結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)基本原理

CH.2建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)基本原理2.1建筑物結(jié)構(gòu)的荷載作用（S）（或荷載）作用效應(yīng)施加在結(jié)構(gòu)上的集中力或分布力，稱(chēng)為作用——直接作用引起結(jié)構(gòu)外加變形或約束變形的原因——間接作用——由作用引起的結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的反應(yīng)結(jié)構(gòu)抗力（R）——結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件承受效應(yīng)的能力qVM2.1.1基本概念第1頁(yè)，共37頁(yè)。剪力方程和彎矩方程剪力圖和彎矩圖ABFAFBxVM第2頁(yè)，共37頁(yè)?！狦在結(jié)構(gòu)使用期間，其值不隨時(shí)間變化，或其變化與平均值相比可以忽略不計(jì)的荷載。也稱(chēng)恒荷載或恒載。比如結(jié)構(gòu)自重或土壓力等。——Q在結(jié)構(gòu)使用期間，其值隨時(shí)間變化，或其變化與平均值相比不可以忽略不計(jì)的荷載。也稱(chēng)活荷載或活載。比如樓面活載、屋面活載、雪荷載、風(fēng)荷載、吊車(chē)荷載等?！诮Y(jié)構(gòu)使用期間不一定出現(xiàn)，而一旦出現(xiàn),其量值很大而持續(xù)時(shí)間較短的荷載。比如爆炸力、撞擊力等。永久荷載可變荷載偶然荷載2.1.2荷載分類(lèi)按時(shí)間變異分類(lèi)第3頁(yè)，共37頁(yè)。按空間變異分類(lèi)固定荷載——在結(jié)構(gòu)空間位置上具有固定的分布；可動(dòng)荷載——在結(jié)構(gòu)空間位置一定范圍內(nèi)可以任意分布。靜態(tài)荷載——對(duì)結(jié)構(gòu)不產(chǎn)生動(dòng)力效應(yīng)，或小的可以忽略；動(dòng)態(tài)荷載——對(duì)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生動(dòng)力效應(yīng)，且不可以忽略。按照結(jié)構(gòu)的反應(yīng)分類(lèi)第4頁(yè)，共37頁(yè)。——結(jié)構(gòu)計(jì)算時(shí)，需根據(jù)不同的設(shè)計(jì)要求采用不同的荷載數(shù)值。——荷載基本代表值。指在結(jié)構(gòu)使用期間，在正常情況下出現(xiàn)具有一定保證率的最大荷載?！?dāng)結(jié)構(gòu)同時(shí)承受兩種或兩種以上可變荷載時(shí)，除主導(dǎo)荷載（產(chǎn)生荷載效應(yīng)最大的荷載）取標(biāo)準(zhǔn)值，其他伴隨荷載取小于其標(biāo)準(zhǔn)值的組合值為代表值?！谠O(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)經(jīng)常作用在結(jié)構(gòu)上的可變荷載?！饔糜诮Y(jié)構(gòu)上時(shí)而出現(xiàn)，持續(xù)時(shí)間較短的較大可變荷載。荷載標(biāo)準(zhǔn)值可變荷載組合值可變荷載準(zhǔn)永久值可變荷載頻遇值2.1.3荷載的代表值f.荷載設(shè)計(jì)值——設(shè)計(jì)時(shí)采用的值。一般取G=1.2恒k＋1.4活k第5頁(yè)，共37頁(yè)。恒荷載標(biāo)準(zhǔn)值按構(gòu)件或材料單位體積（或單位面積）自重平均值確定。Gk＝體積×容重

