结构设计基本原理.pptx

G G 在结构使用期间，其值不随时间变化，或在结构使用期间，其值不随时间变化，或其变化与平均值相比可以忽略不计的荷载。也其变化与平均值相比可以忽略不计的荷载。也称恒荷载或恒载。比如结构自重或土压力等。称恒荷载或恒载。比如结构自重或土压力等。Q Q 在结构使用期间，其值随时间变化，或其变在结构使用期间，其值随时间变化，或其变化与平均值相比不可以忽略不计的荷载。也称化与平均值相比不可以忽略不计的荷载。也称活荷载或活载。比如楼面活载、屋面活载、雪活荷载或活载。比如楼面活载、屋面活载、雪荷载、风荷载、吊车荷载等。荷载、风荷载、吊车荷载等。在结构使用期间不一定出现，而一旦出现在结构使用期间不一定出现，而一旦出现,其量其量值很大而持续时间较短的荷载。比如爆炸力、值很大而持续时间较短的荷载。比如爆炸力、撞击力等。撞击力等。a.a.永久荷载永久荷载b.b.可变荷载可变荷载c.c.偶然荷载偶然荷载荷载分类荷载分类按时间变异分类按时间变异分类第1页/共35页按空间变异分类按空间变异分类a.固定荷载固定荷载在结构空间位置上具有固定的分布；在结构空间位置上具有固定的分布；b.可动荷载可动荷载在结构空间位置一定范围内可以任意分布。在结构空间位置一定范围内可以任意分布。a.静态荷载静态荷载对结构不产生动力效应，或小的可以忽略；对结构不产生动力效应，或小的可以忽略；b.动态荷载动态荷载对结构产生动力效应，且不可以忽略。对结构产生动力效应，且不可以忽略。按照结构的反应分类按照结构的反应分类第2页/共35页结构计算时，需根据不同的设计要求采用不同的荷载数值。结构计算时，需根据不同的设计要求采用不同的荷载数值。荷载基本代表值。指在结构使用期间，在正常情荷载基本代表值。指在结构使用期间，在正常情况下出现具有一定保证率的最大荷载。况下出现具有一定保证率的最大荷载。当结构同时承受两种或两种以上可变荷载时，当结构同时承受两种或两种以上可变荷载时，除主导荷载（产生荷载效应最大的荷载）取除主导荷载（产生荷载效应最大的荷载）取标准值，其他伴随荷载取小于其标准值的组标准值，其他伴随荷载取小于其标准值的组合值为代表值。合值为代表值。在设计基准期内经常作用在结构上的可变在设计基准期内经常作用在结构上的可变荷载。荷载。作用于结构上时而出现，持续时间较短的较作用于结构上时而出现，持续时间较短的较大可变荷载。大可变荷载。a.a.荷载标准值荷载标准值b.b.可变荷载组合值可变荷载组合值c.c.可变荷载准永久值可变荷载准永久值d.d.可变荷载频遇值可变荷载频遇值荷载的代表值荷载的代表值f.f.荷载设计值荷载设计值 设计时采用的值。设计时采用的值。一般取一般取GG=1.2=1.2 恒恒k k 1.4 1.4 活活k k第3页/共35页恒荷载恒荷载标准值标准值按构件或材料单位体积（或单位面积）自重平均值确定。按构件或材料单位体积（或单位面积）自重平均值确定。Gk体积容重 楼面及屋面活荷载楼面及屋面活荷载标准值标准值1.1.民用建筑楼面活载见民用建筑楼面活载见规范规范。对多、高层，荷载满布且达到。对多、高层，荷载满布且达到最大值可能性很小，应适当折减。最大值可能性很小，应适当折减。2.2.屋面均布活载分屋面均布活载分“上人上人”和和“不上人不上人”两类。两类。3.3.雪荷载雪荷载基本雪压。见基本雪压。见规范规范雪荷载标准值雪荷载标准值屋面积雪分布系数，即基本雪压换算为屋面水平投屋面积雪分布系数，即基本雪压换算为屋面水平投影面上的雪荷载的换算系数。