建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)基本原則課件

1、2.2.1結(jié)構(gòu)的功能要求能承受正常施工和使用時(shí)的各種作用，以及偶然事件發(fā)生時(shí)，仍能保持整體穩(wěn)定性。在正常使用時(shí)，能保證具有良好的工作性能，不出現(xiàn)過(guò)大的變形和裂縫。在正常使用及維護(hù)下，具有足夠的耐久性能，不發(fā)生銹蝕和風(fēng)化現(xiàn)象。安全性適用性 耐久性例如，不會(huì)出現(xiàn)影響正常使用的過(guò)大變形或振動(dòng)；不會(huì)產(chǎn)生使使用者感到不安的裂縫寬度等。 例如，結(jié)構(gòu)材料不致出現(xiàn)影響功能的損壞，鋼筋混凝土構(gòu)件的鋼筋不致因保護(hù)層過(guò)薄或裂縫過(guò)寬而銹蝕等。 即結(jié)構(gòu)僅產(chǎn)生局部的損壞而不致發(fā)生連續(xù)倒塌。 作用的分類：按作用時(shí)間的特點(diǎn)（常用）安隨空間位置的變異按結(jié)構(gòu)的反應(yīng)特點(diǎn)2.3結(jié)構(gòu)的可靠度和極限狀態(tài)方程2.3.1作用效應(yīng)和結(jié)構(gòu)抗力2

2、.3.1.1作用效應(yīng)和結(jié)構(gòu)抗力的概念“作用” 能使結(jié)構(gòu)或構(gòu)件產(chǎn)生效應(yīng)（內(nèi)力、變形、裂縫等）的各種原因的總稱。作用效應(yīng) 結(jié)構(gòu)上的各種作用，在結(jié)構(gòu)內(nèi)產(chǎn)生的內(nèi)力（軸力、彎矩、剪力、扭矩等）和變形（如撓度、轉(zhuǎn)角、裂縫等）的總稱，用S 表示。由直接作用產(chǎn)生的效應(yīng)，通常稱為荷載效應(yīng)。結(jié)構(gòu)抗力 結(jié)構(gòu)或構(gòu)件承受作用效應(yīng)的能力，如構(gòu)件的承載力、剛度、抗裂度等，用R表示。結(jié)構(gòu)抗力是結(jié)構(gòu)內(nèi)部固有的，其大小主要取決于材料性能、構(gòu)件幾何參數(shù)及計(jì)算模式的精確性等。2.3.2結(jié)構(gòu)的可靠性和可靠度結(jié)構(gòu)的可靠性是指結(jié)構(gòu)在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)，規(guī)定的條件下完成預(yù)定功能的可能性。結(jié)構(gòu)的可靠度是指結(jié)構(gòu)在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)、規(guī)定的條件下完成預(yù)定功能

3、的概率。2.3.3設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期和設(shè)計(jì)使用年限2.3.3.1設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期2.3.3.2設(shè)計(jì)使用年限類別 設(shè) 計(jì) 使 用 年限（年） 示 例 15臨時(shí)性結(jié)構(gòu)225易于替換的結(jié)構(gòu)構(gòu)件350普通房屋和構(gòu)筑物4100紀(jì)念性建筑和特別重要的建筑結(jié)構(gòu)即結(jié)構(gòu)在正常設(shè)計(jì)、正常施工、正常使用和維護(hù)下所應(yīng)達(dá)到的使用年限。2.3.4極限狀態(tài)方程結(jié)構(gòu)的功能函數(shù)實(shí)際工程中，可能出現(xiàn)以下三種情況當(dāng)時(shí)，結(jié)構(gòu)能夠完成預(yù)定的功能，處于可靠狀態(tài)。當(dāng)時(shí)，結(jié)構(gòu)不能完成預(yù)定的功能，處于失效狀態(tài)。當(dāng)=時(shí)，即R=S結(jié)構(gòu)處于臨界的極限狀態(tài)，稱為極限狀態(tài)方程。極限狀態(tài)承載能力極限狀態(tài)正常使用極限狀態(tài)2.2.2結(jié)構(gòu)的極限狀態(tài)整個(gè)結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)的一部份，超

4、過(guò)某一特定狀態(tài)就不能滿足設(shè)計(jì)規(guī)定的某一功能（安全性、適用性、耐久性）要求，該特定狀態(tài)稱為該功能的極限狀態(tài)。承載能力極限狀態(tài) 這種極限狀態(tài)對(duì)應(yīng)于結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件達(dá)到最大承載能力或不適于繼續(xù)承載的變形。承載能力極限狀態(tài)主要考慮關(guān)于結(jié)構(gòu)安全性的功能。當(dāng)結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件出現(xiàn)下列狀態(tài)之一時(shí)，即認(rèn)為超過(guò)了承載能力極限狀態(tài)：結(jié)構(gòu)構(gòu)件或連接因材料強(qiáng)度不夠而破壞；整個(gè)結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)的一部分作為剛體失去平衡（如傾覆等）；結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)動(dòng)體系；結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件喪失穩(wěn)定（如柱子被壓曲等）。正常使用極限狀態(tài) 正常使用極限狀態(tài)對(duì)應(yīng)于結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件達(dá)到正常使用或耐久性能的某項(xiàng)規(guī)定限值。這一狀態(tài)對(duì)應(yīng)于適用性或耐久性的功能。當(dāng)結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)

