混凝土結構設計原理ch3設計方法

1、混凝土結構設計原理混凝土結構設計原理第3章 混凝土結構設計方法 2013 TY昆明理工大學建工學院本章要點本章要點 （The Design Approach） 了解結構上的作用、作用效應和結構抗力了解結構上的作用、作用效應和結構抗力的概念及其隨機特性；的概念及其隨機特性； 了解混凝土結構設計方法的理論基礎了解混凝土結構設計方法的理論基礎 可靠度理論；可靠度理論； 掌握我國規(guī)范的設計方法掌握我國規(guī)范的設計方法概率極限狀概率極限狀 態(tài)設計法。態(tài)設計法?；炷两Y構設計原理混凝土結構設計原理第3章 混凝土結構設計方法 2013 TY昆明理工大學建工學院3.1 概概 述述 進行工程結構設計的目的是保證其

2、安全可靠、經濟合進行工程結構設計的目的是保證其安全可靠、經濟合理，滿足實際使用的各種要求理，滿足實際使用的各種要求; 然而，在實際工程結構中存在多種不確定性因素（荷然而，在實際工程結構中存在多種不確定性因素（荷載作用、結構尺寸、材料強度；計算簡圖、計算理論與實載作用、結構尺寸、材料強度；計算簡圖、計算理論與實際情況；人為錯誤等），需要盡可能詳細了解結構在不同際情況；人為錯誤等），需要盡可能詳細了解結構在不同情況下（施工、使用、破壞）可能受到的各種外界影響的情況下（施工、使用、破壞）可能受到的各種外界影響的大小和變化情況；大小和變化情況； 結構設計方法就是研究工程設計中的各種不確定性問結構設計方

3、法就是研究工程設計中的各種不確定性問題，掌握結構尺寸、材料強度等的變異情況，以便科學合題，掌握結構尺寸、材料強度等的變異情況，以便科學合理的選定結構可靠度，取得安全可靠與經濟合理之間的均理的選定結構可靠度，取得安全可靠與經濟合理之間的均衡。衡。混凝土結構設計原理混凝土結構設計原理第3章 混凝土結構設計方法 2013 TY昆明理工大學建工學院現行規(guī)范的設計方法現行規(guī)范的設計方法3.2 3.2 混凝土結構設計的基本規(guī)定混凝土結構設計的基本規(guī)定 設計基準期是為確定可變作用及與與時間有關的材料性能等設計基準期是為確定可變作用及與與時間有關的材料性能等取值而選用的取值而選用的時間參數時間參數（如，風、雪

4、；最小保護層等）（如，風、雪；最小保護層等）。混混凝土結構設計規(guī)范凝土結構設計規(guī)范取用的設計基準期為取用的設計基準期為50年年，公路鋼筋混公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規(guī)范凝土及預應力混凝土橋涵設計規(guī)范取用的設計基準期為取用的設計基準期為100年年。設計基準期設計基準期 我國現行我國現行混凝土結構設計規(guī)范混凝土結構設計規(guī)范GB 50010-2010、公路公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規(guī)范鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規(guī)范JTG D62-2004均采均采用用“以概率論為基礎的極限狀態(tài)設計法以概率論為基礎的極限狀態(tài)設計法”。分別依據。分別依據建筑結建筑結構可靠度設計統(tǒng)一標準構可靠度設

5、計統(tǒng)一標準 及及工程結構可靠性設計統(tǒng)一標準工程結構可靠性設計統(tǒng)一標準的原則制定。的原則制定?；炷两Y構設計原理混凝土結構設計原理第3章 混凝土結構設計方法 2013 TY昆明理工大學建工學院3. 建筑建筑結構的設計使用年限結構的設計使用年限100紀念性建筑和特別重要建筑紀念性建筑和特別重要建筑50普通房屋和構筑物普通房屋和構筑物25易于替換的結構構件易于替換的結構構件5臨時性結構臨時性結構結構的設計使用年限結構的設計使用年限（年）（年）結構類型結構類型類別類別4. 結構的安全等級結構的安全等級結構的安全等級表示房屋的結構的安全等級表示房屋的重要性重要性程度程度一級：一級：大型公共建筑等大型公共

6、建筑等二級：二級：一般住宅和辦公樓一般住宅和辦公樓三級：三級：小型和臨時性建筑小型和臨時性建筑建筑結構的安全等級：建筑結構的安全等級：橋涵結構的安全等級：橋涵結構的安全等級：一級：一級：特大橋、重要大橋特大橋、重要大橋二級：二級：大橋、中橋、重要小橋大橋、中橋、重要小橋三級：三級：小橋、涵洞小橋、涵洞混凝土結構設計原理混凝土結構設計原理第3章 混凝土結構設計方法 2013 TY昆明理工大學建工學院 結構能承受在正常施工、正常使用情況下可能出結構能承受在正常施工、正常使用情況下可能出現的各種作用（如荷載、溫度和收縮變形、基礎不均現的各種作用（如荷載、溫度和收縮變形、基礎不均勻沉降）勻沉降）,構件

