教学PPT建筑结构设计计算原则.ppt

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1、第二章第二章 建筑结构设计计算的原则建筑结构设计计算的原则2.1结构的组成与结构的功能结构的组成与结构的功能 2.2结构上的作用、作用效应、结构抗结构上的作用、作用效应、结构抗力力2.3概率极限状态设计法概率极限状态设计法2.4极限状态实用设计表达式极限状态实用设计表达式2.12.1结构的组成与结构的功能结构的组成与结构的功能 2.1.12.1.1结构的组成和功能结构的组成和功能（1 1）组成）组成 结构是由板、梁、柱、墙、基础等基本构件按某一规则组成的结构是由板、梁、柱、墙、基础等基本构件按某一规则组成的房屋骨架。房屋骨架。（2 2）功能）功能 安全性安全性 正常使用和施工时能承受各种可能出

2、现的作用。在设计正常使用和施工时能承受各种可能出现的作用。在设计规定的偶然时间发生时及发生后，结构仍能保持必须的整体稳定性。规定的偶然时间发生时及发生后，结构仍能保持必须的整体稳定性。适用性适用性 在正常使用时具有良好的工作性能。不发生影响使用的在正常使用时具有良好的工作性能。不发生影响使用的变形和裂缝。变形和裂缝。耐久性耐久性 在正常使用和维护下，在规定的时间内（一般为在正常使用和维护下，在规定的时间内（一般为50年）、年）、规定的条件下，完成预定功能的能力。规定的条件下，完成预定功能的能力。设计使用年限（新规范）设计使用年限（新规范）类别类别设计使用年限设计使用年限使用范围使用范围115年

3、年临时性建筑临时性建筑225年年易于替换的结构构件易于替换的结构构件350年年普通房屋和构筑物普通房屋和构筑物4100年及以上年及以上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 定义：设计规定的一个期限，在这期限内，结构或构件定义：设计规定的一个期限，在这期限内，结构或构件只需进行正常的维护即可达到预期目的的使用。只需进行正常的维护即可达到预期目的的使用。设计使用年限分类：设计使用年限分类：2.12.1结构的组成与结构的功能结构的组成与结构的功能 2.1.2 建筑结构的安全的等级建筑结构的安全的等级 根据建筑物的重要性的不同、一旦发生破坏对人根据建筑物的重要性的不同、一旦发生

4、破坏对人民生命财产的危害程度以及对社会的影响的不同，民生命财产的危害程度以及对社会的影响的不同，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）将建筑结构分为三级。将建筑结构分为三级。2.1 2.1 结构的组成与结构的功能结构的组成与结构的功能 2.2 结构上的作用、作用效应、结构抗力结构上的作用、作用效应、结构抗力2.2.1 结构上的作用结构上的作用结构上的作用结构上的作用 指作用于结构上的荷载及引起结构外加变形指作用于结构上的荷载及引起结构外加变形和约束变形的原因。分为和约束变形的原因。分为直接作用直接作用和和间接作用间接作用。直接作用直接作用 以力的形式直

5、接施加于结构上，如自重等。以力的形式直接施加于结构上，如自重等。间接作用间接作用 以变形形式施加于结构上，如地震振动、地基不均以变形形式施加于结构上，如地震振动、地基不均匀沉降、混凝土的收缩、徐变、温度变化等，用（匀沉降、混凝土的收缩、徐变、温度变化等，用（Q）表示。）表示。作用效应作用效应 作用使结构产生的内力和变形称之为作用使结构产生的内力和变形称之为作用效应作用效应，用，用“S”表示。可以认为作用和作用效应之间呈线性关系。即：表示。可以认为作用和作用效应之间呈线性关系。即：S=CQ C作用效应系数作用效应系数2.2.2 结构上的荷载结构上的荷载建筑结构荷载规范建筑结构荷载规范（GB500

6、092001）（以下简称为）（以下简称为荷载规范荷载规范）将结构上的荷载按作用时间的长短和性质分）将结构上的荷载按作用时间的长短和性质分为下列三类：为下列三类：永久荷载永久荷载 在结构使用期间，其值不随时间变化，或者其变化与平在结构使用期间，其值不随时间变化，或者其变化与平均值相比可忽略不计的荷载，如结构自重、土压力、预应力均值相比可忽略不计的荷载，如结构自重、土压力、预应力等，永久荷载也称为恒载。等，永久荷载也称为恒载。可变荷载可变荷载 在结构使用期间，其值随时间变化，且其变化值与平均在结构使用期间，其值随时间变化，且其变化值与平均值相比不可忽略的荷载，如楼面活荷载、屋面活荷载和积灰值相比不

