砌体结构设计的基本原则.pptx
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1、会计学1砌体结构设计的基本原则砌体结构设计的基本原则3.23.2极限状态设计方法极限状态设计方法极限状态设计方法极限状态设计方法 根据现行国家标准根据现行国家标准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)(GB 500682001),砌体结构采用以概率理论为基础的,砌体结构采用以概率理论为基础的极限状态设计方法,以可靠指标度量结构构件的可靠极限状态设计方法,以可靠指标度量结构构件的可靠度,采用度,采用分项系数分项系数分项系数分项系数的设计表达式进行计算。的设计表达式进行计算。3.2.13.2.1结构的极限状态结构的极限状态结构的极限状态结构的极限状态 整个
2、结构物或结构物的一部分超过某一特定状态时整个结构物或结构物的一部分超过某一特定状态时就不能满足设计规定的某一功能要求就不能满足设计规定的某一功能要求极限状态极限状态 正常使用正常使用极限状态、极限状态、承载能力承载能力极限状态极限状态第1页/共29页n n结构上的作用结构上的作用:是指能够使结构产生是指能够使结构产生内力或变形内力或变形内力或变形内力或变形的原因。的原因。n n结构上的作用结构上的作用QQ是是随机变量随机变量随机变量随机变量,可分为,可分为直接直接作用和作用和间接间接作作用。直接作用常称为荷载,是指施加在结构上的集中力用。直接作用常称为荷载,是指施加在结构上的集中力或分布力,如
3、结构自重、楼或分布力,如结构自重、楼(屋屋)面活荷载、风荷载等。间面活荷载、风荷载等。间接作用是指能够引起结构外加变形或约束变形的原因,接作用是指能够引起结构外加变形或约束变形的原因,如温度变化、地基变形、地震等。如温度变化、地基变形、地震等。n n结构上的作用可按结构上的作用可按时间的变异时间的变异、空间位置空间位置的变异以及结的变异以及结构的构的反应反应进行分类进行分类3.2.2 3.2.2 结构上的作用效应结构上的作用效应结构上的作用效应结构上的作用效应S S及结构抗力及结构抗力及结构抗力及结构抗力R R第2页/共29页1)按时间的变异分类按时间的变异分类(1)永久作用永久作用。永久作用
4、又称为永久荷载或恒荷载,是指在设计基准期永久作用又称为永久荷载或恒荷载,是指在设计基准期50年内其量值不随时间变化,或变化与其平均值相比可以忽略不计的作年内其量值不随时间变化,或变化与其平均值相比可以忽略不计的作用。用。(2)可变作用。可变作用。可变作用又称为可变荷载或活荷载,是指在设计基准期可变作用又称为可变荷载或活荷载,是指在设计基准期50年内其量值随时间变化,且其变化与平均值相比不可忽略的作用。年内其量值随时间变化,且其变化与平均值相比不可忽略的作用。(3)偶然作用偶然作用。偶然作用是在设计基准期偶然作用是在设计基准期50年内不一定出现,而一旦出年内不一定出现,而一旦出现,则其量值很大,
5、且持续时间很短的作用。现,则其量值很大,且持续时间很短的作用。2)按空间位置的变异分类按空间位置的变异分类(1)固定作用。固定作用。固定作用是指在结构上具有固定分布的作用。固定作用是指在结构上具有固定分布的作用。(2)自由作用。自由作用。自由作用是指在结构上一定范围内可以任意分布的作用。自由作用是指在结构上一定范围内可以任意分布的作用。(3)按结构的反应分类按结构的反应分类(1)静态作用静态作用。静态作用是指对结构不产生加速度或产生的加速度很小静态作用是指对结构不产生加速度或产生的加速度很小可以忽略不计的作用。可以忽略不计的作用。(2)动态作用动态作用。动态作用是指对结构产生的加速度不可忽略的