樓面及屋面活荷載標(biāo)準(zhǔn)值民用建筑樓面活載見(jiàn)《規(guī)范》。對(duì)多、高層，荷載滿(mǎn)布且達(dá)到最大值可能性很小，應(yīng)適當(dāng)折減。屋面均布活載分“上人”和“不上人”兩類(lèi)。雪荷載——基本雪壓。見(jiàn)《規(guī)范》——雪荷載標(biāo)準(zhǔn)值——屋面積雪分布系數(shù)，即基本雪壓換算為屋面水平投影面上的雪荷載的換算系數(shù)。風(fēng)荷載——風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值——基本風(fēng)壓，見(jiàn)《規(guī)范》——風(fēng)壓高度變化系數(shù)——風(fēng)荷載體型系數(shù)，+為壓力，-為吸力——高度z處風(fēng)振系數(shù)屋面均布活載不與雪荷載同時(shí)考慮，設(shè)計(jì)時(shí)取其中較大值。第6頁(yè)，共37頁(yè)。第7頁(yè)，共37頁(yè)。第8頁(yè)，共37頁(yè)。第9頁(yè)，共37頁(yè)。第10頁(yè)，共37頁(yè)。第11頁(yè)，共37頁(yè)。第12頁(yè)，共37頁(yè)。第13頁(yè)，共37頁(yè)。第14頁(yè)，共37頁(yè)。第15頁(yè)，共37頁(yè)。2.2極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法2.2.1結(jié)構(gòu)功能要求在設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期（一般50年，也有100和25年）內(nèi)，滿(mǎn)足功能要求，即安全性(S<R)，適用性，耐久性。安全性：滿(mǎn)足特定的與建筑物功能相適應(yīng)的承載力極限狀態(tài)適用性：保證結(jié)構(gòu)在日常使用中滿(mǎn)足要求耐久性：保證結(jié)構(gòu)的承載力的持續(xù)時(shí)間與環(huán)境適應(yīng)度功能函數(shù)：Z=R-S=g(X1,X2,X3….Xn)結(jié)果分析Z=R-S>0：Z=R-S<0：Z=R-S=0：處于可靠狀態(tài)；處于不可靠狀態(tài)，即失效；處于極限狀態(tài)，此方程稱(chēng)極限狀態(tài)方程第16頁(yè)，共37頁(yè)。2.2.2結(jié)構(gòu)可靠度理論——在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)（一般為50年），在規(guī)定的條件下（正常設(shè)計(jì)、正常施工和正常使用），完成預(yù)定功能的概率，稱(chēng)為結(jié)構(gòu)的可靠度，即可靠概率。安全性、適用性、耐久性結(jié)構(gòu)的可靠度第17頁(yè)，共37頁(yè)。建筑物的重要度與基準(zhǔn)期我國(guó)將建筑物的重要程度分為三級(jí)，不同級(jí)別在計(jì)算中取不同的重要度系數(shù)γ0：

一級(jí)，破壞后果極其嚴(yán)重，屬于重要的建筑物；γ0=1.1 二級(jí)，破壞后果比較嚴(yán)重，屬于一般的建筑物；γ0=1.0 三級(jí)，破壞后果相對(duì)不嚴(yán)重，屬于比較次要的建筑物。γ0=0.9結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期 1.結(jié)構(gòu)保證其設(shè)計(jì)可靠度指標(biāo)的時(shí)間期限成為設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期，即在基準(zhǔn)期內(nèi)，結(jié)構(gòu)的可靠度指標(biāo)完全滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求； 2.設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期是測(cè)算最大荷載重現(xiàn)期的基本期限； 3.在超過(guò)設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期后，并非意味著結(jié)構(gòu)的失效，而是其可靠度有所降低，因此基準(zhǔn)期不能等同于建筑物的使用壽命； 4.我國(guó)對(duì)于多數(shù)建筑物的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期均為50年，特殊建筑物可以除外；第18頁(yè)，共37頁(yè)。極限狀態(tài)——結(jié)構(gòu)或構(gòu)件達(dá)到正常使用或耐久性能的某項(xiàng)規(guī)定限值。如過(guò)大變形、開(kāi)裂、振動(dòng)等。——結(jié)構(gòu)或構(gòu)件達(dá)到最大承載力或產(chǎn)生不適于繼續(xù)承載的變形。如傾覆、疲勞破壞、壓屈等。正常使用極限狀態(tài)承載能力極限狀態(tài)我國(guó)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是以概率理論為基礎(chǔ)的極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法?！麄€(gè)結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)的一部分超過(guò)某一特定狀態(tài)，或不能滿(mǎn)足設(shè)計(jì)規(guī)定的某一功能要求的特定狀態(tài)。2.2.3極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法第19頁(yè)，共37頁(yè)。規(guī)范設(shè)計(jì)表達(dá)式g0——結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)正常使用極限狀態(tài)，可靠度要求可適當(dāng)降低，所有分項(xiàng)系數(shù)取1.0第20頁(yè)，共37頁(yè)。材料強(qiáng)度設(shè)計(jì)值第21頁(yè)，共37頁(yè)。承載能力極限狀態(tài)表達(dá)式（P34-37）極限狀態(tài)設(shè)計(jì)表達(dá)式由永久荷載控制的效應(yīng)組合由可變荷載控制的效應(yīng)組合——永久荷載和可變荷載分項(xiàng)系數(shù)。見(jiàn)《規(guī)范》。式中：S：荷載效應(yīng)，γG：恒荷載的荷載效應(yīng)系數(shù)，

