混凝土结构设计的一般原则和方法1.ppt

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1、基本要求基本要求：1.1.了解结构的组成及类型、结构设计的阶段和内容、结了解结构的组成及类型、结构设计的阶段和内容、结构设计的一般原则。构设计的一般原则。2.2.了解结构上的作用、作用效应、荷载的分类，掌握荷了解结构上的作用、作用效应、荷载的分类，掌握荷载代表值、竖向荷载（包括载代表值、竖向荷载（包括雪荷载）雪荷载）、风荷载的确定方法、风荷载的确定方法3.3.掌握结构的功能要求、结构功能的极限状态；掌握结构的功能要求、结构功能的极限状态；4.4.了解概率极限状态设计方法，理解可靠度、可靠指标了解概率极限状态设计方法，理解可靠度、可靠指标的概念以及可靠指标与失效概率的关系；的概念以及可靠指标与失

2、效概率的关系；5.掌握概率极限状态设计实用表达式；掌握荷载各种代掌握概率极限状态设计实用表达式；掌握荷载各种代表值和强度值的取法，并能够根据不同设计要求进行相应表值和强度值的取法，并能够根据不同设计要求进行相应的荷载组合。的荷载组合。10.1 10.1 建筑结构设计的一般原则建筑结构设计的一般原则10.1.110.1.1建筑结构的组成和类型建筑结构的组成和类型一、组成：一、组成：1.1.上部结构：包括水平结构体系（楼、屋盖）和竖向结上部结构：包括水平结构体系（楼、屋盖）和竖向结构体系（墙、柱等）。构体系（墙、柱等）。2.2.下部结构：地下室、基础下部结构：地下室、基础二、类型：二、类型：1.1

3、.按结构材料：砌体结构、混凝土结构、钢结构、组合按结构材料：砌体结构、混凝土结构、钢结构、组合结构和混合结构。结构和混合结构。2.2.按竖向结构体系：排架结构、框架结构、剪力墙结构、按竖向结构体系：排架结构、框架结构、剪力墙结构、框架框架-剪力墙结构、筒体结构等。剪力墙结构、筒体结构等。10.1.2 10.1.2 建筑结构的设计的阶段和内容建筑结构的设计的阶段和内容一、初步设计（方案设计）：提出设计方案，对关键问题一、初步设计（方案设计）：提出设计方案，对关键问题提出技术措施。提出技术措施。二二.技术设计：进行结构平面布置和竖向布置，对整体进技术设计：进行结构平面布置和竖向布置，对整体进行荷载

4、效应分析，确定主要构造措施及重要部位和薄弱部行荷载效应分析，确定主要构造措施及重要部位和薄弱部位的技术措施。位的技术措施。三三.施工图设计：给出完整的结构施工图施工图设计：给出完整的结构施工图10.1.3 10.1.3 建筑结构设计的一般原则建筑结构设计的一般原则 安全、适用、耐久和经济合理安全、适用、耐久和经济合理10.2 10.2 建筑结构荷载建筑结构荷载10.2.110.2.1结构上的作用与作用效应结构上的作用与作用效应一、作用：一、作用：使结构产生内力或变形的原因，即施加在结使结构产生内力或变形的原因，即施加在结构上的集中或分布荷载以及引起结构外加变形或约束变构上的集中或分布荷载以及引

5、起结构外加变形或约束变形的原因。形的原因。直接作用：集中或分布荷载；直接作用：集中或分布荷载；间接作用：地震、地基沉降、混凝土收缩、温度变化、间接作用：地震、地基沉降、混凝土收缩、温度变化、焊接等因素。焊接等因素。二、二、作用效应作用效应：结构上的作用使结构产生的内力（如弯：结构上的作用使结构产生的内力（如弯矩、剪力、轴力、扭矩等）、变形（如挠度、侧移、转矩、剪力、轴力、扭矩等）、变形（如挠度、侧移、转角等）、裂缝等的统称。角等）、裂缝等的统称。10.2.2 10.2.2 荷载的分类荷载的分类一、按作用时间长短和性质：一、按作用时间长短和性质：1.1.永久荷载永久荷载：在设计基准期内，其值不随

6、时间变化或其变：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可以忽略不计的荷载或其变化是单调的并化与平均值相比可以忽略不计的荷载或其变化是单调的并能趋于限值的荷载。如结构自重、土压力、预加应力、焊能趋于限值的荷载。如结构自重、土压力、预加应力、焊接等。接等。2.2.可变荷载可变荷载：在设计基准期内，其值随时间变化且其变化：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荷载。如安装荷载、楼面上人群与平均值相比不可忽略的荷载。如安装荷载、楼面上人群及家具等产生的活载、风荷载、雪荷载、吊车荷载等。及家具等产生的活载、风荷载、雪荷载、吊车荷载等。3.3.偶然荷载偶然荷载：在结构设

