混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計的一般原則和方法

1、2014-20152014-2015學(xué)年第二學(xué)期學(xué)年第二學(xué)期混凝土結(jié)構(gòu)與砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計混凝土結(jié)構(gòu)與砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計課件制作：趙文娟課件制作：趙文娟課程主講：林上順課程主講：林上順適用班級：土木工程適用班級：土木工程20132013級級Telel-mail:E-mail:福建工程學(xué)院土木學(xué)院福建工程學(xué)院土木學(xué)院課課 程程 目目 錄錄u教學(xué)進度計劃表u考核要求u設(shè)計的原則和方法u樓蓋u單層廠房u多層框架結(jié)構(gòu)考考 核核 要要 求求平時成績+考試成績 考核方式為閉卷考試；平時成績就是各次作業(yè)的平均成績、課堂上回答問題情況和考勤情況的綜合評定?？荚噧?nèi)容比例

2、混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計的一般原則和方法：約10%；樓蓋：約35%；單層廠房：約20%；多層框架結(jié)構(gòu)：約35%?？荚囶}型比例 填空題約20%；選擇題約20%；簡答題或構(gòu)造繪圖題約20%；計算題約40%。課課 程程 說說 明明混凝土結(jié)構(gòu)（含混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計原理和混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計）和砌體結(jié)構(gòu)是土木工程專業(yè)最主要的專業(yè)基礎(chǔ)課之一；是一門關(guān)鍵的主干課程；是報考結(jié)構(gòu)工程、防災(zāi)減災(zāi)及防護工程等專業(yè)碩士研究生的考試課程；該課程的實踐性強（后續(xù)含課程設(shè)計），實用性強，與畢業(yè)設(shè)計有著很大的聯(lián)系；是今后報考“注冊結(jié)構(gòu)工程師”的一門難度較大的科目。課課 程程 要要 求求 積極配合教師上好每一節(jié)課，認真聽講，積極思考。積極參與交互

3、式教學(xué)活動中，認真完成課后作業(yè)。多給老師提寶貴意見和建議。第十章第十章 混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計的一般原則和方法混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計的一般原則和方法u10-0 本章教學(xué)目的、重點、難點u10-1 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的一般原則和方法u10-2 建筑結(jié)構(gòu)荷載u10-3 結(jié)構(gòu)的功能要求和極限狀態(tài)u10-4 按近似概率的極限狀態(tài)設(shè)計法u10-5 實用設(shè)計表達式10-0 10-0 教學(xué)目的、重點、難點教學(xué)目的、重點、難點u教學(xué)內(nèi)容 1.結(jié)構(gòu)的定義與分類； 2.結(jié)構(gòu)設(shè)計的內(nèi)容； 3.結(jié)構(gòu)的選型和布置的原則； 4.混凝土結(jié)構(gòu)的分析方法； 5.實用設(shè)計表達式。u重點、難點 重點：混凝土結(jié)構(gòu)的分析方法；實用設(shè)計表達式 難點可靠度理論

4、；概率極限狀態(tài)設(shè)計法10-1 10-1 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的一般原則和方法建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的一般原則和方法10.1.1 建筑結(jié)構(gòu)的組成和類型1 1、建筑結(jié)構(gòu)概念、建筑結(jié)構(gòu)概念（1）結(jié)構(gòu)：廣義上指房屋建筑和土木工程的建筑物、構(gòu)筑物及其相關(guān)組成部分的實體。 狹義上指各種工程實體的承重骨架。在土木工程中，由建筑材料按照一定的方式組成并能承受荷載作用的工程實體稱為工程結(jié)構(gòu)（簡稱結(jié)構(gòu)）。（2）工程結(jié)構(gòu)按使用功能的分類：建筑結(jié)構(gòu)：房屋建筑中的梁、板、柱、基礎(chǔ)及組成體系橋梁結(jié)構(gòu)：鐵路、公路中的橋梁水工結(jié)構(gòu)：水電站、水庫大壩等特種結(jié)構(gòu)：油庫、倉庫、水塔、大型水池、地下通道、地鐵、隧道等（3）建筑結(jié)構(gòu)：是建筑物的受力主體

