混凝土结构设计的一般原则和方法5.ppt

混凝土结构设计的一般原则和方法混凝土结构设计的一般原则和方法 我国现行的建筑结构设计方法是：我国现行的建筑结构设计方法是：以概率理论为基础以概率理论为基础的极限状态设计方法，以可靠指标度量结构构件的可靠度，的极限状态设计方法，以可靠指标度量结构构件的可靠度，采用以分项系数的设计表达式进行设计。采用以分项系数的设计表达式进行设计。因此，本章内容因此，本章内容围绕结构设计的总目标，对结构的功能要求、结构的极限围绕结构设计的总目标，对结构的功能要求、结构的极限状态、结构上的作用、荷载的代表值、各种作用的效应及状态、结构上的作用、荷载的代表值、各种作用的效应及结构的抗力和满足结构设计可靠度要求的材料强度分项系结构的抗力和满足结构设计可靠度要求的材料强度分项系数及荷载分项系数等均提出了明确的要求，明确以概率理数及荷载分项系数等均提出了明确的要求，明确以概率理论为基础的各种极限状态表达方法，并以此作为结构设计论为基础的各种极限状态表达方法，并以此作为结构设计的依据。的依据。本章提要本章提要 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 10.1.1 10.1.1 建筑结构的组成和类型建筑结构的组成和类型 1.1.组成组成 (1)(1)上部结构：上部结构：水平结构体系水平结构体系 竖向结构体系竖向结构体系 (2)(2)下部结构：下部结构：主要由地下室和基础等组成。主要由地下室和基础等组成。2.2.类型类型 (1)(1)按结构材料分：按结构材料分：砌体结构、混凝土结构、钢结构、砌体结构、混凝土结构、钢结构、组合结构和混合结构等。组合结构和混合结构等。（注意组合和混合的区别）（注意组合和混合的区别）（2 2）按竖向结构体系分：）按竖向结构体系分：排架结构、框架结构、剪力排架结构、框架结构、剪力墙结构、框架墙结构、框架剪力墙结构和筒体结构等。剪力墙结构和筒体结构等。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 10.1.2 10.1.2 建筑结构设计的阶段和内容建筑结构设计的阶段和内容 1.1.工程建设三个主要环节工程建设三个主要环节 (1)(1)工程勘察：工程勘察：(2)(2)工程设计：工程设计：(3)(3)工程施工：工程施工：程序：先勘察后设计，先设计后施工程序：先勘察后设计，先设计后施工 2.2.建筑结构设计的三个阶段建筑结构设计的三个阶段 (1)(1)初步设计：初步设计：(2)(2)技术设计：技术设计：(3)(3)施工图设计：施工图设计：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 10.1.3 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 1.1.一般原则一般原则 安全、适用、耐久和经济合理。安全、适用、耐久和经济合理。三性：安全性、适用性、耐久性三性：安全性、适用性、耐久性 考虑：功能要求与经济性之间的均衡考虑：功能要求与经济性之间的均衡 2.2.具体的结构设计原则（教材具体的结构设计原则（教材P2-3P2-3页）页）10.2 10.2 建筑结构荷载建筑结构荷载 10.2.1 10.2.1 结构上的作用、作用效应结构上的作用、作用效应 1.1.结构上的作用结构上的作用 使结构产生内力或变形的原因称为使结构产生内力或变形的原因称为“作用作用”，分直接作，分直接作用和间接作用两种。用和间接作用两种。(1)(1)直接作用：直接作用：荷载荷载(眼看手摸，如眼看手摸，如RCRC梁自重荷载，雪荷梁自重荷载，雪荷载，家具）载，家具）(2)(2)间接作用：间接作用：直接荷载之外的荷载，不像直接荷载如直接荷载之外的荷载，不像直接荷载如雪荷载眼看手摸，但引起直接荷载作用下的效果或效应，雪荷载眼看手摸，但引起直接荷载作用下的效果或效应，如如混凝土温度变化引起的收缩、基础的差异沉降、地震引混凝土温度变化引起的收缩、基础的差异沉降、地震引起结构的相对位移等。