理工09混凝土.ppt

1、,2.3 结构的可靠度理论和极限状态设计法,第二章 建筑结构的设计标准和设计方法,Z0 结构可靠； Z=0 结构处于极限状态； Z0 结构失效,结构的功能函数,2.3.2 结构可靠度理论简介,S 作用效应,R 结构抗力,结构抗力R与作用效应S都是随机变量，因此功能函数Z=R-S也是随机变量,2.3 结构的可靠度理论和极限状态设计法,第二章 建筑结构的设计标准和设计方法,可靠概率： 失效概率：,失效概率越小，表示结构可靠性越大。当失效概率Pf小于某个值时，即可认为结构设计是可靠的，即Pf Pf 。该失效概率限值称为允许失效概率Pf。 一般工业与民用建筑的允许失效概率：延性破坏的结构 Pf=6.9

2、10-4 脆性破坏的结构 Pf=1.110-4,结构的可靠概率与失效概率,2.3 结构的可靠度理论和极限状态设计法,第二章 建筑结构的设计标准和设计方法,可靠指标与失效概率的关系,失效概率Pf来度量结构的可靠性具有明确的意义，但计算繁琐，可以利用可靠度指标代替失效概率来度量结构的可靠性。,失效概率Pf与可靠指标有着一一对应的关系 值愈大，失效概率Pf值就愈小； 值愈小，失效概率Pf值就愈大。,z平均值；z标准差,2.3 结构的可靠度理论和极限状态设计法,第二章 建筑结构的设计标准和设计方法,结构的可靠指标的设计准则：是指在建筑结构设计中，根据建筑物的安全等级，按规定的可靠指标（即 目标可靠指标

3、）进行设计的设计准则,结构的安全等级,按结构的重要性划分,一级：重要建筑,二级：一般建筑,三级：次要建筑,结构的可靠指标的设计准则,结构承载能力极限状态的可靠指标,2.3 结构的可靠度理论和极限状态设计法,第二章 建筑结构的设计标准和设计方法,我国混凝土结构的设计方法,结构抗力越大，即结构抗力概率分布函数右移，则失效概率越小,结构抗力,作用效应,可靠度的概念失效概率Pf 可靠度指标 可靠度理论方法计算过程复杂，应用于实际设计中存在困难。 规范以可靠度理论作为设计的理论基础，采用一些分项系数代替可靠指标，由此得到与可靠度理论（概率理论）相当的实用设计表达式。,2.3 结构的可靠度理论和极限状态设

4、计法,第二章 建筑结构的设计标准和设计方法,2.3 结构的可靠度理论和极限状态设计法,第二章 建筑结构的设计标准和设计方法,2.3 结构的可靠度理论和极限状态设计法,第二章 建筑结构的设计标准和设计方法,Pf = Pf,当结构抗力达到一定值时，失效概率等于允许失效概率，即PfPf，此时取作用效应与结构抗力概率分布曲线的交点为设计计算点。,2.3 结构的可靠度理论和极限状态设计法,第二章 建筑结构的设计标准和设计方法,由于经济及历史原因，我国建筑工程的可靠度水平在世界范围内是比较低的。表现在结构设计方面为：荷载标准值偏低；荷载分项系数较小；材料分项系数偏低，因此材料设计强度偏高；设计计算和构造措

5、施普遍比国外安全储备少，尤其是最小配筋率，取值明显低于其他国家规范的规定。,进入21世纪以后，我国国情有了很大变化，提高结构的安全度利国利民，体现“以人为本”的设计原则。,措施：如适当提高材料分项系数，从而降低设计强度取值；全面提高了最小配筋率的取值。,2.3 结构的可靠度理论和极限状态设计法,第二章 建筑结构的设计标准和设计方法,2.3.3 概率极限状态设计法,一、极限状态的定义和分类,结构能够满足功能要求而良好地工作，则称结构是“可靠”的或“有效”的。反之，则结构为“不可靠”或“失效”。 区分结构“可靠”与“失效”的临界工作状态称为“极限状态”, 极限状态的定义,2.3 结构的可靠度理论和

6、极限状态设计法,第二章 建筑结构的设计标准和设计方法,耐久性,适用性,承载能力极限状态,安全性,Safety,Serviceability,Durability,2.3.3 概率极限状态设计法,一、极限状态的定义和分类, 极限状态的分类,2.3 结构的可靠度理论和极限状态设计法,第二章 建筑结构的设计标准和设计方法,承载力能力极限状态 Ultimate Limit State 超过该极限状态，结构就不能满足预定的安全性功能要求 An ultimate limit state occurs at the collapse, or partial collapse, of a structure.

