混凝土结构基本原理 第3章 混凝土结构设计的基本原则.ppt

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1、混凝土结构混凝土结构基本原理基本原理 Basic Principles of Concrete Structure 3 混凝土结构设计的基本原则混凝土结构设计的基本原则Design Methods of Concrete Structure混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理第 3 章第第 3 章章 混凝土结构设计的基本原则混凝土结构设计的基本原则 混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理第 3章本章重点本章重点 了解结构上的作用、作用效应和结构抗力了解结构上的作用、作用效应和结构抗力的概念及其随机特性；的概念及其随机特性；了解混凝土结构设计方法的理论基础了解混凝土结构设计方法的理论基础 可靠度理

2、论；可靠度理论；掌握我国规范的设计方法掌握我国规范的设计方法概率极限状概率极限状 态设计法。态设计法。混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理第 3 章3.1.1 结构上的作用结构上的作用 action1.概念：概念：建筑结构可靠度设计统一标准建筑结构可靠度设计统一标准 （GB50068-2001）指出：施加在结构上的集中力或分布力，或引起结构指出：施加在结构上的集中力或分布力，或引起结构变形或约束变形的原因。变形或约束变形的原因。另：另：凡能使结构产生内力、应力、位移、应变、裂缝凡能使结构产生内力、应力、位移、应变、裂缝的因素，都称为结构上的作用。的因素，都称为结构上的作用。直接作用：施加在结构

3、上的集中力或分布力。一般直接作用：施加在结构上的集中力或分布力。一般称为荷载。称为荷载。2.分类：分类：间接作用：引起结构外加变形或约束变形的原因。如间接作用：引起结构外加变形或约束变形的原因。如:温度、收缩、徐变、地基不均匀沉降、地震作用等。温度、收缩、徐变、地基不均匀沉降、地震作用等。3.1结构上的作用、作用效应与结构抗力结构上的作用、作用效应与结构抗力混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理第 3 章作用的分类作用的分类 （1）按随按随时间的变异时间的变异分类分类 永久作用永久作用permanent action:在设计基准期内其值不随时间在设计基准期内其值不随时间变化，或其变化与平均值相比

4、可以忽略不计的作用。其中，直变化，或其变化与平均值相比可以忽略不计的作用。其中，直接作用习称恒荷载。接作用习称恒荷载。如如:结构自重、土压力、预加应力、基础沉降、焊接等。结构自重、土压力、预加应力、基础沉降、焊接等。可变作用可变作用variable action:在设计基准期内其值随时间变在设计基准期内其值随时间变化，且其变化与平均值相比不可忽略的作用。其中，直接作用化，且其变化与平均值相比不可忽略的作用。其中，直接作用习称活荷载。习称活荷载。如如:安装荷载、楼面荷载、风荷载、雪荷载、吊车荷载、温度变安装荷载、楼面荷载、风荷载、雪荷载、吊车荷载、温度变化、地震等。化、地震等。偶然作用偶然作用a

5、ccidental action:在设计基准期内不一定出现，在设计基准期内不一定出现，而一旦出现其值很大且持续时间较短的作用。如而一旦出现其值很大且持续时间较短的作用。如:地震、爆炸、地震、爆炸、撞击等。撞击等。混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理第 3 章作用的分类作用的分类 （2）按随）按随空间位置的变异空间位置的变异分类分类 固定作用固定作用:在结构上具有固定分布的作用。在结构上具有固定分布的作用。如如:结构构件自重、工业与民用建筑楼面上的固定设备结构构件自重、工业与民用建筑楼面上的固定设备荷载等。荷载等。可动作用可动作用:在结构上一定范围内可以任意分布的作在结构上一定范围内可以任意分布

6、的作用。用。如如:吊车荷载、工业与民用建筑楼面上的人员荷载等。吊车荷载、工业与民用建筑楼面上的人员荷载等。混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理第 3 章作用的分类作用的分类 （3）按）按结构的反应结构的反应分类分类 静态作用静态作用:不使结构或构件产生加速度，或所产生不使结构或构件产生加速度，或所产生的加速度可以忽略不计的作用。其中，直接作用习称的加速度可以忽略不计的作用。其中，直接作用习称静荷载。静荷载。如如:结构自重、住宅与办公楼的楼面活荷载等。结构自重、住宅与办公楼的楼面活荷载等。动态作用动态作用:使结构或构件产生不可忽略的加速度的使结构或构件产生不可忽略的加速度的作用。其中，直接作用习

