混凝土结构设计绪论.ppt

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1、1一、结构的概念 由构件组成的传力体系，承担建筑物在由构件组成的传力体系，承担建筑物在施工和使用过程中可能出现的各种环境施工和使用过程中可能出现的各种环境作用。作用。构件构件 作用作用 2二、结构的类型制制作作材材料料木结构木结构钢筋混凝土结构钢筋混凝土结构预应力混凝土结构预应力混凝土结构砌体结构砌体结构混凝土结构混凝土结构钢结构钢结构组合结构组合结构3几何几何尺寸尺寸和受和受力特力特性性杆系结构杆系结构板壳结构板壳结构块体结构块体结构索结构索结构膜结构膜结构4空间空间位置位置和力和力的传的传递递水平承重结构水平承重结构楼盖楼盖 基础基础竖向承重竖向承重结构结构地下承重地下承重结构结构结构体系

2、结构体系 5结结构构体体系系框架结构框架结构剪力墙结构剪力墙结构框架框架-剪力墙结构剪力墙结构网架结构网架结构筒体结构筒体结构排架结构排架结构框支剪力墙结构框支剪力墙结构内框架结构内框架结构底层框架砌体结构底层框架砌体结构柱、屋架、基础柱、屋架、基础梁、柱、基础梁、柱、基础剪力墙、基础剪力墙、基础拉、压杆拉、压杆混凝土柱、砌体混凝土柱、砌体墙、基础墙、基础678910层数层数单层结构单层结构多、高层结构多、高层结构用途用途单层单层多、高层多、高层工业厂房结构工业厂房结构民用建筑结构民用建筑结构111.2 1.2 设计准则设计准则一、一、规范及设计理论规范及设计理论二、结构的功能要求二、结构的功

3、能要求三、极限状态三、极限状态四、极限状态设计法四、极限状态设计法12 设计法规、规范、规程和设计标准设计法规、规范、规程和设计标准1)1)设计依据设计依据 2)2)混凝土建筑结构常用规范混凝土建筑结构常用规范 混凝土结构设计规范混凝土结构设计规范GB50010-2002 建筑结构荷载规范建筑结构荷载规范 建筑地基基础设计规范建筑地基基础设计规范 高层建筑混凝土结构设计规程高层建筑混凝土结构设计规程 建筑抗震设计规范建筑抗震设计规范一、规范及设计理论一、规范及设计理论13 容许应力法容许应力法3)3)设计理论设计理论 破坏强度法破坏强度法 极限状态设计法极限状态设计法K容许应力、裂缝宽度、挠度

4、容许应力、裂缝宽度、挠度承载能力承载能力141 1、功能要求、功能要求 （1 1）结构的安全等级）结构的安全等级 二、结构的功能要求二、结构的功能要求表表1 建筑结构的安全等级建筑结构的安全等级 安全等级安全等级破坏后果的影响程度破坏后果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建筑物次要建筑物15 一般建筑结构的设计使用年限可为一般建筑结构的设计使用年限可为5050年。年。桥梁应比房屋的设计使用年限长，大坝的桥梁应比房屋的设计使用年限长，大坝的设计使用年限更长。设计使用年限更长。（2 2）结构

5、的设计使用年限结构的设计使用年限 计算结构可靠度所依据的年限称为结构的计算结构可靠度所依据的年限称为结构的设计使用年限。设计使用年限。结构的设计使用年限，是指设计规定的结构或结构的设计使用年限，是指设计规定的结构或结构构件不需进行大修即可按其预定目的使用结构构件不需进行大修即可按其预定目的使用的时期。的时期。162 2、可靠性、可靠性 结构在规定的时间内，在规定的条件下，完成结构在规定的时间内，在规定的条件下，完成预定功能的能力称为结构的可靠性。预定功能的能力称为结构的可靠性。规定时间是指结构的设计使用年限，所有的规定时间是指结构的设计使用年限，所有的统计分析均以该时间区间为准。统计分析均以该