5、件出現(xiàn)下列狀態(tài)之一時(shí)，即認(rèn)為超過(guò)了正常使用極限狀態(tài)：影響正常使用或外觀的變形； 影響正常使用或耐久性能的局部損壞（包括裂縫）；影響正常使用的振動(dòng)；影響正常使用的其他特定狀態(tài)等。2.4極限狀態(tài)設(shè)計(jì)表達(dá)式2.4.1承載能力極限狀態(tài)設(shè)計(jì)表達(dá)式對(duì)于基本組合，荷載效應(yīng)組合的設(shè)計(jì)值S應(yīng)從由可變荷載效應(yīng)控制的組合和由永久荷載效應(yīng)控制的組合中取最不利值確定。由可變荷載效應(yīng)控制的組合由永久荷載效應(yīng)控制的組合0 ：結(jié)構(gòu)構(gòu)件的重要性系數(shù)G ：永久荷載分項(xiàng)系數(shù)； SGk ：永久荷載標(biāo)準(zhǔn)值Gk 計(jì)算的荷載效應(yīng)值；Qi ：第i個(gè)可變荷載的分項(xiàng)系數(shù)； SQik ：按可變荷載標(biāo)準(zhǔn)值Qi計(jì)算的荷載效應(yīng)值;ci ：可變荷載Qi的

6、組合值系數(shù)，民用建筑樓面均布活 荷載、屋面均布活荷載的組合值系數(shù)；荷載分項(xiàng)系數(shù)的取值荷載特性荷載分項(xiàng)系數(shù)永久荷載永久荷載效應(yīng)對(duì)結(jié)構(gòu)不利由可變荷載效應(yīng)控制的組合1.2由永久荷載效應(yīng)控制的組合1.35永久荷載效應(yīng)對(duì)結(jié)構(gòu)有利1.0傾覆、滑移或飄浮驗(yàn)算0.9可變荷載一般情況1.4對(duì)標(biāo)準(zhǔn)值大于4kN/m2的工業(yè)房屋樓面結(jié)構(gòu)的活荷載取1.3【例】 某辦公樓鋼筋混凝土矩形截面簡(jiǎn)支梁，安全等級(jí)為二級(jí)，截面尺寸bh = 200mm400mm，計(jì)算跨度 = 5m，凈跨度 =4.86m。承受均布線荷載：活荷載標(biāo)準(zhǔn)值7kN/m，恒荷載標(biāo)準(zhǔn)值10kN/m（不包括自重）。試計(jì)算按承載能力極限狀態(tài)設(shè)計(jì)時(shí)的跨中彎矩設(shè)計(jì)值和支

7、座邊緣截面剪力設(shè)計(jì)值?！窘狻坑杀聿榈没詈奢d組合值系數(shù)=0.7。安全等級(jí)為二級(jí)，則結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)=1.0。 鋼筋混凝土的重度標(biāo)準(zhǔn)值為25kN/m3，故梁自重標(biāo)準(zhǔn)值為250.20.4=2 kN/m。 總恒荷載標(biāo)準(zhǔn)值gk=10+2=12kN/m 恒載產(chǎn)生的跨中彎矩標(biāo)準(zhǔn)值和支座邊緣截面剪力設(shè)計(jì)值分別為：Mgk = gkl02/8 = 1252 /8=37.5kN m Vgk=gkln/2= 124.86/2=29.16 kN活荷載產(chǎn)生的跨中彎矩標(biāo)準(zhǔn)值和支座邊緣截面剪力標(biāo)準(zhǔn)值分別為： Mqk = qkl02/8 =752 /8=21.875kNm Vqk=qkln/2 = 7 4.86/2 =17.01

8、 kN 本例只有一個(gè)活荷載，即為第一可變荷載。故計(jì)算由活載彎矩控制的跨中彎矩設(shè)計(jì)值時(shí)， =1.2， =1.4。由式（1.2.3）得由活荷載彎矩控制的跨中彎矩設(shè)計(jì)值和支座邊緣截面剪力標(biāo)準(zhǔn)值分別為： =1.0（1.237.5+1.421.875）=75.625 kNm計(jì)算由恒載彎矩控制的跨中彎矩設(shè)計(jì)值時(shí)， =1.35， =1.4， =0.7。得由恒載彎矩控制的跨中彎矩設(shè)計(jì)值和支座邊緣截面剪力標(biāo)準(zhǔn)值分別為： = =1.0（1.3537.5+0.71.421.875）=72.063 kNm = =1.0（1.3529.16+0.71.417.01）=56.036 kN=1.0（1.229.16+1.417.01）=58.806 kN取較大值得跨中彎矩設(shè)計(jì)值M = 75.625kNm，支座邊緣截面剪力設(shè)計(jì)值V=58.806 kN。C結(jié)構(gòu)構(gòu)件達(dá)到正常使用要求所規(guī)定的限值，如變形、裂縫寬度等。2.4.2正常使用極限狀態(tài)設(shè)計(jì)表達(dá)式對(duì)于正常使用極限狀態(tài)，應(yīng)根據(jù)