6、作用。动态作用是指对结构产生的加速度不可忽略的作用。3.2极限状态设计方法极限状态设计方法第3页/共29页2.作用效应作用效应:由各种作用引起的结构或构件的反应,用由各种作用引起的结构或构件的反应,用S表示表示 由于作用由于作用Q为随机变量,因此作用效应为随机变量,因此作用效应S也为随机变量。也为随机变量。一般情况下,结构上的作用为荷载,荷载效应一般情况下,结构上的作用为荷载,荷载效应S与荷载与荷载Q之之间可近似按线性关系考虑,即间可近似按线性关系考虑,即 SCQ C荷载效应系数荷载效应系数 3.结构抗力:结构抗力:结构或构件承受作用效应的能力,用结构或构件承受作用效应的能力,用R表示。表示。
7、例如构件的承载力、刚度等。结构抗力与材料性能、几例如构件的承载力、刚度等。结构抗力与材料性能、几何尺寸、抗力的计算假定以及计算公何尺寸、抗力的计算假定以及计算公 式等有关。通常,结式等有关。通常,结构抗力主要取决于材料性能。当不考虑材料性能随时间的构抗力主要取决于材料性能。当不考虑材料性能随时间的v变异时,结构抗力为随机变量变异时,结构抗力为随机变量。3.2.2 结构上的作用效应结构上的作用效应S及结构抗力及结构抗力R第4页/共29页结构的功能包括以下结构的功能包括以下3个方面:个方面:(1)安全性。安全性。结构在结构在正常施工正常施工和和正常使用正常使用时能够承受可能出现时能够承受可能出现的
8、各种作用,以及在设计规定的偶然事件的各种作用,以及在设计规定的偶然事件(如强烈地震、爆炸如强烈地震、爆炸等等)发生时及发生后,仍能保持发生时及发生后,仍能保持必需的整体稳定性必需的整体稳定性。(2)适用性。适用性。结构在正常使用时具有结构在正常使用时具有良好的工作性能良好的工作性能,不出现,不出现影响正常使用的过大变形和过宽裂缝。影响正常使用的过大变形和过宽裂缝。(3)耐久性。耐久性。结构在结构在正常维护下正常维护下具有足够的耐久性能,不发生具有足够的耐久性能,不发生影响结构使用寿命的冻融、侵蚀破坏等现象。影响结构使用寿命的冻融、侵蚀破坏等现象。安全性、适用性和耐久性安全性、适用性和耐久性总称
9、总称为结构的为结构的可靠性可靠性。即结。即结构在规定的构在规定的设计使用年限内设计使用年限内,在,在正常正常设计、设计、正常正常施工、施工、正常正常使用和使用和正常正常维护维护条件条件下,完成预定功能的下,完成预定功能的能力能力。3.2.3 结构的可靠度和可靠度指标结构的可靠度和可靠度指标第5页/共29页结构的功能结构的功能:结构在规定的设计使用年限表内应满足的各种要求:结构在规定的设计使用年限表内应满足的各种要求类类 别别结构的设计使用年结构的设计使用年(年年)示示 例例15临时性结构临时性结构225易于替换的结构构件易于替换的结构构件350普通房屋和构筑物普通房屋和构筑物4100纪念性建筑
10、和特别重要的建筑结构纪念性建筑和特别重要的建筑结构 结构设计使用年限结构设计使用年限:由于荷载效应由于荷载效应S和结构的抗力和结构的抗力R的的随机随机性,性,结构满足或不满足其功能要求是事件也是结构满足或不满足其功能要求是事件也是随机随机的,的,结构的可靠性可用结构的可靠性可用概率概率来度量,即结构完成预定功能的概率来度量,即结构完成预定功能的概率=可靠度可靠度3.2.3 结构的可靠度和可靠度指标结构的可靠度和可靠度指标第6页/共29页2.结构的可靠概率和失效概率,结构的可靠概率和失效概率,结构完成预定功能的工作状态可用结结构完成预定功能的工作状态可用结构的功能函数构的功能函数Z来描述来描述