7、称动荷载。作用。其中，直接作用习称动荷载。如如:地震、吊车荷载、设备振动、作用在高耸结构上地震、吊车荷载、设备振动、作用在高耸结构上的风荷载等。的风荷载等。混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理第 3 章作用的分类作用的分类（4）按）按作用的方向作用的方向分类分类 竖向作用竖向作用:如如:结构自重等。结构自重等。水平作用水平作用:如如:水平风荷载等。水平风荷载等。任意方向的作用任意方向的作用:如如:地震作用等。地震作用等。混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理第 3 章3.1.2 作用效应作用效应 action effect 符号符号:S 荷载效应荷载效应 load effect 定义：定义：由由

8、荷载引起的结构或结构构件的反应荷载引起的结构或结构构件的反应,例如内例如内 力、变形、裂缝等，称为荷载效应。力、变形、裂缝等，称为荷载效应。定义：定义：由由作用引起的结构或结构构件的反应作用引起的结构或结构构件的反应,例如例如 内力、变形、裂缝等，称为作用效应。内力、变形、裂缝等，称为作用效应。混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理第 3 章3.1.3 结构抗力结构抗力 resistance符号符号:R 定义：定义：结构或构件承受作用效应的能力，如结构或构件承受作用效应的能力，如:构件构件 的承载能力、刚度、抗裂度等。的承载能力、刚度、抗裂度等。另另:结构抵抗作用效应的能力，称为结构抗力结构抵抗

9、作用效应的能力，称为结构抗力。影响因素影响因素:a.结构材料的性能结构材料的性能:如如:材质、强度、弹性模量等。材质、强度、弹性模量等。b.几何参数。几何参数。c.计算所采用的基本假定。计算所采用的基本假定。d.计算所采用的计算公式。计算所采用的计算公式。混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理第 3 章 1.安全性安全性Safety:结构在正常施工和正常使用条件结构在正常施工和正常使用条件下，承受可能出现的各种作用的能力，以及在偶然下，承受可能出现的各种作用的能力，以及在偶然事件发生时和发生后，仍能保持必要的整体稳定性事件发生时和发生后，仍能保持必要的整体稳定性的能力。的能力。如（如（MMu）2

10、.适用性适用性Serviceability:结构在正常使用条件下，满结构在正常使用条件下，满足预定使用要求的能力。足预定使用要求的能力。如不发生影响正常使用的过大的变形（挠度、侧移如不发生影响正常使用的过大的变形（挠度、侧移）、振动（频率、振幅），或产生让使用者感到不安的）、振动（频率、振幅），或产生让使用者感到不安的过大的裂缝宽度。过大的裂缝宽度。3.2结构的功能要求结构的功能要求3.2.1 结构的功能要求结构的功能要求混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理第 3 章 3.耐久性耐久性Durability:结构在正常使用和维护条件结构在正常使用和维护条件下，随时间变化而仍能满足预定功能要求的能

11、力。下，随时间变化而仍能满足预定功能要求的能力。如（如（wmax wmax）当结构满足了以上三个方面的功能要求时，说明当结构满足了以上三个方面的功能要求时，说明结构是结构是可靠可靠的。的。3.2结构的功能要求结构的功能要求3.2.1 结构的功能要求结构的功能要求第第3 3章章 混凝土结构设计的基本原则混凝土结构设计的基本原则3.23.2结构的功能要求结构的功能要求结构的可靠性结构的可靠性reliability 可靠性可靠性安全性、适用性和耐久性的总称安全性、适用性和耐久性的总称就是指结构在规定的时间内（一个就是指结构在规定的时间内（一个设计使用年限设计使用年限:一般为一般为T=50 年年 中国

