料性能取值，都需求选定一个时间参数，称之为设计基准期。普通桥梁构造的设计基准期为100年建筑构造的设计基准期为50年一.设计基准期第一节设计基准期和设计运用年限第一节设计基准期和设计运用年限二、设计运用年限设计规定的构造或构造构件不需进展大修即可按其预定目的运用的时期。<建筑构造可靠度设计一致规范>〔GB50068〕明确提出，将构造的设计运用年限分为四个类别。普通钢筋混凝土构造的设计运用年限为50年。构造设计的目的是要使所设计的构造在规定的设计运用年限内能完成预期的全部功能要求。一、构造的功能要求第二节构造的功能要求、作用和抗力建筑构造在规定的设计运用年限内应满足平安性、适用性和耐久性三项功能要求。◆平安性◎构造在预定的运用期间内，应能接受在正常施工、正常运用情况下能够出现的各种作用。荷载、外加变形〔如超静定构造的支座不均匀沉降〕、约束变形〔如温度和收缩变形遭到约束时〕等的作用。◎在偶尔事件〔如地震、爆炸〕发生时和发生后，构造应能坚持整体稳定性，不应发生倒塌或延续破坏而呵斥生命财富的严重损失。第三章混凝土构造根本设计原那么◆适用性◎构造在正常运用期间，具有良好的任务性能。◆耐久性◎构造在正常运用和正常维护条件下，应具有足够的耐久性。耐久性设计包括的内容：1、确定构造所处的环境类别2、提出资料的耐久性质量要求3、确定构件中钢筋的混凝土维护层厚度4、在不利环境下应采取的措施5、满足耐久性要求的相应的技术措施6、提出构造运用阶段的维护与检测要求间接作用直接作用施加在构造上的荷载，如构造自重、汽车荷载等。引起构造外加变形和约束变形的缘由作用二、作用和作用效应◆作用◎直接作用：◎间接作用：二、作用和作用效应◆作用的分类按时间的变异分类永久作用：可变作用：偶尔作用：自重土壤压力根底沉降焊接变形楼面活荷载雪荷载风荷载地震爆炸撞击二、作用和作用效应按随空间位置的变异分类固定作用：自在作用：自重人群荷载吊车荷载按构造的反响特点分类静态作用：动态作用：自重楼面人群荷载屋面雪荷载地震吊车荷载振动设备二、作用和作用效应作用效应：由作用引起的构造或构造构件的反响，例如内力、变形和裂痕等。〔随机性〕荷载效应：荷载引起的构造的内力和变形。〔随机性〕抗力：构造或构造构件接受作用效应的才干。与构造的几何参数和资料性能有关。〔随机性〕一、可靠性与可靠度功能要求平安性、适用性和耐久性可靠性可靠度构造在规定的时间内，规定的条件下完成预定功能的概率概率度量第三节构造可靠度实际和极限形状设计法构造在规定的时间内，规定的条件下完成预定功能的才干一、构造的可靠性和可靠度〔一〕构造的可靠性定义：才干〔二〕构造的可靠度定义：概率二、可靠度实际第三节构造可靠度实际和极限形状设计法构造的可靠概率和失效概率1、构造的功能函数：Z=R-SR—构造抗力S—作用效应第三节构造可靠度实际和极限形状设计法可靠的根本条件：构造的功能函数：Z=R-S>0可靠度失效概率〔二〕构造的可靠概率和失效概率2、可靠概率和失效概率第三节构造可靠度实际和极限形状设计法失效概率Pf可靠概率PsPf+PS=1可靠概率失效概率可靠度：即可以用可靠概率来衡量，也可以用实效概率来衡量；当失效概率小于某个值时，人们因构造失效的能够性很小而即可以为构造设计是可靠的。该失效概率限值称为允许失效概率[Pf]。延性破坏：允许失效概率[Pf]=6.9×10-4脆性破坏：允许失效概率[Pf]=1.1×10-4〔三〕按可靠目的的设计准那么1、可靠目的：失效概率衡量可靠度计算很复杂，故引入可靠目的，详细度量构造的可靠性。β与Pf关系β2.73.23.74.2Pf3.5×10-36.9×10-41.1×10-41.3×10-5〔三〕按可靠目的的设计准那么2、按可靠目的的设计准那么定义：建筑构造设计时，根据建筑物的平安等级，按规定的可靠目的进展设计的设计准那么，称为按可靠目的的设计准那么。建筑构造的平安等级

一级建筑类型破坏后果

二级

平安等级很严重

三级严重不严重重要的房屋普通的房屋次要的房屋〔三〕按可靠目的的设计准那么2、按可靠目的的设计准那么延性破坏指构造构件在破切前有明显的变形或其他预兆。脆性破坏指构造构件在破切前无明显的变形或其他预兆。