5、，在土木工程中，主要供人們生活、學(xué)習(xí)、工作、居住以及從事各種生產(chǎn)和文化活動的結(jié)構(gòu)成為建筑結(jié)構(gòu)。2 2、建筑結(jié)構(gòu)的、建筑結(jié)構(gòu)的組成組成（1）上部結(jié)構(gòu)：水平結(jié)構(gòu)體系樓蓋、屋蓋 豎向結(jié)構(gòu)體系抗側(cè)力結(jié)構(gòu)體系（2）下部結(jié)構(gòu)：主要由地下室和基礎(chǔ)等組成水平結(jié)構(gòu)體系樓蓋和屋蓋：承受樓、屋面豎向荷載和各層水平力，然后傳遞和分配豎向結(jié)構(gòu)體系。豎向結(jié)構(gòu)體系：承受樓、屋面?zhèn)鱽淼呢Q向力和水平力傳給下部結(jié)構(gòu)，對高層建筑常稱為抗側(cè)力結(jié)構(gòu)體系。下部結(jié)構(gòu)地下室+基礎(chǔ)（把上部結(jié)構(gòu)傳來的力可靠地傳給天然地基或人工地基）。3 3、建筑結(jié)構(gòu)建筑結(jié)構(gòu)的類型的類型（1）按結(jié)構(gòu)材料分：砌體結(jié)構(gòu)、混凝土結(jié)構(gòu)、鋼結(jié)構(gòu)、組合結(jié)構(gòu)和混合結(jié)構(gòu)等。（2

6、）按結(jié)構(gòu)材料分：排架結(jié)構(gòu)、框架結(jié)構(gòu)、剪力墻結(jié)構(gòu)、框架-剪力墻結(jié)構(gòu)和筒體結(jié)構(gòu)等。組合結(jié)構(gòu)：同一構(gòu)件的不同部位由不同結(jié)構(gòu)材料組成，如鋼筋混凝土，鋼骨混凝土、鋼管混凝土、碳纖維混凝土、鋼-混凝土組合樓板等；混合結(jié)構(gòu)：不同部位的結(jié)構(gòu)構(gòu)件由兩種或兩種以上結(jié)構(gòu)材料組成的結(jié)構(gòu)，如砌體-鋼筋砼、鋼-鋼筋砼、鋼管砼-鋼筋砼。（3）按用途分（農(nóng)、工、民）（4）按體型和高度分（單、多、高、超高、大跨度）10.1.2 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的階段和內(nèi)容（1）工程建設(shè)步驟：工程勘察、工程設(shè)計、工程施工。程序：先勘察后設(shè)計，先設(shè)計后施工（2）結(jié)構(gòu)設(shè)計階段：初步設(shè)計、技術(shù)設(shè)計、施工圖設(shè)計。10-1 10-1 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的一般原則和

7、方法建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的一般原則和方法10-1 10-1 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的一般原則和方法建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的一般原則和方法10.1.3 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的一般原則結(jié)構(gòu)設(shè)計的一般原則安全、適用、耐久和經(jīng)濟合理。“三性”：安全性、實用性和耐久性，是建筑結(jié)構(gòu)應(yīng)滿足的功能要求。結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)考慮功能要求與經(jīng)濟性之間的均衡，在保證結(jié)構(gòu)可靠的前提下，設(shè)計出經(jīng)濟的、技術(shù)先進的、施工方便的結(jié)構(gòu)。10-2 10-2 建筑結(jié)構(gòu)荷載建筑結(jié)構(gòu)荷載10.2.1 結(jié)構(gòu)上的作用與荷載1 1、作用的概念、作用的概念使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生內(nèi)力、變形、應(yīng)力、應(yīng)變、裂縫的原因。2 2、作用作用的分類的分類（1）直接作用施加在結(jié)構(gòu)上的集中力或分布力，如荷載。（2）間

