混凝土结构设计原理第二章：混凝土结构设计方法.pdf

研制单位：湖南大学高等教育出版社高等教育出版社高等教育电子音像出版社高等教育电子音像出版社混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理 ( (第第2 2章电子教案章电子教案) )混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理第 2 章主主 页页目目 录录上一章上一章帮帮 助助下一下一章章第第 2 章章 混凝土结构设计方法混凝土结构设计方法 混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理第 2 章主主页页目目录录上一章上一章帮帮助助下一下一章章本章重点本章重点了解结构上的作用、作用效应和结构抗力了解结构上的作用、作用效应和结构抗力的概念及其随机特性；的概念及其随机特性；了解了解混凝土结构设计方法的理论基础混凝土结构设计方法的理论基础可靠度理论；可靠度理论；掌握掌握我国规范的设计方法我国规范的设计方法概率极限状概率极限状态设计法。态设计法。混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理第 2 章主主 页页目目 录录上一章上一章帮帮 助助下一下一章章2.1.1 结构上的作用结构上的作用1.定义：定义：凡能使结构产生内力、应力、位移、应变、凡能使结构产生内力、应力、位移、应变、 裂缝的因素，都称为结构上的作用。裂缝的因素，都称为结构上的作用。直接作用：荷载直接作用：荷载；2.分类：分类：间接作用：温度、收缩、徐变、地基不均匀沉降、间接作用：温度、收缩、徐变、地基不均匀沉降、 地震等。地震等。2.1结构上的作用、作用效应与结构抗力结构上的作用、作用效应与结构抗力结构上的作用、作用效应与结构抗力结构上的作用、作用效应与结构抗力混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理第 2 章主主 页页目目 录录上一章上一章帮帮 助助下一下一章章2.1.2 作用效应作用效应 定义：定义：作用在结构上产生的反应，如内力、应力、位作用在结构上产生的反应，如内力、应力、位 移、应变、裂缝等，称为作用效应。移、应变、裂缝等，称为作用效应。2.1.3 结构抗力结构抗力 定义：定义：结构抵抗作用效应的能力，称为结构抗力结构抵抗作用效应的能力，称为结构抗力。混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理第 2 章主主 页页目目 录录上一章上一章帮帮 助助下一下一章章2.2荷载荷载荷载荷载2.2.1 荷载分类荷载分类永久荷载永久荷载(恒荷载恒荷载)：大小、方向、作用点不随时间改变大小、方向、作用点不随时间改变 的荷载为永久荷载，如自重、土压的荷载为永久荷载，如自重、土压 力、预应力等；力、预应力等；可变荷载可变荷载(活荷载活荷载) ：大小、方向或作用点随时间改变而大小、方向或作用点随时间改变而 变化的荷载为可变荷载，如楼面变化的荷载为可变荷载，如楼面 和屋面活载和屋面活载、风荷载、雪荷载、风荷载、雪荷载、 吊车荷载、车辆荷载等；吊车荷载、车辆荷载等；偶然荷载：偶然荷载：结构使用期间可能不出现，一旦出现，其作结构使用期间可能不出现，一旦出现，其作 用时间短、效应大的荷载为偶然荷载，如爆用时间短、效应大的荷载为偶然荷载，如爆 炸力，撞击等。炸力，撞击等。 混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理第 2 章主主 页页目目 录录上一章上一章帮帮 助助下一下一章章2.2.2 荷载代表值荷载代表值 1. 标准值标准值 由设计基准期内最大荷载概率分布的某由设计基准期内最大荷载概率分布的某 一分位值确定的荷载值，是一分位值确定的荷载值，是永久荷载的永久荷载的 唯一代表值。唯一代表值。混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理第 2 章主主 页页目目 录录上一章上一章帮帮 助助下一下一章章直升飞机坪：直升飞机坪：楼面：楼面：屋面：屋面：不上人屋面不上人屋面 上人屋面上人屋面 屋顶花园屋顶花园楼面和屋面荷载的标准值可查荷载规范得到。如：楼面和屋面荷载的标准值可查荷载规范得到。