γQ：活荷載分項(xiàng)系數(shù)，Gk：恒荷載標(biāo)準(zhǔn)值，Q1k：最大的活荷載的標(biāo)準(zhǔn)值，Ψ：其他活荷載的組合系數(shù)，查附表5-2，一般為0.7，Qik：其他活荷載的標(biāo)準(zhǔn)值第22頁(yè)，共37頁(yè)。對(duì)于荷載分項(xiàng)系數(shù)：

永久荷載的分項(xiàng)系數(shù)γG

：當(dāng)其效應(yīng)對(duì)結(jié)構(gòu)不利時(shí)，對(duì)由可變荷載效應(yīng)控制的組合，應(yīng)取1.2；對(duì)由永久荷載效應(yīng)控制的組合，應(yīng)取1.35；其效應(yīng)對(duì)結(jié)構(gòu)有利時(shí)一般情況下應(yīng)取1.0；對(duì)結(jié)構(gòu)的傾覆，滑移或漂浮驗(yàn)算，應(yīng)取0.9；可變荷載的分項(xiàng)系數(shù)γQ

：一般情況下應(yīng)取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)的活荷載應(yīng)取1.3；對(duì)于某些特殊情況，按建筑結(jié)構(gòu)有關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)范的規(guī)定確定。第23頁(yè)，共37頁(yè)?！Y(jié)構(gòu)計(jì)算時(shí)，需根據(jù)不同的設(shè)計(jì)要求采用不同的荷載數(shù)值?！奢d基本代表值。指在結(jié)構(gòu)使用期間，在正常情況下出現(xiàn)具有一定保證率的最大荷載?！?dāng)結(jié)構(gòu)同時(shí)承受兩種或兩種以上可變荷載時(shí)，除主導(dǎo)荷載（產(chǎn)生荷載效應(yīng)最大的荷載）取標(biāo)準(zhǔn)值，其他伴隨荷載取小于其標(biāo)準(zhǔn)值的組合值為代表值?！谠O(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)經(jīng)常作用在結(jié)構(gòu)上的可變荷載。——作用于結(jié)構(gòu)上時(shí)而出現(xiàn)，持續(xù)時(shí)間較短的較大可變荷載。荷載標(biāo)準(zhǔn)值可變荷載組合值可變荷載準(zhǔn)永久值可變荷載頻遇值荷載的代表值f.荷載設(shè)計(jì)值——設(shè)計(jì)時(shí)采用的值。一般取G=1.2恒k＋1.4活k第24頁(yè)，共37頁(yè)。正常使用極限狀態(tài)標(biāo)準(zhǔn)組合頻遇組合準(zhǔn)永久組合正常使用極限狀態(tài)設(shè)計(jì)包括兩個(gè)方面： 裂縫控制驗(yàn)算： 受彎構(gòu)件撓度驗(yàn)算：例題見(jiàn)P37第25頁(yè)，共37頁(yè)。第26頁(yè)，共37頁(yè)。本章其他知識(shí)1.普通鋼筋混凝土的自重為24-25kn/m32.磚砌體的自重為19kn/m33.鋼材的自重為78.5kn/m34.木材的自重為4-9kn/m35.粘土磚尺寸為240*115*53；每m3砌體為512塊磚6.一般上人屋面的活載標(biāo)準(zhǔn)值2.0kn/m2；不上人0.5；屋頂花園3.0（不包括池墻）7.住宅中挑出陽(yáng)臺(tái)的活載標(biāo)準(zhǔn)值2.5kn/m2（人員密集3.5），一般比室內(nèi)大8.風(fēng)壓的基本期是50年9.雪壓的基本期是50年10.荷載設(shè)計(jì)值大于標(biāo)準(zhǔn)值11.承載能力極限應(yīng)采用荷載效應(yīng)的基本組合；

