建筑結構基礎項目一課件

1、 建筑結構基礎CONTENTS目 錄 建筑結構的荷載建筑結構的設計方法極限狀態(tài)設計方法1.11.21.3項目1 建筑結構設計概論學習目標項目1 建筑結構設計概論了解建筑結構的功能要求。熟悉建筑結構的極限狀態(tài)。掌握荷載的代表值、設計值及分項系數。掌握極限狀態(tài)設計的計算方法。PART1.1建筑結構的荷載1.1. 建筑結構的荷載 建筑結構在使用期間和施工過程中要承受各種力的作用。施加在結構上的集中力或分布力（如人群、設備、風、雪、構件自重等）稱為直接作用，也稱為荷載；引起結構外加變形或約束變形（如溫度變化、地基沉降、地面運動等）的原因稱為間接作用。1.1.1 荷載的分類 荷載按作用區(qū)域的大小可分為集

2、中荷載和分布荷載，按使用是否產生動力效應可分為靜力荷載和動力荷載,按時間長短可分為永久荷載、可變荷載和偶然荷載。 （1）永久荷載。永久荷載是指在結構使用期間，其值不隨時間變化，或其變化與平均值相比可以忽略不計，或其變化是單調的并能趨于限值的荷載。永久荷載也稱為恒荷載，如結構自重、土壓力、預應力等。1.1.1 荷載的分類 （2）可變荷載?？勺兒奢d是指在結構使用期間，其值隨時間變化，且其變化與平均值相比不可以忽略不計的荷載，如樓面活荷載、屋面活荷載、屋面積灰荷載、起重機荷載、風荷載、雪荷載等。 （3）偶然荷載。偶然荷載是指在結構設計使用年限內不一定出現，而一旦出現其量值很大，且持續(xù)時間很短的荷載，

3、如地震、爆炸、撞擊等。1.1.2 荷載的代表值 設計中用以驗算極限狀態(tài)所采用的荷載量值稱為荷載代表值，如標準值、組合值、頻遇值和準永久值。在建筑結構設計時，對不同荷載應采用不同的代表值。對永久荷載應采用標準值作為其代表值；對可變荷載應根據設計要求采用標準值、組合值、頻遇值或準永久值作為代表值；對偶然荷載應按建筑結構使用的特點確定其代表值。1.1.2 荷載的代表值 1. 荷載的標準值1.1.2 荷載的代表值 2. 可變荷載的組合值 當幾種可變荷載進行組合時，其值不一定都同時達到最大，因此需進行適當調整。調整的方法為：除其中最大荷載仍取其標準值外，其他伴隨的可變荷載均采用小于1.0的組合值系數乘以

4、相應的標準值來表達其荷載代表值。這種經調整后的可變荷載稱為可變荷載的組合值，即 Qc=cQk （1-1）式中，c為荷載組合值系數； Qk為可變荷載的標準值； Qc為可變荷載的組合值。1.1.2 荷載的代表值1.1.2 荷載的代表值 3. 可變荷載的頻遇值 作用于結構上時而出現、持續(xù)時間較短的較大可變荷載值稱為可變荷載頻遇值。由于頻遇值具有較短的時間內可能達到較大的可變荷載值，及較少的發(fā)生次數的特性，使結構的破壞性有所減緩。因此，可變荷載的頻遇值總是小于其標準值，是可變荷載的標準值與其頻遇值系數的乘積。 Qf=fQk （1-2）式中，Qf為可變荷載的頻遇值；f為頻遇值系數。1.1.2 荷載的代表

