学习情境 建筑结构设计计算原则幻灯片.ppt

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1、学习情境学习情境 建筑结构设计建筑结构设计计算原则计算原则第1页，共21页，编辑于2022年，星期五n n子情境子情境子情境子情境2.1 2.1 结构的功能要求和极限状态结构的功能要求和极限状态结构的功能要求和极限状态结构的功能要求和极限状态n n子情境子情境子情境子情境2.2 2.2 概率极限状态设计方法概率极限状态设计方法概率极限状态设计方法概率极限状态设计方法n n子情境子情境子情境子情境2.3 2.3 荷载的代表值荷载的代表值荷载的代表值荷载的代表值n n子情境子情境子情境子情境2.4 2.4 极限状态的实用设计表达式极限状态的实用设计表达式极限状态的实用设计表达式极限状态的实用设计表

2、达式n n【知识目标知识目标知识目标知识目标】掌握荷载和材料各代表值，掌握结构的功能及极限掌握荷载和材料各代表值，掌握结构的功能及极限掌握荷载和材料各代表值，掌握结构的功能及极限掌握荷载和材料各代表值，掌握结构的功能及极限状态的含义；掌握结构构件承载能力、正常使用极限状态的设计表状态的含义；掌握结构构件承载能力、正常使用极限状态的设计表状态的含义；掌握结构构件承载能力、正常使用极限状态的设计表状态的含义；掌握结构构件承载能力、正常使用极限状态的设计表达式及表达式中各符号含义。达式及表达式中各符号含义。达式及表达式中各符号含义。达式及表达式中各符号含义。n n【技能目标技能目标技能目标技能目标】

3、学会荷载和材料代表值的取用，理解建筑结构学会荷载和材料代表值的取用，理解建筑结构学会荷载和材料代表值的取用，理解建筑结构学会荷载和材料代表值的取用，理解建筑结构设计基本原则；学会荷载效应设计值、标准值、组合值计算。设计基本原则；学会荷载效应设计值、标准值、组合值计算。设计基本原则；学会荷载效应设计值、标准值、组合值计算。设计基本原则；学会荷载效应设计值、标准值、组合值计算。学习情境学习情境2 建筑结构设计计算原则建筑结构设计计算原则本章主要内容本章主要内容第2页，共21页，编辑于2022年，星期五适用性安全性结构在正常使用期间应具有良好的工作性能。例如，不发生过大的变形、振幅、过宽的裂缝等，以

4、免影响正常使用。结构应能承受在正常施工和正常使用的情况下可能出现的各种作用，在设计规定的偶然事件发生时及发生后，结构仍能保持必需的整体稳定性，不致发生倒塌。结构的功能要求耐久性结构在正常使用和正常维护条件下应具有足够的耐久性能，以保证结构能够正常使用到预定的设计使用期限。结结构构设设计计的的目目的的就就是是使使所所设设计计的的结结构构在在规规定定的的设设计计使使用用年年限限内内，用用最最经经济济的的手手段段获获得得预预定定条条件件下下满满足足设设计计所所预预期期的的各各种种功功能能的的要要求求。第3页，共21页，编辑于2022年，星期五结构功能的极限状态 能够满足功能要求能够满足功能要求不能满

5、足功能要求不能满足功能要求特定状态特定状态可靠度可靠度可靠失效极限状态极限状态承承载载能能力力极极限限状状态态正正常常使使用用极极限限状状态态结构或结构构结构或结构构件达到最大承件达到最大承载能力或不适载能力或不适于继续承载的于继续承载的变形时的状态变形时的状态 结构或结构构结构或结构构件达到正常使件达到正常使用或耐久性的用或耐久性的某项规定限值某项规定限值时的状态时的状态 第4页，共21页，编辑于2022年，星期五结构上的“作用”使结构或构件产生效应(内力、变形等)的各种原因的总称直接作用间接作用是指直接以力的不同集结形式（集中力或均布力）施加在结构上的作用，通常也称为荷载。是指能够引起结构

