《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理》課件03 設(shè)計(jì)方法

1、第三章 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法第三章 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法 Design Approach第三章 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法Questions1 What working states should be considered for practical structures? 2 How to ensure the safety and serviceability of your design? 3 What factors must be considered to ensure the safety and serviceability?第三章 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法 工程結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)需要保證安全可靠、經(jīng)濟(jì)合理 由于實(shí)際工程結(jié)構(gòu)

2、中存在多種不確定性 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法就是研究工程設(shè)計(jì)中的各種不確定性問(wèn)題，取得安全可靠與經(jīng)濟(jì)合理之間的均衡第三章 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法3.0 基本概念設(shè)計(jì)方法和內(nèi)容：第三章 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法容許應(yīng)力設(shè)計(jì)方法 allowable stress 安全系數(shù) K 是一個(gè)大于1.0的數(shù)值 K 越大，結(jié)構(gòu)安全度就越高，同時(shí)結(jié)構(gòu)材料用量也越多 為取得安全可靠與經(jīng)濟(jì)合理的均衡， 在綜合考慮各種不確定性因素影響后，可選取一個(gè)合適的安全系數(shù)。第三章 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法 材料力學(xué)研究的是：?jiǎn)我徊牧?、線彈性、簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu) 實(shí)際工程結(jié)構(gòu)遠(yuǎn)比它復(fù)雜； 如鋼筋混凝土梁的受彎，從安全角度考慮，需要確定其極限受彎承載力； 而為控制正常使用階段的裂縫和撓

3、度變形，需要確定帶裂縫工作階段的受力情況。 采用容許應(yīng)力設(shè)計(jì)方法，無(wú)法統(tǒng)一這兩方面的要求。第三章 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法 首先根據(jù)工程結(jié)構(gòu)需要滿足實(shí)際使用的各種要求(結(jié)構(gòu)的功能)對(duì)安全可靠有更具體的科學(xué)定義； 需要盡可能詳細(xì)了解結(jié)構(gòu)在不同情況下（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； 充分考慮各種外界影響：各種荷載、溫度變化、沉降、收縮徐變、地震、侵蝕、凍融等； 充分考慮結(jié)構(gòu)尺寸、材料強(qiáng)度等的變異情況，以便科學(xué)全面合理的確定結(jié)構(gòu)可靠性。采用以概率理論為基礎(chǔ)的極限狀態(tài)設(shè)計(jì)方法對(duì)建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)。第三章 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法3.1 作用與作用效應(yīng) 作用：使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生內(nèi)力和變形的原因，分為直接作用和

4、間接作用和偶然作用。（P.53）3.1 作用與作用效應(yīng)直接作用：亦稱為荷載，指施加在結(jié)構(gòu)上的各種力 永久荷載G ：在結(jié)構(gòu)使用期間，其值不隨時(shí)間變化，且其變化 與平均值相比可以考慮不計(jì)，或其變化是單調(diào)的并能趨于限值的荷載，如自重、土壓力、預(yù)應(yīng)力等。 可變荷載Q ：在結(jié)構(gòu)使用期間，其值隨時(shí)間變化，或其變化 與平均值相比不可忽略不計(jì)的荷載，如使用活荷載、風(fēng)荷載、雪荷載、汽車、水流等。第三章 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法 作用：使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生內(nèi)力和變形的原因，分為直接作用和間接作用和偶然作用。（P.53）直接作用：亦稱為荷載，指施加在結(jié)構(gòu)上的各種力。 永久荷載G ：自重、土壓力、預(yù)應(yīng)力等； 可變荷載Q ：使用活荷載、風(fēng)荷

5、載、雪荷載、汽車、水流等。間接作用：引起結(jié)構(gòu)外加變形或約束變形的原因，如混凝土的收縮徐變、地基不均勻沉降（永久）、溫度變化（可變）、環(huán)境引起材料性能退化等。偶然作用：在結(jié)構(gòu)使用期間不一定出現(xiàn)，但一旦出現(xiàn)，其值很大且持續(xù)時(shí)間很短的作用，如地震、 爆炸力、車船撞擊力。3.1 作用與作用效應(yīng)3.1 作用與作用效應(yīng)第三章 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法 作用效應(yīng)(S)：結(jié)構(gòu)上的作用使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的內(nèi)力（彎矩、剪力、扭矩）和變形、裂縫的統(tǒng)稱。（P.53）作用（荷載）效應(yīng)= 作用（荷載）效應(yīng)系數(shù)（C ) *荷載值 P.43承擔(dān)均布荷載q的簡(jiǎn)支梁，其跨中彎矩 M=1/8*ql2，則荷載效應(yīng)系數(shù)C= 1/8*l2 。3.1 作用與

