建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和設(shè)計(jì)方法

第二章建筑構(gòu)造的設(shè)計(jì)規(guī)范和設(shè)計(jì)方法本章的主要內(nèi)容：設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期和設(shè)計(jì)運(yùn)用年限構(gòu)造的功能要求、作用和抗力構(gòu)造可靠度實(shí)際和極限形狀設(shè)計(jì)法構(gòu)造構(gòu)件設(shè)計(jì)的普通內(nèi)容規(guī)范及設(shè)計(jì)實(shí)際常用的規(guī)范混凝土構(gòu)造設(shè)計(jì)規(guī)范建筑構(gòu)造荷載規(guī)范建筑地基根底設(shè)計(jì)規(guī)范建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范高層建筑混凝土構(gòu)造技術(shù)規(guī)程構(gòu)造設(shè)計(jì)共性問題◆荷載大小確定◆構(gòu)造的功能要求◆構(gòu)造抗力確定◆制定規(guī)范設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期——進(jìn)展構(gòu)造可靠性分析時(shí)，所采用的荷載的統(tǒng)計(jì)參數(shù)、與時(shí)間有關(guān)的資料性能取值，都需求選定一個(gè)時(shí)間參數(shù)，稱之為設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期。普通橋梁構(gòu)造的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期為100年建筑構(gòu)造的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期為50年一.設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期第一節(jié)設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期和設(shè)計(jì)運(yùn)用年限第一節(jié)設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期和設(shè)計(jì)運(yùn)用年限二、設(shè)計(jì)運(yùn)用年限設(shè)計(jì)規(guī)定的構(gòu)造或構(gòu)造構(gòu)件不需進(jìn)展大修即可按其預(yù)定目的運(yùn)用的時(shí)期。<建筑構(gòu)造可靠度設(shè)計(jì)一致規(guī)范>〔GB50068〕明確提出，將構(gòu)造的設(shè)計(jì)運(yùn)用年限分為四個(gè)類別。普通鋼筋混凝土構(gòu)造的設(shè)計(jì)運(yùn)用年限為50年。構(gòu)造設(shè)計(jì)的目的是要使所設(shè)計(jì)的構(gòu)造在規(guī)定的設(shè)計(jì)運(yùn)用年限內(nèi)能完成預(yù)期的全部功能要求。一、構(gòu)造的功能要求第二節(jié)構(gòu)造的功能要求、作用和抗力建筑構(gòu)造在規(guī)定的設(shè)計(jì)運(yùn)用年限內(nèi)應(yīng)滿足平安性、適用性和耐久性三項(xiàng)功能要求?！羝桨残浴驑?gòu)造在預(yù)定的運(yùn)用期間內(nèi)，應(yīng)能接受在正常施工、正常運(yùn)用情況下能夠出現(xiàn)的各種作用。荷載、外加變形〔如超靜定構(gòu)造的支座不均勻沉降〕、約束變形〔如溫度和收縮變形遭到約束時(shí)〕等的作用?！蛟谂紶柺录踩绲卣?、爆炸〕發(fā)生時(shí)和發(fā)生后，構(gòu)造應(yīng)能堅(jiān)持整體穩(wěn)定性，不應(yīng)發(fā)生倒塌或延續(xù)破壞而呵斥生命財(cái)富的嚴(yán)重?fù)p失。第三章混凝土構(gòu)造根本設(shè)計(jì)原那么◆適用性◎構(gòu)造在正常運(yùn)用期間，具有良好的任務(wù)性能?！