8、接作用引起結(jié)構(gòu)外加變形或約束的原因，如地震、基礎(chǔ)差異沉降、混凝土收縮、溫度變化等。間接作用不僅與外界因素有關(guān)，還與結(jié)構(gòu)本身的特性有關(guān)。如地震對建筑物的作用于地震加速度、結(jié)構(gòu)自身動力特性有關(guān)。 地震作用地震荷載3 3、作用作用的效應(yīng)：的效應(yīng)：作用在結(jié)構(gòu)上產(chǎn)生的反應(yīng)。如內(nèi)力（軸力、彎矩、剪力、扭矩）、變形（位移、撓度、轉(zhuǎn)角）、裂縫、應(yīng)力、應(yīng)變等。荷載效應(yīng)：作用為荷載時的作用效應(yīng)。地震效應(yīng)：作用為地震時的作用效應(yīng)。荷載與荷載效應(yīng)之間的關(guān)系：S=CQ式中 C作用效應(yīng)系數(shù)10.2.2 荷載的分類按作用時間的長短和性質(zhì)，荷載可分為三類：1）永久荷載：在設(shè)計基準期內(nèi)其量值不隨時間變化，或其變化與平均值相比可

9、以忽略不計的荷載。如：重力、土壓力、預(yù)應(yīng)力等。2）可變荷載：在設(shè)計基準期內(nèi)其量值隨時間變化，切且其變化與平均值相比不可忽略的荷載。如：樓面活荷載、吊車荷載、風(fēng)荷載、雪荷載、溫度變化等。3）偶然荷載：在設(shè)計基準期內(nèi)不一定出現(xiàn)，一旦出現(xiàn)其值很大且持續(xù)時間很短的荷載。如：爆炸力、撞擊力、罕遇的地震等。2、荷載按隨空間位置的變異分為：固定荷載和移動荷載3、荷載按結(jié)構(gòu)的反應(yīng)特點分類：靜力荷載和動荷載設(shè)計基準期作為規(guī)定荷載最大值的值域。 我國采用50年。 設(shè)計基準期是為確定可變作用及與時間有關(guān)的材料性能取值而選用的時間參數(shù)，不僅涉及可變作用（荷載），還涉及材料性能。 設(shè)計使用年限是設(shè)計規(guī)定的結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件

10、不需進行大修即可按其預(yù)定目的使用的時期。 設(shè)計基準期設(shè)計使用年限10.2.3 荷載代表值 建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范給出了四種荷載代表值：標(biāo)準值、組合值、頻遇值、準永久值。 荷載的標(biāo)準值 具有一定概率（一般為95%）的最大荷載值稱為荷載標(biāo)準值。荷載標(biāo)準值是荷載的基本代表值荷載標(biāo)準值是荷載的基本代表值。對于結(jié)構(gòu)自重可以根據(jù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計尺寸和材料的重力密度確定；可變荷載標(biāo)準值由設(shè)計使用年限內(nèi)最大荷載概率分布的某個分位值確定。 10.2.4 豎向荷載1、樓、屋面荷載（1）恒荷載：包括結(jié)構(gòu)自重和附加在結(jié)構(gòu)上的恒荷載（構(gòu)件自重、門窗自重、設(shè)備重量）等；可按實際分布情況計算結(jié)構(gòu)的荷載效應(yīng)。（2）民用建筑樓面均布活荷載

11、：按等效均布荷載方法根據(jù)房間使用功能查建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范或本教材P435附錄5確定。（3）工業(yè)建筑樓面均布活荷載：按等效均布荷載方法查建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范確定。（4）屋面活荷載：水平投影面上的均布活荷載按教材P6表10-2采用，屋面活荷載不應(yīng)與雪荷載同時組合。3、風(fēng)壓高度變化系數(shù)：在大氣層邊界層內(nèi)，風(fēng)速隨地面高度的增大而增大，風(fēng)速增大規(guī)律主要取決于地面粗糙度?，F(xiàn)行荷載規(guī)范將地面粗糙程度分為A、B、C、D四類。4、風(fēng)荷載體型系數(shù)：風(fēng)作用在建筑物表面所引起的實際壓力（或吸力）與基本風(fēng)壓的比值，正為壓力，負為吸力。 風(fēng)荷載體型系數(shù)描述了建筑物表面在穩(wěn)定風(fēng)壓靜態(tài)壓力分布規(guī)律，與建筑物的體型、尺度、周圍環(huán)境和

