建筑結構設計的基本原則.ppt

第一章 建筑結構的基本設計原則,本章講述了建筑結構的設計原則概率極限狀態(tài)設計法。重點應掌握掌握荷載的分類、荷載的代表值、荷載的標準值與設計值的計算方法及在設計中的應用結構的可靠性和可靠度、結構功能的極限狀態(tài)、各類極限狀態(tài)的標志、極限狀態(tài)設計實用設計表達式的意義及用法。,本章提要,1.2 結構的功能和極限狀態(tài),一、建筑結構的功能 使所設計的結構能滿足各種預定的功能要求。,1、安全性 建筑結構在正常施工和正常使用時應能承受可能出現(xiàn)的各種荷載、外加變形、約束變形的作用，以及在偶然事件（地震、火災、沖撞）發(fā)生時及發(fā)生后，仍能保持必須的整體穩(wěn)定性，不發(fā)生倒塌或連續(xù)破壞。 2、適用性 建筑結構在正常使用時，應能滿足預定的使用要求，如不發(fā)生影響正常使用的變形和裂縫寬度。 3、耐久性 建筑結構在正常維護下，材料性能雖隨時間變化，如不發(fā)生由于保護層碳化或裂縫寬度開展過多導致鋼筋銹蝕，混凝土不發(fā)生嚴重風化、老化、腐蝕而影響結構的使用壽命。,安徽暴雪壓塌合肥 5000 平方米廠房倒塌,河南省體育館，遭九級風破壞。,風災圖片,3、地震,1978年7月28日，唐山市文化路青年宮，為磚混結構的二層樓房，除四 根門柱外，全部坍塌,1978年7月28日唐山7.8級大地震,京沈鐵路胥各莊段鐵路被毀,1998年美國土木工程學會報告，美國現(xiàn)有29%以上橋梁 和1/3以上的道路老化，有2100座水壩不安全，估計需有1.3 萬億美元改善其安全狀態(tài)。 美國每年基礎設施修復費用約為這些設施總資產(chǎn)的10% ！ 發(fā)達國家土建設施耐久性問題造成的年損失，約占GDP 的1.52%，其中主要是混凝土結構的耐久性破壞。 我國土建工程耐久性現(xiàn)狀民用房屋 干濕交替的室外構件 過早銹蝕；,結構耐久性的規(guī)定,1、3040年工業(yè)廠房；203 0年 大修 海港碼頭； 2、1020年大修浪濺區(qū)最嚴重 橋梁除冰鹽侵蝕； 3、1020年大修隧道。 滲漏嚴重鋼筋保護層過薄！ 混凝土等級過低！ 鋼筋 過細！斷面過薄！,提高結構的耐久性刻不容緩,寧波北侖港碼頭混凝 土梁（建成后11年）,二、結構的極限狀態(tài),整個結構或結構的一部分超過某一特定狀態(tài)就不能滿足設計規(guī)定的某一功能要求，此狀態(tài)為該功能的極限狀態(tài)。, （一）承載力極限狀態(tài),1、整個結構或結構的一部分作為剛體失去平衡（如傾覆等）； 2、結構構件或連接因超過材料強度而破壞（包括疲勞破壞）或因過度變形而不適于繼續(xù)承載； 3、結構轉變?yōu)闄C動體系 4、 結構或結構構件喪失穩(wěn)定 （如壓屈等）； 5、地基喪失承載能力而破壞（如失穩(wěn)等）；,(二）正常使用極限狀態(tài),1、影響正常使用或外觀的變形； 2、影響正常使用耐久性能的局部破壞（包括裂縫）； 3、影響正常使用的振動； 4、影響正常使用的其他特定的狀態(tài)。,（1）過大的變形會造成房屋內(nèi)部粉刷層剝落、填充墻、隔斷墻開裂及屋面積水等后果； （2）水池、油罐等結構開裂會引起滲漏現(xiàn)象； （3）過大裂縫會影響結構耐久性； （4）過大變形和裂縫也將會使用戶心里上產(chǎn)生不安全； （5）過大晃動或振動引起人們心里上的不安，無法正常學習和工作。,這幾座呢? 世界十大“瀕?！苯ㄖ?這幾座呢? 世界“瀕?！苯ㄖ?這幾座呢? 世界“瀕?！苯ㄖ?以下何項不屬于承載能力極限狀態(tài)( ) A 結構的一部分出現(xiàn)傾覆 B 梁出現(xiàn)過大的撓度 C 梁出現(xiàn)裂縫 D 鋼筋生銹 屬于耐久性,練習：,答案：B C D, 結構上的作用,1.3結構的可靠度和極限狀態(tài)方程,1.