起结构的相对位移等。间接作用不仅与外界因素有关，还与结构本身的特性有间接作用不仅与外界因素有关，还与结构本身的特性有关。例如，地震对结构物的作用，不仅与地震加速度有关，关。例如，地震对结构物的作用，不仅与地震加速度有关，还与结构自身的动力特性有关，所以不能把地震作用称为还与结构自身的动力特性有关，所以不能把地震作用称为“地震荷载地震荷载”。2.2.作用效应作用效应S S 结构上的作用结构上的作用/荷载使结构产生的内力荷载使结构产生的内力（如弯矩、剪力、如弯矩、剪力、轴向力、扭矩等）、变形、裂缝等统称为作用效应轴向力、扭矩等）、变形、裂缝等统称为作用效应/荷载效荷载效应。荷载与荷载效应之间都有某种规律相联系。应。荷载与荷载效应之间都有某种规律相联系。按作用时间的长短和性质，荷载可分为三类：按作用时间的长短和性质，荷载可分为三类：1)1)永久荷载永久荷载 在结构设计使用期间，其值不随时间而在结构设计使用期间，其值不随时间而变化，或其变化与平均值相比可以忽略不计，或其变化是变化，或其变化与平均值相比可以忽略不计，或其变化是单调的并能趋于限值的荷载。例如，单调的并能趋于限值的荷载。例如，结构的自身重力、土结构的自身重力、土压力、预应力等荷载压力、预应力等荷载，永久荷载又称恒荷载。，永久荷载又称恒荷载。2)2)可变荷载可变荷载 在结构设计使用期内其值随时间而变化，在结构设计使用期内其值随时间而变化，其变化与平均值相比不可忽略的荷载。例如，其变化与平均值相比不可忽略的荷载。例如，楼面活荷载、楼面活荷载、吊车荷载、风荷载、雪荷载吊车荷载、风荷载、雪荷载等，可变荷载又称活荷载。等，可变荷载又称活荷载。3)3)偶然荷载偶然荷载 在结构设计使用期内不一定出现，一旦在结构设计使用期内不一定出现，一旦出现，其值很大且持续时间很短的荷载。例如，出现，其值很大且持续时间很短的荷载。例如，爆炸力、爆炸力、撞击力，地震荷载撞击力，地震荷载等。等。10.2.2 10.2.2 荷载的分类荷载的分类 按随空间位置的变异，荷载可分为二类：按随空间位置的变异，荷载可分为二类：1)1)固定荷载固定荷载 固定设备、水箱等固定设备、水箱等 2)2)移动荷载移动荷载 楼面上的人群荷载、吊车荷载、车辆荷楼面上的人群荷载、吊车荷载、车辆荷载等载等 按结构对荷载的反应性质，荷载可分为二类：按结构对荷载的反应性质，荷载可分为二类：1)1)静定荷载静定荷载 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 设备振动、吊车荷载、风荷载、车辆刹设备振动、吊车荷载、风荷载、车辆刹车、撞击力和爆炸力，地震荷载等车、撞击力和爆炸力，地震荷载等 建筑结构荷载规范建筑结构荷载规范设计基准期的规定设计基准期的规定10.2.2 10.2.2 荷载的分类荷载的分类荷载的标准值荷载的标准值 具有一定概率（一般为具有一定概率（一般为95%95%）的最大荷载值称为）的最大荷载值称为荷载标准值。荷载标准值。荷载标准值是荷载的基本代表值。荷载标准值是荷载的基本代表值。对于对于结构自重可以根据结构的设计尺寸和材料的重力密度结构自重可以根据结构的设计尺寸和材料的重力密度确定；可变荷载标准值由设计使用年限内最大荷载概确定；可变荷载标准值由设计使用年限内最大荷载概率分布的某个分位值确定。率分布的某个分位值确定。10.2.3 10.2.3 荷载代表值荷载代表值建筑结构荷载规范建筑结构荷载规范给出了四种荷载代表值：给出了四种荷载代表值：标准值、组合值、频遇值和准永久值。标准值、组合值、频遇值和准永久值。规范表规范表4.1.1（续）（续）10.2.4 10.2.4 竖向荷载竖向荷载1.楼、屋面的荷载：楼、屋面的荷载：竖向恒荷载和竖向活荷载两种类型竖向恒荷载和竖向活荷载两种类型（1）民用建筑楼面均布活荷载（）民用建筑楼面均布活荷载（附录附录5及表及表10-1）（2）工业建筑楼面活荷载（）工业建筑楼面活荷载（荷载规范附录荷载规范附录B/C）（3）屋面活荷载（）屋面活荷载（表表10-2）2.