荷载与结构设计方法绪论.pptx

若干建筑工程及荷载示例3.2 极限状态风荷载：塔科马大桥风毁录像第1页/共36页3.2 极限状态海浪作用：印尼海啸录像第2页/共36页3.2 极限状态地震作用：汶川地震地震科普第3页/共36页3.2 极限状态撞击作用：911恐怖袭击第4页/共36页3.2 极限状态土侧压力：上海莲花河畔景苑建筑事故第5页/共36页3.2 极限状态上海莲花河畔景苑建筑事故（2009年6月27日）此工程位于上海闵行区莲花南路罗阳路口西侧，共有13层，建筑面积：70000平方米，占地面积：41176平方米。第6页/共36页原因 土质软 PHC管桩水平承受力小 开挖地下车库 堆土过高 天气结论建议第7页/共36页土质软 上海市一个冲积平原，土质较软，从地质条件上来讲上海有三种类型土。平均每平方米最大承载力为12吨，如苏州河一带平均每平方米最大承载力8吨，如浦东区一带平均每平方米最大承载力为5吨，就是事故发生的闵行区一带。第8页/共36页 PHC PHC管桩水平承受力小PHC管桩水平承受力的极限为7 7吨第9页/共36页 开挖地下车库建筑桩基础技术规范中明确规定，软土场地已成桩条件下，开挖基坑高度不应超过1m1m。莲花河畔景苑的建设方在7号楼建好后，要求在它的南侧离楼不到4.5m的地方，开挖了一个深达4.6m4.6m，长80m，宽40m的基坑。第10页/共36页堆土过高莲花河畔景苑的土最大承载力为5 5吨，在没有任何防护措施的情况下，堆土高度高度不应超过3m，而在既没有打围桩又没有打桩基的情况下，在7号楼的北侧堆了高达10m长80m宽10m的大概7000方的土，推算下来每平方米的土承受压力1111吨，远远大于这类土的最大承载力，从而引起了地面下312m的土很大程度上的形变，形变的土挤向四周，对桩就产生了一个非常大的推力。第11页/共36页 天气事故发生在雨季，上海的降水量大，北面土堆的重量大大增加，土层所受的压力增加，土对桩的推力就增大。同时，土层里含水量增加，使颗粒与颗粒的摩擦力减小，土的流动性增加，进一步加大了土对桩的推动力，也使桩南面的支撑力也减小。第12页/共36页开挖地下车库堆土土形变对桩的推力桩断裂下雨土含水量土的流动性土堆的重量支撑力第13页/共36页建议建议一：考虑到堆土的话，不应选用的PHC桩，其水平承载能力较差。改用灌注桩（施工时用翻插法）建议二：严格按照施工程序，先下后上。并且做好安全措施防护。建议三：建设管理单位应尽快填补体制空白，明确自己职责范围，尽到监督责任。建议四：专业工作人员，应定期进行培训，补充相关专业知识。第14页/共36页本课程具体章节3.2 极限状态第一章 绪论第二章 重力荷载第三章 风荷载第四章 地震作用第五章侧压力第六章 其他荷载与作用第七章 荷载的统计分析第八章 结构构件抗力的统计分析第九章 结构可靠度分析与计算第十章 概率极限状态设计法附录第15页/共36页第一章 术语符号及绪论（2学时）1.0 术语符号（参照建筑结构荷载规范 GB50009-2012）1.1 荷载与作用 1.工程结构的三项基本功能：一是提供能良好地为人类生活和生产服务，满足人类使用要求、审美要求的结构空间和实体。另一个是承受和抵御结构服役过程中可能出现的各种环境作用。第三是结构的耐久性要求。（时间）第16页/共36页2.结构上的作用：能使结构产生效应（结构或构件的内力、应力、位移、应变、裂缝等）的各种原因的总称。3.3.作用效应（S S）：作用在结构上产生的内力（弯矩、扭矩、剪力、压力、拉力等）和变形（挠度、扭转、弯曲、拉伸、压缩、裂缝等）。作用效应分类：荷载（直接）效应；间接作用效应。荷载效应：恒荷载效应、活荷载效应、风荷载效应等。荷载Q与荷载效应S之间，一般近似按线性关系考虑：S=CQ（C为荷载效应系数）间接作用效应：地震作用效应、温度作用效应、变形作用效应等。4.