作用效應和結構抗力,極限狀態(tài)方程,當功能函數(shù)中僅包括作用效應R和結構抗力S兩個基本變量時，可得：,當 時，結構處于可靠狀態(tài) 當 時，結構處于失效狀態(tài) 當 時，結構處于極限狀態(tài), 按時間分,(1)永久荷載-,(2)可變荷載-,(3)偶然荷載-,如結構自重、土壓力、預應力,如樓面活荷載、吊車荷載、風荷載、雪荷載、溫度變化等。,如爆炸力、撞擊力、罕遇的地震等。,（一）荷載分類,（二）荷載的代表值 1、荷載標準值 是指結構在使用期間，在正常情況下可能出現(xiàn)的最大荷載值（使其保證率達到95%）而確定的。 它是基本的代表值，其它的代表值都是以它為基礎計算的。 （1）永久荷載標準值Gk 尺寸和材料容重（查荷載規(guī)范）。, （2）可變荷載標準值Qk,查荷載規(guī)范,表1 民用建筑樓面均布活荷載標準值及其組合值、頻遇值和準永久值系數(shù),表1 民用建筑樓面均布活荷載標準值及其組合值、頻遇值和準永久值系數(shù),2、可變荷載準永久值Qq 指可變荷載中比較呆滯的部分值，即指經(jīng)常作用于結構的這樣一部分活載值。,3、可變荷載頻遇值Qf 對可變荷載，在設計基準期內(nèi)，其超越的總時間為規(guī)定的較小比率或超越次數(shù)為規(guī)定次數(shù)的荷載值。,4、可變荷載組合值Qc,荷載分布形式,均布面荷載，單位為N/或kN/。 均布線荷載，單位為N/m或kN/m。 非均布線荷載。 集中荷載，單位為N或kN。,荷載分項系數(shù)與荷載代表值的乘積 1、永久荷載設計值 2、可變荷載設計值 （或 ），當采用荷載標準值時。 （或 ），當采用荷載組合值時。,荷載設計值,由荷載引起的結構內(nèi)力,如軸力、彎矩、剪力、扭矩等，稱荷載作用效應,用S表示。 G為荷載效應系數(shù)，Q為荷載。,荷載的作用效應S,結構抗力R(resistance),結構構件的截面形式、尺寸以及材料等級確定以后，各截面將具有一定的抵抗作用效應的能力。,（一）影響抗力的主要因素有,指結構在規(guī)定的時間內(nèi)，在規(guī)定的條件下，完成預定功能的能力。,規(guī)定的條件：是指正常設計、正常施工和正常使用的條件。,規(guī)定的時間：是指設計使用年限。, 2、結構的可靠性與可靠度,結構可靠度,結構在規(guī)定的時間內(nèi)，在規(guī)定的條件下，完成預定功能概率。,3.設計基準期和設計使用年限,設計基準期T 分析結構可靠度時，為確定可變作用及與時間有關的材料性能等取值而選用的時間參數(shù)。 T=50年。,1、設計使用年限 是指設計規(guī)定的結構或結構構件不需進行大修即可按其預定目的使用的時期。,設計使用年限分類,設計使用年限的概念不同于實際壽命、耐久年限或設計基準期。,補充：結構的安全等級,根據(jù)結構破壞可能產(chǎn)生的后果，即危及人的生命、造成的經(jīng)濟損失、產(chǎn)生社會影響等的嚴重程度確定。,建筑物中各類結構構件的安全等級宜與整個結構的安全等級相同，但允許對部分結構構件根據(jù)其重要程度和綜合效益進行適當?shù)恼{整。,可靠指標是度量結構可靠性的一種量化的指標，其值越大，失效概率就越小，結構就越可靠，它與結構失效概率在數(shù)值上一一對應的關系。,1.4結構構件的可靠指標與目標可靠指標,一、承載能力極限狀態(tài)設計表達式 （一）設計表達式,1.5 極限狀態(tài)設計表達式,結構構件的重要性系數(shù)，對安全等級為一、 二、三級的結構構件，應分別取1.1、1.0、0.9；,1、可變荷載效應控制組合,2、永久荷載效應控制組合,恒載和活載分項系數(shù),荷載組合值系數(shù),（二）內(nèi)力組合設計值S表達式,(1)對由可變荷載控制的組合，當其效應對結構不利時，取1.2，有利時取1.0； (2)對由恒載效應控制的組合，取1.35； (3)對抗傾覆和滑移驗算時，取0.9。,3、恒載分項系數(shù) 取值：,4、活載分項系數(shù) 取值：,(1)一般情況下取1.4； (2)對標準值大于4KN/m2的工業(yè)房屋樓面結構的活荷載，取1.3 。,（三）內(nèi)力