6、作用效應(yīng)3.1 作用與作用效應(yīng)第三章 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法3.2 結(jié)構(gòu)的功能3.2 結(jié)構(gòu)的功能 Functions of Structure 安全性 Safety (P.51) 如（MMu） 結(jié)構(gòu)在預(yù)定的使用期間內(nèi)（design life 一般為50年），應(yīng)能承受在正常施工、正常使用情況下可能出現(xiàn)的各種荷載、外加變形（如超靜定結(jié)構(gòu)的支座不均勻沉降）、約束變形（如溫度和收縮變形受到約束時(shí)）等的作用。 在偶然事件（如地震、爆炸）發(fā)生時(shí)和發(fā)生后，結(jié)構(gòu)應(yīng)能保持整體穩(wěn)定性，不應(yīng)發(fā)生倒塌或連續(xù)破壞而造成生命財(cái)產(chǎn)的嚴(yán)重?fù)p失。第三章 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法3.2 結(jié)構(gòu)的功能 適用性 Serviceability 結(jié)構(gòu)在正常使用

7、期間，不需對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行維修（或少量維修）和加固的情況下，具有良好的工作性能，能繼續(xù)正常使用。 如不發(fā)生影響正常使用的過(guò)大的變形（撓度、側(cè)移）、振動(dòng)（頻率、振幅），或產(chǎn)生讓使用者感到不安的過(guò)大的裂縫寬度。第三章 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法3.2 結(jié)構(gòu)的功能 耐久性 Durability 結(jié)構(gòu)在預(yù)定的使用期限內(nèi)，不需對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行維修（或少量維修）和加固的情況下，結(jié)構(gòu)的適應(yīng)性和安全性仍滿足預(yù)定功能要求的能力。 如（wmax wmax） 在各種因素的影響下（混凝土碳化、鋼筋銹蝕），結(jié)構(gòu)的承載力和剛度不應(yīng)隨時(shí)間有過(guò)大的降低，而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)在其預(yù)定使用期間內(nèi)喪失安全性和適用性，降低使用壽命。第三章 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法3.2 結(jié)構(gòu)的功

8、能 魯棒性 Robust魯棒性指控制系統(tǒng)在一定的參數(shù)攝動(dòng)下，維持某些性能的特性。結(jié)構(gòu)的魯棒性是指在意外事件和極端災(zāi)害下整體結(jié)構(gòu)尚有足夠的生存空間而不發(fā)生連續(xù)倒塌的性能。 一般結(jié)構(gòu)僅須滿足防連續(xù)倒塌的概念要求。通過(guò)概念設(shè)計(jì)，保證結(jié)構(gòu)具有足夠的魯棒性。P.80 安全等級(jí)為一級(jí)的重要結(jié)構(gòu)及由政府或業(yè)主確定的必須增強(qiáng)抗災(zāi)能力的結(jié)構(gòu)，其防連續(xù)倒塌設(shè)計(jì)需定量設(shè)計(jì)。第三章 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法3.2 結(jié)構(gòu)的功能 魯棒性 Robust 通過(guò)概念設(shè)計(jì)，保證結(jié)構(gòu)具有足夠的魯棒性。P.80（1）采取減小偶然作用效應(yīng)的措施；（2）采取使重要構(gòu)件及關(guān)鍵傳力部位避免直接遭受偶然作用的措施；（3）在結(jié)構(gòu)容易遭受偶然作用影響的區(qū)域增

9、加冗余約束，布置備用傳力途徑；（4）增強(qiáng)重要構(gòu)件及關(guān)鍵傳力部位、疏散通道及避難空間結(jié)構(gòu)的承載力和變形性能；（5）配置貫通水平、豎向構(gòu)件的鋼筋，采取有效的連接措施并與周邊構(gòu)件可靠地錨固；（6）通過(guò)設(shè)置結(jié)構(gòu)縫，控制可能發(fā)生連續(xù)倒塌的范圍。第三章 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法3.2 結(jié)構(gòu)的功能 魯棒性 Robust漩口中學(xué)第三章 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法3.2 結(jié)構(gòu)的功能 結(jié)構(gòu)的可靠性 reliability 可靠性安全性、適用性、耐久性和魯棒性的總稱。 就是指結(jié)構(gòu)在規(guī)定的使用期限內(nèi)（design life=50年），在規(guī)定的條件下（正常設(shè)計(jì)、正常施工、正常使用和維護(hù)），完成預(yù)定結(jié)構(gòu)功能的能力。 (P.37) 結(jié)構(gòu)可靠性越高，

10、建設(shè)造價(jià)投資越大。 如何在結(jié)構(gòu)可靠與經(jīng)濟(jì)之間取得均衡，就是設(shè)計(jì)方法要解決的問(wèn)題。第三章 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法3.2 結(jié)構(gòu)的功能 顯然這種可靠與經(jīng)濟(jì)的均衡受到多方面的影響，如國(guó)家經(jīng)濟(jì)實(shí)力、設(shè)計(jì)工作壽命(design life)、維護(hù)和修復(fù)等。 規(guī)范規(guī)定的設(shè)計(jì)方法，是這種均衡的最低限度，也是國(guó)家法律。 設(shè)計(jì)人員可以根據(jù)具體工程的重要程度、使用環(huán)境和情況，以及業(yè)主的要求，提高設(shè)計(jì)水準(zhǔn)，增加結(jié)構(gòu)的可靠度。 經(jīng)濟(jì)的概念不僅包括第一次建設(shè)費(fèi)用，還應(yīng)考慮維修，損失及修復(fù)的費(fèi)用，乃至可能對(duì)社會(huì)和經(jīng)濟(jì)所造成的影響第三章 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法3.3 極限狀態(tài)3.3 極限狀態(tài) Limit State (P.35) 結(jié)構(gòu)能夠滿足功能