影面上的雪荷载的换算系数。4.4.风荷载风荷载风荷载标准值风荷载标准值基本风压，见基本风压，见规范规范风压高度变化系数风压高度变化系数风荷载体型系数，风荷载体型系数，+为压为压力，力，-为吸力为吸力高度高度z z处风振系数处风振系数屋面均布活载不与雪荷载同时考虑，设计时取其中较大值。屋面均布活载不与雪荷载同时考虑，设计时取其中较大值。第4页/共35页第5页/共35页第6页/共35页第7页/共35页第8页/共35页第9页/共35页第10页/共35页第11页/共35页第12页/共35页第13页/共35页2.2 2.2 极限状态设计法极限状态设计法结构功能要求结构功能要求在在设计基准期（设计基准期（一般一般5050年年，也有，也有100100和和2525年）内，满足功能年）内，满足功能要求，即要求，即安全性安全性(S S 00：uZ=R-SZ=R-S00：uZ=R-SZ=R-S=0=0：处于可靠状态；处于可靠状态；处于不可靠状态，即失效；处于不可靠状态，即失效；处于极限状态，此方程称极限状态方程处于极限状态，此方程称极限状态方程第14页/共35页结构可靠度理论结构可靠度理论在规定的时间内（一般为在规定的时间内（一般为5050年），在规定年），在规定的条件下（正常设计、正常施工和正常使的条件下（正常设计、正常施工和正常使用），完成预定功能的概率，称为结构的用），完成预定功能的概率，称为结构的可靠度，即可靠概率。可靠度，即可靠概率。安全性、适用性、耐久性安全性、适用性、耐久性结构的可靠度结构的可靠度第15页/共35页 建筑物的重要度与基准期建筑物的重要度与基准期我国将建筑物的重要程度分为三级，不同级别在计算中取不同的重要我国将建筑物的重要程度分为三级，不同级别在计算中取不同的重要度系数度系数0 0 ：一级，破坏后果极其严重，属于重要的建筑物；一级，破坏后果极其严重，属于重要的建筑物；0 0=1.1=1.1二级，破坏后果比较严重，属于一般的建筑物；二级，破坏后果比较严重，属于一般的建筑物；0 0=1.0=1.0三级，破坏后果相对不严重，属于比较次要的建筑物。三级，破坏后果相对不严重，属于比较次要的建筑物。0 0=0.9=0.9结构的设计基准期结构的设计基准期1.1.结构保证其设计可靠度指标的时间期限成为设计基准期，即在基准期结构保证其设计可靠度指标的时间期限成为设计基准期，即在基准期内，结构的可靠度指标完全满足设计要求；内，结构的可靠度指标完全满足设计要求；2.2.设计基准期是测算最大荷载重现期的基本期限；设计基准期是测算最大荷载重现期的基本期限；3.3.在超过设计基准期后，并非意味着结构的失效，而是其可靠度有所降在超过设计基准期后，并非意味着结构的失效，而是其可靠度有所降低，因此基准期不能等同于建筑物的使用寿命；低，因此基准期不能等同于建筑物的使用寿命；4.4.我国对于多数建筑物的设计基准期均为我国对于多数建筑物的设计基准期均为5050年，特殊建筑物可以除外；年，特殊建筑物可以除外；第16页/共35页极限状态极限状态结构或构件达到正常使用或耐久性能的某结构或构件达到正常使用或耐久性能的某项规定限值。如过大变形、开裂、振动等。项规定限值。如过大变形、开裂、振动等。结构或构件达到最大承载力或产生不适于结构或构件达到最大承载力或产生不适于继续承载的变形。如倾覆、疲劳破坏、压继续承载的变形。如倾覆、疲劳破坏、压屈等。屈等。b.b.正常使用极限状态正常使用极限状态a.a.承载能力极限状态承载能力极限状态我国结构设计是以概率理论为基础的极限状态设计法。