6、外加变形和约束变形，从而产生内力效应的各种原因。第5页，共21页，编辑于2022年，星期五荷载效应荷载效应S S荷载效应是指由荷载在结构上产生的各种内力（弯矩、剪力等）和变形（挠度、裂缝等）的统称。一般情况:S=CQ 例例 简支梁承受均布荷载简支梁承受均布荷载q q作用，计算作用，计算跨度为跨度为l l，由力学计算可知其跨中弯矩，由力学计算可知其跨中弯矩 M M ，支座剪力，支座剪力V V 。M M 与与 V V S S q q Q Q 与与 C 第6页，共21页，编辑于2022年，星期五结构抗力结构抗力R R结构抗力是指结构抗力是指结构或构件承结构或构件承受各种荷载效受各种荷载效应的能力，即

7、应的能力，即承载能力和抗承载能力和抗变形能力。变形能力。R=RR=R(f fc c,f,fs s,k k)结构抗力也是一个随机变量，影响结构抗力也是一个随机变量，影响因素主要有材料性能（强度、变形因素主要有材料性能（强度、变形模量等物理力学性能）、构件几何模量等物理力学性能）、构件几何参数、配筋情况以及计算模式的精参数、配筋情况以及计算模式的精确性等。确性等。第7页，共21页，编辑于2022年，星期五适用性适用性安全性安全性 Z0,即即R S耐久性耐久性Z0,即即R S承载能力极限状态承载能力极限状态正常使用极限状态正常使用极限状态 Z=g(R,S)=R-S功能函数功能函数结构抗力结构抗力荷载

8、效应荷载效应Z=0,即即R=S可靠状态可靠状态极限状态极限状态 失效状态失效状态结构可靠工作的基本条件为结构可靠工作的基本条件为:Z0:Z0或或RSRS第8页，共21页，编辑于2022年，星期五结构的可靠性结构的可靠性在规定的时间内（设计使用年限），在规定的条件下在规定的时间内（设计使用年限），在规定的条件下（正常设计、正常施工、正常使用和维修），结构完成（正常设计、正常施工、正常使用和维修），结构完成预定功能（安全性、适用性、耐久性）的能力预定功能（安全性、适用性、耐久性）的能力 是指结构在设计使用年限内，在正常设计、施工、使用和维护的条件下完成预定功能的概率。安安全全性性、适适用用性性、耐

9、耐久久性性的的统统称称结构的可靠度结构的可靠度 结结构构完完成成预预定定功功能能的的能能力力不不能能事事先先确确定定，只只能能用用概概率率来来描描述述。第9页，共21页，编辑于2022年，星期五设计基准期和设计使用年限 是为确定荷载代表值及是为确定荷载代表值及与时间有关的材料性能与时间有关的材料性能等取值而选用的时间参等取值而选用的时间参数（我国取用的设计基数（我国取用的设计基准期为准期为5050年）。必须年）。必须说明：当结构的使用说明：当结构的使用年限达到或超过设计年限达到或超过设计基准期后，并不意味基准期后，并不意味结构立即报废，而只结构立即报废，而只意味结构的可靠度将意味结构的可靠度将

10、逐步降低。逐步降低。类别类别类别类别设计使用年限（年）设计使用年限（年）设计使用年限（年）设计使用年限（年）示示示示 例例例例1 1 1 11 1 1 15 5 5 5临时性建筑临时性建筑临时性建筑临时性建筑2 2 2 225252525易于替换的结构构件易于替换的结构构件易于替换的结构构件易于替换的结构构件 3 3 3 350505050普通房屋和构筑物普通房屋和构筑物普通房屋和构筑物普通房屋和构筑物 4 4 4 4100100100100及以上及以上及以上及以上纪念性建筑和特别重纪念性建筑和特别重纪念性建筑和特别重纪念性建筑和特别重要的建筑结构要的建筑结构要的建筑结构要的建筑结构 是设计规