11、要求而良好地工作，則稱結(jié)構(gòu)是“可靠”的或“有效”的。反之，則結(jié)構(gòu)為“不可靠”或“失效”。 整個(gè)結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)的一部分超過(guò)某一特定狀態(tài)就不能滿足設(shè)計(jì)規(guī)定的某一功能要求，此特定狀態(tài)為該功能的極限狀態(tài)。 區(qū)分結(jié)構(gòu)“可靠”與“失效”的臨界工作狀態(tài)稱為“極限狀態(tài)”第三章 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法3.3 極限狀態(tài)3.3 極限狀態(tài) Limit State (P.35) 結(jié)構(gòu)能夠滿足功能要求而良好地工作，則稱結(jié)構(gòu)是“可靠”的或“有效”的。反之，則結(jié)構(gòu)為“不可靠”或“失效”。 區(qū)分結(jié)構(gòu)“可靠”與“失效”的臨界工作狀態(tài)稱為“極限狀態(tài)”適用性 耐久性正常使用極限狀態(tài)不適用性 不耐久性安全性魯棒性承載能力極限狀態(tài) 不安全第三章 結(jié)構(gòu)

12、設(shè)計(jì)方法承載力能力極限狀態(tài) Ultimate Limit State超過(guò)該極限狀態(tài)，結(jié)構(gòu)就不能滿足預(yù)定的安全性功能要求。An ultimate limit state occurs at the collapse, or partial collapse, of a structure. 結(jié)構(gòu)或構(gòu)件達(dá)到最大承載力（包括疲勞）； 結(jié)構(gòu)整體或其中一部分作為剛體失去平衡（如傾覆、滑移）； 結(jié)構(gòu)塑性變形過(guò)大而不適于繼續(xù)使用； 結(jié)構(gòu)形成幾何可變體系（超靜定結(jié)構(gòu)中出現(xiàn)足夠多塑性鉸）； 結(jié)構(gòu)或構(gòu)件喪失穩(wěn)定（如細(xì)長(zhǎng)受壓構(gòu)件的壓曲失穩(wěn)）； 結(jié)構(gòu)因局部破壞而發(fā)生連續(xù)倒塌。（新規(guī)范增加內(nèi)容）3.3 極限狀態(tài)第三章

13、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法承載力能力極限狀態(tài) Ultimate Limit State承載能力極限狀態(tài)的驗(yàn)算應(yīng)包括下列內(nèi)容：結(jié)構(gòu)構(gòu)件應(yīng)進(jìn)行承載力（包括穩(wěn)定性）計(jì)算；直接承受重復(fù)荷載的構(gòu)件應(yīng)進(jìn)行疲勞驗(yàn)算；有抗震設(shè)防要求時(shí)，應(yīng)進(jìn)行抗震承載力驗(yàn)算；必要時(shí)尚應(yīng)進(jìn)行結(jié)構(gòu)的傾覆、滑移、漂浮驗(yàn)算；對(duì)于可能遭受偶然作用，且倒塌可能引起嚴(yán)重后果的重要結(jié)構(gòu)，直接進(jìn)行防連續(xù)倒塌設(shè)計(jì)。3.3 極限狀態(tài)第三章 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法3.3 極限狀態(tài)正常使用極限狀態(tài) Serviceability Limit State 超過(guò)該極限狀態(tài)，結(jié)構(gòu)就不能滿足預(yù)定的適用性和耐久的功能要求。 An serviceability limit state is

14、 produced by excessive the deflection, cracking, or vibration. 過(guò)大的變形、側(cè)移（影響非結(jié)構(gòu)構(gòu)件、不安全感、不能正常使用（吊車）等）； 過(guò)大的裂縫（鋼筋銹蝕、不安全感、漏水等）； 過(guò)大的振動(dòng)（不舒適）； 其他正常使用要求的其他特定狀態(tài)。第三章 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法3.3 極限狀態(tài)正常使用極限狀態(tài) Serviceability Limit State正常使用極限狀態(tài)的驗(yàn)算應(yīng)包括下列內(nèi)容：對(duì)需要控制變形的構(gòu)件，應(yīng)進(jìn)行變形驗(yàn)算；對(duì)使用上限制出現(xiàn)裂縫的構(gòu)件，應(yīng)進(jìn)行混凝土拉應(yīng)力驗(yàn)算；對(duì)允許出現(xiàn)裂縫的構(gòu)件，應(yīng)進(jìn)行受力裂縫寬度驗(yàn)算；對(duì)有舒適度要求的樓蓋結(jié)