第27頁(yè)，共37頁(yè)。12.荷載準(zhǔn)永久值小于標(biāo)準(zhǔn)值（積灰荷載除外）13.一般多層住宅設(shè)計(jì)不考慮撞擊力和龍卷風(fēng)；必須考慮風(fēng)載和活荷載14.土壓力和自重屬靜荷載（亦指恒載、永久荷載）；風(fēng)壓和積灰是活荷載15.吊車(chē)、地震、撞擊力屬動(dòng)荷載16.結(jié)構(gòu)上的作用分為直接作用和間接作用；直接作用也稱(chēng)為荷載17.荷載分永久荷載、可變荷載和偶然荷載；撞擊力或爆炸力屬偶然荷載18.屋面活荷載不應(yīng)于雪荷載同時(shí)考慮，取其較大者19.設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期是50年

第28頁(yè)，共37頁(yè)。20.結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的使用年限

一類(lèi)

5年

臨時(shí)建筑

二類(lèi)

25年

易于替換的結(jié)構(gòu)構(gòu)件

三類(lèi)

50年

普通房屋和構(gòu)筑物

四類(lèi)

100年

紀(jì)念性、特別重要的建筑21.建筑的安全等級(jí)

一級(jí)

重要房屋（100年）

ro=1.1

二級(jí)

一般房屋（50年）

ro=1.0

三級(jí)

次要房屋（5年）

ro=0.922.屋面活荷載標(biāo)準(zhǔn)值與是否上人、屋面的結(jié)構(gòu)形式有關(guān)；

與面積大小、排水方式無(wú)關(guān)23.建筑物越高，受到的風(fēng)荷載越大，但超過(guò)450m后趨于穩(wěn)定24.計(jì)算荷載效應(yīng)時(shí)，永久荷載分項(xiàng)系數(shù)的取值：

其效應(yīng)不利時(shí)取1.2；有利時(shí)取1.0；結(jié)構(gòu)抗滑坡時(shí)0.9

當(dāng)永久荷載控制時(shí)，效應(yīng)不利時(shí)取1.35；有利時(shí)取1.025.計(jì)算荷載效應(yīng)時(shí)，活荷載分項(xiàng)系數(shù)的取值：

其效應(yīng)不利時(shí)取1.4；有利時(shí)取1.0

標(biāo)準(zhǔn)值大于4kN/m2的工業(yè)樓面時(shí)，取1.326.荷載的三種組合是標(biāo)準(zhǔn)組合、頻遇組合、準(zhǔn)永久組合27.超過(guò)正常使用極限狀態(tài)有：

影響正常使用的外觀變形

影響正常使用或耐久性的局部破壞

影響正常使用的震動(dòng)

影響正常使用的其他特定狀態(tài)