7、不發(fā)生破壞；在偶然事件，如地震、爆構件不發(fā)生破壞；在偶然事件，如地震、爆炸發(fā)生時和發(fā)生后結構應能保持整體穩(wěn)定性炸發(fā)生時和發(fā)生后結構應能保持整體穩(wěn)定性, 防止出防止出現結構的連續(xù)倒塌，現結構的連續(xù)倒塌， 如火災發(fā)生時，結構在規(guī)定的時如火災發(fā)生時，結構在規(guī)定的時間內可保持足夠的承載力。間內可保持足夠的承載力。安全性安全性 Safety 3.3 3.3 結構的功能要求結構的功能要求 Functions of Structure 結構在正常使用期間具有良好的工作性能。如不結構在正常使用期間具有良好的工作性能。如不發(fā)生影響正常使用的過大的變形、振動，或產生讓發(fā)生影響正常使用的過大的變形、振動，或產生讓使

8、用者感到不安的過大的裂縫寬度。使用者感到不安的過大的裂縫寬度。適用性適用性 Serviceability 混凝土結構設計原理混凝土結構設計原理第3章 混凝土結構設計方法 2013 TY昆明理工大學建工學院 結構在正常使用和正常維護條件下，在設計使用結構在正常使用和正常維護條件下，在設計使用年限內，在指定的工作環(huán)境中滿足既定功能要求的年限內，在指定的工作環(huán)境中滿足既定功能要求的性能。結構要具有足夠的耐久性能，應要求結構材性能。結構要具有足夠的耐久性能，應要求結構材料的風化、腐蝕和老化不超過一定限度。料的風化、腐蝕和老化不超過一定限度。耐久性耐久性 Durability結構的可靠性結構的可靠性 r

9、eliability可靠性可靠性安全性、適用性和耐久性安全性、適用性和耐久性的總稱。的總稱?？煽啃裕嚎煽啃裕航Y構在規(guī)定的使用期限內結構在規(guī)定的使用期限內，在規(guī)定的條件下在規(guī)定的條件下（正常（正常設計、正常施工、正常使用和維護）設計、正常施工、正常使用和維護），完成預定結構功能的，完成預定結構功能的能力。能力?；炷两Y構設計原理混凝土結構設計原理第3章 混凝土結構設計方法 2013 TY昆明理工大學建工學院可靠度：可靠度：結構在規(guī)定的使用期限內，在規(guī)定的條件下結構在規(guī)定的使用期限內，在規(guī)定的條件下（正常設計、正常施工、正常使用和維護）正常設計、正常施工、正常使用和維護），完成預定結，完成預定結構

10、功能的概率。構功能的概率。 結構可靠性越高，建設造價投資越大，結構可靠性越高，建設造價投資越大， 如何在結構如何在結構可靠與經濟之間取得均衡，就是設計方法要解決的主要可靠與經濟之間取得均衡，就是設計方法要解決的主要問題。問題。3.4 3.4 結構的極限狀態(tài)結構的極限狀態(tài) Limit State混凝土結構設計原理混凝土結構設計原理第3章 混凝土結構設計方法 2013 TY昆明理工大學建工學院結構能夠滿足功能要求而良好地工作，則稱結構結構能夠滿足功能要求而良好地工作，則稱結構是是“可靠可靠”的或的或“有效有效”的的。反之，則結構為。反之，則結構為“不不可靠可靠”或或“失效失效”。整個結構或結構的一

11、部分超過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，此特定狀態(tài)稱為該功能的極限狀態(tài)。，此特定狀態(tài)稱為該功能的極限狀態(tài)。極限狀態(tài)的分類：極限狀態(tài)的分類：承載能力極限狀態(tài)承載能力極限狀態(tài)正常使用極限狀態(tài)正常使用極限狀態(tài)混凝土結構設計原理混凝土結構設計原理第3章 混凝土結構設計方法 2013 TY昆明理工大學建工學院1.1.承載力能力極限狀態(tài)承載力能力極限狀態(tài) Ultimate Limit State 結構或結構構件達到最大承載力、出現疲勞破壞、發(fā)生不結構或結構構件達到最大承載力、出現疲勞破壞、發(fā)生不適于繼續(xù)承載的變形或適于繼續(xù)

12、承載的變形或因結構局部破壞而引發(fā)的連續(xù)倒塌。因結構局部破壞而引發(fā)的連續(xù)倒塌。 承載力極限狀態(tài)設計包括以下內容：承載力極限狀態(tài)設計包括以下內容：（1 1）結構構件應進行承載力（包括失穩(wěn)）計算；）結構構件應進行承載力（包括失穩(wěn)）計算；（2 2）直接承受重復荷載的構件應進行疲勞驗算；）直接承受重復荷載的構件應進行疲勞驗算；（3 3）有抗震設防要求時，應進行抗震承載力計算；）有抗震設防要求時，應進行抗震承載力計算；（4 4）必要時尚應進行結構的傾覆、滑移、漂浮驗算；）必要時尚應進行結構的傾覆、滑移、漂浮驗算；（5 5）對于可能遭受偶然作用、且倒塌可能引起嚴重后果的重對于可能遭受偶然作用、且倒塌可能引起