我国结构设计是以概率理论为基础的极限状态设计法。整个结构或结构的一部分超过某一特定状态，或整个结构或结构的一部分超过某一特定状态，或不能满足设计规定的某一功能要求的特定状态。不能满足设计规定的某一功能要求的特定状态。极限状态设计法极限状态设计法第17页/共35页规范设计表达式规范设计表达式g g0 结构重要性系数正常使用极限状态，可靠度要求可适当降低，所有分项系数取1.0第18页/共35页材料强度设计值材料强度设计值第19页/共35页1.1.承载能力极限状态表达式（承载能力极限状态表达式（P34-37P34-37）极限状态设计表达式极限状态设计表达式b.b.由永久荷载控制的效应组合由永久荷载控制的效应组合a.a.由可变荷载控制的效应组合由可变荷载控制的效应组合永久荷载和可变荷载分项系数。见永久荷载和可变荷载分项系数。见规范规范。式中：式中：S S ：荷载效应，：荷载效应，G G：恒荷载的荷载效应系数，：恒荷载的荷载效应系数，Q Q：活荷载分项系数，：活荷载分项系数，G Gk k：恒荷载标准值，恒荷载标准值，Q Q1k1k ：最大的活荷载的标准值，：最大的活荷载的标准值，：其他活荷载的组合系数，查附表：其他活荷载的组合系数，查附表5-25-2，一般为，一般为0.70.7，Q Qikik：其他活荷载的标准值：其他活荷载的标准值第20页/共35页对于荷载分项系数：对于荷载分项系数：永久荷载的分项系数永久荷载的分项系数G G：当其效应对结构不利时，当其效应对结构不利时，对由可变荷载效应控制的组合，应取对由可变荷载效应控制的组合，应取1.21.2；对由永久荷载效应控制的组合，应取对由永久荷载效应控制的组合，应取1.351.35；其效应对结构有利时其效应对结构有利时一般情况下应取一般情况下应取1.01.0；对结构的倾覆对结构的倾覆 ，滑移或漂浮验算，应取，滑移或漂浮验算，应取0.90.9；可变荷载的分项系数可变荷载的分项系数Q Q：一般情况下应取一般情况下应取1.41.4；对标准值大于对标准值大于4kN/m4kN/m2 2的工业房屋楼面结构的活荷载应取的工业房屋楼面结构的活荷载应取1.31.3；对于某些特殊情况，按建筑结构有关设计规范的规定确定。对于某些特殊情况，按建筑结构有关设计规范的规定确定。第21页/共35页结构计算时，需根据不同的设计要求采用不同的荷载数值。结构计算时，需根据不同的设计要求采用不同的荷载数值。荷载基本代表值。指在结构使用期间，在正常情荷载基本代表值。指在结构使用期间，在正常情况下出现具有一定保证率的最大荷载。况下出现具有一定保证率的最大荷载。当结构同时承受两种或两种以上可变荷载时，当结构同时承受两种或两种以上可变荷载时，除主导荷载（产生荷载效应最大的荷载）取除主导荷载（产生荷载效应最大的荷载）取标准值，其他伴随荷载取小于其标准值的组标准值，其他伴随荷载取小于其标准值的组合值为代表值。合值为代表值。在设计基准期内经常作用在结构上的可变在设计基准期内经常作用在结构上的可变荷载。荷载。作用于结构上时而出现，持续时间较短的较作用于结构上时而出现，持续时间较短的较大可变荷载。大可变荷载。a.a.荷载标准值荷载标准值b.b.可变荷载组合值可变荷载组合值c.c.可变荷载准永久值可变荷载准永久值d.d.可变荷载频遇值可变荷载频遇值荷载的代表值荷载的代表值f.f.荷载设计值荷载设计值 设计时采用的值。设计时采用的值。一般取一般取GG=1.2=1.2 恒恒k k 1.4 1.4 活活k k第22页/共35页2.2.