11、定的一个期限，是指按规定指标设是设计规定的一个期限，是指按规定指标设计的建筑结构或构件，在正常施工、正常使计的建筑结构或构件，在正常施工、正常使用和维护下，不需进行大修即可达到其预定用和维护下，不需进行大修即可达到其预定功能要求的使用年限。功能要求的使用年限。第10页，共21页，编辑于2022年，星期五可变荷载(活荷载)永久荷载(恒荷载)在结构设计基准期内，其作用量值随时间而变化，其变化幅度与平均值相比不可忽略不计的荷载 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.(随时间的变异性分类)荷载的分类偶然荷载在结构设计基准期内不一定出现，而一旦出现其量值

12、很大且持续时间很短的荷载，第11页，共21页，编辑于2022年，星期五 荷载代表值 结构或构件设计时，需针对不同设计目的对荷载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。偶然荷载按使用的特点确定代表值。其中荷载标准值为基本代表值。第12页，共21页，编辑于2022年，星期五荷载标荷载标准值准值 荷载标准值是指在结构使用期间，在正荷载标准值是指在结构使用期间，在正常情况下可能出现的最大荷载值。常情况下可能出现的最大荷载值。永久荷载标准值永久荷载标准值G Gk k可按结构构件的设计尺寸可按结构构件的设计尺寸和材料重力密

13、度计算确定，和材料重力密度计算确定，荷载规范荷载规范中给出了中给出了常用材料和构件的自常用材料和构件的自重。重。可变荷载标准值可变荷载标准值Q Qk k可直接查可直接查荷载规范荷载规范得出。得出。第13页，共21页，编辑于2022年，星期五可变荷载组可变荷载组合值合值当结构承受两种或两种以上可变荷载时，当结构承受两种或两种以上可变荷载时，考虑它们同时达到各自最大值的可能性很小，考虑它们同时达到各自最大值的可能性很小，故除主导的可变荷载外，其他可变荷载均乘以故除主导的可变荷载外，其他可变荷载均乘以小于小于1.01.0的组合系数作为可变荷载组合值。的组合系数作为可变荷载组合值。可变荷载组合值可可变

14、荷载组合值可变荷载标准值变荷载标准值荷载组合荷载组合值系数值系数C C 荷载组合值系数可由荷载组合值系数可由荷载规范荷载规范查得查得 第14页，共21页，编辑于2022年，星期五可变荷载频遇可变荷载频遇值值 可变荷载在设计基准期内在结构上偶而出可变荷载在设计基准期内在结构上偶而出现的较大荷载，称为可变荷载频遇值。其具现的较大荷载，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。有持续时间较短或发生次数较少的特点。可变荷载频遇值可变荷可变荷载频遇值可变荷载标准值载标准值荷载频遇值系荷载频遇值系数数f f 荷载频遇值系数可由荷载频遇值系数可由荷载规范荷载规范查得查得 第15页，共21页

15、，编辑于2022年，星期五可变荷载准可变荷载准永久值永久值在设计基准期内经常作用的可变荷载，称可变在设计基准期内经常作用的可变荷载，称可变荷载准永久值。其具有总持续时间较长的的特点，荷载准永久值。其具有总持续时间较长的的特点，对结构的影响类似于永久荷载。对结构的影响类似于永久荷载。可变荷载准永久值可变荷载准永久值可变荷载标准值可变荷载标准值荷载荷载准永久准永久值系数值系数 荷载荷载准永久准永久值系数可由值系数可由荷载规范荷载规范查得查得 第16页，共21页，编辑于2022年，星期五荷载设计值及荷载分项系数荷载设计值荷载分项系数荷载设计值荷载分项系数荷载标准值荷载标准值 由于荷载是随机由于荷载是

