钢筋混凝土结构的基本设计原理.ppt

1、第三章 钢筋混凝土结构的基本设计原理,第一节 结构的功能及极限状态,一、结构的功能 安全性 是指房屋结构在设计基准期内应能承担在正常设计、正常施工和正常使用过程中施加于它的各种作用，以及能在偶然事件发生时和发生后能够保持必须的整体稳定性的特性通常称为结构的安全性。 如（MMu） 直接作用：荷载 间接作用：混凝土的收缩、温度变化、基础的 差异沉降、地震等,适用性 结构在正常使用期间，具有良好的工作性能。 如（f f ） 耐久性 结构在正常使用和正常维护条件下，应具有足够的耐久性，完好使用到设计使用年限。 如（wmax wmax）,二、结构功能的极限状态 整个结构或结构的一部分超过某一特定状态就不

2、能满足设计指定的要求，该状态称为该功能的极限状态。 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”。,1.承载能力极限状态 超过该极限状态，结构就不能满足预定的安全性功能要求。 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.正常使用极限状态 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

3、要求。 过大的变形、侧移（影响非结构构件、不安全感、不能正常使用（吊车）等）； 过大的裂缝（钢筋锈蚀、不安全感、漏水等）； 过大的振动（不舒适）； 其他正常使用要求。,三、保证结构可靠性的措施 1.钢筋混凝土和预应力混凝土结构 （1）承载力要求 截面强度验算 稳定验算或机动体验算 位置平衡验算 （2）结构及构件的构造、连接措施 （3）对变形以及抗裂度或裂缝宽度的要求 变形验算 抗裂验算 2. 裂缝宽度验算,第二节 结构的极限状态设计方法简介,一、作用及作用效应分析 造成作用效应随机性的因素是： 以结构自重为主的永久荷载的变异性 可变荷载的变异性 偶然作用的变异性 二、造成结构或构件抗力随机性的

4、因素 材料强度的离散性 影响结构或构件抗力随机性的其它因素,三、失效概率和可靠指标 失效概率越小，表示结构可靠性越大。因此，可以用失效概率来定量表示结构可靠性的大小。结构可靠性的概率度量称为结构可靠度。 当失效概率Pf小于某个值时，人们因结构失效的可能性很小而不再担心，即可认为结构设计是可靠的。该失效概率限值称为容许失效概率Pf。,结构的极限状态可用下面的极限状态函数表示： Z=R-S (极限状态方程) 对应的： Z=R-S0 时，结构处于可靠状态； Z=R-S=0时，结构达到极限状态； Z=R-S0时，结构处于失效（破坏）状态。,建筑结构的安全等级 结构的重要性不同，发生破坏后对生命和财产的

5、危害程度及社会的影响也就不同。建筑结构可靠性设计统一标准GB50068根据结构破坏后产生的后果的严重性程度，将建筑结构安全等级划分为三级。,第三节 结构承受的荷载分类和荷载代表值、材料强度的取值,一、荷载的分类 结构上的荷载，按其作用时间的长短和性质，可分为三类： (1)永久荷载G 在结构设计使用年限内，其值不随时间而变化，或其变化与平均值相比可以忽略不计，或其变化是单调的并能趋于限值的荷载。 (2)可变荷载Q 在结构设计基准期内其值随时间而变化，其变化与平均值不可忽略的荷载。 (3)偶然荷载Q 在结构设计基准期内不一定出现，但一旦出现其值很大且作用时间很短的荷载。,二、荷载的代表值及其确定

6、1.荷载标准值 定义：荷载代表值是指结构在使用期间，在正常情况下出现的最大荷载值。 它是荷载基本代表值，其它荷载代表值可以以它为依据换算得到。 2.可变荷载准永久值 定义：作用在结构上的连续时间超过结构设计基准期的三分之二以上的这部分可变荷载值，称为可变荷载准永久值。 准永久系数荷载标准值 3.荷载频遇值 频遇系数荷载标准值 4.荷载组合值 组合系数荷载标准值,三、材料强度的取值 强度标准值：材料强度标准值是指在正常情况下可能出现的最小值。 材料强度设计值 ：在材料强度标准值的基础上，根据材料强度的变异性大小，除以相应的大于1的材料强度分项系数后得到的强度值。 混凝土强度设计值=混凝土强度标准

7、值混凝土材料分项系数。即 钢筋强度设计值=钢筋强度标准值钢筋材料分项系数。即,第四节 承载能力极限状态计算,承载力极限状态主要是基于安全性方面考虑的，所以设计时材料强度和荷载取值均应采用设计值，并且引入结构的重要性系数。 承载力极限状态设计表达式： 结构重要性系数 S荷载效应 R结构抗力,荷载效应组合 荷载效应基本组合 由可变效应控制的组合 由永久荷载效应控制的组合 对于一般排架、框架结构，由于很难区分产生最大效应的可变荷载，可采用简化规则，按下列两种组合值中取最不利值确定： 由可变效应控制的组合,第五节 正常使用极限状态计算,按正常使用极限状态设计时考虑结构适用性和耐久性功能，计算的内容包括结构和构件的变形验算、抗裂验算和裂缝宽度验算，设计时材料强度和荷载取值均应采用标准值。 一、验算内容 对需要控制变形的构件，应进行变形验算； 对不允许出现裂缝的构件，应进行混凝土拉应力验算； 对允许出现裂缝的构件，应进行受力裂缝宽度验算； 对有舒适度要求的楼盖结构，应进行竖向自振频率的验算。