第二章：混凝土結構設計方法2

1、1 混凝土結構設計原理 第第2 2章章 混凝土結構設計方法混凝土結構設計方法 2混凝土結構設計原理混凝土結構設計原理第 2 章主主 頁頁目目 錄錄上一章上一章幫幫 助助下一章下一章本章重點本章重點 了解結構上的作用、作用效應和結構抗力了解結構上的作用、作用效應和結構抗力的概念及其隨機特性；的概念及其隨機特性； 了解了解混凝土結構設計方法的理論基礎混凝土結構設計方法的理論基礎 可靠度理論；可靠度理論； 掌握掌握我國規(guī)范的設計方法我國規(guī)范的設計方法 概率極限狀概率極限狀 態(tài)設計法。態(tài)設計法。34混凝土結構設計原理混凝土結構設計原理第 2 章主主 頁頁目目 錄錄上一章上一章幫幫 助助下一章下一章2.

2、1.1 2.1.1 結構上的作用、作用效應及結構抗力結構上的作用、作用效應及結構抗力（1 1）定義：）定義：施加在結構上的集中力或分布力，以及引施加在結構上的集中力或分布力，以及引 起結構外加編寫或約束變形的各種因素，如地震、起結構外加編寫或約束變形的各種因素，如地震、 基礎差異沉降、溫度變化、混凝土收縮等，稱為基礎差異沉降、溫度變化、混凝土收縮等，稱為 結構上的作用。結構上的作用。 直接作用：荷載直接作用：荷載。（2 2）分類：）分類：按時間、空間位置、結構反應和產(chǎn)生按時間、空間位置、結構反應和產(chǎn)生原因等分類。原因等分類。 間接作用：溫度、收縮、徐變、地基不均勻沉降、間接作用：溫度、收縮、徐

3、變、地基不均勻沉降、 地震等。地震等。2.1結構可靠度結構可靠度1 1、結構上的作用、結構上的作用5混凝土結構設計原理混凝土結構設計原理第 2 章主主 頁頁目目 錄錄上一章上一章幫幫 助助下一章下一章6混凝土結構設計原理混凝土結構設計原理第 2 章主主 頁頁目目 錄錄上一章上一章幫幫 助助下一章下一章7混凝土結構設計原理混凝土結構設計原理第 2 章主主 頁頁目目 錄錄上一章上一章幫幫 助助下一章下一章8混凝土結構設計原理混凝土結構設計原理第 2 章主主 頁頁目目 錄錄上一章上一章幫幫 助助下一章下一章9混凝土結構設計原理混凝土結構設計原理第 2 章主主 頁頁目目 錄錄上一章上一章幫幫 助助下一

4、章下一章2 2 、作用效應、作用效應 定義：定義：作用在結構上產(chǎn)生的效應，如內力、應力、位作用在結構上產(chǎn)生的效應，如內力、應力、位 移、應變、裂縫等，稱為作用效應。移、應變、裂縫等，稱為作用效應。10混凝土結構設計原理混凝土結構設計原理第 2 章主主 頁頁目目 錄錄上一章上一章幫幫 助助下一章下一章3 3 、結構抗力、結構抗力 定義：定義：整個整個結構或結構構件抵抗作用效應的能力，稱結構或結構構件抵抗作用效應的能力，稱 為結構抗力。為結構抗力。11混凝土結構設計原理混凝土結構設計原理第 2 章主主 頁頁目目 錄錄上一章上一章幫幫 助助下一章下一章2.1.22.1.2 結構的預定功能及結構可靠度

5、結構的預定功能及結構可靠度1 1、預定功能、預定功能 （1 1）在正常施工和正常使用時能承受各種作用。）在正常施工和正常使用時能承受各種作用。 （2 2）在正常使用時不發(fā)生過大的變形和過寬的）在正常使用時不發(fā)生過大的變形和過寬的裂縫。裂縫。 （3 3）在正常維護情況下具有足夠的耐久性。）在正常維護情況下具有足夠的耐久性。 （4 4）在發(fā)生火災時在規(guī)定的時間內有足夠的承）在發(fā)生火災時在規(guī)定的時間內有足夠的承載力。載力。 （5 5）在遭遇偶發(fā)事件時具有必須的整體穩(wěn)定性。）在遭遇偶發(fā)事件時具有必須的整體穩(wěn)定性。結構的預定功能要求結構在其設計使用年限內具有結構的預定功能要求結構在其設計使用年限內具有足