15、構(gòu)，應(yīng)進(jìn)行豎向自振頻率驗(yàn)算（新增內(nèi)容）。第三章 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法3.3 極限狀態(tài)正常使用極限狀態(tài) Serviceability Limit State對(duì)大跨度混凝土樓蓋結(jié)構(gòu)應(yīng)進(jìn)行豎向自振頻率驗(yàn)算，其自振頻率宜符合下列要求：a. 住宅和公寓不宜低于5Hz；b. 辦公樓和旅館不宜低于4Hz；c. 大跨度公共建筑不宜3Hz；d. 工業(yè)建筑及有特殊要求的建筑應(yīng)根據(jù)使用功能提出要求。第三章 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法3.3 極限狀態(tài) An ultimate limit state is necessary to determine the maximum load carrying capacity of a struc

16、ture. An serviceability limit state is necessary to ensure satisfactory behavior under working load condition.第三章 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法3.3 極限狀態(tài)結(jié)構(gòu)功能的表達(dá) P.35安全性 承載能力極限狀態(tài) 不安全適用性 耐久性正常使用極限狀態(tài)不適用性 不耐久性Z=R-S=0 極限狀態(tài)Z=R-S 0 可靠 Z：結(jié)構(gòu)的功能函數(shù)第三章 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法3.3 極限狀態(tài)S作用效應(yīng) Action Effect 結(jié)構(gòu)上的作用（使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生內(nèi)力和變形的原因，如荷載、不均勻沉降、溫度變形、收縮變形、地震等）引起的效應(yīng)

17、如彎矩M、軸力N、剪力V、扭矩T、撓度 f、裂縫寬度 w 等 S = S(Q)=C*QR結(jié)構(gòu)抗力 Resistance 結(jié)構(gòu)抵抗作用效應(yīng)的能力，如受彎承載力Mu、受剪承載力Vu、容許撓度f(wàn)、容許裂縫寬度wR = R(fc, fy, A, h0, As, )結(jié)構(gòu)力學(xué)的主要內(nèi)容本課程的主要內(nèi)容第三章 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法3.4 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法3.4 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法 恒載 g與構(gòu)件尺寸、材料容重等有關(guān) 活載 q（樓面活載、雪荷載）的數(shù)值是隨時(shí)在變化的 計(jì)算跨度 l 的不準(zhǔn)確材料強(qiáng)度 fy 和 fc 的離散截面尺寸h0和 b 的施工誤差應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系參數(shù) k1 和 k2不一定安全（可靠）結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的不確定性Unc

18、ertainties and unexpected deviations factor in Design第三章 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法以概率理論為基礎(chǔ)的極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法由于實(shí)際結(jié)構(gòu)中的不確定性，因此無(wú)論如何設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，都會(huì)有失效的可能性存在，只是可能性大小不同而已。為了科學(xué)定量的表示結(jié)構(gòu)可靠性的大小，采用概率方法是比較合理的。結(jié)構(gòu)不能完成預(yù)定功能的概率稱為失效概率。結(jié)構(gòu)在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)，在規(guī)定的條件下，完成預(yù)定功能的概率稱為結(jié)構(gòu)可靠度。失效概率越小，表示結(jié)構(gòu)可靠性越大。因此，可以用失效概率來(lái)定量表示結(jié)構(gòu)可靠性的大小。當(dāng)失效概率Pf小于某個(gè)值時(shí)，人們因結(jié)構(gòu)失效的可能性很小而不再擔(dān)心，即可認(rèn)為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是可靠的。

19、該失效概率限值稱為容許失效概率Pf。失效概率failure probabilityPf = P (S R)3.4 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法第三章 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法S*R*以概率理論為基礎(chǔ)的極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法R-SSR f(S)，f (R)S，RSRP.59 圖4-5設(shè)計(jì)驗(yàn)算點(diǎn)S*=R*Pf = Pf3.4 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法第三章 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法3.4 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法結(jié)構(gòu)功能函數(shù) Z = R - SPf =P (S R) =P(Z荷載頻遇值荷載準(zhǔn)永久值第三章 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法3.4 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法術(shù)語(yǔ)定義荷載代表值：對(duì)不同的作用，采用不同的代表值。永久作用-標(biāo)準(zhǔn)值可變作用-標(biāo)準(zhǔn)值、頻遇值、準(zhǔn)永久值、組合值偶然作用-標(biāo)準(zhǔn)值荷載標(biāo)準(zhǔn)

20、值是荷載的基本代表值。允許某些極限狀態(tài)在一個(gè)較短的持續(xù)時(shí)間內(nèi)被超過(guò)，或在總體上不長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)被超過(guò)，可以采用較小的計(jì)算荷載頻遇值Qf作為荷載的代表值。（與標(biāo)準(zhǔn)值相比要小些）第三章 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法3.4 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法荷載效應(yīng)組合：按極限狀態(tài)設(shè)計(jì)時(shí)，為保證結(jié)構(gòu)的可靠性而對(duì)同時(shí)出現(xiàn)的各種荷載設(shè)計(jì)值的規(guī)定?；窘M合：永久作用與可變作用的效應(yīng)組合，用于承載能力極限狀態(tài)計(jì)算。偶然組合：永久作用、可變作用和一個(gè)偶然作用的效應(yīng)組合，用于承載能力極限狀態(tài)計(jì)算。標(biāo)準(zhǔn)組合：采用標(biāo)準(zhǔn)值或組合值為荷載代表值的效應(yīng)組合，用于正常使用極限狀態(tài)計(jì)算。頻遇組合：對(duì)可變荷載采用頻遇值或準(zhǔn)永久值為荷載代表值的效應(yīng)組合，用于正常使用極限

