《建筑力学与结构》课件-第十二章 建筑结构设计方法

2024/8/81第十二章

建筑结构设计方法12.1建筑结构的功能要求和极限状态2024/8/8建筑结构的功能要求和极限状态212.1.1结构的功能要求1.安全性2.适用性3.耐久性结构的安全性、适用性和耐久性统称为结构的可靠性。2024/8/83建筑结构的功能要求和极限状态整个结构或结构的一部分超过某一特定状态就不能满足设计规定的某一功能要求，这个特定状态称为该功能的极限状态。两类：承载能力极限状态和正常使用极限状态。1.承载能力极限状态结构或结构构件达到最大承载能力、出现疲劳破坏、发生不适于继续承载的变形或结构局部破坏而引发的连续倒塌。2.正常使用极限状态结构或结构构件达到正常使用的某项规定限值或耐久性的某种规定状态。2024/8/84建筑结构的极限状态第十二章

建筑结构设计方法12.2极限状态设计法2024/8/8极限状态设计法512.2.1结构上的荷载和荷载效应1.荷载“直接作用”和“间接作用”。将结构上的各种作用称为荷载。（1）荷载分类

1）永久荷载。

2）可变荷载。

3）偶然荷载。2024/8/86极限状态设计法（2）荷载代表值

永久荷载采用标准值作为代表值，可变荷载采用标准值、组合值和准永久值等作为代表值。1）荷载标准值①永久荷载标准值。②可变荷载标准值。2）可变荷载组合值3）可变荷载准永久值2024/8/8极限状态设计法72.荷载效应

S=CQ式中S——荷载效应；

Q——某种荷载；

C——荷载效应系数。例如，一承受均布活载作用简支梁的荷载效应系数：2024/8/8极限状态设计法8结构抗力结构抗力R是指结构或构件能够承受作用效应的能力。结构的功能函数与极限状态方程1.结构的功能函数Z=g（R，S）=R－S当Z>0时，结构处于可靠状态；当Z=0时，结构处于极限状态；当Z<0时，结构处于失效状态。2.极限状态方程Z=g（R，S）=R－S=0满足：S≤R2024/8/8极限状态设计法9极限状态实用设计表达式1.承载能力极限状态设计表达式2024/8/810极限状态设计法式中γ0——结构重要性系数；Sd——承载能力极限状态下作用组合的效应设计值；Rd——结构构件的抗力设计值。（1）结构重要性系数γ0（2）作用组合的效应设计值Sd荷载基本组合的效应设计值Sd，应从下列荷载组合值中取用最不利的效应设计值确定：1）由可变荷载效应控制的组合2024/8/8极限状态设计法112）由永久荷载效应控制的组合为简化计算，对一般排架、框架结构，按下列组合值中取最不利值确定。1）由可变荷载效应控制的组合2024/8/8极限状态设计法122）由永久荷载效应控制的组合仍按公式（12-6）采用。（3）结构构件的抗力设计值Rd2024/8/8极限状态设计法13

式中f

c、fs——混凝土、钢筋的强度设计值；

ak——几何参数的标准值；当几何参数的变异性对结构性能有明显的不利影响时，应增减一个附加值；

γRd——结构构件的抗力模型不定性系数。例12-1某教学楼教室楼面构造层分别为：20mm厚水泥砂浆抹面（重力密度为20kN/m3）；50mm厚钢筋混凝土垫层（重力密度为25kN/m3）；120mm厚现浇钢筋混凝土楼板（重力密度为25kN/m3）；16mm厚底板抹灰（重力密度为17kN/m3）。楼面均布活荷载2.5kN/m2，设计使用年限为50年，安全等级为二级，求该楼板的荷载设计值。2024/8/8极限状态设计法14解：取1m宽的板带作为计算单元。（1）永久荷载标准值20mm厚水泥砂浆抹面：(20×0.02)kN/m2=0.40(kN/m2)50mm厚钢筋混凝土垫层：(25×0.05)kN/m2=1.25(kN/m2)120mm厚现浇钢筋混凝土楼板：(25×0.12)kN/m2=3.00(kN/m2)16m厚底板抹灰：(17×0.016)kN/m2=0.272(kN/m2)gk=（0.40+1.25+3.00+0.272）×1.0=4.922(kN/m)（2）可变荷载标准值qk=2.5×1.0=2.5(kN/m)2024/8/8极限状态设计法15（3）荷载设计值由可变荷载效应控制的组合，取荷载分项系数γG=1.2，γQ=1.4

q=γ0（γGgk+γQγLqk）

=1.0×（1.2×4.922+1.4×1.0×2.5）kN/m=9.41(kN/m)由永久荷载效应控制的组合，取荷载分项系数γG=1.35，γQ=1.4；组合值系数ψc=0.7

q=γ0（γGgk+γQγLψcqk）

=1.0×（1.35×4.922+1.4×1.0×0.7×2.5）kN/m=9.09(kN/m)则楼板荷载设计值为：q=9.41(kN/m)2024/8/8极限状态设计法162.正常使用极限状态设计表达式2024/8/8极限状态设计法17Sd≤C（1）标准组合（2）准永久组合例12-2已知某受弯构件在各种荷载引起的弯矩标准值分别为：永久荷载2000N·m，使用活荷载1500N·m，风荷载300N·m，雪荷载200N·m。其中使用活荷载的组合值系数ψc1=0.7，风荷载的组合值系数ψc2=0.6，雪荷载的组合值系数ψc3=0.7。设计使用年限为50年，雪荷载和风荷载重现期为50年，安全等级为二级，求按承载能力极限状态设计时的荷载效应M，又若各种可变荷载的准永久值系数分别为：使用活荷载ψq1=0.4，风荷载ψq2=0，雪荷载ψq3=0.2，求在正常使用极限状态下的荷载标准组合Ms和荷载准永久组合Ml。2024/8/8极限状态设计法18解（1）按承载能力极限状态计算荷载效应M由可变荷载效应控制的组合：2024/8/8极限状态设计法19=1.0（1.2×2000+1.4×1.0×1500+1.4×1.0×0.6×300+1.4×1.0×0.7×200）=4948N·m=1.0×[1.35×2000+1.4(1.0×0.7×1500+1.0×0.6×300+1.0×0.7×200)]=4618N·m（2）按正常使用极限状态计算荷载效应Ms和Ml。荷载效应的标准组合：2024/8/8极限状态设计法20=2000+1500+0.6×300+0.7×200=3820N·m荷载效应的准永久组合：=2000+0.4×1500+0×300+0.2×200=2640N·m第十二章

建筑结构设计方法

12.3结构的耐久性2024/8/8结构的耐久性21混凝土结构耐久性问题表现为：钢筋混凝土构件表面出现锈渍或锈胀裂缝；预应力筋开始锈蚀；结构表面混凝土出现可见的耐久性损伤（酥裂、粉化等）。混凝土结构应根据环境类别和设计使用年限进行耐久性设计。表12-4：混凝土结构的环境类别表12-5：结构混凝土材料的耐久性基本要求2024/8/822结构的耐久性一类环境中，设计使用年限为100年的混凝土结构应符合下列规定：1.钢筋混凝土结构的最低强度等级为C30；预应力混凝土结构的最低强度等级为C40；2.混凝土中的最大氯离子含量为0.06%；