PPT荷載與結構設計（原創(chuàng)）

結構上的作作用及作用用效應工程結構設設計理論演演變簡況術語和概率率極限狀態(tài)態(tài)的實用設設計表達式式思考題本章內容一、結構上上的作用結構上的作作用是指施施加在結構構上的集中中或分布力力，以及引引起結構外外加變形或或約束變形形的原因。。1、作用就其其形式而言，可分分為以下兩兩類。(1)直接作用。。當以力的形形式作用于于結構上時時，稱為直直接作用，，習慣上稱稱為荷載。。(2)間接作用。。當以變形的的形式作用用于結構上上時，稱為為間接作用用。2、作用按時間不同可分為為以下3類。(1)永久作用。。在結構使用用年限內，，其值不隨隨時間變化化，或其變變化的量值值相對于平平均值而言言可以忽略略不計，或或其變化是是單調的并并能趨于限限值的作用用。(2)可變作用。。在結構使用用年限內，，其值隨時時間變化，，且其變化化的量值與與平均值不不可忽略不不計的作用用。結構上的作作用及作用用效應(3)偶然作用。。在結構使用用年限內不不一定出現(xiàn)現(xiàn)，但一旦旦出現(xiàn)，其其值很大且且持續(xù)時間間很短的作作用。3、作用按空間位置置不同可分為為以下兩類類。(1)固定作用。。在結構空間間位置上具具有固定不不變的分布布，但其量量值可能具具有隨機性性。(2)自由作用。。在結構空間間位置上一一定范圍內內可以任意意分布，出出現(xiàn)的位置置和量值都都可能是隨隨機的。4、作用按結構反應應不同可分為為以下兩類類。(1)靜態(tài)作用。。不使結構或或結構構件件產生加速速或產生的的加速度很很小可以忽忽略不計的的作用。(2)動態(tài)作用。。使結構或結結構構件產產生不可忽忽略的加速速度的作用用。結構上的作作用及作用用效應二、作用效效應S由于直接作作用或間接接作用于結結構構件上上，在結構構內產生的的內力(如軸力、彎彎矩、剪力力、扭矩等等)和變形(如撓度、轉轉角、裂縫縫等)，被稱為““作用效應”，用S表示。當作作用為直接接作用(荷載)時，其效應應也被稱為為“荷載效效應”。荷載Q與荷載效應應之間，一一般近似按按線性關系系考慮：（1-1）常數(shù)C為荷載效應應系數(shù)如簡支梁受受均布荷載載，其跨中中彎矩2M=ql/8其中即即為荷載載效應系數(shù)數(shù)結構上的的作用及及作用效效應一、容許應力力設計法法容許應力力設計法法是建立立在彈性性理論基基礎上的的設計方方法。其其表達式式為：（1-2）式中，－－構構件在使使用階段段(使用荷載載作用下下)截面上的的最大應應力；－材料的的容許應應力。容許應力力設計法法計算簡簡單，但但其有許許多問題題：①沒有考考慮材料料塑性性性質。②沒有對對作用階階段給出出明確的的定義，，也就是是使用期期間荷載載的取值值原則規(guī)規(guī)定得不不明確。。③把影響響結構可可靠的各各種因素素(荷載的變變異、施施工的缺缺陷、計計算公式式的誤差差等)統(tǒng)統(tǒng)歸結結在反映映材料性性質的容容許應力力上，，顯然不不夠合理理。④的的取值無無科學根根據(jù)，純純屬經驗驗的，歷歷史上曾曾多次提提高過材材料的容容許應力力值。⑤按容許許應力法法設計的的構件是是否安全全可靠，，無法用用實驗來來驗證。。工程結構構設計理理論演變變簡況我國的工工程結構構設計方方法經歷歷了容許許應力設設計法、、破損階階段設計計法、多多系數(shù)極極限狀態(tài)態(tài)設計法法和概率率極限狀狀態(tài)設計計法4個階段。。工程結構構設計理理論演變變簡況二、破損階段段設計法法1、針對容容許應力力設計法法存在的的缺陷，，之后出出現(xiàn)了假假定材料料均已達達到塑性性狀態(tài)，，依據(jù)截截面所所能抵抗抗的破損損內力建建立的計計算公式式。其設設計表達達式為：：（1-3）式中，——構件最終終破壞時時的承載載能力；；——安全系數(shù)數(shù)，用來來考慮影影響結構構安全的的所有因因素。