21、狀態(tài)計(jì)算。準(zhǔn)永久組合：對(duì)可變荷載采用準(zhǔn)永久值為荷載代表值的效應(yīng)組合，用于正常使用極限狀態(tài)計(jì)算。術(shù)語(yǔ)定義第三章 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法3.4 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法進(jìn)行承載能力極限狀態(tài)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)考慮作用效應(yīng)的基本組合，必要時(shí)尚應(yīng)考慮偶然組合。進(jìn)行正常使用極限狀態(tài)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)根據(jù)不同設(shè)計(jì)目的分別選用標(biāo)準(zhǔn)組合、頻遇組合、準(zhǔn)永久組合的作用效應(yīng)：標(biāo)準(zhǔn)組合：主要用于當(dāng)一個(gè)極限狀態(tài)被超越時(shí)將產(chǎn)生嚴(yán)重的永久性損壞的情況-不可逆正常使用極限狀態(tài)；頻遇組合：主要用于當(dāng)一個(gè)極限狀態(tài)被超越時(shí)將產(chǎn)生局部損害、較大變形或短暫振動(dòng)等情況-可逆正常使用極限狀態(tài)；準(zhǔn)永久組合：主要用在當(dāng)長(zhǎng)期效應(yīng)是決定性因素時(shí)的一些情況-長(zhǎng)期效應(yīng)是決定性因素的正常使用

22、極限狀態(tài)。術(shù)語(yǔ)定義第三章 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法3.4 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法建筑設(shè)計(jì)中對(duì)正常使用極限狀態(tài)，鋼筋混凝土、預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件應(yīng)分別按荷載的準(zhǔn)永久組合并考慮長(zhǎng)期作用的影響或標(biāo)準(zhǔn)組合并考慮長(zhǎng)期作用的影響。當(dāng)結(jié)構(gòu)振動(dòng)時(shí)涉及人的舒適性、影響非結(jié)構(gòu)構(gòu)件的性能和設(shè)備（如吊車梁的設(shè)計(jì)）的使用功能的極限狀態(tài)采用頻遇組合。橋梁設(shè)計(jì)中應(yīng)用較多。 驗(yàn)算內(nèi)容荷載效應(yīng)組合類型最大撓度鋼筋混凝土受彎構(gòu)件準(zhǔn)永久組合并考慮荷載長(zhǎng)期作用預(yù)應(yīng)力凝土受彎構(gòu)件標(biāo)準(zhǔn)組合并考慮荷載長(zhǎng)期作用正截面受力的裂縫控制一級(jí)鋼筋混凝土、預(yù)應(yīng)力凝土受彎構(gòu)件標(biāo)準(zhǔn)組合二級(jí)鋼筋混凝土、預(yù)應(yīng)力凝土受彎構(gòu)件標(biāo)準(zhǔn)組合三級(jí)鋼筋混凝土構(gòu)件準(zhǔn)永久組合并考慮荷載長(zhǎng)期作用預(yù)應(yīng)力混

23、凝土構(gòu)件其他環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)組合并考慮荷載長(zhǎng)期作用2a類環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)組合并考慮荷載長(zhǎng)期作用準(zhǔn)永久組合并考慮荷載長(zhǎng)期作用第三章 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法3.4 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法作用效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)值Sk 按正常使用極限狀態(tài)設(shè)計(jì)時(shí)，作用效應(yīng)Sk 應(yīng)根據(jù)不同的設(shè)計(jì)要求，采用作用效應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)組合、準(zhǔn)永久組合或頻遇組合。1、標(biāo)準(zhǔn)組合正常使用極限狀態(tài)，可靠度要求可適當(dāng)降低，不考慮分項(xiàng)系數(shù)。當(dāng)考慮短期效應(yīng)時(shí)，可根據(jù)不同的設(shè)計(jì)要求，分別采用荷載作用效應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)組合或頻遇組合，當(dāng)考慮長(zhǎng)期效應(yīng)時(shí)，可采用標(biāo)準(zhǔn)組合或準(zhǔn)永久組合。第三章 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法3.4 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法作用效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)值Sk 按正常使用極限狀態(tài)設(shè)計(jì)時(shí)，作用效應(yīng)Sk 應(yīng)根據(jù)不同的設(shè)計(jì)要求，采用作用