11、Z=RS 当当Z0时,则结构能完成预定的功能,处于可靠状态;时,则结构能完成预定的功能,处于可靠状态;当当Z0时,结构不能完成预定的功能,处于失效状态;时,结构不能完成预定的功能,处于失效状态;当当Z=0时,即结构抗力时,即结构抗力R等于作用效应等于作用效应S时,则结构处于极限状态。时,则结构处于极限状态。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 或或 RS 由于结构抗力由于结构抗力R和作用效应和作用效应S是随机变量,结构的功能函数是随机变量,结构的功能函数Z也是也是随机变量。设随机变量。设z、R、和、和S分别为分别为Z、R和和S的平均值;的平均值;Z、R和和S分分别为别为Z、
12、R和和S的标准差。的标准差。则由概率理论可知:则由概率理论可知:3.2.3 结构的可靠度和可靠度指标结构的可靠度和可靠度指标第7页/共29页结构的失效概率结构的失效概率Pf为:为:Pf=结构的可靠概率结构的可靠概率PS为:为:PS=结构的失效概率结构的失效概率Pf与可靠概率与可靠概率S的关系为:的关系为:PS+Pf=1 或或 PS=1-Pf 3.2.3 结构的可靠度和可靠度指标结构的可靠度和可靠度指标第8页/共29页 结构构件失效概率与可靠指标的关系3.2.3 结构的可靠度和可靠度指标结构的可靠度和可靠度指标 可采用结构的失效概率可采用结构的失效概率Pf或者是结构的可靠概或者是结构的可靠概率率
13、PS来度量结构的可靠来度量结构的可靠性。一般采用失效概率性。一般采用失效概率Pf来度量结构的可靠性,来度量结构的可靠性,3.结构的可靠指标结构的可靠指标 计算失效概率计算失效概率Pf比较复比较复杂,故引入可靠指标杂,故引入可靠指标代替失效概率代替失效概率Pf,度量结构的可靠性。度量结构的可靠性。2.73.23.74.2Pf3.410-36.810-41.010-41.310-5 可靠指标与失效概率Pf的对应值 第9页/共29页 可靠指标可靠指标 为结构的功能函数为结构的功能函数Z的平均值的平均值 与其标准差与其标准差 之比,之比,即:即:=可靠指标可靠指标 值越大,失效概率值越大,失效概率Pf
14、值就越小,即结构就越可靠。故将值就越小,即结构就越可靠。故将 称为可靠指标。称为可靠指标。可靠指标可靠指标 和失效概率和失效概率Pf对应的数值关系对应的数值关系3.2.3 结构的可靠度和可靠度指标结构的可靠度和可靠度指标第10页/共29页4.结构的安全等级与目标可靠指标,在结构的安全等级与目标可靠指标,在进行建筑结构设计时,应根据结构破坏可能产生的后果,即危及人的生命、造成经济损失、产生社会影响等严重性程度,采用不同的安全等级。进行建筑结构设计时,应根据结构破坏可能产生的后果,即危及人的生命、造成经济损失、产生社会影响等严重性程度,采用不同的安全等级。建筑结构安全等级的划分应符合表的要求建筑结
15、构安全等级的划分应符合表的要求安全等级破坏后果建筑物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表3-3 建筑结构的安全等级 同一建筑物中的各种结构构件宜与整个结构采用相同的安全等级。同一建筑物中的各种结构构件宜与整个结构采用相同的安全等级。如果提高某一结构构件的安全等级所增加费用很少,又能减轻整个结构的破坏,减少人员伤亡和财产损失,则将该结构构件的安全等级提高一级;如果提高某一结构构件的安全等级所增加费用很少,又能减轻整个结构的破坏,减少人员伤亡和财产损失,则将该结构构件的安全等级提高一级;相反,某一结构构件的破坏不会影响整个结构或其他的构件,则可将其安全等级降低一级