如：荷载规范中的荷载值不包括隔墙重量和二次装修重量。荷载规范中的荷载值不包括隔墙重量和二次装修重量。 混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理第 2 章主主 页页目目 录录上一章上一章帮帮 助助下一下一章章3.频遇值频遇值结构上时而出现的较大值结构上时而出现的较大值,但小于标准但小于标准4. 值。计算裂缝变形时用。值。计算裂缝变形时用。频遇值频遇值 = f 标准值标准值 t/T0.14.准永久值准永久值可变荷载中较稳定的那一部分值。计可变荷载中较稳定的那一部分值。计 5. 算裂缝变形时用算裂缝变形时用。准永久值准永久值 = q 标准值标准值 t/T=0.5（t为设计基准期内荷载达到和超过该值的总持续时间，为设计基准期内荷载达到和超过该值的总持续时间，T为设计基准期。为设计基准期。） 2. 组合值组合值 当有两个或两个以上可变荷载同时作用当有两个或两个以上可变荷载同时作用 时的代表值时的代表值 。组合值组合值 = c 标准值标准值 混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理第 2 章主主 页页目目 录录上一章上一章帮帮 助助下一下一章章取决于截面尺寸大小和材料强度高低。取决于截面尺寸大小和材料强度高低。材料强度分标准值和设计值。材料强度分标准值和设计值。2.3.1 材料强度标准值材料强度标准值保证率：保证率：95 2.3材料强度材料强度材料强度材料强度混凝土：混凝土： ，钢筋：钢筋： ，混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理第 2 章主主 页页目目 录录上一章上一章帮帮 助助下一下一章章2.3.2 材料强度设计值材料强度设计值混凝土：混凝土： ,钢筋：钢筋： ,建筑工程中：建筑工程中：桥梁工程中：桥梁工程中：混凝土：混凝土： ,钢筋：钢筋： ,混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理第 2 章主主 页页目目 录录上一章上一章帮帮 助助下一下一章章式中：式中： 混凝土的材料分项系数；建筑工程取混凝土的材料分项系数；建筑工程取1.4, 公路桥涵工程取公路桥涵工程取1.45； 钢筋的材料分项系数；建筑工程对热轧钢筋的材料分项系数；建筑工程对热轧钢钢 筋取筋取1.1，对钢丝、钢绞线、热处理钢筋取，对钢丝、钢绞线、热处理钢筋取 1.2；公路桥涵工程对热轧钢筋取；公路桥涵工程对热轧钢筋取1.2，对钢，对钢 绞线、热处理钢筋取绞线、热处理钢筋取1.25。混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理第 2 章主主 页页目目 录录上一章上一章帮帮 助助下一下一章章2.4结构的设计使用年限与安全等级结构的设计使用年限与安全等级结构的设计使用年限与安全等级结构的设计使用年限与安全等级2.4.1 结构的设计使用年限结构的设计使用年限类类别别结构类型结构类型结构的设计使用结构的设计使用年限（年）年限（年）临时性结构临时性结构5易于替换的结构构件易于替换的结构构件25普通房屋和构筑物普通房屋和构筑物50纪念性建筑和特别重要建筑纪念性建筑和特别重要建筑1002.4.2 结构的安全等级结构的安全等级按结构的按结构的重要性重要性划分划分一级：一级：重要建筑重要建筑二级：二级：一般建筑一般建筑三级：三级：次要建筑次要建筑混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理第 2 章主主 页页目目 录录上一章上一章帮帮 助助下一下一章章2.5.1 结构的可靠性结构的可靠性 指结构的安全性、适用性、耐久性。指结构的安全性、适用性、耐久性。2.5.2 结构的可靠度结构的可靠度 指结构在规定时间内、规定条件下完成预定功能指结构在规定时间内、规定条件下完成预定功能 的概率，是结构可靠性的概率度量。的概率，是结构可靠性的概率度量。2.5结构的可靠度结构的可靠度结构的可靠度结构的可靠度混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理第 2 章主主 页页目目 录录上一章上一章帮帮 助助下一下一章章 = - 2-10 0，结构可靠；，结构可靠；= 0= 0，极限状态。