6、夠的可靠性，即：安全性、適用性和耐久性。足夠的可靠性，即：安全性、適用性和耐久性。12混凝土結構設計原理混凝土結構設計原理第 2 章主主 頁頁目目 錄錄上一章上一章幫幫 助助下一章下一章13混凝土結構設計原理混凝土結構設計原理第 2 章主主 頁頁目目 錄錄上一章上一章幫幫 助助下一章下一章2 2、結構的可靠度、結構的可靠度指結構在規(guī)定的時間內、在規(guī)定的條件下，完成指結構在規(guī)定的時間內、在規(guī)定的條件下，完成預定功能的概率。預定功能的概率。規(guī)定的時間指設計使用年限。規(guī)定的時間指設計使用年限。規(guī)定的條件指正常設計、正常施工、正常使用。規(guī)定的條件指正常設計、正常施工、正常使用。預定功能指安全性、適用性

7、、耐久性。預定功能指安全性、適用性、耐久性。結構的可靠度是可靠性的概率度量。結構的可靠度是可靠性的概率度量。14混凝土結構設計原理混凝土結構設計原理第 2 章主主 頁頁目目 錄錄上一章上一章幫幫 助助下一章下一章15混凝土結構設計原理混凝土結構設計原理第 2 章主主 頁頁目目 錄錄上一章上一章幫幫 助助下一章下一章2.2荷載和材料強度荷載和材料強度2.2.1 2.2.1 荷載荷載1 1、荷載分類、荷載分類永久荷載永久荷載( (恒荷載恒荷載) )：大小、方向、作用點不隨時間改變大小、方向、作用點不隨時間改變 的荷載為永久荷載，如自重、土壓力、預的荷載為永久荷載，如自重、土壓力、預 應力等。應力等

8、。可變荷載可變荷載( (活荷載活荷載) ) ：大小、方向或作用點隨時間改變而大小、方向或作用點隨時間改變而 變化的荷載為可變荷載，如樓面和屋面活變化的荷載為可變荷載，如樓面和屋面活 載、風荷載、雪荷載、吊車荷載等。載、風荷載、雪荷載、吊車荷載等。偶然荷載：偶然荷載：結構使用期間可能不出現(xiàn)，一旦出現(xiàn)，其作結構使用期間可能不出現(xiàn)，一旦出現(xiàn)，其作 用時間短、效應大的荷載為偶然荷載，如爆炸力，用時間短、效應大的荷載為偶然荷載，如爆炸力， 撞擊等。撞擊等。 16混凝土結構設計原理混凝土結構設計原理第 2 章主主 頁頁目目 錄錄上一章上一章幫幫 助助下一章下一章2 2、荷載代表值荷載代表值 （1 1）標準

9、值）標準值是荷載的基本代表值。是正常使用情況是荷載的基本代表值。是正常使用情況 下可能出現(xiàn)的保證率為下可能出現(xiàn)的保證率為95%95%的偏大值。的偏大值。 是永久荷載的唯一代表值。是永久荷載的唯一代表值。保證率：保證率：95 1.645KPP17混凝土結構設計原理混凝土結構設計原理第 2 章主主 頁頁目目 錄錄上一章上一章幫幫 助助下一章下一章2kN/m0 . 5 直升飛機坪：直升飛機坪： 樓面：樓面：2kN/m0 . 2 屋面：屋面：不上人屋面不上人屋面 上人屋面上人屋面 屋頂花園屋頂花園2kN/m5 . 02kN/m0 . 22kN/m0 . 3民用建筑樓面活荷載的標準值可查附表民用建筑樓面

10、活荷載的標準值可查附表12-112-1，如：，如：其它荷載標準值見荷載規(guī)范。荷載規(guī)范中的荷載值不其它荷載標準值見荷載規(guī)范。荷載規(guī)范中的荷載值不包括隔墻重量和二次裝修重量。包括隔墻重量和二次裝修重量。（2 2）組合值）組合值 當有兩個或兩個以上可變荷載同時作用當有兩個或兩個以上可變荷載同時作用 時的代表值時的代表值 。組合值組合值 = c 標準值標準值 18混凝土結構設計原理混凝土結構設計原理第 2 章主主 頁頁目目 錄錄上一章上一章幫幫 助助下一章下一章（3 3）頻遇值）頻遇值可變荷載可能出現(xiàn)的較大值可變荷載可能出現(xiàn)的較大值, ,但小于標但小于標 準值。計算裂縫、變形時用。準值。計算裂縫、變形