13、嚴重后果的重要結構，宜進行防連續(xù)倒塌設計。要結構，宜進行防連續(xù)倒塌設計?；炷两Y構設計原理混凝土結構設計原理第3章 混凝土結構設計方法 2013 TY昆明理工大學建工學院 超過超過該極限狀態(tài)，結構就不能滿足預定的安全性功能要求。該極限狀態(tài)，結構就不能滿足預定的安全性功能要求。 結構構件或連接因所受應力超過材料強度而破壞，或因過結構構件或連接因所受應力超過材料強度而破壞，或因過 度變形而不適于繼續(xù)承載；度變形而不適于繼續(xù)承載； 結構整體或其中一部分作為剛體失去平衡（如傾覆、滑移）結構整體或其中一部分作為剛體失去平衡（如傾覆、滑移） 結構形成機動體系（超靜定結構中出現足夠多塑性鉸）結構形成機動體系

14、（超靜定結構中出現足夠多塑性鉸）； 結構或構件喪失穩(wěn)定（如細長受壓構件的壓曲失穩(wěn)）結構或構件喪失穩(wěn)定（如細長受壓構件的壓曲失穩(wěn)）； 結構因局部破壞而發(fā)生連續(xù)倒塌；結構因局部破壞而發(fā)生連續(xù)倒塌； 地基喪失承載能力而破壞；地基喪失承載能力而破壞； 結構或構件的疲勞破壞（如由于多次重復荷載而破壞）。結構或構件的疲勞破壞（如由于多次重復荷載而破壞）。1.1.承載力能力極限狀態(tài)承載力能力極限狀態(tài) Ultimate Limit State任何承載的結構和構件都需要任何承載的結構和構件都需要按承載力極限狀態(tài)進行設計按承載力極限狀態(tài)進行設計混凝土結構設計原理混凝土結構設計原理第3章 混凝土結構設計方法 201

15、3 TY昆明理工大學建工學院2.2.正常使用極限狀態(tài)正常使用極限狀態(tài) Serviceability Limit State 結構或結構構件達到正常使用的某項規(guī)定的限值或耐久性結構或結構構件達到正常使用的某項規(guī)定的限值或耐久性能的某種規(guī)定狀態(tài)。能的某種規(guī)定狀態(tài)。 正常使用極限狀態(tài)設計包括以下內容：正常使用極限狀態(tài)設計包括以下內容：（1 1）對需要控制變形的構件，應進行變形驗算；）對需要控制變形的構件，應進行變形驗算；（2 2）對不允許出現裂縫的構件，應進行混凝土拉應力驗算對不允許出現裂縫的構件，應進行混凝土拉應力驗算；（3 3）對允許出現裂縫的構件，應進行受力裂縫寬度驗算對允許出現裂縫的構件，應

16、進行受力裂縫寬度驗算；（4 4）對舒適度有要求的樓蓋結構，應進行豎向自振頻率驗算對舒適度有要求的樓蓋結構，應進行豎向自振頻率驗算?；炷两Y構設計原理混凝土結構設計原理第3章 混凝土結構設計方法 2013 TY昆明理工大學建工學院2.2.正常使用極限狀態(tài)正常使用極限狀態(tài) Serviceability Limit State 超過超過該極限狀態(tài)，結構就不能滿足預定的適用性和耐該極限狀態(tài)，結構就不能滿足預定的適用性和耐久性的功能要求。久性的功能要求。 影響正常使用或外觀變形（如吊車梁變形過大導致吊車影響正常使用或外觀變形（如吊車梁變形過大導致吊車不能平穩(wěn)開行等）；不能平穩(wěn)開行等）； 影響正常使用或耐

17、久性的局部損壞（包括裂縫）（鋼筋影響正常使用或耐久性的局部損壞（包括裂縫）（鋼筋銹蝕、不安全感、水池漏水等）；銹蝕、不安全感、水池漏水等）； 影響正常使用的振動（如過大的振動，不舒適）；影響正常使用的振動（如過大的振動，不舒適）； 影響正常使用其他特定狀態(tài)。（如相對沉降量過大）影響正常使用其他特定狀態(tài)。（如相對沉降量過大）先先承載力極限承載力極限狀態(tài)設計狀態(tài)設計然后然后據使用要求進行據使用要求進行正常使用極限狀態(tài)設計正常使用極限狀態(tài)設計混凝土結構設計原理混凝土結構設計原理第3章 混凝土結構設計方法 2013 TY昆明理工大學建工學院3.5 結構上的作用、作用效應結構上的作用、作用效應S與結構抗

18、力與結構抗力R3.5.1 結構上的作用結構上的作用（Action ）1. 定義：定義：凡能使結構產生內力、應力、位移、應變、裂縫的凡能使結構產生內力、應力、位移、應變、裂縫的因素，都稱為結構上的因素，都稱為結構上的作用作用。直接作用直接作用：荷載；：荷載；2. 分類：分類：間接作用間接作用：溫度、收縮、徐變、地基不均勻沉降、：溫度、收縮、徐變、地基不均勻沉降、 地震等。地震等。3.5.2 作用效應作用效應 S （Action Effect S） 定義：定義：作用在結構上產生的反應，如內力、應力、位移、應作用在結構上產生的反應，如內力、應力、位移、應變、裂縫等，稱為變、裂縫等，稱為作用效應作用效