6、时间区间为准。所谓的规定条件，是指正常设计、正常施工、所谓的规定条件，是指正常设计、正常施工、正常使用和维护的条件，不包括非正常的，例正常使用和维护的条件，不包括非正常的，例如人为的错误等。如人为的错误等。173 3、可靠度、可靠度 结构的可靠度是结构在设计工作寿命内，在正结构的可靠度是结构在设计工作寿命内，在正常条件下，完成预定功能的概率。常条件下，完成预定功能的概率。可靠度是可靠性的概率度量。可靠度是可靠性的概率度量。结构的可靠度是用可靠概率结构的可靠度是用可靠概率 来描述来描述sP18结构或构件达到最大承载能力或者达到不结构或构件达到最大承载能力或者达到不适于继续承载的变形状态，称为承载

7、能力适于继续承载的变形状态，称为承载能力极限状态。极限状态。三、极限状态三、极限状态1 1、承载能力极限状态、承载能力极限状态当结构或构件出现下列状态之一时，即当结构或构件出现下列状态之一时，即认为超过了承载力极限状态：认为超过了承载力极限状态：19（1）整个结构或结构的一部分作为刚体）整个结构或结构的一部分作为刚体失去平衡（如倾覆等）；失去平衡（如倾覆等）；（2 2）结构构件或连接因材料强度被超过而）结构构件或连接因材料强度被超过而破坏（包括疲劳破坏，或因过度的塑性变破坏（包括疲劳破坏，或因过度的塑性变形而不适于继续承载）；形而不适于继续承载）；（3 3）结构转变为机动体系（如压屈等）结构转

8、变为机动体系（如压屈等）；（4 4）结构或结构构件丧失稳定（如压屈结构或结构构件丧失稳定（如压屈等）等）。20结构超过承载力极限状态的例子结构超过承载力极限状态的例子212 2、正常使用极限正常使用极限状态状态当结构或构件出现下列状态之一时，即认当结构或构件出现下列状态之一时，即认为超过了正常使用极限状态：为超过了正常使用极限状态：22（1）影响正常使用或外观的变形；）影响正常使用或外观的变形；（2 2）影响正常使用或耐久性能的局部破坏影响正常使用或耐久性能的局部破坏（包括裂缝）（包括裂缝）；（3 3）影响正常使用的震动影响正常使用的震动；（4 4）影响正常使用的其他待定状态影响正常使用的其他

9、待定状态。233 3、极限状态方程、极限状态方程 S荷载效应荷载效应R抗力抗力SS2S1极限状态Z0或RS0r2Z可靠区r1RZ失效区244 4、可靠指标与失效概率、可靠指标与失效概率 可靠概率可靠概率 fsPP10f)()0(dzzfZPp0SR25 与失效概率与失效概率 之间有一一对应关系之间有一一对应关系 0ZZ2S2RSRZZfP26)()0(fZZZZZPZPp)(2122ZZxZZdze)()(127 可靠指标可靠指标 与失效概率与失效概率 的对应关系的对应关系 1.01.52.02.5 1.5910-16.6810-22.2810-26.2110-3 2.73.03.23.5 3

10、.4710-31.3510-36.8710-42.3310-4 3.74.04.24.5 1.0810-43.1710-51.3310-53.4010-6 fPfPfPfP28 目标可靠指标目标可靠指标 结构构件承载能力极限状态的目标可靠指标结构构件承载能力极限状态的目标可靠指标破坏类型破坏类型安安 全全 等等 级级一一 级级二二 级级三三 级级延延 性性 破破 坏坏3.73.22.7脆脆 性性 破破 坏坏4.23.73.2295 5、可靠指标在实际设计中的体现、可靠指标在实际设计中的体现2S2RSRZZ均均已已知知、独独立立，、SRSRSR222222SRSRSSRSR30SSSRRR222

11、222SRSRSSRSR222222SRSSSRRR2222SRSSSRRR 31SSSRRRSSSRRR)1()1(SSSRRRSSSSKRRRRKSR1111)1()1(SSSKRRRKSR32SKRKSR1SSSSSRRRRR11111SR0SSSSKRRRRKSR111133RRkR645.1%5)(KRRP%5)()(RRKRRKRRRRRP645.1RRKRR34SSkS645.1%5)(1)(KKSSPSSP%95)()(SSKSSKSSSSSP645.1SSKS%95)(KSSPS35四、极限状态设计法四、极限状态设计法1 1、作用的分类、作用的分类直接作用直接作用间接作用间接