11、時用。頻遇值頻遇值 = f 標準值標準值 （4 4）準永久值）準永久值可變荷載中較穩(wěn)定的那一部分值。計可變荷載中較穩(wěn)定的那一部分值。計 算裂縫、變形時用。算裂縫、變形時用。準永久值準永久值 = q 標準值標準值 永久荷載的代表值：標準值。永久荷載的代表值：標準值。可變荷載的代表值：標準值、組合值、頻遇值、可變荷載的代表值：標準值、組合值、頻遇值、 準永久值。準永久值。1920混凝土結構設計原理混凝土結構設計原理第 2 章主主 頁頁目目 錄錄上一章上一章幫幫 助助下一章下一章結構承載力取決于截面尺寸大小和材料強度高低。結構承載力取決于截面尺寸大小和材料強度高低。材料強度分標準值和設計值。材料強度

12、分標準值和設計值。1 1 、材料強度標準值材料強度標準值保證率：保證率：95 645. 1 f 混凝土：混凝土： ，ckftkf 鋼筋：鋼筋： ，ykfykf注意：注意：荷載標準值高于平均值，材料強度標準值低于荷載標準值高于平均值，材料強度標準值低于平均值。想一想為什么要這樣？平均值。想一想為什么要這樣？2.2.22.2.2 材料強度材料強度2122混凝土結構設計原理混凝土結構設計原理第 2 章主主 頁頁目目 錄錄上一章上一章幫幫 助助下一章下一章2 2 、材料強度設計值材料強度設計值 混凝土：混凝土： , 鋼筋：鋼筋： ,cckc ff ctkt ff syky ff syky ff 式中：

13、式中： 混凝土的材料分項系數(shù)，取混凝土的材料分項系數(shù)，取1.4； 鋼筋的材料分項系數(shù)，對延性較好的熱軋鋼筋的材料分項系數(shù)，對延性較好的熱軋 鋼筋取鋼筋取1.1，對，對500MPa級鋼筋取級鋼筋取1.15，對預，對預 應力鋼筋取應力鋼筋取1.2。c s 23混凝土結構設計原理混凝土結構設計原理第 2 章主主 頁頁目目 錄錄上一章上一章幫幫 助助下一章下一章定義：定義：整個結構或結構的一部分超過某一特定狀態(tài)就整個結構或結構的一部分超過某一特定狀態(tài)就不能滿足設計指定的某一功能要求，這個特定的狀不能滿足設計指定的某一功能要求，這個特定的狀態(tài)稱之為該功能的極限狀態(tài)。態(tài)稱之為該功能的極限狀態(tài)。 承載能力極

14、限狀態(tài)：承載能力極限狀態(tài)：超過這一極限狀態(tài)時結構將發(fā)超過這一極限狀態(tài)時結構將發(fā)生破壞、倒塌或失穩(wěn)等現(xiàn)象。生破壞、倒塌或失穩(wěn)等現(xiàn)象。1 1、 結構極限狀態(tài)的分類結構極限狀態(tài)的分類 正常使用極限狀態(tài)：正常使用極限狀態(tài)：超過這一極限狀態(tài)時結構將出超過這一極限狀態(tài)時結構將出現(xiàn)過大的變形，開裂或過寬的裂縫，鋼筋嚴重銹蝕現(xiàn)過大的變形，開裂或過寬的裂縫，鋼筋嚴重銹蝕，混凝土腐蝕、風化、剝落等現(xiàn)象。，混凝土腐蝕、風化、剝落等現(xiàn)象。2.3極限狀態(tài)設計法極限狀態(tài)設計法24混凝土結構設計原理混凝土結構設計原理第 2 章主主 頁頁目目 錄錄上一章上一章幫幫 助助下一章下一章2 2、結構的設計狀況、結構的設計狀況（1