優(yōu)點為：：①它可以以反映材材料的塑塑性性質質，結束束了長期期以來假假定混凝凝土為彈彈性體的的局面。。②采用一一個安全全系數(shù)，，使構件件有了總總的安全全度的概概念。③它以承承載能力力值(如)為依據(jù)，，其計算算值是否否正確可可由實驗驗檢驗。。工程結構構設計理理論演變變簡況破損階段段理論仍仍存在一一些重大大缺點：：①破損階階段計算算，構件件的承載載力是得得以保證證，但卻卻無法了了解構件件在正常常使用時時能否滿滿足正常常使用要要求。②安全系系數(shù)K的取值仍仍須經驗驗確定，，并無嚴嚴格的科科學依據(jù)據(jù)。③采用籠籠統(tǒng)的單單一安全全系數(shù)，，無法就就不同荷荷載、不不同材料料結構件件安全的的影響加加以區(qū)別別對待，，不能正正確地度度量結構構的安全全度。④荷載的的取值值仍然也也是經驗驗值；⑤表達式式中采用用的材料料強度是是平均值值，它不不能正確確反映材材料強度度的變異異程度，，顯然也也是不夠夠合理的的。工程結構構設計理理論演變變簡況三、多多系數(shù)極極限狀態(tài)態(tài)設計法法由于破損損階段理理論仍有有許多缺缺點，進進一步發(fā)發(fā)展的極極限狀態(tài)態(tài)理論便便應運而而生。極極限狀態(tài)態(tài)的主要要概念是是明確結結構或構構件進入入某種狀狀態(tài)后就就喪失其其原有功功能，這這種狀態(tài)態(tài)被稱為為極限狀狀態(tài)。當時曾提提出了3種極限狀狀態(tài)：承承載力極極限狀態(tài)態(tài)、撓度度極限狀狀態(tài)、裂裂縫開展展寬度極極限狀態(tài)態(tài)。其表表達式分分別為：：M≤Mu(1-4)maxlimf≤f(1-5)maxlimW≤W(1-6)這樣，它它就克服服了破損損階段理理論無法法了解構構件在正正常使用用時能否否滿足正正常使用用要求的的缺陷。。四、概率極限限狀態(tài)設設計法概率極限限狀態(tài)設設計法是是以概率理論論為基礎，，將作用用效應和影影響結構構抗力的的主要要因素作作為隨機機變量，，根據(jù)統(tǒng)統(tǒng)計分析析確定可可靠概率率來度量量結構可可靠性的結構設設計方法法。國際際上把處處理可靠靠度的精精確程度度分為3個水準。。(1)水準I——半概率方方法。對對荷載效效應和結結構抗力力的基本本變量部分地進進行數(shù)理理統(tǒng)計分分析，并與工工程經驗驗結合引引入某些些經驗系數(shù)數(shù)，所以尚尚不能定定量地估估計結構構的可靠靠性。(2)水準II———近似概率率法。該該法對結結構可靠靠性賦予予概率定定義，以以結構的的失效概概率或可可靠指標標來度量量結構可可靠性，，并建立立了結構構可靠度度與結構構極限狀狀態(tài)方程程之間的的數(shù)學關關系，在在計算可可靠指標標時考慮慮了基本變量量的概率率分布型型，工程結構構設計理理論演變變簡況工程結構構設計理理論演變變簡況并采用了了線性化化的近似似手段，在設計計截面時時一般采采用分項項系數(shù)的的實用設設計表達達式。目目前我國國的《工程結構構可靠度度設計統(tǒng)統(tǒng)一標準準》(GB50153—1992)、《建筑結構構可靠度度設計統(tǒng)統(tǒng)一標準準》(GB50068—2001)都采用了了這種近近似概率率法，在在此基礎礎上頒布布了各種種結構設設計的規(guī)規(guī)范。(3)水準III———全概率法法。這是是完全基于于概率論論的結構構整體優(yōu)優(yōu)化設計計方法，，要求對對整個結結構采用用精確的的概率分分析，求得結結構最優(yōu)優(yōu)失效概概率作為為可靠度度的直接接度量，，由于這這種方法法無論在在基礎數(shù)數(shù)據(jù)的統(tǒng)統(tǒng)計方面面還是在在可靠度度計算方方面都不不成熟，，目前尚尚處于研究探索索階段。