延性破坏三级二级一级

脆性破坏

平安等级破坏类型3.73.22.74.23.73.2建筑构造目的可靠目的——<建筑构造可靠度设计一致规范>〔GB50068-2001〕三、概率极限形状设计法一．极限形状：当整个构造或构造的一部分超越某一特定形状而不能满足设计规定的某一功能要求时，那么此特定形状称为该构造的极限形状。构造的极限形状也是构造处于可靠形状与失效形状的临界形状。正常运用极限形状承载才干极限形状极限形状2、极限形状的分类承载才干极限形状——对应于构造或构件到达最大承载才干或不适于继续承载的变形。承载才干极限形状构造构件或衔接处因超越资料强度而破坏构造转变成机动体系整个构造或构造的一部分作为刚体失去平衡〔滑动、倒塌〕构造或构造构件丧失稳定〔柱的压曲失稳〕43215地基丧失承载才干稳定〔失稳〕正常运用极限形状——对应于构造或构件到达正常运用或耐久性能的某项规定限值。影响正常运用或外观的变形影响正常运用或耐久性能的部分损坏影响正常运用的振动影响正常运用的其它特定形状正常运用极限形状1、设计原那么：作用效应最不利组合(根本组合)设计值必需小于或等于构造抗力的设计值。〔以塑性实际为根底〕：2、根本表达式:二、承载才干极限形状形状设计●荷载效应根本组合设计值①可变荷载效应起控制造用的组合永久荷载效应分项系数可变荷载效应分项系数△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△高炉临近建筑屋面积灰荷载1.0可变荷载Qi的组合值系数②由永久荷载效应起控制造用的组合当以竖向永久荷载效应起控制造用的组合时，可变荷载只思索竖向荷载。由可变荷载效应控制的组合③根本组合简化由永久荷载效应控制的组合仍按原式计算例题1一钢筋砼屋面简支梁，跨度为6m，截面尺寸为250mm×500mm，梁的负荷宽度为3.6m，知屋面板自重规范值为3kN/m2，上人屋面活荷载规范值为2kN/m2，雪荷载规范值为0.5kN/m2，可变荷载组合系数0.7,试求梁跨中弯矩设计值和支座边缘截面剪力设计值。梁计算简图屋面平面简图负荷宽度解：计算gk梁自重0.25×0.5×25=3.125kN/m板自重3×3.6=10.8kN/mgk=13.93kN/mq1k=2×3.6=7.2kN/mq2k=0.5×3.6=1.8kN/m跨中弯矩设计值支座边缘截面剪力设计值同理C—构造或构造构件到达正常运用要求的规定限值，例如变形、裂痕、振幅、加速度、应力等的限值，应按各有关建筑构造设计规范的规定采用。◆三正常运用极限形状可靠度要求低于承载才干极限形状。对于正常运用极限形状，应根据不同的设计要求，采用荷载的规范组合、准永久组合进展设计，使变形、裂痕、振幅、基底应力等荷载效应的组合值符合下式的要求：S≤C〔1〕对于规范组合，荷载效应组合的设计值S按下式计算：2.3.2.2正常运用极限形状设计表达式〔2〕对于准永久组合，荷载效应组合的设计值S按下式计算：【例2.1】知由永久荷载产生的弯矩规范值Mgk=11kN·m，起控制造用的可变荷载产生的弯矩规范值Mqk=16kN·m，平安等级为二级，求弯矩设计值。【解】本例中，γG=1.2,γQ1=1.4SGk=Mgk=11kN·mSQ1k=Mqk=16kN·m那么弯矩设计值M=γGSGk+γQ1SQ1k=1.2×11+1.4×16=35.6kN·m弯矩设计值为35.6kN·m。【例2.2】某教学楼楼面采用预制板，计算跨度l0=5.70m，板宽0.9m，板自重2.2kN/m2。楼面采用水磨石地面〔10mm厚面层，20mm厚水泥砂浆打底〕，板底20mm厚抹灰。楼面活荷载规范值为2.0kN/m2。试求：①板的跨中截面弯矩设计值M;②荷载效应规范组合设计值M；③荷载效应准永久组合设计值M。【解】(1)荷载规范值①永久荷载水磨石地面0.65kN/m220mm板底抹灰17×0.02=0.34kN/m2板自重2.2kN/m2作用在板上的永久荷载线荷载规范值为gk=(0.65+0.34+2.2)×0.9=2.871kN/m②可变活荷载qk=2.0×0.9=1.8kN/m(2)板的跨中截面弯矩设计值永久荷载产生的弯矩规范值Mgk=1/8gkl02=11.66kN·m可变荷载产生的弯矩规范值Mqk=1/8qkl02=7.31kN·mγG=1.2，γQ=1.4M=γGMgk+γQMqk=24.22kN·m

(2)规范组合荷载效应组合的设计值MM=Mgk+Mqk=11.66+7.31=18.97kN·m

(3)准永久组合荷载效应组合的设计值Mψq1=0.5M=SGk+ψq1SQ1k=Mgk+ψq1Mqk＝15.32kN·m2、详细设计内容〔1〕裂痕控制验算根据所处环境类别和构造类别，选用裂痕控制等级和最大裂痕宽度限值，见表2—6裂痕等级分三级：一级严厉要求不出现，按荷载效应规范组合计算时，构件受拉边缘混凝土不应产生拉应力；二级要求普通不出现裂痕，按荷载效应规范组合时，构件受拉边缘混凝土拉应力不应大于轴心抗压强