结构上作用的分类第17页/共36页结构上的作用及其分类结构上的作用及其分类3.2 极限状态第18页/共36页结构上的作用及其分类结构上的作用及其分类3.2 极限状态第19页/共36页结构上的作用及其分类结构上的作用及其分类3.2 极限状态第20页/共36页结构上的作用及其分类结构上的作用及其分类3.2 极限状态第21页/共36页结构上的作用及其分类结构上的作用及其分类3.2 极限状态第22页/共36页荷载分类荷载分类3.2 极限状态第23页/共36页荷载分类荷载分类3.2 极限状态第24页/共36页荷载代表值荷载代表值3.2 极限状态第25页/共36页荷载代表值荷载代表值3.2 极限状态第26页/共36页荷载代表值荷载代表值3.2 极限状态第27页/共36页荷载代表值荷载代表值3.2 极限状态第28页/共36页工程结构设计理论演变简况工程结构设计理论演变简况3.2 极限状态u容许应力设计法容许应力设计法容许应力设计法是建立在弹性理论基础上的设计方法。其表达式为：容许应力设计法是建立在弹性理论基础上的设计方法。其表达式为：式中，式中，构件在使用阶段构件在使用阶段(使用荷载作用下使用荷载作用下)截面上的最大应力；截面上的最大应力；材料的容许应力。材料的容许应力。容许应力设计法计算简单，但其有许多问题：容许应力设计法计算简单，但其有许多问题：没有考虑材料塑性性质。没有考虑材料塑性性质。没有对作用阶段给出明确的定义，也就是使用期间荷载的取值原则规定得没有对作用阶段给出明确的定义，也就是使用期间荷载的取值原则规定得不明确。不明确。把影响结构可靠的各种因素把影响结构可靠的各种因素(荷载的变异、施工的缺陷、计算公式的误差等荷载的变异、施工的缺陷、计算公式的误差等)统统归结在反映材料性质的容许应力统统归结在反映材料性质的容许应力 上，显然不够合理。上，显然不够合理。的取值无科学根据，纯属经验的，历史上曾多次提高过材料的容许应的取值无科学根据，纯属经验的，历史上曾多次提高过材料的容许应力值。力值。按容许应力法设计的构件是否安全可靠，无法用实验来验证。按容许应力法设计的构件是否安全可靠，无法用实验来验证。第29页/共36页工程结构设计理论演变简况工程结构设计理论演变简况3.2 极限状态u 破损阶段设计法破损阶段设计法 针对容许应力设计法存在的缺陷，之后出现了假定材料均已达到塑性状针对容许应力设计法存在的缺陷，之后出现了假定材料均已达到塑性状态，依据截面所能抵抗的破损内力建立的计算公式。其设计表达式为：态，依据截面所能抵抗的破损内力建立的计算公式。其设计表达式为：式中，式中，构件最终破坏时的承载能力；构件最终破坏时的承载能力；安全系数，用来考虑影响结构安全的所有因素。安全系数，用来考虑影响结构安全的所有因素。优点为：优点为：它可以反映材料的塑性性质，结束了长期以来假定混凝土为弹性体的局面。它可以反映材料的塑性性质，结束了长期以来假定混凝土为弹性体的局面。采用一个安全系数，使构件有了总的安全度的概念。采用一个安全系数，使构件有了总的安全度的概念。它以承载能力值它以承载能力值(如如 )为依据，其计算值是否正确可由实验检验。为依据，其计算值是否正确可由实验检验。第30页/共36页工程结构设计理论演变简况工程结构设计理论演变简况3.2 极限状态 苏联曾把该理论用下式来表达：苏联曾把该理论用下式来表达：式中，式中，M正常使用时，由各种荷载正常使用时，由各种荷载 所产生的截面内力；所产生的截面内力；a反映截面尺寸等的尺寸函数；反映截面尺寸等的尺寸函数；k安全系数安全系数 ，材料强度的平均值。材料强度的平均值。破损阶段理论仍存在一些重大缺点：破损阶段理论仍存在一些重大缺点：破损阶段计算，构件的承载力是得以保证，但却无法了解构件在正常使用破损阶段计算，构件的承载力是得以保证，但却无法了解构件在正常使用时能否满足正常使用要求。时能否满足正常使用要求。安全系数安全系数K的取值仍须经验确定，并无严格的科学依据。的取值仍须经验确定，并无严格的科学依据。采用笼统的单一安全系数，无法就不同荷载、不同材料结构件安全的影响采用笼统的单一安全系数，无法就不同荷载、不同材料结构件安全的影响加以区别对待，不能正确地度量结构的安全度。加以区别对待，不能正确地度量结构的安全度。荷载荷载 的取值仍然也是经验值；的取值仍然也是经验值；表达式中采用的材料强度是平均值，它不能正确反映材料强度的变异程度，表达式中采用的材料强度是平均值，它不能正确反映材料强度的变异程度，显然也是不够合理的。