術語和概概率極限限狀態(tài)的的實用設設計表達達式一、術語語（據(jù)GB50009-2001)術語和概概率極限限狀態(tài)的的實用設設計表達達式二、概率極限限狀態(tài)的的實用設設計表達達式（按GB50009-2001)Ⅰ、承載能能力極限限狀態(tài)設設計表達達式：結構構件件的承載載力計算算，應采采用如下下承載力力極限狀狀態(tài)設計計表達式式：r0S≤R式中：r0——結構重要要系數(shù)；；S——承載能力力極限狀狀態(tài)的荷荷載（基基本組合合或偶然然組合））效應組組合合設計值值；R——結構構件件抗力的的設計值值，應按按各有關關建筑結結構設計計規(guī)范的的規(guī)定確確定。術語和概概率極限限狀態(tài)的的實用設設計表達達式承載能力力極限狀狀態(tài)的荷荷載效應應組合的的設計值值S的確定：：1.基本組合合對于基本本組合，，荷載效效應組合合的設計計值S應從下列列組合值值中取最最不利值值確定。。(1)由可變荷荷載效應應控制的的組合：：(3)式中：術語語和和概率率極極限限狀狀態(tài)態(tài)的的實實用用設設計計表表達達式式(2)由永永久久荷荷載載效效應應控控制制的的組組合合：：(4)注：：①①基基本本組組合合中中的的設設計計值值僅僅適適用用于于荷荷載載與與荷荷載載效效應應為為線線性性的的情情況況。。②②當當對對SQ1K無法法明明顯顯判判斷斷時時，，輪輪次次以以各各可可變變荷荷載載效效應應為為SQ1K，選選其其中中最最不不利利的的荷荷載載效效應應組組合合。。2、對對于于一一般般排排架架、、框框架架結結構構，，基基本本組組合合可可采采用用簡簡化化規(guī)規(guī)則則，，并并應應按按下下列列組組合合值值中中取取最最不不利利的的值值確確定定。。(1)由可可變變荷荷載載效效應應控控制制的的組組合合：：(5)(2)由永永久久荷荷載載效效應應控控制制的的組組合合仍仍按按式式(4)采用用。。術語語和和概率率極極限限狀狀態(tài)態(tài)的的實實用用設設計計表表達達式式術語語和和概概率率極極限限狀狀態(tài)態(tài)的的實實用用設設計計表表達達式式3、基基本本組組合合的的荷荷載載分分項項系系數(shù)數(shù)，，應應按按下下列列規(guī)規(guī)定定采采用用：：（（1）永永久久荷荷載載的的分分項項系系數(shù)數(shù)：：1)當其其效效應應對對結結構構不不利利時時對對由由可可變變荷荷載載效效應應控控制制的的組組合合，，應應取取1.2；對對由由永永久久荷荷載載效效應應控控制制的的組組合合，，應應取取1.35；2)當其其效效應應對對結結構構有有利利時時的的組組合合，，應應取取1.0。（2）可可變變荷荷載載的的分分項項系系數(shù)數(shù)：：一一般般情情況況下下取取1.4；對對標標準準值值大大于于4kN／m2的工工業(yè)業(yè)房房屋屋樓樓面面結結構構的的活活荷荷載載取取1.3。（3）對對結結構構的的傾傾覆覆、、滑滑移移或或漂漂浮浮驗驗算算，，荷荷載載的的分分項項系系數(shù)數(shù)應應按按有有關關的的結結構構設設計計規(guī)規(guī)范范的的規(guī)規(guī)定定采采用用。。4、對對于于偶偶然然組組合合，，荷荷載載效效應應組組合合的的設設計計值值宜宜按按下下列列規(guī)規(guī)定定確確定定：：偶偶然然荷荷載載的的代代表表值值不不乘乘分分項項系系數(shù)數(shù)；；與與偶偶然然荷荷載載同同時時出出現(xiàn)現(xiàn)的的其其他他荷荷載載可可根根據(jù)據(jù)觀觀測測資資料料和和工工程程經經驗驗采采用用適適當當?shù)牡拇肀碇抵?。。各各種種情情況況下下荷荷載載效效應應的的設設計計值值公公式式，，可可由由有有關關規(guī)規(guī)范范另另行行規(guī)規(guī)定定。。Ⅱ、正常使用極限限狀態(tài)設計表表達式1、對于正常使使用極限狀態(tài)態(tài)，結構構件件應根據(jù)不同同的設計要求求，分別采用用荷載效應的的標準組合、、頻遇組合和和準永