裟途眯浴驑?gòu)造在正常運(yùn)用和正常維護(hù)條件下，應(yīng)具有足夠的耐久性。耐久性設(shè)計(jì)包括的內(nèi)容：1、確定構(gòu)造所處的環(huán)境類別2、提出資料的耐久性質(zhì)量要求3、確定構(gòu)件中鋼筋的混凝土維護(hù)層厚度4、在不利環(huán)境下應(yīng)采取的措施5、滿足耐久性要求的相應(yīng)的技術(shù)措施6、提出構(gòu)造運(yùn)用階段的維護(hù)與檢測要求間接作用直接作用施加在構(gòu)造上的荷載，如構(gòu)造自重、汽車荷載等。引起構(gòu)造外加變形和約束變形的緣由作用二、作用和作用效應(yīng)◆作用◎直接作用：◎間接作用：二、作用和作用效應(yīng)◆作用的分類按時(shí)間的變異分類永久作用：可變作用：偶爾作用：自重土壤壓力根底沉降焊接變形樓面活荷載雪荷載風(fēng)荷載地震爆炸撞擊二、作用和作用效應(yīng)按隨空間位置的變異分類固定作用：自在作用：自重人群荷載吊車荷載按構(gòu)造的反響特點(diǎn)分類靜態(tài)作用：動態(tài)作用：自重樓面人群荷載屋面雪荷載地震吊車荷載振動設(shè)備二、作用和作用效應(yīng)作用效應(yīng)：由作用引起的構(gòu)造或構(gòu)造構(gòu)件的反響，例如內(nèi)力、變形和裂痕等?！搽S機(jī)性〕荷載效應(yīng)：荷載引起的構(gòu)造的內(nèi)力和變形?！搽S機(jī)性〕抗力：構(gòu)造或構(gòu)造構(gòu)件接受作用效應(yīng)的才干。與構(gòu)造的幾何參數(shù)和資料性能有關(guān)?！搽S機(jī)性〕一、可靠性與可靠度功能要求平安性、適用性和耐久性可靠性可靠度構(gòu)造在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)，規(guī)定的條件下完成預(yù)定功能的概率概率度量第三節(jié)構(gòu)造可靠度實(shí)際和極限形狀設(shè)計(jì)法構(gòu)造在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)，規(guī)定的條件下完成預(yù)定功能的才干一、構(gòu)造的可靠性和可靠度〔一〕構(gòu)造的可靠性定義：才干〔二〕構(gòu)造的可靠度定義：概率二、可靠度實(shí)際第三節(jié)構(gòu)造可靠度實(shí)際和極限形狀設(shè)計(jì)法構(gòu)造的可靠概率和失效概率1、構(gòu)造的功能函數(shù)：Z=R-SR—構(gòu)造抗力S—作用效應(yīng)第三節(jié)構(gòu)造可靠度實(shí)際和極限形狀設(shè)計(jì)法可靠的根本條件：構(gòu)造的功能函數(shù)：Z=R-S>0可靠度失效概率〔二〕構(gòu)造的可靠概率和失效概率2、可靠概率和失效概率第三節(jié)構(gòu)造可靠度實(shí)際和極限形狀設(shè)計(jì)法失效概率Pf可靠概率PsPf+PS=1可靠概率失效概率可靠度：即可以用可靠概率來衡量，也可以用實(shí)效概率來衡量；當(dāng)失效概率小于某個(gè)值時(shí)，人們因構(gòu)造失效的能夠性很小而即可以為構(gòu)造設(shè)計(jì)是可靠的。該失效概率限值稱為允許失效概率[Pf]。延性破壞：允許失效概率[Pf]=6.9×10-4脆性破壞：允許失效概率[Pf]=1.1×10-4〔三〕按可靠目的的設(shè)計(jì)準(zhǔn)那么1、可靠目的：失效概率衡量可靠度計(jì)算很復(fù)雜，故引入可靠目的，詳細(xì)度量構(gòu)造的可靠性。β與Pf關(guān)系β2.73.23.74.2Pf3.5×10-36.9×10-41.1×10-41.3×10-5〔三〕按可靠目的的設(shè)計(jì)準(zhǔn)那么2、按可靠目的的設(shè)計(jì)準(zhǔn)那么定義：建筑構(gòu)造設(shè)計(jì)時(shí)，根據(jù)建筑物的平安等級，按規(guī)定的可靠目的進(jìn)展設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)準(zhǔn)那么，稱為按可靠目的的設(shè)計(jì)準(zhǔn)那么。建筑構(gòu)造的平安等級