，极限状态。0 0，结构失效；，结构失效；正态分布正态分布 变异系数变异系数z=z/z混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理第 2 章主主 页页目目 录录上一章上一章帮帮 助助下一下一章章式中：式中： 结构抗力的平均值和标准值；结构抗力的平均值和标准值； 作用效应的平均值和标准作用效应的平均值和标准值。值。现行设计方法以概率理论为基础，用可靠指标度量，采现行设计方法以概率理论为基础，用可靠指标度量，采用多个分项系数表达。设，则可靠指标为：用多个分项系数表达。设，则可靠指标为： 2-22.4.2 结构的可靠指标结构的可靠指标混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理第 2 章主主 页页目目 录录上一章上一章帮帮 助助下一下一章章按承载能力极限状态设计时按承载能力极限状态设计时按正常使用极限状态设计时按正常使用极限状态设计时破坏类型破坏类型安全等级安全等级一级一级二级二级三级三级塑性破坏塑性破坏3.73.22.7脆性破坏脆性破坏4.23.73.2根据其可逆程度可取根据其可逆程度可取0 1.5。混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理第 2 章主主 页页目目 录录上一章上一章帮帮 助助下一下一章章定义：定义：整个结构或结构的一部分超过某一特定状态就整个结构或结构的一部分超过某一特定状态就不能满足设计指定的某一功能要求，这个特定的状不能满足设计指定的某一功能要求，这个特定的状态称之为该功能的极限状态。态称之为该功能的极限状态。承载能力极限状态：承载能力极限状态：超过这一极限状态时结构将发超过这一极限状态时结构将发生破坏、倒塌或失稳等现象。生破坏、倒塌或失稳等现象。2.6.1 结构极限状态的分类结构极限状态的分类正常使用极限状态：正常使用极限状态：超过这一极限状态时结构将出超过这一极限状态时结构将出现过大的变形，开裂或过宽的裂缝，钢筋严重锈蚀，现过大的变形，开裂或过宽的裂缝，钢筋严重锈蚀，混凝土腐蚀、风化、剥落等现象。混凝土腐蚀、风化、剥落等现象。2.6结构的极限状态及其分类结构的极限状态及其分类结构的极限状态及其分类结构的极限状态及其分类混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理第 2 章主主 页页目目 录录上一章上一章帮帮 助助下一下一章章2.6.2 承载能力极限状态的设计方法承载能力极限状态的设计方法 2-3 结构重要性系数；结构重要性系数； 安全等级为一级或使用年限为安全等级为一级或使用年限为100年时，年时， 安全等级为二级或使用年限为安全等级为二级或使用年限为50年时，年时， 安全等级为三级或使用年限为安全等级为三级或使用年限为5年时，年时， 荷载效应组合的设计值，用基本组合或荷载效应组合的设计值，用基本组合或偶偶 然组合；然组合； 结构构件抗力设计值。结构构件抗力设计值。n 计算公式计算公式建筑工程中：建筑工程中：混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理第 2 章主主 页页目目 录录上一章上一章帮帮 助助下一下一章章桥梁工程中：桥梁工程中： 桥梁结构的重要性系数，按公路桥涵的设计安桥梁结构的重要性系数，按公路桥涵的设计安全全 等级，一级、二级、三级分别为等级，一级、二级、三级分别为1.1、1.0、0.9； 桥梁的抗震设计不考虑结构的重要性系数；桥梁的抗震设计不考虑结构的重要性系数； 作用（或荷载）效应（其中汽车荷载应计如冲作用（或荷载）效应（其中汽车荷载应计如冲击击 系数）的组合设计值，当进行预应力混凝土连续系数）的组合设计值，当进行预应力混凝土连续 梁等超静定结构的承载能力极限状态计算时，公梁等超静定结构的承载能力极限状态计算时，公 式（式（2-3）中的作用（或荷载）效应项应改为）中的作用（或荷载）效应项应改为 ，其中，其中 为预应力（扣除全部预应力为预应力（扣除全部预应力 损失）引起的次效应；损失）引起的次效应； 为预应力分项系数，当为预应力分项系数，当 预应力效应对结构有利时，取预应力效应对结构有利时，取 ；对结构；对结构 不利时，取不利时，取 ； 混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理第 2 章主主 页页目目 录录上一章上一章帮帮 助助下一下一章章 结构构件抗力设计值结构构件抗力设计值 构件承载力函数；构件承载力函数； 材料强度设计值；材料强度设计值； 几何参数设计值，当无可靠数据时，可采用几何参数设计值，当无可靠数据时，可采用 几何参数标准值几何参数标准值 ，即设计文件规定值。