第2章建筑结构的基本设计原则.ppt

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1、第二章建筑结构的基本设计原则,第一节建筑结构的功能要求和极限状态 第二节极限状态设计方法,第一节建筑结构的功能要求和极限状态,一、建筑结构的功能要求1.安全性 结构在预定的使用期限内，应能承受正常施工、正常使用时可能出现的各种荷载、强迫变形(如超静定结构的支座不均匀沉降)、约束变形(如由于温度及收缩引起的构件变形受到约束时产生的变形)等的作用。在偶然荷载(如地震、强风)作用下或偶然事件(如火灾、爆炸)发生时和发生后，构件仅产生局部损坏，不发生连续倒塌。 2.适用性 结构在正常使用荷载作用下具有良好的工作性能，如不发生影响正常使用的过大挠度、永久变形和动力效应(过大的振幅和振动)，或产生令使用者

2、感到不安的裂缝宽度。,下一页,返回,第一节建筑结构的功能要求和极限状态,3.耐久性 结构在正常使用和正常维护条件下和规定的环境中以及预定的使用期限内应有足够的耐久性。如不发生由于混凝土保护层碳化或氯离子的侵入而导致的钢筋锈蚀，以致影响结构的使用寿命。,下一页,返回,上一页,第一节建筑结构的功能要求和极限状态,二、建筑结构的极限状态 结构能够满足功能要求而良好地工作，称为结构“可靠”或“有效”。反之，则为结构“不可靠”或“失效”。区分结构工作状态可靠与失效的标志是“极限状态”。极限状态是结构或构件能够满足设计规定的某一功能要求的临界状态，有明确的标志及限值。超过这一界限，结构或构件就不能再满足设

3、计规定的该项功能要求，而进入失效状态。根据功能要求，结构的极限状态可分为以下两类。 1.承载能力极限状态 结构或构件达到最大承载力或达到不适于继续承载的变形的极限状态为承载能力极限状态。 2.正常使用极限状态 结构或构件达到正常使用或耐久性的某项规定限值的极限状态为正常使用极限状态。,下一页,返回,上一页,第一节建筑结构的功能要求和极限状态,三、荷载的分类 结构上的荷载按其随时间的变异性的不同，分为以下三类。 1.永久荷载(恒荷载) 永久荷载是指在结构设计基准期内，其作用量值不随时间变化，或其变化幅度与平均值相比可以忽略不计的荷载，如结构构件自重。 2.可变荷载(活荷载) 可变荷载是指在结构设

4、计基准期内其作用量值随时间而变化，且其变化幅度与平均值相比不可忽略不计的荷载，如楼面活荷载、屋面活荷载、积灰荷载、起重机荷载、风荷载、雪荷载等。 3.偶然荷载 偶然荷载是指在结构设计基准期内不一定出现，而一旦出现其量值很大且持续时间很短的荷载，如爆炸力、撞击力等。,下一页,返回,上一页,第一节建筑结构的功能要求和极限状态,四、荷载代表值 进行结构或构件设计时，针对不同设计目的对荷载应赋予一个规定的量值，该量值即为荷载代表值。永久荷载采用标准值为代表值，可变荷载采用标准值、组合值、频遇值和准永久值为代表值，其中荷载标准值为基本代表值。 1.荷载标准值 荷载标准值是指在结构使用期间，在正常情况下可

5、能出现的最大荷载值，是建筑结构设计时采用的基本代表值。永久荷载标准值Gk可按结构构件的设计尺寸和材料重力密度计算确定，建筑结构荷载规范(GB 50009-2001)(以下简称荷载规范)中给出了常用材料和构件的自重。各种可变荷载标准值Qk可直接查荷载规范得出。,下一页,返回,上一页,第一节建筑结构的功能要求和极限状态,2.可变荷载组合值 当两种或两种以上可变荷载同时作用在结构上时，考虑到它们同时达到其标准值的可能性较小，故除产生最大作用效应的主导荷载外，其他可变荷载标准值均乘以小于1. 0的组合值系数c作为代表值，称为可变荷载组合值。3.可变荷载频遇值 对可变荷载在设计基准期内在结构上偶尔出现的

6、较大荷载，称为可变荷载频遇值。其具有持续时间较短或发生次数较少的特点，其对结构的破坏性有所减缓。可变荷载频遇值由荷载标准值乘以小于1. 0的频遇值系数f得到。,下一页,返回,上一页,第一节建筑结构的功能要求和极限状态,4.可变荷载准永久值 对可变荷载在设计基准期内经常作用的那部分可变荷载，称为可变荷载准永久值。其具有总持续时间较长的特点，对结构的影响类似于永久荷载。可变荷载准永久值由荷载标准值乘以小于1. 0的准永久值系数q得到。,返回,上一页,第二节极限状态设计方法,一、承载能力极限状态计算1.承载能力极限状态设计在极限状态设计方法中，结构构件的承载力计算应采用下列表达式: 0SR (2-1