16、随机变量，考虑其有超过变量，考虑其有超过荷载标准值的可能性，荷载标准值的可能性，设计时将荷载标准值设计时将荷载标准值乘以一个大于乘以一个大于1 1的调的调整系数整系数 。它比荷载。它比荷载的标准值具有更大的标准值具有更大的可靠度。的可靠度。荷载类别荷载类别荷载类别荷载类别荷载特征荷载特征荷载特征荷载特征荷载分项荷载分项荷载分项荷载分项 系数系数系数系数永久荷载永久荷载永久荷载永久荷载当其效应对结构不利时当其效应对结构不利时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对由可变荷载效应控制的组合对由可变荷载效应控制的组合对由可变荷载效应控制的组合对由永久荷载效应控制的组合对由

17、永久荷载效应控制的组合对由永久荷载效应控制的组合对由永久荷载效应控制的组合1.21.21.21.21.351.351.351.35当其效应对结构有利时当其效应对结构有利时当其效应对结构有利时当其效应对结构有利时一般情况下一般情况下一般情况下一般情况下对结构的倾覆、滑移或漂浮验算对结构的倾覆、滑移或漂浮验算对结构的倾覆、滑移或漂浮验算对结构的倾覆、滑移或漂浮验算1.01.01.01.00.90.90.90.9可变荷载可变荷载可变荷载可变荷载一般情况下一般情况下一般情况下一般情况下对标准值对标准值对标准值对标准值4kN4kN4kN4kNm m m m2 2 2 2的工业房屋楼的工业房屋楼的工业房屋

18、楼的工业房屋楼面活荷载面活荷载面活荷载面活荷载1.41.41.41.41.31.31.31.3第17页，共21页，编辑于2022年，星期五材料强度的取值材料强度设计值材料强度标准值材料强度设计值材料强度标准值/材料分项系数材料分项系数 考虑由于材料强考虑由于材料强度的变异以及几度的变异以及几何参数和设计模何参数和设计模式的不定性可能式的不定性可能使结构抗力进一使结构抗力进一步降低的不利影步降低的不利影响。响。根据标准试根据标准试件用标准试件用标准试验方法测得验方法测得的具有的具有9595以上保证率以上保证率的强度值，的强度值，材料分项系数根材料分项系数根据结构可靠度分据结构可靠度分析，并考虑材

19、料析，并考虑材料质量的分布规律质量的分布规律和一定的保证率和一定的保证率确定确定。由规范或附录直接查用由规范或附录直接查用第18页，共21页，编辑于2022年，星期五承载能力极限状态实用设计表达式承载能力极限状态实用设计表达式 0S R 结构重要性系数结构重要性系数 结构构件抗力结构构件抗力设计值设计值RR（fc，fs，k）荷载效应荷载效应组合设组合设计值计值 一般排架、框架结构，可采用简化公式：一般排架、框架结构，可采用简化公式：安全等级为三级（或安全等级为三级（或年年）0.安全等级为一级（或安全等级为一级（或100年及以上年及以上）01.1 安全等级为二级（或安全等级为二级（或年年）01.

20、由永久荷载效应控制的组合：由永久荷载效应控制的组合：由可变荷载效应控制的组合：由可变荷载效应控制的组合：第19页，共21页，编辑于2022年，星期五正常使用极限状态实用设计表达式 n n统一标准统一标准规定：计算时荷载及材料强度规定：计算时荷载及材料强度均取标准值，不再考虑荷载和材料分项系数，均取标准值，不再考虑荷载和材料分项系数，也不考虑结构的重要性系数也不考虑结构的重要性系数0 0 0 0。n n设计表达式设计表达式S S C C n n荷载效应组合值荷载效应组合值S S，应根据不同的设计目的，应根据不同的设计目的，分别按荷载效应的标准组合、频遇组合和准分别按荷载效应的标准组合、频遇组合和准永久组合进行设计。永久组合进行设计。n n结构构件达到正常使用要求的规定限值结构构件达到正常使用要求的规定限值C C，例如变形限值、裂缝宽度限值等。例如变形限值、裂缝宽度限值等。第20页，共21页，编辑于2022年，星期五 结束！结束！谢谢大家！谢谢大家！第21页，共21页，编辑于2022年，星期五