显然也是不够合理的。第31页/共36页工程结构设计理论演变简况工程结构设计理论演变简况3.2 极限状态u多系数多系数极限状态设计法极限状态设计法由于破损阶段理论仍有许多缺点，进一步发展的极限状态理论应运由于破损阶段理论仍有许多缺点，进一步发展的极限状态理论应运而生。极限状态的主要概念是明确结构或构件进入某种状态后就丧失而生。极限状态的主要概念是明确结构或构件进入某种状态后就丧失其原有功能，这种状态呗成为极限状态。当时曾提出其原有功能，这种状态呗成为极限状态。当时曾提出3种极限状态：种极限状态：承载力极限状态，挠度极限状态，裂缝开展宽度极限状态、其表达式承载力极限状态，挠度极限状态，裂缝开展宽度极限状态、其表达式为：为：优点：客服了破损理论无法了解构件在正常使用时能否满足正常使用要求的缺陷承载力极限状态挠度极限状态裂缝开展宽度极限状态第32页/共36页工程结构设计理论演变简况工程结构设计理论演变简况3.2 极限状态u概率极限状态设计法概率极限状态设计法概率极限状态设计法是以概率理论为基础，将作用效应概率极限状态设计法是以概率理论为基础，将作用效应和影响结构抗力的主要因素作为随机变量，根据统计分析和影响结构抗力的主要因素作为随机变量，根据统计分析确定可靠概率来度量结构可靠性的结构设计方法。其特点确定可靠概率来度量结构可靠性的结构设计方法。其特点是有明确的、用概率尺度表达的结构可靠度的定义，通过是有明确的、用概率尺度表达的结构可靠度的定义，通过预先规定的可靠指标值，使结构各构件间，以及不同材料预先规定的可靠指标值，使结构各构件间，以及不同材料组成的结构之间有较为一致的可靠度水平。组成的结构之间有较为一致的可靠度水平。第33页/共36页工程结构设计理论演变简况工程结构设计理论演变简况3.2 极限状态u概率极限状态设计法概率极限状态设计法国际上把处理可靠度的精确程度分为国际上把处理可靠度的精确程度分为3个水准。个水准。(1)水准水准I半概率方法。半概率方法。对荷载效应和结构抗力的基本变量部分地进行对荷载效应和结构抗力的基本变量部分地进行数理统计分析，并与工程经验结合引入某些经验系数，所以尚不能定量地估数理统计分析，并与工程经验结合引入某些经验系数，所以尚不能定量地估计结构的可靠性。计结构的可靠性。(2)水准水准II近似概率法。近似概率法。该法对结构可靠性赋予概率定义，以结构的失该法对结构可靠性赋予概率定义，以结构的失效概率或可靠指标来度量结构可靠性，并建立了结构可靠度与结构极限状态效概率或可靠指标来度量结构可靠性，并建立了结构可靠度与结构极限状态方程之间的数学关系，在计算可靠指标时考虑了基本变量的概率分布类型，方程之间的数学关系，在计算可靠指标时考虑了基本变量的概率分布类型，并采用了线性化的近似手段，在设计截面时一般采用分项系数的实用设计表并采用了线性化的近似手段，在设计截面时一般采用分项系数的实用设计表达式。目前我国的达式。目前我国的工程结构可靠度设计统一标准工程结构可靠度设计统一标准(GB 501531992)、建筑结构可靠度设计统一标准建筑结构可靠度设计统一标准(GB 500682001)都采用了这种近似概率都采用了这种近似概率法，在此基础上颁布了各种结构设计的规范。法，在此基础上颁布了各种结构设计的规范。(3)水准水准III全概率法。全概率法。这是完全基于概率论的结构整体优化设计方法，这是完全基于概率论的结构整体优化设计方法，要求对整个结构采用精确的概率分析，求得结构最优失效概率作为可靠度的要求对整个结构采用精确的概率分析，求得结构最优失效概率作为可靠度的直接度量，由于这种方法无论在基础数据的统计方面还是在可靠度计算方面直接度量，由于这种方法无论在基础数据的统计方面还是在可靠度计算方面都不成熟，目前尚处于研究探索阶段。都不成熟，目前尚处于研究探索阶段。第34页/共36页课后小节与思考课后小节与思考3.2 极限状态u课程提要课程提要作用的定义及分类作用的定义及分类荷载的分类荷载的分类结构设计方法演变结构设计方法演变 第35页/共36页感谢您的观看。第36页/共36页