一級建筑類型破壞后果

二級

平安等級很嚴(yán)重

三級嚴(yán)重不嚴(yán)重重要的房屋普通的房屋次要的房屋〔三〕按可靠目的的設(shè)計(jì)準(zhǔn)那么2、按可靠目的的設(shè)計(jì)準(zhǔn)那么延性破壞指構(gòu)造構(gòu)件在破切前有明顯的變形或其他預(yù)兆。脆性破壞指構(gòu)造構(gòu)件在破切前無明顯的變形或其他預(yù)兆。

延性破壞三級二級一級

脆性破壞

平安等級破壞類型3.73.22.74.23.73.2建筑構(gòu)造目的可靠目的——<建筑構(gòu)造可靠度設(shè)計(jì)一致規(guī)范>〔GB50068-2001〕三、概率極限形狀設(shè)計(jì)法一．極限形狀：當(dāng)整個(gè)構(gòu)造或構(gòu)造的一部分超越某一特定形狀而不能滿足設(shè)計(jì)規(guī)定的某一功能要求時(shí)，那么此特定形狀稱為該構(gòu)造的極限形狀。構(gòu)造的極限形狀也是構(gòu)造處于可靠形狀與失效形狀的臨界形狀。正常運(yùn)用極限形狀承載才干極限形狀極限形狀2、極限形狀的分類承載才干極限形狀——對應(yīng)于構(gòu)造或構(gòu)件到達(dá)最大承載才干或不適于繼續(xù)承載的變形。承載才干極限形狀構(gòu)造構(gòu)件或銜接處因超越資料強(qiáng)度而破壞構(gòu)造轉(zhuǎn)變成機(jī)動體系整個(gè)構(gòu)造或構(gòu)造的一部分作為剛體失去平衡〔滑動、倒塌〕構(gòu)造或構(gòu)造構(gòu)件喪失穩(wěn)定〔柱的壓曲失穩(wěn)〕43215地基喪失承載才干穩(wěn)定〔失穩(wěn)〕正常運(yùn)用極限形狀——對應(yīng)于構(gòu)造或構(gòu)件到達(dá)正常運(yùn)用或耐久性能的某項(xiàng)規(guī)定限值。影響正常運(yùn)用或外觀的變形影響正常運(yùn)用或耐久性能的部分損壞影響正常運(yùn)用的振動影響正常運(yùn)用的其它特定形狀正常運(yùn)用極限形狀1、設(shè)計(jì)原那么：作用效應(yīng)最不利組合(根本組合)設(shè)計(jì)值必需小于或等于構(gòu)造抗力的設(shè)計(jì)值?！惨运苄詫?shí)際為根底〕：2、根本表達(dá)式:二、承載才干極限形狀形狀設(shè)計(jì)●荷載效應(yīng)根本組合設(shè)計(jì)值①可變荷載效應(yīng)起控制造用的組合永久荷載效應(yīng)分項(xiàng)系數(shù)可變荷載效應(yīng)分項(xiàng)系數(shù)△住宅、宿舍、商店…等絕大多數(shù)樓面活載0.7△書庫、檔案庫、電梯機(jī)房…0.9△高爐臨近建筑屋面積灰荷載1.0可變荷載Qi的組合值系數(shù)②由永久荷載效應(yīng)起控制造用的組合當(dāng)以豎向永久荷載效應(yīng)起控制造用的組合時(shí)，可變荷載只思索豎向荷載。由可變荷載效應(yīng)控制的組合③根本組合簡化由永久荷載效應(yīng)控制的組合仍按原式計(jì)算例題1一鋼筋砼屋面簡支梁，跨度為6m，截面尺寸為250mm×500mm，梁的負(fù)荷寬度為3.6m，知屋面板自重規(guī)范值為3kN/m2，上人屋面活荷載規(guī)范值為2kN/m2，雪荷載規(guī)范值為0.5kN/m2，可變荷載組合系數(shù)0.7,試求梁跨中彎矩設(shè)計(jì)值和支座邊緣截面剪力設(shè)計(jì)值。