第29頁(yè)，共37頁(yè)。第30頁(yè)，共37頁(yè)。0.08第31頁(yè)，共37頁(yè)。第32頁(yè)，共37頁(yè)。第33頁(yè)，共37頁(yè)。練習(xí)一、單項(xiàng)選擇題1.永久荷載也稱(chēng)恒荷載，如（）A、吊車(chē)荷載；B、樓面使用荷載；C、結(jié)構(gòu)自重；D、風(fēng)荷載。2.風(fēng)荷載的數(shù)值與（）因素有關(guān)。A、房屋體型；B、房屋材料；C、房屋結(jié)構(gòu)；D、施工方法。3.當(dāng)結(jié)構(gòu)或構(gòu)件達(dá)到下列情況之一者，認(rèn)為其達(dá)到了承載能力極限狀態(tài)（）A、截面的受力性能在荷載作用過(guò)程中發(fā)生變化，結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變成機(jī)動(dòng)體系B、影響正常使用和外觀的過(guò)大的相對(duì)變形C、某水池裂縫太大，已經(jīng)漏水D、屋面板變形過(guò)大，嚴(yán)重積水4.結(jié)構(gòu)的功能函數(shù)(狀態(tài)方程)R-S=0，表明結(jié)構(gòu)處于()。A．可靠狀態(tài)B．失效狀態(tài) C．極限狀態(tài) D．不確定狀態(tài)；5.在進(jìn)行鋼筋混凝土構(gòu)件抗裂撓度驗(yàn)算時(shí)，()A．荷載用設(shè)計(jì)值，材料強(qiáng)度采用標(biāo)準(zhǔn)值B．荷載用標(biāo)準(zhǔn)值，材料強(qiáng)度采用設(shè)計(jì)值C．荷載和材料強(qiáng)度均采用設(shè)計(jì)值 D．荷載和材料強(qiáng)度均采用標(biāo)準(zhǔn)值6.結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的目的在于()。A．保證結(jié)構(gòu)的可靠性 B．保證結(jié)構(gòu)既具有可靠性又具有經(jīng)濟(jì)性C．保證結(jié)構(gòu)的經(jīng)濟(jì)性 D．保證結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度CCAAAD第34頁(yè)，共37頁(yè)。二、選擇題（多項(xiàng)選擇）1.當(dāng)結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件出現(xiàn)下列（）狀態(tài)時(shí)，可認(rèn)為超過(guò)了承裁力極限狀態(tài)。A、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）；B、結(jié)構(gòu)構(gòu)件或連接部位因材料強(qiáng)度不夠而破壞；C、影響正常使用或外觀的變形；D、結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)動(dòng)體系。2.下列（）狀態(tài)應(yīng)按正常使用極限狀態(tài)驗(yàn)算。A、結(jié)構(gòu)作為剛體失去平衡；B、影響耐久性能的局部損壞；C、過(guò)度的塑性變形而不適于繼續(xù)使用；D、構(gòu)件失去穩(wěn)定。A、B、DB第35頁(yè)，共37頁(yè)。三、判斷題（對(duì)的在括號(hào)內(nèi)打“√”，錯(cuò)的打“×”）1.結(jié)構(gòu)構(gòu)件的撓度值超過(guò)規(guī)范限值問(wèn)題，屬于承裁能力極限狀態(tài)。（）2.砼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，通常是按承裁力極限狀態(tài)設(shè)計(jì)構(gòu)件，必要時(shí)再按正常使用極限狀態(tài)。（）3.在進(jìn)行正常使用極限狀態(tài)計(jì)算中荷載和材料強(qiáng)度均采用設(shè)計(jì)值而不是標(biāo)準(zhǔn)值（）四、填空題1.根據(jù)建筑結(jié)構(gòu)的破壞后果，結(jié)構(gòu)的安全等級(jí)分為_(kāi)__3__級(jí)。2.《建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》關(guān)于建筑結(jié)構(gòu)的功能要求可歸納為安全性、_適用性_、_耐久性_三方面的要求。3.鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，按極限狀態(tài)設(shè)計(jì)方法進(jìn)行，一類(lèi)極限狀態(tài)