5、值 4. 可變荷載的準永久值 經常作用于結構上的可變荷載稱為可變荷載的準永久值。它對結構的影響，在性質上類似于永久荷載，其數值上等于可變荷載的標準值乘以可變荷載的準永久值系數,即 Qq=qQk （1-3）式中，Qq為可變荷載的準永久值；q為準永久值系數。1.1.3 荷載的分項系數及設計值 1. 荷載的分項系數 荷載的分項系數是考慮荷載超過標準值的可能性，以及對不同變異性的荷載可能造成結構計算時可靠度嚴重不致的調整系數。其值應滿足在各種荷載標準值已經給定的前提下，使所取的數值在按極限狀態(tài)設計中得到的各種結構構件所具有的可靠度（或失效概率）與規(guī)定的目標可靠度（或允許的失效概率）之間，在總體上誤差最

6、小。若以G及Q分別表示永久荷載及可變荷載的分項系數，則應符合建筑結構荷載規(guī)范（GB 500092012）的以下規(guī)定：1.1.3 荷載的分項系數及設計值 （1)永久荷載的分項系數G。 當永久荷載效應對結構不利時，對由可變荷載效應控制的組合應取1.2，對由永久荷載效應控制的組合應取1.35。 當永久荷載效應對結構有利時，不應大于1.0。 （2）可變荷載的分項系數Q。 對標準值大于4 kN/m2的工業(yè)房屋樓面結構的活荷載應取1.3。 其他情況，應取1.4。1.1.3 荷載的分項系數及設計值 2. 荷載的設計值1.1.4 荷載效應 各種作用在結構上的內力（彎矩、剪力、扭矩、壓力、拉力等）和變形(撓度、

7、扭轉、彎曲、拉伸、壓縮、裂縫等)統稱為作用效應，用S表示。當作用為荷載時，引起的效應稱為荷載效應。 一般情況下，荷載效應S與荷載Q之間可近似按線性關系考慮，即 S=CQ（1-4）式中，C為荷載效應系數，通常由力學分析確定；Q為某種荷載的代表值；S為與荷載Q相應的荷載效應。1.1.4 荷載效應 例如，承受均布荷載q作用的簡支梁，計算跨度為l，由結構力學方法計算可知，其跨中最大彎矩值為 ，支座處剪力為 。那么，彎矩M和剪力V均相當于荷載效應S，q相當于荷載Q，18l2和12l則相當于荷載效應系數C。PART1.2建筑結構的設計方法1.2.1 結構設計的基本要求 1. 設計基準期和設計使用年限 結構

8、設計所采用的荷載統計參數以及與時間有關的材料性能取值都與時間參數有關。 時間參數即設計基準期，它是確定設計荷載最大值取值的期限。在建筑結構可靠度設計統一標準（GB 500682001）中，設計基準期為50年。 建筑結構的設計使用年限是指按規(guī)定指標設計的建筑結構或構件，在正常施工、正常使用和正常維護下，不需要大修即可達到按其預定目的使用的時期，如我國普通房屋的設計使用年限是50年，紀念性的建筑和特別重要的建筑結構的設計使用年限是100年。1.2.1 結構設計的基本要求 2. 建筑結構的功能要求1.2.1 結構設計的基本要求1）安全性 建筑結構在預定的使用期限內，應能承受正常施工、正常使用時可能出

9、現的各種荷載、強迫變形（如超靜定結構的支座不均勻沉降）、約束變形（如由于阻止溫度及收縮引起的構件趨勢而引起的變形）等的作用。在偶然荷載（如地震、強風）作用下或偶然事件（如火災、爆炸）發(fā)生時和發(fā)生后，構件僅產生局部損壞，不會發(fā)生連續(xù)倒塌現象。1.2.1 結構設計的基本要求2）適用性1.2.1 結構設計的基本要求3）耐久性 建筑結構在正常使用和正常維護的條件下，在規(guī)定的環(huán)境中且在預定的使用期限內應有足夠的耐久性，如不發(fā)生由于混凝土保護層碳化或氯離子的侵入而導致的鋼筋銹蝕現象，以致影響結構的使用壽命。 上述這些功能要求概括起來可以統稱為建筑結構的可靠性，即建筑結構在規(guī)定的時間（如設計使用年限為50年