19、應。 可用下式表達：可用下式表達：S = S(Q)結構力學的主要內容結構力學的主要內容如均布荷載如均布荷載q作用下的簡作用下的簡支梁，跨中彎矩為：支梁，跨中彎矩為：混凝土結構設計原理混凝土結構設計原理第3章 混凝土結構設計方法 2013 TY昆明理工大學建工學院3.5.3 結構抗力結構抗力 R （Resistant） 定義：結構抵抗作用效應的能力，稱為定義：結構抵抗作用效應的能力，稱為結構抗力結構抗力。 如受彎承載力如受彎承載力Mu、受剪承載力、受剪承載力Vu、容許撓度、容許撓度 f lim、容許裂、容許裂縫寬度縫寬度 w lim。結構抗力。結構抗力R與結構材料、截面尺寸、配筋情況等與結構材料

20、、截面尺寸、配筋情況等有關，可用下式表達：有關，可用下式表達：R = R（fc, fs, ak, ）本課程的主要內容本課程的主要內容如鋼筋混凝土適筋梁如鋼筋混凝土適筋梁的受彎承載力為：的受彎承載力為：混凝土結構設計原理混凝土結構設計原理第3章 混凝土結構設計方法 2013 TY昆明理工大學建工學院 恒載恒載 g與構件尺寸、材料容重等有關；與構件尺寸、材料容重等有關； 活載活載 q（樓面活載、雪荷載）的數值是隨（樓面活載、雪荷載）的數值是隨時在變化的；時在變化的；計算跨度計算跨度 l 的不準確。的不準確。材料強度材料強度 fy 和和 fc 的離散性；的離散性；截面尺寸截面尺寸h0和和 b 的施工

21、誤差；的施工誤差；應力應力-應變關系參數應變關系參數 k1 和和 k2。不一定絕對安全（可靠）不一定絕對安全（可靠）3.5.4 3.5.4 結構設計中的不確定性結構設計中的不確定性 Undetermined Factors in Design如對于鋼筋混凝土簡支梁：如對于鋼筋混凝土簡支梁：S為跨中彎矩：為跨中彎矩：R為梁受彎承載力：為梁受彎承載力：g+ql混凝土結構設計原理混凝土結構設計原理第3章 混凝土結構設計方法 2013 TY昆明理工大學建工學院3.6 荷載及其代表值荷載及其代表值3.6.1 荷載分類荷載分類永久荷載（恒荷載）永久荷載（恒荷載）：大小、方向、作用點不隨時間改變的荷大小、方

22、向、作用點不隨時間改變的荷 載為永久荷載，如自重、土壓力、預應載為永久荷載，如自重、土壓力、預應 力等；力等；可變荷載（活荷載）可變荷載（活荷載）：大小、方向或作用點隨時間改變而變化大小、方向或作用點隨時間改變而變化 的荷載為可變荷載，如樓面和屋面活載的荷載為可變荷載，如樓面和屋面活載、 風荷載、雪荷載、吊車荷載、車輛荷風荷載、雪荷載、吊車荷載、車輛荷載載；偶偶 然然 荷荷 載：載：結構使用期間可能不出現，一旦出現，其結構使用期間可能不出現，一旦出現，其 作用時間短、效應大的荷載為偶然荷載，作用時間短、效應大的荷載為偶然荷載， 如爆炸力，撞擊等。如爆炸力，撞擊等。 混凝土結構設計原理混凝土結構

23、設計原理第3章 混凝土結構設計方法 2013 TY昆明理工大學建工學院3.6.2 荷載代表值荷載代表值 1.標準值標準值 荷載標準值是建筑結構按極限狀態(tài)設計時采用的荷載基本荷載標準值是建筑結構按極限狀態(tài)設計時采用的荷載基本代表值。由設計基準期最大概率分布的代表值。由設計基準期最大概率分布的上限荷載分位值上限荷載分位值確定確定，該特征值稱為荷載標準值（，該特征值稱為荷載標準值（永久荷載永久荷載Gk，可變荷載可變荷載Qik）。）。按荷載標準值確定的荷載效應，稱為荷載效應標準值按荷載標準值確定的荷載效應，稱為荷載效應標準值Sk。保證率：保證率：95 混凝土結構設計原理混凝土結構設計原理第3章 混凝土

24、結構設計方法 2013 TY昆明理工大學建工學院25.0kN/m 直升飛機坪：直升飛機坪： 樓面：樓面：22.0kN/m 屋面：屋面：不上人屋面不上人屋面 上人屋面上人屋面 屋頂花園屋頂花園20.5kN/m22.0kN/m23.0kN/m 樓面和屋面荷載的標準值可查樓面和屋面荷載的標準值可查荷載規(guī)范荷載規(guī)范得到，如：得到，如： 荷載規(guī)范中的荷載規(guī)范中的荷載值不包括隔荷載值不包括隔墻重量和二次裝墻重量和二次裝修重量。修重量。 永久荷載永久荷載標準值標準值Gk可變荷載可變荷載標準值標準值Qik 永久荷載標準值永久荷載標準值Gk可按結構設計規(guī)定的尺寸和可按結構設計規(guī)定的尺寸和荷載規(guī)范荷載規(guī)范規(guī)定的材