12、中国），在规定的条件下（），在规定的条件下（正常设计、正常施工、正常设计、正常施工、正常使用和维护正常使用和维护），完成预定结构功能），完成预定结构功能(如如:强度、刚度、稳强度、刚度、稳定性、抗裂性、耐久性等定性、抗裂性、耐久性等)的能力。的能力。结构可靠性越高，建设造价投资越大。结构可靠性越高，建设造价投资越大。如何在结构可靠与经济之间取得均衡如何在结构可靠与经济之间取得均衡，就是设计方，就是设计方法要解决的问题。法要解决的问题。3.2.2 结构的可靠性结构的可靠性第第3 3章章 混凝土结构设计的基本原则混凝土结构设计的基本原则3.23.2结构的功能要求结构的功能要求设计基准期设计基准期d

13、esign reference period:为确定可变作用及与时为确定可变作用及与时间有关的材料性能等取值而选用的时间参数。一般为间有关的材料性能等取值而选用的时间参数。一般为T=50 年年 中国中国 设计使用年限设计使用年限design woking life：设计规定的结构或结构：设计规定的结构或结构构件不需要进行大修即可按其预定目的使用的时期。构件不需要进行大修即可按其预定目的使用的时期。具体：具体：临时性结构临时性结构-5年年 易于替换的结构构件易于替换的结构构件-25年；年；普通房屋和构筑物普通房屋和构筑物-50年；年；纪念性建筑和特别重要的建筑结构纪念性建筑和特别重要的建筑结构-

14、100年年3.2.2 结构的可靠性结构的可靠性第第3 3章章 混凝土结构设计的基本原则混凝土结构设计的基本原则3.23.2结构的功能要求结构的功能要求显然这种可靠与经济的均衡受到多方面的影响，如国家显然这种可靠与经济的均衡受到多方面的影响，如国家经济实力、设计工作寿命、维护和修复等。经济实力、设计工作寿命、维护和修复等。规范规定的设计方法，是这种均衡的最低限度，也是国规范规定的设计方法，是这种均衡的最低限度，也是国家法律。家法律。设计人员可以根据具体工程的重要程度、使用环境和情设计人员可以根据具体工程的重要程度、使用环境和情况，以及业主的要求，提高设计水准，增加结构的可况，以及业主的要求，提高

15、设计水准，增加结构的可靠度。靠度。经济的概念不仅包括第一次建设费用，还应考经济的概念不仅包括第一次建设费用，还应考虑维修，损失及修复的费用虑维修，损失及修复的费用第第3 3章章 混凝土结构设计的基本原则混凝土结构设计的基本原则3.23.2结构的功能要求结构的功能要求 2.结构的安全等级结构的安全等级 Safety class安全等级安全等级破坏后的影响程度破坏后的影响程度建筑物的类型建筑物的类型一级一级很严重很严重重要的建筑物重要的建筑物二级二级严重严重一般的建筑物一般的建筑物三级三级不严重不严重次要的建筑物次要的建筑物 根据根据破坏后果的严重程度破坏后果的严重程度划分的结构或结构构件的等级。

16、划分的结构或结构构件的等级。分为分为三级三级:第第3 3章章 混凝土结构设计的基本原则混凝土结构设计的基本原则3.23.2结构的功能要求结构的功能要求结构的安全等级采用的规定：结构的安全等级采用的规定：a.同一建筑物内同一建筑物内的的各种结构构件各种结构构件，一般宜采用与整个结，一般宜采用与整个结构相同的安全等级。构相同的安全等级。b.对于对于特殊的建筑物特殊的建筑物，其安全等级可根据具体情况另行，其安全等级可根据具体情况另行确定。确定。c.对于对于有抗震或其他特殊要求的建筑物有抗震或其他特殊要求的建筑物，其安全等级还应，其安全等级还应符合抗震规范或其他特殊规范的规定。符合抗震规范或其他特殊规范的规定。d.对结构中的各种构件的安全等级对结构中的各种构件的安全等级可作个别调整可作个别调整，不得低不得低于三级于三级。第第3 3章章 混凝土结构设计的基本原则混凝土结构设计的基本原则3.3 3.3 极限状态极限状态3.3 3.3 结构功能的极限状态结构功能的极限状态Limit State结构能够满足功能要求而良好地工作，则称结构是结构能够满足功能要求而良好地工作，则称结构是“可靠可靠”的或的或