7、可忽略的荷载，如楼面活荷载、屋面活荷载和积灰荷载、风荷载、雪荷载及工业厂房中的吊车荷载等，可变荷荷载、风荷载、雪荷载及工业厂房中的吊车荷载等，可变荷载也称为活载。载也称为活载。2.2 结构上的作用、作用效应、结构抗力结构上的作用、作用效应、结构抗力偶然荷载偶然荷载 在结构使用期间不一定出现，而一旦出现，其量值很在结构使用期间不一定出现，而一旦出现，其量值很大且持续时间较短的荷载。如爆炸力、撞击力等。大且持续时间较短的荷载。如爆炸力、撞击力等。2.2 结构上的作用、作用效应、结构抗力结构上的作用、作用效应、结构抗力2.2.32.2.3荷载的代表值荷载的代表值 结构设计时，根据各种极限状态的设计要

8、求所采用的不结构设计时，根据各种极限状态的设计要求所采用的不同的荷载数值称为荷载代表值。对于永久荷载以标准值作为同的荷载数值称为荷载代表值。对于永久荷载以标准值作为代表值；对可变荷载根据不同的设计要求采用不同的代表值，代表值；对可变荷载根据不同的设计要求采用不同的代表值，如标准值、组合值、频遇值、准永久值。如标准值、组合值、频遇值、准永久值。（1 1）荷载标准值）荷载标准值 所谓荷载标准值，是指结构在设计基准期所谓荷载标准值，是指结构在设计基准期(50(50年年)内，正内，正常情况下可能出现的最大荷载值，它是结构设计时采用的荷常情况下可能出现的最大荷载值，它是结构设计时采用的荷载基本代表值。而

9、其他的代表值都可由标准值乘以相应的系载基本代表值。而其他的代表值都可由标准值乘以相应的系数后得出，通常要求荷载标准值应具有数后得出，通常要求荷载标准值应具有95%95%的保证率。的保证率。即：即：大于标准值的荷载出现的可能性只有大于标准值的荷载出现的可能性只有5%5%，而小于标准值的，而小于标准值的荷载出现的可能性有荷载出现的可能性有95%95%。2.2 结构上的作用、作用效应、结构抗力结构上的作用、作用效应、结构抗力Q95%5%f(Q)50QkQm图：2-1荷载的标准值QK2.2结构上的作用、作用效应、结构抗力结构上的作用、作用效应、结构抗力永久荷载标准值永久荷载标准值 对结构构件的自重，可

10、按结构构件的设计尺寸与材料单位体对结构构件的自重，可按结构构件的设计尺寸与材料单位体积的自重计算确定。积的自重计算确定。GB50009-2001荷载规范荷载规范附录附录A给出给出了常用材料和构件的自重，设计时可直接查用。了常用材料和构件的自重，设计时可直接查用。可变荷载标准值可变荷载标准值 荷载规范荷载规范中已给出，设计时可直接查用。中已给出，设计时可直接查用。(2)(2)可变荷载准永久值可变荷载准永久值在进行结构构件的变形和裂缝验算时，需要考虑荷载长期作在进行结构构件的变形和裂缝验算时，需要考虑荷载长期作用对构件刚度和裂缝的影响，此时，可变荷载只能取其在设用对构件刚度和裂缝的影响，此时，可变

11、荷载只能取其在设计基准期内经常作用在结构上的那部分荷载作为其代表值，计基准期内经常作用在结构上的那部分荷载作为其代表值，它对结构的影响类似于永久荷载。它对结构的影响类似于永久荷载。荷载准永久值荷载准永久值=q qQ QK K 其其中中q q为荷载准永久值系数，为荷载准永久值系数，Q QK K 为荷载标准值。为荷载标准值。2.2结构上的作用、作用效应、结构抗力结构上的作用、作用效应、结构抗力(3)(3)可变荷载组合值可变荷载组合值 当结构承受两种或两种以上可变荷载时，由于所有可变荷当结构承受两种或两种以上可变荷载时，由于所有可变荷载同时达到各自最大值的可能性极小，因此除主导的可变荷载载同时达到各