12、作用荷载荷载混凝土收缩、温度、沉降、混凝土收缩、温度、沉降、地震地震36自重、土压力、预应力自重、土压力、预应力安装、楼屋面活载、风、安装、楼屋面活载、风、雪、吊车、地震作用雪、吊车、地震作用永久作用永久作用可变作用可变作用偶然作用偶然作用爆炸、撞击、罕遇地震爆炸、撞击、罕遇地震时时间间的的变变异异37自重、土压力、预应力、自重、土压力、预应力、安装、楼屋面活载、风、安装、楼屋面活载、风、雪雪静态作用静态作用动态作用动态作用风、吊车、地震作用、风、吊车、地震作用、爆爆炸、撞击、振动炸、撞击、振动结结构构的的反反应应分分类类382 2、荷载代表、荷载代表值值fKQqc393 3、荷载效应、荷载效

13、应404 4、极限状态设计实用表达式、极限状态设计实用表达式RS 0Rkks0RS(1)(1)承载能力极限状态设计表达式承载能力极限状态设计表达式41kCCkSSkn2iikCiQiQi1110，ffRQCQCGCkQQkGGkCCkSSkn1iikQiCiQi0，ffRQCGCkGG 对由可变荷载效应控制的组合，其承载对由可变荷载效应控制的组合，其承载能力极限状态设计表达式一般形式为能力极限状态设计表达式一般形式为 对由永久荷载效应控制的组合，其承载能对由永久荷载效应控制的组合，其承载能力极限状态设计表达式的一般形式为力极限状态设计表达式的一般形式为42当永久荷载效应对结构不利时，对由可变荷

14、当永久荷载效应对结构不利时，对由可变荷载效应控制的组合一般载效应控制的组合一般取取1.21.2；对由永久荷载；对由永久荷载效应控制的组合一般取效应控制的组合一般取1.351.35。KQQGKGSSS11 一般排架、框架由一般排架、框架由可变荷载效应控制的组合可变荷载效应控制的组合QiKQiniGKGSSS19.0GQi当永久荷载效应对结构有利时，取当永久荷载效应对结构有利时，取1.01.0。可变荷载的分项系数一般取可变荷载的分项系数一般取1.41.4；标准值大于标准值大于4kN/m4kN/m2 2、43KKRS(2)(2)正常使用极限状态设计表达式正常使用极限状态设计表达式按荷载的标准组合时：

15、按荷载的标准组合时：ikQin2iCi1kQ1kGkQCQCGCS 按荷载的频遇组合时：按荷载的频遇组合时：ikQin2ifi1kQ1f1kGKQCQCGCS按荷载的准永久组合时：按荷载的准永久组合时：ikQin1iqikGkQCGCS44A 裂缝宽度计算裂缝宽度计算荷载引起的裂缝宽度荷载引起的裂缝宽度 1、裂缝的出现、分布与开展、裂缝的出现、分布与开展max452、裂缝间距、裂缝间距ctssssAfAA21462、裂缝间距、裂缝间距ctmAflu uAflmctctssssAfAA21luAAmssss21dAfmctdfmt4147dfuAflmtmct41dKlm上式表明，当配筋率上式表

16、明，当配筋率 相同时，相同时，钢筋直径越细，裂缝间距越小，钢筋直径越细，裂缝间距越小，裂缝宽度也越小，也即裂缝的分布和开展会密而细，裂缝宽度也越小，也即裂缝的分布和开展会密而细，这是控制这是控制裂缝宽度的一个重要原则裂缝宽度的一个重要原则。但上式中，当但上式中，当d/趋于零时，裂缝间距趋于零，这并不符合实趋于零时，裂缝间距趋于零，这并不符合实际情况。际情况。试验表明，当试验表明，当d/很大时，裂缝间距趋近于某个常数。很大时，裂缝间距趋近于某个常数。该数值该数值与保护层与保护层c 和钢筋净间距有关和钢筋净间距有关，根据试验分析，对上式修正如，根据试验分析，对上式修正如下下:dKcKlm1248对于受弯构件对于受弯构件，可将受拉区近似作为一，可将受拉区近似作为一轴心受拉构件，根据粘结力的有效影响轴心受拉构件，根据粘结力的有效影响范围，取范围，取有效受拉面积有效受拉面积Ate=0.5bh+(bf-b)hf，因此将式中配筋率，因此将式中配筋率 的用以下受的用以下受拉区有效配筋率替换后，即可用于受弯拉区有效配筋率替换后，即可用于受弯构件构件dKcKlm12ffstehbbbhA)(5.0temd