7、计基准期内不一定出现，但一旦出：在结构设计基准期内不一定出现，但一旦出现其值很大且持续时间很短的荷载。如爆炸力、撞击力等。现其值很大且持续时间很短的荷载。如爆炸力、撞击力等。二二.按空间位置的变异：按空间位置的变异：1.1.固定荷载固定荷载2.2.移动荷载移动荷载三、按结构对荷载的反应性质：三、按结构对荷载的反应性质：1.1.静力荷载静力荷载：结构自重、楼面活荷载、雪荷载等。：结构自重、楼面活荷载、雪荷载等。2.2.动力荷载动力荷载：风荷载、设备振动、吊车荷载等。：风荷载、设备振动、吊车荷载等。设计基准期：设计基准期：建筑结构荷载规范建筑结构荷载规范（GB50009-GB50009-20122

8、012）统一采用一般结构的设计使用年限）统一采用一般结构的设计使用年限5050年作年作为规定荷载最大值的时域，称为设计基准期。为规定荷载最大值的时域，称为设计基准期。10.2.3 10.2.3 荷载代表值荷载代表值 标准值、组合值、频遇值、准永久值，其中标准值是标准值、组合值、频遇值、准永久值，其中标准值是基本代表值。基本代表值。标准值：其在结构的使用年限可能出现的最大荷载值。标准值：其在结构的使用年限可能出现的最大荷载值。10.2.4 10.2.4 竖向荷载竖向荷载一、楼、屋面的荷载一、楼、屋面的荷载1.1.竖向恒荷载：竖向恒荷载：（1 1）结构的自重：按构件的设计尺寸与材料表观密度确）结构

9、的自重：按构件的设计尺寸与材料表观密度确定。定。（2 2）附加在结构上的恒荷载：门窗自重、设备自重等）附加在结构上的恒荷载：门窗自重、设备自重等2.2.竖向活荷载竖向活荷载（1 1）民用建筑楼面均布活荷载：）民用建筑楼面均布活荷载：荷载规范荷载规范按等效均按等效均布荷载方法给出，并考虑折减，详见布荷载方法给出，并考虑折减，详见规范规范5.15.1。（2 2）工业建筑楼面均布活荷载：详见）工业建筑楼面均布活荷载：详见规范规范5.25.2。（3 3）屋面活荷载：标准值、组合值、频遇值、准永久值）屋面活荷载：标准值、组合值、频遇值、准永久值按表按表5.3.15.3.1采用，详见采用，详见规范规范5.

10、35.3。注意注意：屋面均布活荷载不应与雪荷载同时组合屋面均布活荷载不应与雪荷载同时组合。二、雪荷载二、雪荷载 屋面水平投影面上的雪荷载标准值，应按下式计算屋面水平投影面上的雪荷载标准值，应按下式计算 基本雪压：以一般空旷平坦地面上统计的基本雪压：以一般空旷平坦地面上统计的5050年一遇年一遇重现期的最大积雪自重给出。参见规范附录重现期的最大积雪自重给出。参见规范附录E.5E.5 屋面积雪分布系数：屋面水平投影面积上的雪荷载屋面积雪分布系数：屋面水平投影面积上的雪荷载基本雪压屋面积雪分布系数雪荷载标准值式中：00ssssrkrk与基本雪压的比值，与屋面形式、朝向及风力有关，见与基本雪压的比值，

11、与屋面形式、朝向及风力有关，见规范规范7.27.2。雪荷载的组合值系数可取雪荷载的组合值系数可取0.70.7，频遇值系数可取，频遇值系数可取0.60.6，准永久值系数按雪荷载分区准永久值系数按雪荷载分区、的不同，分别取的不同，分别取0.50.5、0.20.2、0 0，分区图见规范附录，分区图见规范附录E.5E.5。规范规范7.2.27.2.2规定，设计建筑结构及屋面的承重构规定，设计建筑结构及屋面的承重构件时，件时，应应按下列规定采用积雪的分布情况：按下列规定采用积雪的分布情况：（1 1）屋面板和檩条按积雪不均匀分布的最不利情况）屋面板和檩条按积雪不均匀分布的最不利情况采用；采用；（2 2）屋