7、 结构或构件达到最大承载力（包括疲劳） 结构整体或其中一部分作为刚体失去平衡（如倾覆、滑移） 结构塑性变形过大而不适于继续使用 结构形成几何可变体系（超静定结构中出现足够多塑性铰） 结构或构件丧失稳定（如细长受压构件的压曲失稳）,2.3 结构的可靠度理论和极限状态设计法,第二章 建筑结构的设计标准和设计方法,正常使用极限状态 Serviceability Limit State 超过该极限状态，结构就不能满足预定的适用性和耐久性 的功能要求。 影响正常使用的变形、侧移； 影响正常使用的裂缝； 影响正常使用的振动； 其他正常使用要求。,2.3 结构的可靠度理论和极限状态设计法,第二章 建筑结构的

8、设计标准和设计方法,按承载力极限状态计算,g0 结构重要性系数,一级 g01.1 二级 g01.0 三级 g00.9,规范设计表达式,正常使用极限状态，可靠度要求可适当降低，所有分项系数取1.0,2.3 结构的可靠度理论和极限状态设计法,第二章 建筑结构的设计标准和设计方法,材料强度设计值,gc1.4，gs1.1,2.3 结构的可靠度理论和极限状态设计法,第二章 建筑结构的设计标准和设计方法,荷载效应组合,一般结构构件：选下列计算中较大者。,由可变荷载控制时,由永久荷载控制时,基本组合,按承载力极限状态计算, 第i个可变荷载的组合值系数。, 第i个可变荷载标准值的效应, 第一个可变荷载标准值的

9、效应； 第一个可变荷载是在基本组合中起控制作用的可变荷载,2.3 结构的可靠度理论和极限状态设计法,第二章 建筑结构的设计标准和设计方法,按承载力极限状态计算,一般排架、框架结构：选下列计算中较大者,荷载效应组合,2.基本组合的简化,2.3 结构的可靠度理论和极限状态设计法,第二章 建筑结构的设计标准和设计方法,按正常使用极限状态计算,设计方法,式中：S 正常使用极限状态下荷载效应组合值; C 结构或结构构件达到正常使用要求时的规定限 值；如变形、裂缝、应力等的限值；,2.3 结构的可靠度理论和极限状态设计法,第二章 建筑结构的设计标准和设计方法,按正常使用极限状态计算,荷载效应组合值,标准组

10、合：主要用于当一个极限状态被超越时将产生严重的永久性损坏的情况。,频遇组合：主要用于当一个极限状态被超越时将产生局部损坏、较大变形或短暂震动等的情况。,准永久组合：主要用于当长期效应是决定性因素的一些情况。,频遇值：设计基准期内荷载达到和超过该值的总持续时间与设计 基准期的比值小于0.1的可变荷载代表值,准永久值：可变荷载的一种状态，按照设计基准期内荷载达到和 超过 该值的总持续时间与设计基准期的比值为0.5确定,2.4 结构设计的一般内容,第二章 建筑结构的设计标准和设计方法,设计思路,确定荷载及荷载效应,初步选定构件尺寸,确定结构计算简图,按照构造规定配筋,No,Yes,构件设计完成,No

11、,Yes,第二章 建筑结构的设计标准和设计方法,2.4 结构设计的一般内容,荷载,荷载效应 (Load effect),永久荷载 (Dead Load),可变荷载 (Live Load),偶然荷载 (Accidental Load),荷载取值,如何衡量荷载大小？,采用荷载代表值来描述荷载的大小 对于永久荷载，其代表值就是标准值，即结构自重； 对于可变荷载，其代表值分别为标准值、组合值和准 永久值。,荷载效应与荷载的关系？,如何衡量荷载效应？,荷载分项系数：考虑荷载超过标准值的可能性，是一个变量,第二章 建筑结构的设计标准和设计方法,2.4 结构设计的一般内容,结构抗力,材料强度,材料强度取值,

12、如何衡量材料强度的大小？,结构抗力与材料强度的关系？,如何衡量结构抗力的大小？,材料强度标准值,材料分项系数：是一个大于1.0的系数，考虑材料强度低于标准值的可能性。,第二章 建筑结构的设计标准和设计方法,2.4 结构设计的一般内容,荷载分项系数分为恒荷载分项系数和活荷载分项系数,材料分项系数分为砼分项系数和钢筋分项系数,第二章 建筑结构的设计标准和设计方法,2.4 结构设计的一般内容,结构功能：安全、适用、耐久 极限状态：Z=R-S=0 结构可靠度可靠性的概率度量 失效概率、可靠指标 作用 作用效应 作用效应设计值 结构抗力 材料强度设计值,小 结,第二章 建筑结构的设计标准和设计方法,2.