25、料容重平均值確定。規(guī)定的材料容重平均值確定。風荷載基本風壓：風荷載基本風壓：空曠、平坦地面、離地空曠、平坦地面、離地10m、50年一遇、年一遇、10分鐘平均最大風速。分鐘平均最大風速。雪荷載基本雪壓：雪荷載基本雪壓：空曠、平坦地面、空曠、平坦地面、50年一遇最大雪壓。年一遇最大雪壓?；炷两Y構設計原理混凝土結構設計原理第3章 混凝土結構設計方法 2013 TY昆明理工大學建工學院3. 頻遇值頻遇值結構上時而出現的較大值，但小于標準結構上時而出現的較大值，但小于標準 值。計算裂縫變形時用。（建筑結構現值。計算裂縫變形時用。（建筑結構現 沒有采用，用在橋梁結構上）沒有采用，用在橋梁結構上）頻遇值頻

26、遇值 = f 標準值標準值 t / T0.14. 準永久值準永久值可變荷載中較穩(wěn)定的那一部分值。計可變荷載中較穩(wěn)定的那一部分值。計 算裂縫變形時用算裂縫變形時用。準永久值準永久值 = q 標準值標準值 t / T=0.5 t- 為設計基準期內荷載達到和超過該值的總持續(xù)時間；為設計基準期內荷載達到和超過該值的總持續(xù)時間； T-為設計基準期。為設計基準期。 2. 組合值組合值 當有兩個或兩個以上可變荷載同時作用當有兩個或兩個以上可變荷載同時作用 時的代表值時的代表值 。組合值組合值 = c 標準值標準值 混凝土結構設計原理混凝土結構設計原理第3章 混凝土結構設計方法 2013 TY昆明理工大學建工

27、學院材料強度取決于截面尺寸大小和材料強度高低。材料強度取決于截面尺寸大小和材料強度高低。材料強度分為標準值和設計值。材料強度分為標準值和設計值。3.7.1 材料強度標準值材料強度標準值保證率：保證率：95 3.7 材料強度及其取值材料強度及其取值 混凝土：混凝土： ，ckftkf 鋼筋：鋼筋： ，ykfykf 混凝土和鋼筋的強度標準值，是根據統(tǒng)計分析確定一個具混凝土和鋼筋的強度標準值，是根據統(tǒng)計分析確定一個具有一定保證率的有一定保證率的下限強度分位值下限強度分位值?；炷两Y構設計原理混凝土結構設計原理第3章 混凝土結構設計方法 2013 TY昆明理工大學建工學院3.7.2 材料強度設計值材料強

28、度設計值 混凝土：混凝土： , 鋼筋：鋼筋： ,cckc ff ctkt ff syky ff syky ff 建筑工程中：建筑工程中：橋梁工程中：橋梁工程中： 混凝土：混凝土： , 鋼筋：鋼筋： ,ckcdcff tktdcff sksdsff sksdsff -混凝土材料分項系數；建筑工程取混凝土材料分項系數；建筑工程取1.4，公路橋涵工程取，公路橋涵工程取1.45；-鋼筋的材料分項系數；建筑工程對熱軋鋼筋取鋼筋的材料分項系數；建筑工程對熱軋鋼筋取1.1，500MPa級級1.15，對鋼、鋼絞線、熱處理鋼筋取，對鋼、鋼絞線、熱處理鋼筋取1.2；公路橋；公路橋涵工程對熱軋鋼筋取涵工程對熱軋鋼筋

29、取1.2，對鋼絞線、熱處理鋼筋，對鋼絞線、熱處理鋼筋取取1.25。c s 混凝土結構設計原理混凝土結構設計原理第3章 混凝土結構設計方法 2013 TY昆明理工大學建工學院普通鋼筋強度設計值（普通鋼筋強度設計值（N/mmN/mm2 2）F FF FF F410410435435HRB500HRB500、HRBF500HRBF500360360360360HRB400HRB400、HRBF400HRBF400、RRB400RRB400300300300300HRB335HRB335、HRBF335HRBF335270270270270HPB300HPB300fyfy符號符號牌號牌號 橫向鋼筋的抗

30、拉強度設計值橫向鋼筋的抗拉強度設計值f fyvyv 應按表中應按表中f fy y 的數值取用，但用作的數值取用，但用作受剪、受剪、受扭、受沖切承載力計算時受扭、受沖切承載力計算時，其數值大于其數值大于360 N/mm360 N/mm2 2 時應取時應取360 N/mm360 N/mm2 2?；炷两Y構設計原理混凝土結構設計原理第3章 混凝土結構設計方法 2013 TY昆明理工大學建工學院結構的設計狀況結構的設計狀況（design situation) 結構設計時，應根據結構在施工和使用中的環(huán)境條件和影響，結構設計時，應根據結構在施工和使用中的環(huán)境條件和影響，區(qū)分下列四種區(qū)分下列四種設計狀況設計