7、) R=R(fc, fs, ak,) (2-2) 0 -结构重要性系数，见表2-l。 S -承载能力极限状态的荷载效应组合设计值。 R -结构构件的承载力设计值，在抗震设计时，应除以承载力抗震调整系数RE R() -结构构件的承载力函数; fc, fs -混凝土、钢筋的强度设计值; ak -几何参数的标准值;当几何参数的变异性对结构性能有明显的不利影响时，可另增减一个附加值。,下一页,返回,第二节极限状态设计方法,2.基本组合荷载效应组合设计值 (1)由可变荷载效应控制的组合:G -永久荷载的分项系数，应按表2-2采用;Qi -第i个可变荷载的分项系数，其中Q1为可变荷载Q1的分项系数，应按表

8、2-2采用;SGk -按永久荷载标准值Gk计算的荷载效应值;SQik -按可变荷载标准值Qik计算的荷载效应值，其中SQ1k为诸可变荷载效应中起控制作用者;,下一页,返回,上一页,第二节极限状态设计方法,ci -可变荷载Qi的组合值系数，应分别按各建筑结构设计规范的规定采用; n -参与组合的可变荷载数。(2)由永久荷载效应控制的组合: (2-4) (3)对于一般排架、框架结构，基本组合可采用简化规则，并应按下列组合值中取最不利值确定: 1)由可变荷载效应控制的组合: (2-5) (2-6),下一页,返回,上一页,第二节极限状态设计方法,2)由永久荷载效应控制的组合仍按式(2-4)式采用。 二

9、、正常使用极限状态计算 在正常使用极限状态计算中，应根据不同的设计要求，采用荷载的标准组合、频遇组合或准永久组合，按下列设计表达式进行设计: SC (2-7) 式中S-正常使用极限状态的荷载效应组合的设计值; C-结构或结构构件达到正常使用要求的规定限值，应按各有关建筑结构设计规范的规定采用。,下一页,返回,上一页,第二节极限状态设计方法,对于标准组合，荷载效应组合的设计值S按下式计算(仅适用于荷载与荷载效应为线性的情况): (2-8) 对于频遇组合，荷载效应组合的设计值可按下式计算: (2-9) 式中：f1 -可变荷载Q1的频遇值系数; qi -可变荷载Qi的准永久值系数。,下一页,返回,上

10、一页,第二节极限状态设计方法,对于准永久组合，荷载效应组合值可按下式计算: (2-10)三、耐久性验算1.耐久性的概念 材料的耐久性是指材料暴露在使用环境下，抵抗各种物理和化学作用的能力。 钢筋混凝土结构长期暴露在使用环境中，会使材料的耐久性降低。影响因素主要有材料的质量、钢筋的锈蚀、混凝土的抗渗及抗冻性、除冰盐对混凝土的破坏等。 混凝土结构的耐久性应根据表2-3的使用环境类别和表2-4的设计使用年限进行设计。,下一页,返回,上一页,第二节极限状态设计方法,2.对结构混凝土的要求 对于设计使用年限为100年且处于一类环境中的混凝土结构应符合下列规定: (1)结构混凝土强度等级不应低于C30,预

11、应力混凝土结构混凝土强度等级应不低于C40。 (2)混凝土中的最大氯离子含量为0.06% (3)宜使用非碱活性骨料;当使用碱活性骨料时，混凝土中的碱含量不得超过3. 0 kg/m3。 (4)混凝土保护层厚度宜增加40%，在使用过程中宜采取表面防护、定期维护等有效措施。,下一页,返回,上一页,第二节极限状态设计方法,(5)处于严寒及寒冷地区潮湿环境中的结构混凝土应满足抗冻要求，混凝土抗冻等级应符合有关标准的要求。 (6)有抗渗要求的混凝土结构，混凝土的抗渗等级应符合有关标准的要求。 (7)三类环境中的结构或构件，其受力钢筋宜采用环氧涂层带肋钢筋，预应力钢筋应有防护措施，且宜采用有利于提高耐久性的高性能混凝土，混凝土强度等级不得低于C30。 (8)四类和五类环境中的混凝土结构，其耐久性要求应符合有关标准的规定。 (9)对临时性混凝土结构，可不考虑耐久性要求。 (10)未经技术鉴定或设计许可，不得改变结构的使用环境和用途。,返回,上一页,表2-1构件设计使用年限及重要性系数0,返回,表2-2基本组合的荷载分项系数,返回,表2-3混凝土结构的环境类别,返回,表2-4设计使用年限为50年的结构混凝土耐久性的基本要求,返回,