16、,但不得低于三级。相反,某一结构构件的破坏不会影响整个结构或其他的构件,则可将其安全等级降低一级,但不得低于三级。3.2.3 结构的可靠度和可靠度指标结构的可靠度和可靠度指标第11页/共29页 为了使所设计的结构既安全可靠,又经济合理,则结构的失效概率为了使所设计的结构既安全可靠,又经济合理,则结构的失效概率Pf应小应小到人们可以接受的程度到人们可以接受的程度 结构的目标可靠指标结构的目标可靠指标 主要与结构的主要与结构的安全等级安全等级和和破坏类型破坏类型有关。有关。结构构件破坏前有明显的变形或其他预兆,即属于结构构件破坏前有明显的变形或其他预兆,即属于延性延性破坏;破坏;结构构件破坏前无明
17、显的变形或其他预兆,具有突发性属于脆性破坏。结构构件破坏前无明显的变形或其他预兆,具有突发性属于脆性破坏。破坏类型破坏类型安全等级安全等级一一 级级二二 级级三三 级级延性破坏延性破坏3.73.22.7脆性破坏脆性破坏4.23.73.2结构构件承载能力极限状态的目标可靠指标结构构件承载能力极限状态的目标可靠指标3.2.3 结构的可靠度和可靠度指标结构的可靠度和可靠度指标第12页/共29页 规范规范采用分项系数的设计表达式进行设计。即结采用分项系数的设计表达式进行设计。即结构构件设计时不直接计算可靠指标构构件设计时不直接计算可靠指标,而是按,而是按规范规范给给定的定的各分项系数各分项系数进行计算
18、,则所设计的结构构件隐含的可进行计算,则所设计的结构构件隐含的可靠指标靠指标 可以满足不小于目标可靠指标可以满足不小于目标可靠指标 要求要求三、极限状态设计法1.结构极限状态的定义和分类结构极限状态的定义和分类 结构能完成预定功能的结构能完成预定功能的可靠状态可靠状态与其不能完成预定与其不能完成预定功能的功能的失效状态失效状态的界限,称为的界限,称为极限状态极限状态。结构或构件超过某一特定状态就不能满足设计规定结构或构件超过某一特定状态就不能满足设计规定的某一功能要求,则此特定状态称为该功能的极限状态。的某一功能要求,则此特定状态称为该功能的极限状态。3.2.3 结构的可靠度和可靠度指标结构的
19、可靠度和可靠度指标第13页/共29页1)承载能力极限状态:当结构或其构件达到最大承载力,或达到不承载能力极限状态:当结构或其构件达到最大承载力,或达到不适于继续承载的变形时。适于继续承载的变形时。结构或其构件出现下列状态之一:结构或其构件出现下列状态之一:(1)结构发生滑移、倾覆或漂浮等不稳定情况。结构发生滑移、倾覆或漂浮等不稳定情况。(2)结构构件因材料强度结构构件因材料强度(包括疲劳强度包括疲劳强度)不足而发生破坏。不足而发生破坏。(3)结构或构件因产生过大的塑性变形而不适用于继续承载。结构或构件因产生过大的塑性变形而不适用于继续承载。(4)结构形成机动体系而丧失承载能力。结构形成机动体系
20、而丧失承载能力。(5)结构或构件丧失稳定。结构或构件丧失稳定。2)正常使用极限状态:当结构或其构件达到正常使用或耐久性能的正常使用极限状态:当结构或其构件达到正常使用或耐久性能的某项规定限值时。某项规定限值时。结构或其构件出现下列状态之一:结构或其构件出现下列状态之一:(1)变形过大,影响正常使用和外观。变形过大,影响正常使用和外观。(2)裂缝较宽,影响耐久性或使人心理上产生不可接受的感觉。裂缝较宽,影响耐久性或使人心理上产生不可接受的感觉。(3)振动过大,影响正常使用。振动过大,影响正常使用。3.2.3 结构的可靠度和可靠度指标结构的可靠度和可靠度指标第14页/共29页2.结构设计要求结构设
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- 结构设计 基本原则
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