，即设计文件规定值。 混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理第 2 章主主 页页目目 录录上一章上一章帮帮 助助下一下一章章n 荷载效应组合荷载效应组合一般结构构件：选下列计算中一般结构构件：选下列计算中较大较大者。者。 由可变荷载控制时由可变荷载控制时 由永久荷载控制时由永久荷载控制时 2-4 2-51.基本组合基本组合混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理第 2 章主主 页页目目 录录上一章上一章帮帮 助助下一下一章章式中：式中： 荷载分项系数，当其效应对结构不利荷载分项系数，当其效应对结构不利时，时， 公式（公式（6）中的）中的 ，公式（，公式（7）中的）中的 ；当其效应对结构有利时，一般；当其效应对结构有利时，一般 情况下取情况下取1.0，验算倾覆、滑移或漂浮时，验算倾覆、滑移或漂浮时 取取0.9； 活载分项系数，一般情况下取活载分项系数，一般情况下取1.4，当，当活活 载标准值大于载标准值大于 的工业房屋楼面结的工业房屋楼面结 构取构取1.3； 恒载标准值所产生的内力；恒载标准值所产生的内力； 活载标准值所产生的内力，活载标准值所产生的内力，i=1的活荷的活荷载载 为主导活荷载；为主导活荷载； 第第i个可变荷载的组合系数。个可变荷载的组合系数。混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理第 2 章主主 页页目目 录录上一章上一章帮帮 助助下一下一章章一般排架、框架结构：选下列计算中一般排架、框架结构：选下列计算中较大较大者者 由可变荷载控制时由可变荷载控制时 由永久荷载控制时由永久荷载控制时 2-6 2-7式中：式中： 简化式中的荷载组合系数；一般情况下简化式中的荷载组合系数；一般情况下 取取 ，只有一个活荷载取，只有一个活荷载取 。 和和 的取值与式（的取值与式（6）（）（7）相同。）相同。混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理第 2 章主主 页页目目 录录上一章上一章帮帮 助助下一下一章章偶然荷载的代表值不乘分项系数；偶然荷载的代表值不乘分项系数；2.偶然组合偶然组合与偶然荷载同时出现的其他荷载采用适当的代表值；与偶然荷载同时出现的其他荷载采用适当的代表值；各种情况下荷载效应的设计值公式由有关规范另定。各种情况下荷载效应的设计值公式由有关规范另定。混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理第 2 章主主 页页目目 录录上一章上一章帮帮 助助下一下一章章n 设计方法设计方法 2-8式中：式中： 正常使用极限状态下荷载效应组合值正常使用极限状态下荷载效应组合值; 达正常使用要求时的变形、裂缝、应力达正常使用要求时的变形、裂缝、应力 等的限值；等的限值；2.6.3 按正常使用极限状态的设计方法按正常使用极限状态的设计方法混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理第 2 章主主 页页目目 录录上一章上一章帮帮 助助下一下一章章n 荷载效应组合值荷载效应组合值1.标准组合：标准组合：主要用于当一个极限状态被超越时将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。产生严重的永久性损坏的情况。2.频遇组合：频遇组合：主要用于当一个极限状态被超越时将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。产生局部损坏、较大变形或短暂震动等的情况。3.准永久组合：准永久组合：主要用于当长期效应是决定性因素主要用于当长期效应是决定性因素的一些情况。的一些情况。 2-9 2-10 2-11