31、狀況： 持久狀況持久狀況 短暫狀況短暫狀況偶然狀況偶然狀況在結構使用過程中一定出現，持在結構使用過程中一定出現，持續(xù)時間較長的狀況續(xù)時間較長的狀況在結構施工和使用過程中出現概在結構施工和使用過程中出現概率較大，而與設計使用年限相比率較大，而與設計使用年限相比持續(xù)時間很短的狀況持續(xù)時間很短的狀況在結構使用過程中出現概率很小，在結構使用過程中出現概率很小，且持續(xù)期很短的狀況且持續(xù)期很短的狀況均應均應進行承載能力極限狀進行承載能力極限狀態(tài)設計；對偶然狀況，態(tài)設計；對偶然狀況，允允許許主要承重結構因出現設主要承重結構因出現設計規(guī)定的偶然事件而局部計規(guī)定的偶然事件而局部破壞，但其剩余部分具有破壞，但其剩

32、余部分具有在一段時間內不發(fā)生連續(xù)在一段時間內不發(fā)生連續(xù)倒塌的可靠度；對持久狀倒塌的可靠度；對持久狀況，況，尚應尚應進行正常使用極進行正常使用極限狀態(tài)設計；對短暫狀況，限狀態(tài)設計；對短暫狀況，可根據需要進行正常使用可根據需要進行正常使用極限狀態(tài)設計；對偶然設極限狀態(tài)設計；對偶然設計狀況，計狀況，可不進行可不進行正常使正常使用極限狀態(tài)設計。用極限狀態(tài)設計。地震設計地震設計狀況狀況在結構使用過程遭受地震在結構使用過程遭受地震混凝土結構設計原理混凝土結構設計原理第3章 混凝土結構設計方法 2013 TY昆明理工大學建工學院結構功能的表達結構功能的表達S R 失效失效3.8極限狀態(tài)方程極限狀態(tài)方程結構功

33、能函數結構功能函數 Z = R - - SZ 0（R S) 可靠可靠 Z = 0 （R =S)極限狀態(tài)極限狀態(tài)Z 0 （R 0可靠可靠 Z R)=1Ps（Ps為可靠概率）為可靠概率）混凝土結構設計原理混凝土結構設計原理第3章 混凝土結構設計方法 2013 TY昆明理工大學建工學院平均值zf (z)反彎點zpspr可靠概率失效概率Z0Z0失效 可靠標準差正態(tài)分布正態(tài)分布 變異系數變異系數z=z/z結構功能函數結構功能函數 Z = R - - SZ 0（R S） 可靠可靠 Z = 0 （R =S）極限狀態(tài)）極限狀態(tài)Z 0 （R S） 失效失效混凝土結構設計原理混凝土結構設計原理第3章 混凝土結構設

34、計方法 2013 TY昆明理工大學建工學院b b 可靠指標可靠指標 reliability index3.9.2結構的可靠指標結構的可靠指標 現行設計方法以概率現行設計方法以概率理論為基礎，用可靠指標理論為基礎，用可靠指標度量，采用多個分項系數度量，采用多個分項系數表達。，則可靠指表達。，則可靠指標為：標為：zzb b 結構抗力的平均值和標準值；結構抗力的平均值和標準值； 作用效應的平均值和標準值。作用效應的平均值和標準值。RR 、ss 、結構可靠度設計方法要求結構設計時應滿足結構可靠度設計方法要求結構設計時應滿足 f(Z)bzzPfZ = R - Sz混凝土結構設計原理混凝土結構設計原理第3

35、章 混凝土結構設計方法 2013 TY昆明理工大學建工學院 按承載能力極限狀態(tài)設計時的可靠指標按承載能力極限狀態(tài)設計時的可靠指標 按正常使用極限狀態(tài)設計時按正常使用極限狀態(tài)設計時破壞類型破壞類型安全等級安全等級一級一級二級二級三級三級延性破壞延性破壞3.73.22.7脆性破壞脆性破壞4.23.73.2根據其可逆程度可取根據其可逆程度可取0 1.5?；炷两Y構設計原理混凝土結構設計原理第3章 混凝土結構設計方法 2013 TY昆明理工大學建工學院 根據統(tǒng)計，觸電的年死亡率為根據統(tǒng)計，觸電的年死亡率為610-6b b =3.7時，時，Pf=1.110-4，按設計使用年限，按設計使用年限50年考年考

36、慮，年失效概率為慮，年失效概率為1.110-4/50=2.210-6，b b =3.2時，時，Pf=6.910-4，按設計使用年限，按設計使用年限50年考年考慮，年失效概率為慮，年失效概率為6.910-4/50=1.310-5， 50年后并不是結構就失效，而是失效概率增加。年后并不是結構就失效，而是失效概率增加。同時，結構失效也并不表示結構倒塌，結構倒塌同時，結構失效也并不表示結構倒塌，結構倒塌也不一定造成人員傷亡。也不一定造成人員傷亡。我國對于一般工程結構，當為延性破壞時，其可我國對于一般工程結構，當為延性破壞時，其可靠指標取靠指標取b b =3.2，對脆性破壞取，對脆性破壞取b b =3.