15、1）持久設計狀況：）持久設計狀況：在結構使用過程中一在結構使用過程中一 定出現(xiàn)，其持續(xù)時間很長的狀況。定出現(xiàn)，其持續(xù)時間很長的狀況。（2 2）短暫設計狀況：）短暫設計狀況：在結構使用過程中出在結構使用過程中出 現(xiàn)概率大，持續(xù)時間短的狀況。現(xiàn)概率大，持續(xù)時間短的狀況。（3 3）偶然設計狀況：）偶然設計狀況：在結構使用過程中出在結構使用過程中出 現(xiàn)概率小，持續(xù)時間很短的狀況。現(xiàn)概率小，持續(xù)時間很短的狀況。（4 4）地震設計狀況：）地震設計狀況：在結構使用過程中遭在結構使用過程中遭 受地震作用的狀況。受地震作用的狀況。2526混凝土結構設計原理混凝土結構設計原理第 2 章主主 頁頁目目 錄錄上一章上

16、一章幫幫 助助下一章下一章 = - 2-1 0 0，結構可靠；，結構可靠；= 0= 0，極限狀態(tài)。，極限狀態(tài)。0 0，結構失效；，結構失效；平均值zf (z)反彎點zpspr可靠概率失效概率Z0Z0失效 可靠標準差正態(tài)分布正態(tài)分布 變異系數(shù)變異系數(shù)z=z/z3 3、結構的功能函數(shù)、結構的功能函數(shù)2728混凝土結構設計原理混凝土結構設計原理第 2 章主主 頁頁目目 錄錄上一章上一章幫幫 助助下一章下一章式中：式中： 結構抗力的平均值和標準差；結構抗力的平均值和標準差； 作用效應的平均值和標準差。作用效應的平均值和標準差。RR 、ss 、現(xiàn)行設計方法以概率理論為基礎，用可靠指標度量，采現(xiàn)行設計方法

17、以概率理論為基礎，用可靠指標度量，采用多個分項系數(shù)表達。設，則可靠指標為：用多個分項系數(shù)表達。設，則可靠指標為：zz 2-22s2RsRzz 4 4、 結構的可靠指標結構的可靠指標29混凝土結構設計原理混凝土結構設計原理第 2 章主主 頁頁目目 錄錄上一章上一章幫幫 助助下一章下一章 按承載能力極限狀態(tài)設計時要求的可靠指標值按承載能力極限狀態(tài)設計時要求的可靠指標值 按正常使用極限狀態(tài)設計時要求的可靠指標值按正常使用極限狀態(tài)設計時要求的可靠指標值 破壞類型破壞類型安全等級安全等級一級一級二級二級三級三級塑性破壞塑性破壞3.73.22.7脆性破壞脆性破壞4.23.73.2根據(jù)其可逆程度可取根據(jù)其可

18、逆程度可取0 1.5。對應對應3.2的失效概率為的失效概率為6.910-4，對應，對應3.7的失效的失效概率為概率為1.110 -4。因此，可靠指標是可靠度的。因此，可靠指標是可靠度的另一種表示方法。另一種表示方法。3031混凝土結構設計原理混凝土結構設計原理第 2 章主主 頁頁目目 錄錄上一章上一章幫幫 助助下一章下一章定義：定義：整個結構或結構的一部分超過某一特定狀態(tài)就整個結構或結構的一部分超過某一特定狀態(tài)就不能滿足設計指定的某一功能要求，這個特定的狀不能滿足設計指定的某一功能要求，這個特定的狀態(tài)稱之為該功能的極限狀態(tài)。態(tài)稱之為該功能的極限狀態(tài)。 承載能力極限狀態(tài)：承載能力極限狀態(tài)：超過這

19、一極限狀態(tài)時結構將發(fā)超過這一極限狀態(tài)時結構將發(fā)生破壞、倒塌或失穩(wěn)等現(xiàn)象。生破壞、倒塌或失穩(wěn)等現(xiàn)象。2.4.1 2.4.1 結構極限狀態(tài)的分類結構極限狀態(tài)的分類 正常使用極限狀態(tài)：正常使用極限狀態(tài)：超過這一極限狀態(tài)時結構將出超過這一極限狀態(tài)時結構將出現(xiàn)過大的變形，開裂或過寬的裂縫，鋼筋嚴重銹蝕現(xiàn)過大的變形，開裂或過寬的裂縫，鋼筋嚴重銹蝕，混凝土腐蝕、風化、剝落等現(xiàn)象。，混凝土腐蝕、風化、剝落等現(xiàn)象。2.4極限狀態(tài)設計表達式極限狀態(tài)設計表達式323334混凝土結構設計原理混凝土結構設計原理第 2 章主主 頁頁目目 錄錄上一章上一章幫幫 助助下一章下一章1 1、承載能力極限狀態(tài)的設計方法承載能力極限