正常使用极限状态正常使用极限状态a.a.标准组合标准组合b.b.频遇组合频遇组合c.c.准永久组合准永久组合u正常使用极限状态设计包括两个方面：正常使用极限状态设计包括两个方面：裂缝控制验算：裂缝控制验算：受弯构件挠度验算：受弯构件挠度验算：例题见P37第23页/共35页第24页/共35页本章其他知识本章其他知识1.1.普通钢筋混凝土的自重为普通钢筋混凝土的自重为24-25kn/m324-25kn/m32.2.砖砌体的自重为砖砌体的自重为19kn/m319kn/m33.3.钢材的自重为钢材的自重为78.5kn/m378.5kn/m34.4.木材的自重为木材的自重为4-9kn/m34-9kn/m35.5.粘土砖尺寸为粘土砖尺寸为240*115*53240*115*53；每；每m3m3砌体为砌体为512512块砖块砖6.6.一般上人屋面的活载标准值一般上人屋面的活载标准值2.0kn/m2.0kn/m2 2；不上人；不上人0.50.5；屋；屋 顶花园顶花园3.03.0（不包括池墙）（不包括池墙）7.7.住宅中挑出阳台的活载标准值住宅中挑出阳台的活载标准值2.5kn/m22.5kn/m2（人员密集（人员密集3.53.5），一），一般比室内大般比室内大8.8.风压的基本期是风压的基本期是5050年年9.9.雪压的基本期是雪压的基本期是5050年年10.10.荷载设计值大于标准值荷载设计值大于标准值11.11.承载能力极限应采用荷载效应的基本组合；承载能力极限应采用荷载效应的基本组合；第25页/共35页12.12.荷载准永久值小于标准值（积灰荷载除外）荷载准永久值小于标准值（积灰荷载除外）13.13.一般多层住宅设计不考虑撞击力和龙卷风；必须考一般多层住宅设计不考虑撞击力和龙卷风；必须考虑风载和活荷载虑风载和活荷载14.14.土压力和自重属静荷载（亦指恒载、永久荷载）；土压力和自重属静荷载（亦指恒载、永久荷载）；风压和积灰是活荷载风压和积灰是活荷载15.15.吊车、地震、撞击力属动荷载吊车、地震、撞击力属动荷载16.16.结构上的作用分为直接作用和间接作用；直接作用结构上的作用分为直接作用和间接作用；直接作用也称为荷载也称为荷载17.17.荷载分永久荷载、可变荷载和偶然荷载；撞击力或荷载分永久荷载、可变荷载和偶然荷载；撞击力或爆炸力属偶然荷载爆炸力属偶然荷载18.18.屋面活荷载不应于雪荷载同时考虑，取其较大者屋面活荷载不应于雪荷载同时考虑，取其较大者19.19.设计基准期是设计基准期是5050年年 第26页/共35页20.20.结构设计的使用年限结构设计的使用年限 一类一类5 5年年临时建筑临时建筑 二类二类2525年年易于替换的结构构件易于替换的结构构件 三类三类5050年年普通房屋和构筑物普通房屋和构筑物 四类四类100100年年纪念性、特别重要的建筑纪念性、特别重要的建筑21.21.建筑的安全等级建筑的安全等级 一级一级重要房屋（重要房屋（100100年）年）r ro o=1.1=1.1 二级二级一般房屋（一般房屋（5050年）年）r ro o=1.0=1.0 三级三级次要房屋（次要房屋（5 5年）年）r ro o=0.9=0.9 22.22.屋面活荷载标准值与是否上人、屋面的结构形式有关；屋面活荷载标准值与是否上人、屋面的结构形式有关；与面积大小、排水方式无关与面积大小、排水方式无关23.23.建筑物越高，受到的风荷载越大，但超过建筑物越高，受到的风荷载越大，但超过450m450m后趋于稳定后趋于稳定24.24.