12、地面粗糙程度有關(guān)。教材表10-5給出部分風(fēng)荷載體型系數(shù)的建議取值。5、風(fēng)振系數(shù)：考慮脈動風(fēng)對結(jié)構(gòu)產(chǎn)生動力效應(yīng)的放大系數(shù)。與房屋自振周期、結(jié)構(gòu)的阻尼特性以及風(fēng)的脈動性能等因素有關(guān)。6、風(fēng)荷載的簡化將沿框架高度分布的風(fēng)荷載，簡化為作用于框架節(jié)點的水平荷載，并將合并于迎風(fēng)面一側(cè)。10-3 10-3 結(jié)構(gòu)的功能要求和極限狀態(tài)結(jié)構(gòu)的功能要求和極限狀態(tài)10.3.1 結(jié)構(gòu)的功能要求1 1、結(jié)構(gòu)的安全等級、結(jié)構(gòu)的安全等級 結(jié)構(gòu)的安全等級根據(jù)結(jié)構(gòu)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。 我國根據(jù)建筑結(jié)構(gòu)破壞時可能產(chǎn)生的后果嚴重與否，分為三個安全等級： 一級破壞后果很嚴重

13、、重要的建筑物； 二級破壞后果嚴重、一般的建筑物； 三級破壞后果不嚴重、次要建筑物。 對人員比較集中使用頻繁的影劇院、體育館等，安全等級宜按一級設(shè)計；建筑物中梁、柱等各類構(gòu)件的安全等級一般應(yīng)與整個建筑物的安全等級相同。10-3 10-3 結(jié)構(gòu)的功能要求和極限狀態(tài)結(jié)構(gòu)的功能要求和極限狀態(tài)10.3.1 結(jié)構(gòu)的功能要求2 2、結(jié)構(gòu)的使用年限、結(jié)構(gòu)的使用年限 設(shè)計使用年限設(shè)計規(guī)定的結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件不需進行大修即可按其預(yù)定目的使用的時期，即結(jié)構(gòu)在規(guī)定的條件下所應(yīng)達到的使用年限。一般建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計使用年限可一般建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計使用年限可為為5050年。年。各類工程結(jié)構(gòu)的設(shè)計使用年限是不應(yīng)該統(tǒng)一的。例如，橋梁應(yīng)

14、比房屋的設(shè)計使用年限長，大壩的設(shè)計使用年限更長。 注：注：結(jié)構(gòu)的設(shè)計使用年限雖與其使用壽命有聯(lián)系，但不等同。超過設(shè)計使用年限的結(jié)構(gòu)并不是不能使用，而是指它的可靠度降低了。10-3 10-3 結(jié)構(gòu)的功能要求和極限狀態(tài)結(jié)構(gòu)的功能要求和極限狀態(tài)10.3.1 結(jié)構(gòu)的功能要求3 3、建筑結(jié)構(gòu)的功能要求、建筑結(jié)構(gòu)的功能要求 設(shè)計的結(jié)構(gòu)和結(jié)構(gòu)構(gòu)件在規(guī)定的設(shè)計使用年限內(nèi)，在正常維護條件下，應(yīng)能保持其使用功能，而不需進行大修加固。應(yīng)滿足的功能要求可概括為：（1）安全性 建筑結(jié)構(gòu)應(yīng)能承受正常施工和正常使用時可能出現(xiàn)的各種荷載和變形，在偶然事件（如地震、爆炸等）發(fā)生時和發(fā)生后保持必需的整體穩(wěn)定性，不致發(fā)生倒塌。（2