24、效應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)組合、準(zhǔn)永久組合或頻遇組合。當(dāng)考慮短期效應(yīng)時(shí)，可根據(jù)不同的設(shè)計(jì)要求，分別采用荷載作用效應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)組合或頻遇組合，當(dāng)考慮長(zhǎng)期效應(yīng)時(shí)，采用準(zhǔn)永久組合。2、準(zhǔn)永久組合第三章 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法3.4 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法作用效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)值Sk 按正常使用極限狀態(tài)設(shè)計(jì)時(shí)，作用效應(yīng)Sk 應(yīng)根據(jù)不同的設(shè)計(jì)要求，采用作用效應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)組合、準(zhǔn)永久組合或頻遇組合。3、頻遇組合頻遇組合系指永久荷載標(biāo)準(zhǔn)值、主導(dǎo)可變荷載的頻遇值與伴隨可變荷載的準(zhǔn)永久值的效應(yīng)組合。當(dāng)考慮短期效應(yīng)時(shí)，可根據(jù)不同的設(shè)計(jì)要求，分別采用荷載作用效應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)組合或頻遇組合，當(dāng)考慮長(zhǎng)期效應(yīng)時(shí)，采用準(zhǔn)永久組合。第三章 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法3.4 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法作用效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)

25、值Sk 按正常使用極限狀態(tài)設(shè)計(jì)時(shí)，作用效應(yīng)Sk 應(yīng)根據(jù)不同的設(shè)計(jì)要求，采用作用效應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)組合、準(zhǔn)永久組合或頻遇組合。3、頻遇組合2、準(zhǔn)永久組合1、標(biāo)準(zhǔn)組合第三章 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法3.4 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法橋梁作用效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)值Sk 按正常使用極限狀態(tài)設(shè)計(jì)時(shí)，作用效應(yīng)Sk 應(yīng)根據(jù)不同的設(shè)計(jì)要求，采用作用效應(yīng)的短期效應(yīng)組合、長(zhǎng)期效應(yīng)組合。1、短期效應(yīng)組合永久作用標(biāo)準(zhǔn)值效應(yīng)與可變作用頻遇值效應(yīng)相組合。2、長(zhǎng)期效應(yīng)組合永久作用標(biāo)準(zhǔn)值效應(yīng)與可變作用準(zhǔn)永久值效應(yīng)相組合。第三章 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法3.4 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法第三章 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法3.4 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法作用效應(yīng)設(shè)計(jì)值Sd 按承載能力極限狀態(tài)設(shè)計(jì)時(shí)，作用效應(yīng)S應(yīng)考慮作用效應(yīng)的

26、基本組合，必要時(shí)尚應(yīng)考慮作用效應(yīng)的偶然組合。1、基本組合對(duì)由可變荷載效應(yīng)控制的組合建筑結(jié)構(gòu)SQ1:主導(dǎo)可變荷載;SQi:伴隨可變荷載G = 1.2第三章 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法3.4 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法類別設(shè)計(jì)使用年限示例15臨時(shí)性建筑結(jié)構(gòu)225易替換的結(jié)構(gòu)構(gòu)件350普通房屋和構(gòu)造物4100標(biāo)志性建筑和特別重要的建筑結(jié)構(gòu)第三章 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法3.4 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)使用年限是指設(shè)計(jì)規(guī)定的結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件不需要進(jìn)行大修即可按其預(yù)定目的使用的時(shí)期。主要體現(xiàn)在調(diào)整荷載設(shè)計(jì)值和耐久性兩個(gè)方面。我國(guó)工程結(jié)構(gòu)可靠性設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)（GB 50153-2008）規(guī)定的建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)使用年限如下表：類別設(shè)計(jì)使用年限示例15臨時(shí)性建筑

27、結(jié)構(gòu)225易替換的結(jié)構(gòu)構(gòu)件350普通房屋和構(gòu)造物4100標(biāo)志性建筑和特別重要的建筑結(jié)構(gòu)第三章 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法3.4 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法作用效應(yīng)設(shè)計(jì)值Sd 按承載能力極限狀態(tài)設(shè)計(jì)時(shí)，作用效應(yīng)S應(yīng)考慮作用效應(yīng)的基本組合，必要時(shí)尚應(yīng)考慮作用效應(yīng)的偶然組合。1、基本組合對(duì)由永久荷載效應(yīng)控制的組合 G = 1.35橋梁設(shè)計(jì)無(wú)此種組合要求。第三章 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法3.4 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法作用效應(yīng)設(shè)計(jì)值Sd 按承載能力極限狀態(tài)設(shè)計(jì)時(shí)，作用效應(yīng)S應(yīng)考慮作用效應(yīng)的基本組合，必要時(shí)尚應(yīng)考慮作用效應(yīng)的偶然組合。1、基本組合 G = 1.35對(duì)由永久荷載效應(yīng)控制的組合對(duì)由可變荷載效應(yīng)控制的組合 G = 1.2橋梁設(shè)計(jì)無(wú)此種組合要求。