20、狀態(tài)的設計方法 2-3RS 0 結構重要性系數(shù)；結構重要性系數(shù)； 安全等級為一級的結構構件，安全等級為一級的結構構件， 安全等級為二級的結構構件，安全等級為二級的結構構件， 安全等級為三級的結構構件，安全等級為三級的結構構件， 承載力極限狀態(tài)下作用組合的效應設計值，承載力極限狀態(tài)下作用組合的效應設計值， 對持久設計狀況和短暫設計狀況應按作用對持久設計狀況和短暫設計狀況應按作用 的基本組合計算。的基本組合計算。0 1 . 10 0 . 10 9 . 00 Sn 計算公式計算公式2.4極限狀態(tài)設計表達式極限狀態(tài)設計表達式35混凝土結構設計原理混凝土結構設計原理第 2 章主主 頁頁目目 錄錄上一章上

21、一章幫幫 助助下一章下一章 結構構件的抗力設計值。結構構件的抗力設計值。 RR = R（fc , fs , ak , .）/ RD式中，式中， RD 是結是結構構件構構件的抗力模型不定性調整的抗力模型不定性調整系數(shù)：靜力設計取系數(shù)：靜力設計取1.0，對不確定性較大的結構，對不確定性較大的結構構件根據(jù)具體情況取大于構件根據(jù)具體情況取大于1.0的數(shù)值；抗震設計的數(shù)值；抗震設計應用承載力抗震調整系數(shù)應用承載力抗震調整系數(shù)RE代替代替RD。 fc , fs , ak式分別為混凝土的強度設計值、鋼筋的強度設式分別為混凝土的強度設計值、鋼筋的強度設計值和截面尺寸的標準值。計值和截面尺寸的標準值。36混凝土

22、結構設計原理混凝土結構設計原理第 2 章主主 頁頁目目 錄錄上一章上一章幫幫 助助下一章下一章n 荷載組合計算方法荷載組合計算方法 一般結構構件：選下列計算中一般結構構件：選下列計算中較大較大者。者。 由可變荷載控制時由可變荷載控制時 由永久荷載控制時由永久荷載控制時 2-4kQc2QQ1kQ1GkGiiniiSSSS 2-5kQc1QGkGiiniiSSS 承載力計算采用基本組合，按下面方法計算：承載力計算采用基本組合，按下面方法計算：37混凝土結構設計原理混凝土結構設計原理第 2 章主主 頁頁目目 錄錄上一章上一章幫幫 助助下一章下一章式中：式中： 恒載分項系數(shù)，當其效應對結構不利時，恒載

23、分項系數(shù)，當其效應對結構不利時， 公式公式 2-4 中的中的 ，公式，公式 2-5 中的中的 ；當其效應對結構有利時，應??；當其效應對結構有利時，應取1.0； 活載分項系數(shù)，一般情況下取活載分項系數(shù)，一般情況下取1.4，當活，當活 載標準值大于載標準值大于 的工業(yè)房屋樓面結的工業(yè)房屋樓面結 構取構取1.3； 恒載標準值所產(chǎn)生的內力；恒載標準值所產(chǎn)生的內力； 活載標準值所產(chǎn)生的內力，活載標準值所產(chǎn)生的內力，i=1的活荷載的活荷載 為主導活荷載；為主導活荷載； 第第i個可變荷載的組合系數(shù)。個可變荷載的組合系數(shù)。2 . 1G 35. 1G 2kN/m4iQ G GkSkQiSci 38混凝土結構設計

24、原理混凝土結構設計原理第 2 章主主 頁頁目目 錄錄上一章上一章幫幫 助助下一章下一章 一般排架、框架結構：選下列計算中一般排架、框架結構：選下列計算中較大較大者者 由可變荷載控制時由可變荷載控制時 由永久荷載控制時由永久荷載控制時 2-6kQ1QGkGiniiSSS 2-7kQc1QGkGiiniiSSS 式中：式中： 簡化式中的荷載組合系數(shù)；一般情況下簡化式中的荷載組合系數(shù)；一般情況下 取取 ，只有一個活荷載取，只有一個活荷載取 。 和和 的取值與式的取值與式 2-4、2-5 相同。相同。 9 . 0 0 . 1 G iQ 39404142混凝土結構設計原理混凝土結構設計原理第 2 章主主 頁頁目目 錄錄上一章上一章幫幫 助