10、）內、規(guī)定的條件（正常設計、正常施工、正常使用和維修，不考慮人為過失）、規(guī)定的環(huán)境下完成其預定功能的能力。1.2.2 結構的極限狀態(tài) 極限狀態(tài)是結構或結構構件能夠滿足設計規(guī)定的某一功能要求的臨界狀態(tài)，具有明確的標志及限值。超過這一界限，結構或結構構件就不能再滿足設計規(guī)定的該項功能要求，而進入失效狀態(tài)。根據功能要求的不同，建筑結構的極限狀態(tài)可分為以下兩類：1.2.2 結構的極限狀態(tài) 1. 承載能力極限狀態(tài) 結構或結構構件達到最大承載能力或不適于繼續(xù)承載的變形的極限狀態(tài)稱為承載能力極限狀態(tài)。當結構或結構構件出現下列狀態(tài)之一時，應認為超過了承載能力極限狀態(tài)： （1）整個結構或結構的一部分作為剛體失去

11、平衡（如傾覆、過大的滑移等）。 （2）結構構件或連接因超過材料強度而被破壞（包括疲勞破壞）。 （3）結構構件或連接因過度變形而不適于繼續(xù)承載（如受彎構件中的少筋梁）。1.2.2 結構的極限狀態(tài) （4）結構轉變?yōu)闄C動體系（如超靜定結構由于某些截面的屈服而形成塑性鉸，使結構成為幾何可變體系）。 （5）結構或結構構件喪失穩(wěn)定（如細長柱達到臨界荷載，發(fā)生壓屈）。 （6）地基喪失承載能力而被破壞（如地基失穩(wěn)等）。1.2.2 結構的極限狀態(tài) 2. 正常使用極限狀態(tài) 結構或結構構件達到正常使用或耐久性能的某項規(guī)定限值的極限狀態(tài),稱為正常使用極限狀態(tài)。當結構或結構構件出現下列狀態(tài)之一時，應認為超過了正常使用極

12、限狀態(tài)： （1）影響正常使用或外觀的變形（如梁產生超過了撓度限值的過大的撓度）。 （2）影響正常使用或耐久性能的局部損壞（如不允許出現裂縫的構件開裂，或允許出現裂縫的構件的裂縫寬度超過了允許限值）。 （3）影響正常使用的振動。 （4）影響正常使用的其他特定狀態(tài)（如由于鋼筋銹蝕而產生的沿鋼筋的縱向裂縫）。PART1.3極限狀態(tài)設計方法1.3 結構的極限狀態(tài) 在進行建筑結構設計時，應針對上述的兩類極限狀態(tài)，根據結構的特點和使用要求給出具體的標志及限值，以作為結構設計的依據。這種將對應于結構的各種功能要求的極限狀態(tài)作為結構設計依據的設計方法，稱為極限狀態(tài)設計法。1.3.1 承載能力極限狀態(tài)計算 （1

13、）在極限狀態(tài)設計法中，應采用式（1-5）和式（1-6）計算結構構件的承載力。 0SR （1-5） R=R（fc，fs，ak，）/Rd （1-6）式中，0為結構重要性系數，在持久設計狀況和短暫設計狀況下，安全等級為一級的結構構件的0不應小于1.1，安全等級為二級的結構構件的0不應小于1.0，安全等級為三級的結構構件的0不應小于0.9，在地震設計狀況下應取1.0；S為承載能力極限狀態(tài)下作用組合的效應設計值；R為結構構件的抗力設計值；R（）為結構構件的抗力函數；Rd為結構構件的抗力模型不定性系數； fc、fs分別為混凝土、鋼筋的強度設計值；ak為幾何參數的標準值，當幾何參數的變異性對結構性能有明顯的