28、第三章 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法3.4 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法橋梁作用效應(yīng)設(shè)計(jì)值Sd 按承載能力極限狀態(tài)設(shè)計(jì)時(shí)，作用效應(yīng)S應(yīng)考慮作用效應(yīng)的基本組合，必要時(shí)尚應(yīng)考慮作用效應(yīng)的偶然組合。1、基本組合第三章 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法3.4 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法橋梁作用效應(yīng)設(shè)計(jì)值Sd 第三章 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法3.4 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法作用效應(yīng)設(shè)計(jì)值S 按承載能力極限狀態(tài)設(shè)計(jì)時(shí)，作用效應(yīng)S應(yīng)考慮作用效應(yīng)的基本組合，必要時(shí)尚應(yīng)考慮作用效應(yīng)的偶然組合。*2、偶然組合公路橋涵通用設(shè)計(jì)規(guī)范：永久作用標(biāo)準(zhǔn)值效應(yīng)與可變作用某種代表值效應(yīng)（標(biāo)準(zhǔn)值、準(zhǔn)永久值、頻遇值）、一種偶然作用標(biāo)準(zhǔn)值效應(yīng)的組合。偶然作用的效應(yīng)分項(xiàng)系數(shù)取1.0，地震作用標(biāo)準(zhǔn)值按橋梁抗震設(shè)計(jì)細(xì)則規(guī)定采用

29、。 建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范：偶然組合的設(shè)計(jì)值宜按下列規(guī)定確定偶然荷載的代表值（標(biāo)準(zhǔn)值）不乘分項(xiàng)系數(shù)；與偶然荷載同時(shí)出現(xiàn)的其他荷載可根據(jù)觀測(cè)資料和工程經(jīng)驗(yàn)采用適當(dāng)?shù)拇碇怠８鞣N情況下荷載效應(yīng)的設(shè)計(jì)值公式，可由有關(guān)規(guī)范另行規(guī)定。第三章 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法3.4 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法* 2、偶然組合公路橋涵通用設(shè)計(jì)規(guī)范：永久作用標(biāo)準(zhǔn)值效應(yīng)與可變作用某種代表值效應(yīng)（標(biāo)準(zhǔn)值、準(zhǔn)永久值、頻遇值）、一種偶然作用標(biāo)準(zhǔn)值效應(yīng)的組合。偶然作用的效應(yīng)分項(xiàng)系數(shù)取1.0，地震作用標(biāo)準(zhǔn)值按橋梁抗震設(shè)計(jì)細(xì)則規(guī)定采用。 公路橋梁抗震設(shè)計(jì)細(xì)則：偶然效應(yīng)組合應(yīng)包括永久作用（恒載、預(yù)應(yīng)力、土壓力、水壓力）+地震作用效應(yīng)（包括地震土壓力、地震水壓力），

30、未考慮其他可變作用。第三章 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法3.4 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法2、偶然組合 建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范 偶然組合的設(shè)計(jì)值宜按下列規(guī)定確定：偶然荷載的代表值（標(biāo)準(zhǔn)值）不乘分項(xiàng)系數(shù)；與偶然荷載同時(shí)出現(xiàn)的其他荷載可根據(jù)觀測(cè)資料和工程經(jīng)驗(yàn)采用適當(dāng)?shù)拇碇?。各種情況下荷載效應(yīng)的設(shè)計(jì)值公式，可由有關(guān)規(guī)范另行規(guī)定。建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范與上述規(guī)定“偶然荷載的代表值（標(biāo)準(zhǔn)值）不乘分項(xiàng)系數(shù)”不一致！ 建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范條文說(shuō)明：在眾值烈度下的地震作用，應(yīng)視為可變作用而不是偶然作用，故按確定直接作用分項(xiàng)系數(shù)的方法確定地震作用分項(xiàng)系數(shù)，即只考慮水平地震時(shí)取1.3.第三章 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法3.5 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法實(shí)用設(shè)計(jì)表達(dá)式安全性 承載力能力

31、極限狀態(tài) 不安全適用性 耐久性正常使用極限狀態(tài)不適用性 不耐久性S: 作用效應(yīng)設(shè)計(jì)值； 0 ：結(jié)構(gòu)重要性系數(shù) (P.89)R: 結(jié)構(gòu)抗力設(shè)計(jì)值； Rd：結(jié)構(gòu)構(gòu)件的抗力模型不定性系數(shù)SSk, RRk ?Rk:結(jié)構(gòu)構(gòu)件達(dá)到正常使用要求所規(guī)定的變形、裂縫寬度和應(yīng)力等的限值。第三章 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)對(duì)可靠度指標(biāo)的影響(P.90)3.4 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法安全等級(jí)破壞后果建筑類型 0承載能力極限狀態(tài)設(shè)計(jì)可靠指標(biāo)一 級(jí)很嚴(yán)重主要1.13.74.2二 級(jí)嚴(yán) 重一般1.03.23.7三 級(jí)不嚴(yán)重次要0.92.73.2第三章 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法3.5 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法實(shí)用設(shè)計(jì)表達(dá)式安全性 承載力能力極限狀態(tài) 不安全S