12、架和拱壳可分别按积雪全跨均匀分布情况、）屋架和拱壳可分别按积雪全跨均匀分布情况、不均匀分布的情况和半跨均匀分布的情况采用；不均匀分布的情况和半跨均匀分布的情况采用；（3 3）框架和柱可按积雪全跨均匀分布情况采用。）框架和柱可按积雪全跨均匀分布情况采用。10.2.5 10.2.5 风荷载：使结构产生变形和振动风荷载：使结构产生变形和振动一、风荷载的特点一、风荷载的特点 迎风面迎风面-压力压力 背风面背风面-吸力吸力 构成风荷载构成风荷载 两侧两侧-横风向干扰力横风向干扰力 风荷载包括由顺风向的平均风引起的静力风荷载、风荷载包括由顺风向的平均风引起的静力风荷载、与平均风方向一致的顺风向脉动风荷载和

13、与平均风方向与平均风方向一致的顺风向脉动风荷载和与平均风方向垂直的横风向脉动风荷载。工程中一般只考虑结构在顺垂直的横风向脉动风荷载。工程中一般只考虑结构在顺风向风荷载作用下的响应。风向风荷载作用下的响应。二、风荷载的标准值：与风荷载时程有关二、风荷载的标准值：与风荷载时程有关 可近似按静力风荷载并用动力放大系数考虑脉动风可近似按静力风荷载并用动力放大系数考虑脉动风的动力效应的动力效应 垂直于建筑物表面上的风荷载标准值应按下列规定计算垂直于建筑物表面上的风荷载标准值应按下列规定计算计算：计算：1.1.计算主要承重结构时，应按下式计算计算主要承重结构时，应按下式计算2.2.计算围护结构结构，应按下

14、式计算计算围护结构结构，应按下式计算式中：式中：-高度高度z z处的阵风系数；处的阵风系数；-风荷载局部体型系数风荷载局部体型系数 处的风振系数高度风压高度变化系数风荷载体型系数基本风压风荷载标准值式中：zzzskzszk0001wwzsgzkgz1s基本风压基本风压0：以当地空旷平坦地面上：以当地空旷平坦地面上10m10m高处高处10min10min的平的平均风速观测数据，经概率统计得到的均风速观测数据，经概率统计得到的5050年一遇的最大年一遇的最大风速风速v v0 0，按下式计算：，按下式计算：荷载规范荷载规范规定，基本风压应按规范附录规定，基本风压应按规范附录E.5E.5中的中中的中给

15、出的给出的5050年重现期的风压采用，并不得小于年重现期的风压采用，并不得小于0.3KN/m0.3KN/m2 2。对高层建筑、高耸结构以及对风荷载比较敏感的其对高层建筑、高耸结构以及对风荷载比较敏感的其他结构，基本风压应适当提高，并应由有关的结构设计他结构，基本风压应适当提高，并应由有关的结构设计规范具体规定。规范具体规定。风荷载的组合值、頻遇值和准永久值系数分别取为风荷载的组合值、頻遇值和准永久值系数分别取为0.60.6、0.40.4和和0 0空气密度式中：-160012120200vv2.2.风压高度变化系数风压高度变化系数 ：风速增大规律主要取决于地面粗糙度（分为四类）风速增大规律主要取

16、决于地面粗糙度（分为四类）A A类：近海海面和海岛、海岸、湖岸及沙漠地区；类：近海海面和海岛、海岸、湖岸及沙漠地区；B B类：田野、乡村、丛林、丘陵以及房屋比较稀疏的类：田野、乡村、丛林、丘陵以及房屋比较稀疏的乡镇和城市郊区；乡镇和城市郊区；C C类：有密集建筑群的城市市区；类：有密集建筑群的城市市区；D D类：类：有密集建筑群且房屋较高的城市市区。有密集建筑群且房屋较高的城市市区。荷载规范荷载规范规定：对于平坦或稍有起伏的地形，风规定：对于平坦或稍有起伏的地形，风压高度变化系数应根据地面粗糙度类别按规范表压高度变化系数应根据地面粗糙度类别按规范表8.2.18.2.1确确定。定。如表如表10-410-4。对于山区建筑物，还应考虑修正系数。对于山区建筑物，还应考虑修正系数。3.3.风荷载体型系数风荷载体型系数 ：风作用在建筑物表面所引起的：风作用在建筑物表面所引起的实际压力（或吸力）与基本风压的比值。与建筑物的体实际压力（或吸力）与基本风压的比值。与建筑物的体型、尺度、周围环境和地面粗糙度有关。型、尺度、周围环境和地面粗糙度有关。详见表详见表8.3.18.3.1zs2.2.顺风向风振系数