12、自最大值的可能性极小，因此除主导的可变荷载外，其它伴随的可变荷载均应乘以一个小于外，其它伴随的可变荷载均应乘以一个小于1 1的组合系数的组合系数（cc）作为可变荷载的组合值。作为可变荷载的组合值。(4)(4)可变荷载的频遇值可变荷载的频遇值 可变荷载的频遇值是正常使用极限状态按频遇组合设计时可变荷载的频遇值是正常使用极限状态按频遇组合设计时采用的一种可变荷载组合值。它是在统计基础上确定的。在设采用的一种可变荷载组合值。它是在统计基础上确定的。在设计基准期内被超越的总时间仅为设计基准期的一小部分，或其计基准期内被超越的总时间仅为设计基准期的一小部分，或其超越频率限于某一给定值。超越频率限于某一给

13、定值。可变荷载的频遇值可变荷载的频遇值=f fQ QK K 其中：其中：f f 可变荷载频遇值系数可变荷载频遇值系数2.2结构上的作用、作用效应、结构抗力结构上的作用、作用效应、结构抗力2.2.4结构的抗力结构的抗力结构的抗力结构的抗力 结构或构件承受作用效应的能力结构或构件承受作用效应的能力，用，用“R”表示。构件制作完成后，结构的抗力是一定的，而作用效应表示。构件制作完成后，结构的抗力是一定的，而作用效应可能是变化的，结构抗力的大小取决于材料的力学性能、构可能是变化的，结构抗力的大小取决于材料的力学性能、构件的几何参数及计算模式的精确性。件的几何参数及计算模式的精确性。荷载组合即永久荷载与

14、可变荷载的共同作用，有时同时作用几种可变荷载，荷载组合即永久荷载与可变荷载的共同作用，有时同时作用几种可变荷载，建筑结构设计应根据使用过程中在结构上可能同时出现的荷载，按承载力极限建筑结构设计应根据使用过程中在结构上可能同时出现的荷载，按承载力极限状态和正常使用极限状态分别进行荷载（效应）组合，并应取各自的最不利的状态和正常使用极限状态分别进行荷载（效应）组合，并应取各自的最不利的效应组合进行设计。效应组合进行设计。对于承载能力极限状态对于承载能力极限状态，应按荷载效应的基本组合；，应按荷载效应的基本组合；对于正常使用极限状对于正常使用极限状态态，应根据不同的设计要求，采用荷载的标准组合、频遇

15、组合或准永久组合。，应根据不同的设计要求，采用荷载的标准组合、频遇组合或准永久组合。对于需要进行对于需要进行地震作用计算地震作用计算的建筑结构设计时，除上述荷载（效应）组合的建筑结构设计时，除上述荷载（效应）组合外，尚应考虑地震作用效应与其它荷载效应的基本组合用于承载力极限状态计外，尚应考虑地震作用效应与其它荷载效应的基本组合用于承载力极限状态计算以及标准组合用于侧移的计算，具体按算以及标准组合用于侧移的计算，具体按建筑抗震设计规范建筑抗震设计规范（GB500112001）规定执行。）规定执行。2.2.5 荷载组合荷载组合2.2结构上的作用、作用效应、结构抗力结构上的作用、作用效应、结构抗力2

16、.3 概率极限状态设计法我国设计理论的发展我国设计理论的发展最最 初初 弹性理论弹性理论 20世纪世纪30年代：考虑砼塑性性能的破坏阶年代：考虑砼塑性性能的破坏阶段计算方法，采用了单一的安全系数（砼不是弹段计算方法，采用了单一的安全系数（砼不是弹性材料）性材料）50年代年代：极限状态计算极限状态计算 规定了极限状态，有三个系数，荷载、材规定了极限状态，有三个系数，荷载、材料系数和工作条件系数。（料系数和工作条件系数。（1966年规范）年规范）近近 来来 以概率论为基础的极限状态计算法以概率论为基础的极限状态计算法 89年规范及新规范年规范及新规范三个水准三个水准水准水准1半概率法半概率法，如，如钢筋混凝土结构设计规钢筋混凝土结构设计规范范TJ1074水准水准2以概率为基础概率法以概率为基础概率法，如，如钢筋混凝土钢筋混凝土结构设计规范结构设计规范TJ1074水准水准3全概率法全概率法（一般不用）（一般不用）2.3 概率极限状态设计法2.3.1结构的极限状态结构的极限状态极限状态极限状态 所谓结构的极限状态就是结构或构件满足结构安全性、所谓结构的极限状态就是结构或构件满足结构安全性、适用