32、: 作用效應(yīng)設(shè)計(jì)值；0 ：結(jié)構(gòu)重要性系數(shù) (P.90)R: 結(jié)構(gòu)抗力設(shè)計(jì)值； Rd：結(jié)構(gòu)構(gòu)件的抗力模型不定性系數(shù)，靜力設(shè)計(jì)取1.0，不確定性較大時(shí)取大于1.0，抗震設(shè)計(jì)時(shí)為RE。3.5 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法第三章 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法安全等級(jí)破壞后果建筑類型 0一 級(jí)很嚴(yán)重主要1.1二 級(jí)嚴(yán) 重一般1.0三 級(jí)不嚴(yán)重次要0.9表 4-4 建筑結(jié)構(gòu)重要性系數(shù) P.90安全等級(jí)一級(jí)、二級(jí)、三級(jí)分別取1.1、1.0、0.9。3.5 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法第三章 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法3.5 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法第三章 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法fck、fsk分別為混凝土和鋼筋的強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值，fck /c 、fsk /s分別為混凝土和鋼筋的強(qiáng)度設(shè)計(jì)值fc 、f

33、s ， b、h0 、As截面尺寸和配筋。對(duì)偶然作用下的結(jié)構(gòu)進(jìn)行承載力極限狀態(tài)設(shè)計(jì)時(shí)，作用效應(yīng)按偶然組合計(jì)算，結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)取不小于1.0，混凝土、鋼筋的強(qiáng)度用標(biāo)準(zhǔn)值。fck、fsk分別為混凝土和鋼筋的強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值，fck /c 、fsk /s分別為混凝土和鋼筋的強(qiáng)度設(shè)計(jì)值fc 、fy ， b、h0 、As截面尺寸和配筋。建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)規(guī)范3.5 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法第三章 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法與上述規(guī)定“混凝土、鋼筋的強(qiáng)度用標(biāo)準(zhǔn)值”不一致！對(duì)偶然作用下的結(jié)構(gòu)進(jìn)行承載力極限狀態(tài)設(shè)計(jì)時(shí)，作用效應(yīng)按偶然組合計(jì)算，結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)取不小于1.0，混凝土、鋼筋的強(qiáng)度用標(biāo)準(zhǔn)值?；炷两Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范第三章 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法例 3-

34、1 P.44某辦公樓樓面采用預(yù)應(yīng)力混凝土板，安全等級(jí)二級(jí)，計(jì)算跨度3.18m，板寬0.9m，板自重2.04kN/m2，后澆混凝土層厚40mm，板底抹灰厚20mm，可變荷載2.0kN/m2，準(zhǔn)永久值系數(shù)為0.4，試計(jì)算按承載能力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)設(shè)計(jì)時(shí)的截面彎矩值。（使用年限50年）永久荷載標(biāo)準(zhǔn)值計(jì)算如下：自重40mm后澆面層20mm板底抹灰3.5 例題第三章 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法3.5 例題沿板長(zhǎng)每米均布荷載標(biāo)準(zhǔn)值為：沿板長(zhǎng)每米可變荷載標(biāo)準(zhǔn)值為：簡(jiǎn)支板在均布荷載作用下的彎矩為：故荷載效應(yīng)系數(shù)為：因只有一個(gè)可變荷載，按承載能力極限狀態(tài)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)的組合時(shí)，若由可變荷載控制，公式為：第三章 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

35、方法3.5 例題由永久荷載控制按承載能力極限狀態(tài)設(shè)計(jì)時(shí)的截面彎矩值應(yīng)取為7.86kN.m。對(duì)由永久荷載效應(yīng)控制的組合按承載能力極限狀態(tài)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)的組合時(shí)，若由可變荷載控制：第三章 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法3.5 例題按正常使用極限狀態(tài)設(shè)計(jì)時(shí)的截面彎矩值為：按荷載標(biāo)準(zhǔn)組合時(shí)：按準(zhǔn)永久組合時(shí)：按頻遇組合時(shí)：第三章 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法3.5 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)內(nèi)容3.5 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)內(nèi)容 一、承載能力極限狀態(tài)對(duì)應(yīng)荷載效應(yīng)M、N、V、T的承載力設(shè)計(jì)。二、正常使用極限狀態(tài)變形驗(yàn)算裂縫控制驗(yàn)算自振頻率驗(yàn)算：新規(guī)范增加了樓蓋舒適度要求，規(guī)定了樓板豎向自振頻率的限制。第三章 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法3.5 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)內(nèi)容3.5 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)內(nèi)容 二、正常使用極限狀態(tài) 對(duì)大跨度混凝土樓蓋結(jié)構(gòu)，宜進(jìn)行豎向自振頻率驗(yàn)算，其自振頻率不宜低于下列要求：住宅和公寓不宜低于5 Hz 辦公樓和旅館不宜低于4Hz 大跨度公共建筑不宜低于3Hz結(jié)構(gòu)自振頻率與結(jié)構(gòu)自振周期成倒數(shù)關(guān)系,頻率低則周期長(zhǎng)，結(jié)構(gòu)柔。結(jié)構(gòu)自振周期可以通過(guò)計(jì)算求得。變形驗(yàn)算裂縫控制驗(yàn)算自振頻率驗(yàn)算只要控制板的跨高比，就可滿足舒適度要求！第三章 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法3.5 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)內(nèi)容3.5 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)內(nèi)容 二、正常使用極限狀態(tài)變形驗(yàn)算裂縫控制驗(yàn)算自振頻率驗(yàn)算只要控制板的跨高比，就可滿足舒適度要求！第三章 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法3.5 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)內(nèi)容3