13、4 结构设计的一般内容,作业 （HomeWork）,思考题:2-1,2-6,2-8 判断选择题：2-9 2-11 下次课交,第一篇 建筑结构概论小结,第一章 绪论,1.3 混凝土结构课程学习中应注意的问题,建筑结构的设计标准 建筑结构的功能 可靠度理论和极限状态设计法,材料（钢筋、砼）的力学性能 钢筋、砼的相互作用-粘结力,建筑与结构的关系 建筑结构的分类 建筑结构的任务和学习方法,钢筋混凝土结构基本构件,各类结构设计,钢筋混凝土结构基本构件,混凝土结构设计（下册）,第五章 钢筋混凝土受弯构件,结构中常用的梁、板是典型的受弯构件,第五章 钢筋混凝土受弯构件,受弯构件是指承受弯矩或弯矩和剪力共同

14、作用的构件,第五章 钢筋混凝土受弯构件,第五章 钢筋混凝土受弯构件,现浇单向板为矩形截面，高度h取板厚，宽度b取单位宽度,第五章 钢筋混凝土受弯构件,叠合板,第五章 钢筋混凝土受弯构件,5.1 钢筋混凝土受弯构件的一般构造规定,一、板的构造规定, 板的特征：平面尺寸大、厚度小, 板的受力：弯、剪、扭，计算时剪、扭忽略,第五章 钢筋混凝土受弯构件,5.1 钢筋混凝土受弯构件的一般构造规定,板的分类,两对边支撑的板应按单向板计算；四边支撑的板，当长边与短边之比大于3，按单向板计算，否则按双向板计算,单向板 One-way Slab,双向板 Two-way Slab,悬臂板 Cantilever S

15、lab,第五章 钢筋混凝土受弯构件,5.1 钢筋混凝土受弯构件的一般构造规定,板的厚度,板的厚度h根据板的跨度、受荷情况由计算得到。 根据工程经验、钢筋锚固及耐久性规范给出最小厚度 从刚度要求出发，根据设计经验一般满足高跨比的要求,单向板最小厚度：民用建筑60mm 工业建筑70mm。 双向板最小厚度：80mm。,板的高跨比（ ）,第五章 钢筋混凝土受弯构件,5.1 钢筋混凝土受弯构件的一般构造规定,板的钢筋布置, 受力钢筋：沿板短跨在截面受拉一侧布置，截面面积由计算确定, 分布钢筋：垂直板的受力钢筋方向配在受力钢筋的内侧，按构造要求配置 作用：将荷载均匀地传递给受力钢筋，并便于在施工中固定受力

16、钢筋 的位置，同时也可抵抗温度和收缩等影响产生的应力,第五章 钢筋混凝土受弯构件,5.1 钢筋混凝土受弯构件的一般构造规定,板的钢筋布置, 支承长度：板厚h,一般伸至轴线为120mm,板嵌固在砖墙内, 支座构造钢筋 配置原因： 砖墙对板有一定的嵌 固 性，在支座处产生较小的负弯矩 配置位置：板端上部 配置方法：另设或跨中钢筋弯起 5根/米,d 8mm, 面积1/3跨中纵筋面积； 配置长度：板角长, 弯起钢筋 弯起角30 端部直钩直接支承于模板上（保证设计位置和可靠锚固）,第五章 钢筋混凝土受弯构件,5.1 钢筋混凝土受弯构件的一般构造规定,板钢筋直径和间距, 钢筋的直径 钢筋直径通常为612m

17、m的级钢筋；板厚度较大时，钢筋直径可用 1418mm的级钢筋； 选择的原则：尽量小直径（板内钢筋受力均匀） 直径的种类尽量少（便于施工） 在同一块板内直径差不应小于2mm(避免混淆) 钢筋的间距 原则：不宜太大不宜太小（使钢筋能够正常分担内力和便于浇筑混凝土） 规定：最小间距70mm 最大间距200mm(h150) , 1.5h且250mm(h150mm),第五章 钢筋混凝土受弯构件,5.1 钢筋混凝土受弯构件的一般构造规定,板钢筋混凝土保护层, 混凝土保护层定义 受力钢筋的外边缘至混凝土外边缘的最小距离 混凝土保护层的作用 混凝土保护钢筋，防止钢筋锈蚀（满足耐久性要求） 钢筋可靠地锚固在混凝

18、土内（保证钢筋与混凝土共同工作） 混凝土保护层的最小厚度 不应小于钢筋直径且应根据环境类别满足附表的规定,第五章 钢筋混凝土受弯构件,5.1 钢筋混凝土受弯构件的一般构造规定,混凝土保护层厚度,混凝土保护层的最小厚度 不应小于钢筋直径且应根据环境类别满足附表的规定,结构工作环境类别,混凝土结构的耐久性与结构工作的环境有密切关系。 同一结构在强腐蚀环境中要比一般大气环境中的使用寿命短 对于不同环境，可以采取不同措施来保证结构使用寿命。 如在恶劣环境，一味增加混凝土保护层是不经济的，效果也不一定好。可在构件表面采用防护涂层。,5.1 钢筋混凝土受弯构件的一般构造规定,第五章 钢筋混凝土受弯构件,第五章 钢筋混凝土受弯构件,5.1 钢筋混凝土受弯构件的一般构造规定,二、梁的构造规定,梁的截面尺寸,梁的截