雪荷载：雪荷载：（P6页页）基本雪压的规定：基本雪压的规定：以一般空旷平坦地面上统计的以一般空旷平坦地面上统计的5050年一遇重现期年一遇重现期的最大积雪自重给出。的最大积雪自重给出。10.2.5 10.2.5 风荷载风荷载1.风荷载的特点：风荷载的特点：压力、吸力和横风向干扰力及其合力压力、吸力和横风向干扰力及其合力构成了建筑物上的风荷载。构成了建筑物上的风荷载。2.风荷载的标准值：风荷载的标准值：wzSzw基本风压的规定（基本风压的规定（P8页页）3.风压高度变化系数（风压高度变化系数（P8-9页页）影响因素：地面或海平面高度、地面粗糙度影响因素：地面或海平面高度、地面粗糙度4.风荷载体型系数风荷载体型系数（P9-10P9-10页及表页及表10-510-5）影响因素：建筑物体型、尺度影响因素：建筑物体型、尺度 5.5.风振系数（风振系数（P10P10页页）10.3.1结构的功能要求结构的功能要求 1.1.结构的安全等级结构的安全等级 我国根据建筑结构破坏时可能产生的后果严重与否，我国根据建筑结构破坏时可能产生的后果严重与否，分为三个安全等级：分为三个安全等级：一级一级破坏后果很严重、重要的建筑物；破坏后果很严重、重要的建筑物；二级二级破坏后果严重、一般的建筑物；破坏后果严重、一般的建筑物；三级三级破坏后果不严重、次要建筑物。破坏后果不严重、次要建筑物。对人员比较集中使用频繁的影剧院、体育馆等，安对人员比较集中使用频繁的影剧院、体育馆等，安全等级宜按一级设计；建筑物中梁、柱等各类构件的安全等级宜按一级设计；建筑物中梁、柱等各类构件的安全等级一般应与整个建筑物的安全等级相同。全等级一般应与整个建筑物的安全等级相同。10.3 10.3 结构的功能要求和极限状态结构的功能要求和极限状态2.结构的设计使用年限结构的设计使用年限 结构的设计使用年限，是指设计的结构或结构构件不结构的设计使用年限，是指设计的结构或结构构件不需进行大修即可按其预定目的使用的时期。需进行大修即可按其预定目的使用的时期。一般建筑结一般建筑结构的设计使用年限可为构的设计使用年限可为5050年。年。各类工程结构的设计使用各类工程结构的设计使用年限是不应统一的。例如，桥梁或大坝应比房屋的设计年限是不应统一的。例如，桥梁或大坝应比房屋的设计使用年限长。（使用年限长。（P11P11页表页表10-710-7）注意：注意：结构的设计使用年限虽与其使用寿命有联系，结构的设计使用年限虽与其使用寿命有联系，但不等同。超过设计使用年限的结构并不是不能使用，但不等同。超过设计使用年限的结构并不是不能使用，而是指它的可靠度降低了。而是指它的可靠度降低了。3.建筑结构的功能要求建筑结构的功能要求 设计的结构和结构构件在规定的设计使用年限内，设计的结构和结构构件在规定的设计使用年限内，在正常维护条件下，应能保持其使用功能，而不需进行在正常维护条件下，应能保持其使用功能，而不需进行大修加固。应该满足的功能要求可概括为：大修加固。应该满足的功能要求可概括为：(1)(1)安全性安全性 建筑结构应能承受正常施工和正常使建筑结构应能承受正常施工和正常使用时可能出现的各种荷载和变形，在偶然事件（如地震、用时可能出现的各种荷载和变形，在偶然事件（如地震、爆炸等）发生时和发生后保持必需的整体稳定性，不致爆炸等）发生时和发生后保持必需的整体稳定性，不致发生倒塌。发生倒塌。3.建筑结构的功能要求建筑结构的功能要求 (2)(2)适用性适用性 结构在正常使用过程中应具有良好的结构在正常使用过程中应具有良好的工作性。例如，不产生影响使用的过大变形或振幅，工作性。例如，不产生影响使用的过大变形或振幅，不发生足以让使用者不安的过宽的裂缝等。不发生足以让使用者不安的过宽的裂缝等。(3)(3)耐久性耐久性 结构在正常维护条件下应有足够的耐结构在正常维护条件下应有足够的耐久性，完好使用到设计规定的年限，即设计使用年限。久性，完好使用到设计规定的年限，即设计使用年限。例如，混凝土不发生严重风化、腐蚀