工程结构第二章建筑结构设..(精品).ppt

第二章 建筑结构的设计标准和设计方法第一节 设计基准期和设计使用年限 设计基准期：与荷载、材料统计有关 设计使用年限：为可靠度服务1/25/20231第二节 结构的功能要求、作用和抗力安全等级破坏后的影响程度建筑物的类型一级很严重重要的建筑物二级严重一般的建筑物三级不严重次要的建筑物结构的安全等级 建筑结构应根据破坏时可能产生的后果严重与否，区分不同的安全等级。1/25/20232结构的功能要求：结构的功能要求：1、安全2、适用3、耐久1/25/20233结构上的作用结构上的作用 直接作用直接作用：荷载：荷载 间间接接作作用用：混混凝凝土土的的收收缩缩、温温度度变变化化、基基础础的的差差异异沉沉降降、地震等地震等 作作用用在在结结构构上上并并使使结结构构产产生生的的内内力力（如如弯弯矩矩、剪剪力力、轴轴向向力、扭矩等）、变形、裂缝等作用称为作用效应或荷载效应。力、扭矩等）、变形、裂缝等作用称为作用效应或荷载效应。荷载和荷载效应之间通常按某种关系相联系。荷载和荷载效应之间通常按某种关系相联系。1/25/20234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 在结构设计基准期内，其值不随时在结构设计基准期内，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。间而变化，或其变化与平均值相比可以忽略不计。(2)可变荷载Q 在结构设计基准期内，其值随时间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。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，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。但一旦出现其值很大且作用时间很短的荷载。1/25/20235荷载的标准值1)定义定义 将将荷荷载载视视为为随随机机变变量量，采采用用数数理理统统计计的的方方法法加加以以处处理理而而得得到的具有一定概率的最大荷载值到的具有一定概率的最大荷载值2)确定确定 a.结结构构的的自自重重可可根根据据结结构构的的设设计计尺尺寸寸和和材材料料的的重重力力密密度度确确定；定；b.可可变变荷荷载载常常与与时时间间有有关关，在在缺缺少少大大量量统统计计材材料料的的条条件件下下，可近似按随机变量来考虑。可近似按随机变量来考虑。1/25/20236结构的可靠度、失效概率结构在规定的时间内，在规定的条件下，完成预定功能的概率（或者达不到预定功能的概率-失效概率）。因此，结构的可靠度是用结构完成预定功能的概率的大小来定量描述的。可靠度是可靠性的概率的度量。概念概念1/25/20237极极 限限 状状 态态 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”。1/25/202381.承载力能力极限状态承载力能力极限状态：超过该极限状态，结构就不能满足预定的安全超过该极限状态，结构就不能满足预定的安全性功能要求。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）1/25/202392.2.正常使用极限状态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要求和耐久性的功能要求。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。1/25/202310极限状态方程S荷载效应荷载效应 结构上的各种作用结构上的各种作用（如荷载、不均匀沉降、温度变形、收缩变形、地震等）产生的效应总和产生的效应总和（如弯矩M、轴力N、剪力V、扭矩T、挠度 f、裂缝宽度 w 等）R结构抗力结构抗力 结构抵抗作用效应的能力结构抵抗作用效应的能力(如受弯承载力Mu、受剪承载力Vu、容许挠度f、容许裂缝宽度w)S=S(Q)-力学的主要内容力学的主要内容R=R(fc,fy,A,h0,As,)-本课程的主本课程的主要内容要内容1/25/202311结构的极限状态可用下面的极限状态函数表示：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：对应的：Z=R-S0 时，时，结构处于可靠状态；结构处于可靠状态；Z=R-S=0时，结构达到极限状态；时，结构达到极限状态；Z=R-S0时，时，结构处于失效（破坏）状态。结构处于失效（破坏）状态。在在结结构构设设计计中中，不不仅仅仅仅只只考考虑虑结结构构的的承承载载能能力力，有有时时还还要要考考虑结构的适用性和耐久性，则极限状态方程可推广为：虑结构的适用性和耐久性，则极限状态方程可推广为：1/25/202312以概率理论为基础的极限状态设计以概率理论为基础的极限状态设计法法 由于实际结构中的不确定性，因此无论如何由于实际结构中的不确定性，因此无论如何设计结构，都会有失效的可能性存在，只是可设计结构，都会有失效的可能性存在，只是可能性大小不同而已。能性大小不同而已。为了科学定量的表示结构为了科学定量的表示结构可靠性可靠性的大小，采用的大小，采用概率方法概率方法是比较合理的。是比较合理的。1/25/202313实用设计表达式 原因：概率极限状态设计法计算繁复，某些统计数据也不齐全。对于一般常见的工程结构，直接采用可靠指标进行设计并无必要。由于设计人员以往已习惯于采用安全系数这种形式来进行计算，因此，建筑结构设计统一标准提出了一种便于实际使用的设计表达式，即实用设计表达式。实用设计表达式实用设计表达式中采用了以荷载和材料强度的标准值以及相应的“分项系数”来表示的方式。分项系数1/25/202314极限状态实用设计表达式的一般形式可变荷载分项系数Q永久荷载分项系数G组合值系数C荷载永久荷载G可变荷载Q对结构影响有大有小一般不会同时发生2-14a2-14b1/25/202315正常使用极限状态实用设计表达式正常使用极限状态正常使用极限状态，可靠度要求可适当降低，不需乘分项，可靠度要求可适当降低，不需乘分项系数，也不考虑结构重要性系数系数，也不考虑结构重要性系数0 按正常使用极限状态设计，主要是验算构件的变形和抗裂度或裂缝宽度。在此情况下，可变荷载作用时间的长短对于变形和 裂缝的大小显然是有影响的。1/25/202316荷载短期效应组合和长期效应组合根据实际设计工作中的需要，须区分荷载短期作用和荷载长期作用下构件的变形大小和裂缝宽度的计算。因此，根据不同的设计目的，分别考虑荷载短考虑荷载短期效应组合和长期效应组合。期效应组合和长期效应组合。1/25/202317某悬臂外伸梁如图，跨度 ，伸臂的外挑长度 ，截面尺寸 承受永久荷载标准值 ，可变荷载标准值 。组合系数 ，求悬臂外伸梁的AB跨跨中最大弯矩。ABC1/25/202318AB跨的荷载：AB跨荷载效应组合设计值取为38kN/m BC跨的荷载：1/25/2023191/25/202320