37、7。對于重要的工程結構，應提高可靠指標。對于重要的工程結構，應提高可靠指標?；炷两Y構設計原理混凝土結構設計原理第3章 混凝土結構設計方法 2013 TY昆明理工大學建工學院 對于一般工程結構，按概率方法進行結構設計很麻煩。為簡對于一般工程結構，按概率方法進行結構設計很麻煩。為簡化設計計算，采用概率方法對以往習慣的表達式中有關化設計計算，采用概率方法對以往習慣的表達式中有關分項系分項系數數重新分析，并參照以往的工程經驗取值，由此得到與概率方重新分析，并參照以往的工程經驗取值，由此得到與概率方法相當的實用設計表達式。法相當的實用設計表達式。3.9.3 承載能力極限狀態(tài)的設計方法承載能力極限狀態(tài)的

38、設計方法 為使設計結構達到所需的可靠度，將為使設計結構達到所需的可靠度，將荷載標準值和材料強度荷載標準值和材料強度標注值采用乘（除）分項系數的方式分別進行放大和縮小標注值采用乘（除）分項系數的方式分別進行放大和縮小，得，得到設計值。由于各荷載標注值和材料強度標準值的保證率有差到設計值。由于各荷載標注值和材料強度標準值的保證率有差異，因此分項系數大小不同。異，因此分項系數大小不同。混凝土結構設計原理混凝土結構設計原理第3章 混凝土結構設計方法 2013 TY昆明理工大學建工學院 結構重要性系數；結構重要性系數； 安全等級為一級或使用年限為安全等級為一級或使用年限為100年時，年時， 安全等級為二

39、級或使用年限為安全等級為二級或使用年限為50年時，年時， 安全等級為三級或使用年限為安全等級為三級或使用年限為5年時，年時， 荷載效應組合的設計值，用基本組合或偶荷載效應組合的設計值，用基本組合或偶 然組合；然組合； 結構構件抗力設計值。結構構件抗力設計值。0 1 . 10 0 . 10 9 . 00 SR1.計算公式計算公式建筑工程中：建筑工程中：混凝土結構設計原理混凝土結構設計原理第3章 混凝土結構設計方法 2013 TY昆明理工大學建工學院荷載效應組合荷載效應組合 一般結構構件：選下列計算中一般結構構件：選下列計算中較大較大者。者。 由可變荷載控制時由可變荷載控制時 由永久荷載控制時由永

40、久荷載控制時1. 基本組合基本組合混凝土結構設計原理混凝土結構設計原理第3章 混凝土結構設計方法 2013 TY昆明理工大學建工學院式中：式中： 第第i個永久荷載分項系數，當其效應對結構不利時，個永久荷載分項系數，當其效應對結構不利時，公公 式式 中中 的的 ， 公公 式式 中中 的永久荷載的永久荷載控制為主控制為主 結構有利時，一般結構有利時，一般 情況下取情況下取1.0，驗算傾覆、滑移或漂浮時，驗算傾覆、滑移或漂浮時 取取0.9； 活載分項系數，一般情況下取活載分項系數，一般情況下取1.4，當活，當活 載標準值大于載標準值大于 的工業(yè)房屋樓面結的工業(yè)房屋樓面結 構取構取1.3； 恒載標準值

41、所產生的內力；恒載標準值所產生的內力； 活載標準值所產生的內力，活載標準值所產生的內力，i=1的活荷載的活荷載 為主導活荷載；為主導活荷載； 第第j個可變荷載的組合系數。個可變荷載的組合系數。2 . 1G 35. 1G2kN/m4jQiGikGSkQjScj混凝土結構設計原理混凝土結構設計原理第3章 混凝土結構設計方法 2013 TY昆明理工大學建工學院jL 第第j個關于結構設計使用年限的荷載調整系數?？砂聪聜€關于結構設計使用年限的荷載調整系數?？砂聪卤砣∮?。表取用。類別設計使用年限（年）150.92253501.041001.1房屋建筑結構的設計使用年限及荷載調整系數房屋建筑結構的設計使用年

42、限及荷載調整系數LLP 預應力作用分項系數。預應力作用分項系數。PS 預應力作用有關代表值的效應。預應力作用有關代表值的效應。混凝土結構設計原理混凝土結構設計原理第3章 混凝土結構設計方法 2013 TY昆明理工大學建工學院 一般排架、框架結構：選下列計算中一般排架、框架結構：選下列計算中較大較大者者 由可變荷載控制時由可變荷載控制時 由永久荷載控制時由永久荷載控制時式中：式中： 簡化式中的荷載組合系數；一般情況下簡化式中的荷載組合系數；一般情況下 取取 ，只有一個活荷載取，只有一個活荷載取 。 和和 的取值與前式相同。的取值與前式相同。 9 . 0 0 . 1 G iQ 偶然荷載的代表值不乘