14、不利影響時，應增減一個附加值。1.3.1 承載能力極限狀態(tài)計算 （2）由可變荷載控制的效應設計值，應按式（1-7）進行計算。 （1-7）式中，Gj為第j個永久荷載的分項系數；Qi為第i個可變荷載的分項系數，其中的Q1為主導可變荷載Q1的分項系數；Li為第i個可變荷載考慮設計使用年限的調整系數，其中的L1為主導可變荷載Q1考慮設計使用年限的調整系數；SGjk為按第j個永久荷載標準值Gjk計算的荷載效應值；SQik為按第i個可變荷載標準值Qik計算的荷載效應值，其中的SQ1k為諸多可變荷載效應中起控制作用者；ci為第i個可變荷載Qi的組合值系數；m為參與組合的永久荷載數；n為參與組合的可變荷載數。

15、1.3.1 承載能力極限狀態(tài)計算 （3）由永久荷載控制的效應設計值，應按式（1-8）進行計算。 （1-8） 基本組合中的效應設計值僅適用于荷載與荷載效應為線性的情況。當無法明確判斷SQ1k時，應依次以各可變荷載效應作為SQ1k，并選取其中最不利的荷載組合的效應設計值。1.3.2 正常使用極限狀態(tài)計算 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、頻遇組合或準永久組合，并按式（1-9）進行計算。 SC （1-9）式中，C為結構或結構構件達到正常使用要求的規(guī)定限值，如變形、裂縫、振幅、加速度、應力等的限值，應按各有關建筑結構設計規(guī)范的規(guī)定采用。 正常使用情況下,荷載效應和結構抗力

16、的變異性已經在確定荷載標準值與結構抗力標準值時進行了一定程度的處理，并具有一定的安全儲備。考慮到正常使用極限狀態(tài)設計屬于校核驗算性質，所要求的安全儲備可以略低一些，所以可采用荷載效應及結構抗力標準值進行計算。1.3.2 正常使用極限狀態(tài)計算 1. 荷載標準組合的效應設計值計算 荷載標準組合的效應設計值S應按式（1-10）進行計算（組合中的設計值僅適用于荷載與荷載效應為線性的情況）。 （1-10） 標準組合是在設計基準期內根據正常使用條件可能出現最大可變荷載時的荷載標準值進行組合而確定的，在一般情況下均采用這種組合值進行正常使用極限狀態(tài)的驗算。1.3.2 正常使用極限狀態(tài)計算 2. 荷載頻遇組合

17、的效應設計值計算 荷載頻遇組合的效應設計值應按式（1-11）進行計算（組合中的設計值僅適用于荷載與荷載效應為線性的情況）。 （1-11） 式中，f1為第1個可變荷載的頻遇值系數；qi為第i個可變荷載的準永久值系數。1.3.2 正常使用極限狀態(tài)計算 頻遇組合是采用考慮時間影響的頻遇值為主導進行組合而確定的。當結構或結構構件允許考慮荷載總持續(xù)時間較短或出現次數較少時，應按其相應的最大可變荷載的組合（頻遇組合）進行正常使用極限狀態(tài)的驗算。例如，當結構構件考慮疲勞的破壞時，應按所需承受的疲勞次數相應的頻遇組合值進行疲勞強度的驗算，但如果采用較大的荷載標準組合值進行驗算，則結構構件將會超過所需承受的疲勞次數，也即其實際設計使用年限超過了設計基準期，但當設計使用年限為設計基準期的其他結構構件報廢時，該結構件也將隨著報廢?？梢姲搭l遇組合值驗算是較為經濟合理的。1.3.2 正常使用極限狀態(tài)計算 當結構振動涉及人的舒適性，影響非結構構件的性能和設備的使用功能時，應采用荷載頻遇組合進行極限狀態(tài)的驗算。在建筑結構荷載規(guī)范（GB 500092012）中首次提出了頻遇組合的計算條文，但由于當前所給出的頻遇組合值系數和對結構構件達到正常使用要求的相應規(guī)定限值尚不夠完善，因而也沒有明確規(guī)定其具體應用場合，當有成熟經驗時，可以采用這種組合進行