计算荷载效应时，永久荷载分项系数的取值：计算荷载效应时，永久荷载分项系数的取值：其效应不利时取其效应不利时取1.21.2；有利时取；有利时取1.01.0；结构抗滑坡时；结构抗滑坡时0.9 0.9 当永久荷载控制时，效应不利时取当永久荷载控制时，效应不利时取1.351.35；有利时取；有利时取1.01.025.25.计算荷载效应时，活荷载分项系数的取值：计算荷载效应时，活荷载分项系数的取值：其效应不利时取其效应不利时取1.41.4；有利时取；有利时取1.0 1.0 标准值大于标准值大于4kN/m24kN/m2的工业楼面时，取的工业楼面时，取1.31.326.26.荷载的三种组合是标准组合、频遇组合、准永久组合荷载的三种组合是标准组合、频遇组合、准永久组合27.27.超过正常使用极限状态有：超过正常使用极限状态有：影响正常使用的外观变形影响正常使用的外观变形 影响正常使用或耐久性的局部破坏影响正常使用或耐久性的局部破坏 影响正常使用的震动影响正常使用的震动 影响正常使用的其他特定状态影响正常使用的其他特定状态 第27页/共35页第28页/共35页0.08第29页/共35页第30页/共35页第31页/共35页练习一、单项选择题1.永久荷载也称恒荷载，如（）A、吊车荷载；B、楼面使用荷载；C、结构自重；D、风荷载。2.风荷载的数值与（）因素有关。A、房屋体型；B、房屋材料；C、房屋结构；D、施工方法。3.当结构或构件达到下列情况之一者，认为其达到了承载能力极限状态（）A、截面的受力性能在荷载作用过程中发生变化，结构转变成机动体系 B、影响正常使用和外观的过大的相对变形 C、某水池裂缝太大，已经漏水 D、屋面板变形过大，严重积水4.结构的功能函数(状态方程)R-S=0，表明结构处于()。A可靠状态 B失效状态C极限状态D不确定状态；5.在进行钢筋混凝土构件抗裂挠度验算时，()A荷载用设计值，材料强度采用标准值 B荷载用标准值，材料强度采用设计值 C荷载和材料强度均采用设计值D荷载和材料强度均采用标准值6.结构设计的目的在于()。A保证结构的可靠性B保证结构既具有可靠性又具有经济性 C 保证结构的经济性D保证结构的强度CCAAAD第32页/共35页二、选择题（多项选择）1.当结构或结构构件出现下列（）状态时，可认为超过了承裁力极限状态。A、整个结构或结构的一部分作为刚体失去平衡（如倾覆等）；B、结构构件或连接部位因材料强度不够而破坏；C、影响正常使用或外观的变形；D、结构转变为机动体系。2.下列（）状态应按正常使用极限状态验算。A、结构作为刚体失去平衡；B、影响耐久性能的局部损坏；C、过度的塑性变形而不适于继续使用；D、构件失去稳定。A、B、DB第33页/共35页三、判断题（对的在括号内打“”，错的打“”）1.结构构件的挠度值超过规范限值问题，属于承裁能力极限状态。（）2.砼结构设计，通常是按承裁力极限状态设计构件，必要时再按正常使用极限状态。（）3.在进行正常使用极限状态计算中荷载和材料强度均采用设计值而不是标准值（）四、填空题1.根据建筑结构的破坏后果，结构的安全等级分为 _3_ 级。2.建筑结构设计统一标准关于建筑结构的功能要求可归纳为 安全性、_适用性_、_耐久性_ 三方面的要求。3.钢筋混凝土结构设计，按极限状态设计方法进行，一类极限状态称为 _承载力极限状态_；另一类极限状态称为 _正常使用极限状态_。五、名词解释1荷载标准值 2荷载准永久值 3材料强度标准值第34页/共35页感谢您的观看。第35页/共35页