43、分項系數；偶然荷載的代表值不乘分項系數；2. 偶然組合偶然組合 與偶然荷載同時出現的其他荷載采用適當的代表值；與偶然荷載同時出現的其他荷載采用適當的代表值； 各種情況下荷載效應的設計值公式由有關規(guī)范另定。各種情況下荷載效應的設計值公式由有關規(guī)范另定?；炷两Y構設計原理混凝土結構設計原理第3章 混凝土結構設計方法 2013 TY昆明理工大學建工學院n 設計方法設計方法式中：式中： 正常使用極限狀態(tài)下荷載效應組合值正常使用極限狀態(tài)下荷載效應組合值; 達正常使用要求時的變形、裂縫、應力達正常使用要求時的變形、裂縫、應力 等的限值；等的限值；SC3.9.4 按正常使用極限狀態(tài)的設計方法按正常使用極限狀

44、態(tài)的設計方法 對于正常使用極限狀態(tài)應根據不同的設計要求采用荷載的對于正常使用極限狀態(tài)應根據不同的設計要求采用荷載的標準組合標準組合、頻遇組合頻遇組合、或、或準永久組合準永久組合并按下列設計表達式進并按下列設計表達式進行設計：行設計：變形驗算表達式變形驗算表達式裂縫寬度驗算表達式裂縫寬度驗算表達式(2-20)混凝土結構設計原理混凝土結構設計原理第3章 混凝土結構設計方法 2013 TY昆明理工大學建工學院n 荷載效應組合值荷載效應組合值1. 標準組合：標準組合：主要用于當一個極限狀態(tài)被超越時將主要用于當一個極限狀態(tài)被超越時將產生嚴重的永久性損壞的情況。產生嚴重的永久性損壞的情況。2. 頻遇組合：

45、頻遇組合：主要用于當一個極限狀態(tài)被超越時將主要用于當一個極限狀態(tài)被超越時將產生局部損壞、較大變形或短暫震動等的情況。產生局部損壞、較大變形或短暫震動等的情況。3. 準永久組合：準永久組合：主要用于當長期效應是決定性因素主要用于當長期效應是決定性因素的一些情況。的一些情況。(2-21)(2-22)(2-23)混凝土結構設計原理混凝土結構設計原理第3章 混凝土結構設計方法 2013 TY昆明理工大學建工學院課堂練習課堂練習例例:某辦公樓樓面采用預應力混凝土板，安全等級為二級。板長3.3m，計算跨度3.18m，板寬0.9m，板自重2.04kN/m2，后澆混凝土層厚40mm，板底抹灰層厚20mm，可變

46、荷載取2.0kN/m2，準永久值系數0.4。試計算按承載能力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)設計時的截面彎矩設計值。 混凝土結構設計原理混凝土結構設計原理第3章 混凝土結構設計方法 2013 TY昆明理工大學建工學院【解】永久荷載標準值計算如下 自重40mm厚澆混凝土層20mm板底抹灰層 2.04kN/m2250.04=1.00 kN/m2200.02=0.40 kN/m2沿板長每延米均布荷載標準值為 可變荷載標準值為 0.93.44 kN/m2=3.1 kN/m0.92.0 kN/m2=1.8 kN/m簡支板在均布荷載作用下的彎矩為 281qlM 混凝土結構設計原理混凝土結構設計原理第3章 混凝土

47、結構設計方法 2013 TY昆明理工大學建工學院按承載能力極限狀態(tài)設計時，按可變荷載效應控制的組合彎矩設計值為按按永久荷載效應控制永久荷載效應控制的組合彎矩設計值為的組合彎矩設計值為KKQLQGGSSS1110KKQLQGGMMM1110mKNM89. 7)18. 38 . 1810 . 14 . 118. 31 . 3812 . 1 (0 . 122KKQcLQGGSSS11110KKQcLQGGMMM11110mKNM52. 7)18. 38 . 1817 . 00 . 14 . 118. 31 . 38135. 1 (0 . 122取取mKNM89. 752. 7 ,89. 7max混凝

48、土結構設計原理混凝土結構設計原理第3章 混凝土結構設計方法 2013 TY昆明理工大學建工學院按正常使用極限狀態(tài)設計時，按荷載的標準組合按荷載的準永久值組合19. 68 . 118. 3811 . 318. 38122MmkN KKQGkSSS1KKQGkMMM1KKQQGkMMM11KKQQGkSSS11mKNMk83. 418. 38 . 1814 . 018. 31 . 38122取取mKNM19. 683. 4 ,19. 6max混凝土結構設計原理混凝土結構設計原理第3章 混凝土結構設計方法 2013 TY昆明理工大學建工學院讀規(guī)范 3 基本設計規(guī)定混凝土結構設計原理混凝土結構設計原理第3章 混凝土結構設計方法 2013 TY昆明理工大學建工學院完善規(guī)范的完整性，從以構件計算為主適當完善規(guī)范的完整性，從以構件計算為主適當擴展到擴展到整體結構的設計，整體結構的設計，補充補充“結構方案結構方案”和和“結構抗倒塌設計結構抗倒塌設計”的原則的原則結構方案設計