梁計(jì)算簡圖屋面平面簡圖負(fù)荷寬度解：計(jì)算gk梁自重0.25×0.5×25=3.125kN/m板自重3×3.6=10.8kN/mgk=13.93kN/mq1k=2×3.6=7.2kN/mq2k=0.5×3.6=1.8kN/m跨中彎矩設(shè)計(jì)值支座邊緣截面剪力設(shè)計(jì)值同理C—構(gòu)造或構(gòu)造構(gòu)件到達(dá)正常運(yùn)用要求的規(guī)定限值，例如變形、裂痕、振幅、加速度、應(yīng)力等的限值，應(yīng)按各有關(guān)建筑構(gòu)造設(shè)計(jì)規(guī)范的規(guī)定采用。◆三正常運(yùn)用極限形狀可靠度要求低于承載才干極限形狀。對于正常運(yùn)用極限形狀，應(yīng)根據(jù)不同的設(shè)計(jì)要求，采用荷載的規(guī)范組合、準(zhǔn)永久組合進(jìn)展設(shè)計(jì)，使變形、裂痕、振幅、基底應(yīng)力等荷載效應(yīng)的組合值符合下式的要求：S≤C〔1〕對于規(guī)范組合，荷載效應(yīng)組合的設(shè)計(jì)值S按下式計(jì)算：2.3.2.2正常運(yùn)用極限形狀設(shè)計(jì)表達(dá)式〔2〕對于準(zhǔn)永久組合，荷載效應(yīng)組合的設(shè)計(jì)值S按下式計(jì)算：【例2.1】知由永久荷載產(chǎn)生的彎矩規(guī)范值Mgk=11kN·m，起控制造用的可變荷載產(chǎn)生的彎矩規(guī)范值Mqk=16kN·m，平安等級為二級，求彎矩設(shè)計(jì)值。【解】本例中，γG=1.2,γQ1=1.4SGk=Mgk=11kN·mSQ1k=Mqk=16kN·m那么彎矩設(shè)計(jì)值M=γGSGk+γQ1SQ1k=1.2×11+1.4×16=35.6kN·m彎矩設(shè)計(jì)值為35.6kN·m?！纠?.2】某教學(xué)樓樓面采用預(yù)制板，計(jì)算跨度l0=5.70m，板寬0.9m，板自重2.2kN/m2。樓面采用水磨石地面〔10mm厚面層，20mm厚水泥砂漿打底〕，板底20mm厚抹灰。樓面活荷載規(guī)范值為2.0kN/m2。試求：①板的跨中截面彎矩設(shè)計(jì)值M;②荷載效應(yīng)規(guī)范組合設(shè)計(jì)值M；③荷載效應(yīng)準(zhǔn)永久組合設(shè)計(jì)值M?！窘狻?1)荷載規(guī)范值①永久荷載水磨石地面0.65kN/m220mm板底抹灰17×0.02=0.34kN/m2板自重2.2kN/m2作用在板上的永久荷載線荷載規(guī)范值為gk=(0.65+0.34+2.2)×0.9=2.871kN/m②可變活荷載qk=2.0×0.9=1.8kN/m(2)板的跨中截面彎矩設(shè)計(jì)值永久荷載產(chǎn)生的彎矩規(guī)范值Mgk=1/8gkl02=11.66kN·m可變荷載產(chǎn)生的彎矩規(guī)范值Mqk=1/8qkl02=7.31kN·mγG=1.2，γQ=1.4M=γGMgk+γQMqk=24.22kN·m

(2)規(guī)范組合荷載效應(yīng)組合的設(shè)計(jì)值MM=Mgk+Mqk=11.66+7.31=18.97kN·m

(3)準(zhǔn)永久組合荷載效應(yīng)組合的設(shè)計(jì)值Mψq1=0.5M=SGk+ψq1SQ1k=Mgk+ψq1Mqk＝15.32kN·m2、詳細(xì)設(shè)計(jì)內(nèi)容〔1〕裂痕控制驗(yàn)算根據(jù)所處環(huán)境類別和構(gòu)造類別，選用裂痕控制等級和最大裂痕寬度限值，見表2—6裂痕等級分三級：一級嚴(yán)厲要求不出現(xiàn)，按荷載效應(yīng)規(guī)范組合計(jì)算時(shí)，構(gòu)件受拉邊緣混凝土不應(yīng)產(chǎn)生拉應(yīng)力；二級要求普通不出現(xiàn)裂痕，按荷載效應(yīng)規(guī)范組合時(shí)，構(gòu)件受拉邊緣混凝土拉應(yīng)力不應(yīng)大于軸心抗壓強(qiáng)