15、）適用性 結(jié)構(gòu)在正常使用過程中應(yīng)具有良好的工作性。例如，不產(chǎn)生影響使用的過大變形或振幅，不發(fā)生足以讓使用者不安的過寬的裂縫等，（3）耐久性 結(jié)構(gòu)在正常維護條件下應(yīng)有足夠的耐久性，完好使用到設(shè)計規(guī)定的年限，即設(shè)計使用年限。例如，混凝土不發(fā)生嚴重分化、腐蝕、脫落、鋼筋不發(fā)生銹蝕等。10-3 10-3 結(jié)構(gòu)的功能要求和極限狀態(tài)結(jié)構(gòu)的功能要求和極限狀態(tài)10.3.2 結(jié)構(gòu)功能極限狀態(tài) 能完成預(yù)定的各功能時，結(jié)構(gòu)處于有效狀態(tài)；反之，則處于失效狀態(tài)，有效狀態(tài)和失效狀態(tài)的分界，稱為極限狀態(tài)，是結(jié)構(gòu)開始失效的標(biāo)志。極限狀態(tài)可分為兩類。 1、承載能力極限狀態(tài) 結(jié)構(gòu)或構(gòu)件達到最大承載能力或者達到不適于繼續(xù)承載的變形

16、狀態(tài)，稱為承載能力極限狀態(tài)。超過承載能力極限狀態(tài)后，結(jié)構(gòu)或構(gòu)件就不能滿足安全性的要求。 2、正常使用極限狀態(tài) 正常使用極限狀態(tài)對應(yīng)于結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件達到正常使用或耐久性能的某項規(guī)定限值。10-3 10-3 結(jié)構(gòu)的功能要求和極限狀態(tài)結(jié)構(gòu)的功能要求和極限狀態(tài)10.3.3 極限狀態(tài)方程1、承載能力極限狀態(tài)函數(shù) 承載力極限狀態(tài)函數(shù)可表示為 Z=R-S式中 R結(jié)構(gòu)構(gòu)件的抗力 S各種荷載效應(yīng)的組合值2、結(jié)構(gòu)狀態(tài) 圖圖3-13-1極限狀態(tài)方程取值示意圖極限狀態(tài)方程取值示意圖根據(jù)S、R的取值不同，可能出現(xiàn)三種情況：Z=R-S0時，結(jié)構(gòu)處于可靠狀態(tài)；Z=R-S=O時，結(jié)構(gòu)處于極限狀態(tài)；Z=R-Sx。)？ 10.7

17、 什么是保證率？什么叫結(jié)構(gòu)的可靠度和可靠指標(biāo)？我國建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計統(tǒng)一標(biāo)準對結(jié)構(gòu)可靠度是如何定義的？ 10.8 什么是結(jié)構(gòu)的功能函數(shù)？什么是結(jié)構(gòu)的極限狀態(tài)？功能函數(shù)Z0、ZO和Z=0時各表示結(jié)構(gòu)處于什么樣的狀態(tài)？ 10.9 什么是結(jié)構(gòu)可靠概率Ps和失效概率pf ？什么是目標(biāo)可靠指標(biāo)？可靠指標(biāo)與結(jié)構(gòu)失效概率有何定性關(guān)系？怎樣確定可靠指標(biāo)？為什么說我國“規(guī)范”采用的極限狀態(tài)設(shè)計法是近似概率設(shè)計方法？其主要特點是什么？思 考 題 10.10 我國“規(guī)范”承載力極限狀態(tài)設(shè)計表達式采用何種形式？說明式中各符號的物理意義及荷載效應(yīng)基本組合的取值原則。式中可靠指標(biāo)體現(xiàn)在何處？ 10.11 什么是荷載標(biāo)準值？什么

18、是活荷載的頻遇值和準永久值？什么是荷載的組合值？對正常使用極限狀態(tài)驗算，為什么要區(qū)分荷載的標(biāo)準組合和荷載的準永久組合？如何考慮荷載的標(biāo)準組合和荷載的準永久組合？ 10.12混凝土強度標(biāo)準值是按什么原則確定的？混凝土材料分項系數(shù)和強度設(shè)計值是如何確定的？ 10.13 鋼筋的強度設(shè)計值和標(biāo)準值是如何確定的？分別說明鋼筋和混凝土的強度標(biāo)準值、平均值及設(shè)計值之間的關(guān)系。1 1、一、一跨度為跨度為4m4m的簡支梁，承受自重為的簡支梁，承受自重為g gk k=3kN/m=3kN/m的均的均布線荷載布線荷載, ,再在梁的跨中作用有再在梁的跨中作用有Q Qk k=1kN=1kN的集中可變荷的集中可變荷載，安全等級取