《建筑结构2N.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《建筑结构2N.ppt（52页珍藏版）》请在三一文库上搜索。
1、第二章 建筑结构的设计方法,第一节 设计基准期和设计使用年限,一、设计的基准周期 设计基准期50年 使用活载、风载、其它设计参数 二、设计使用年限,第二节 结构的作用、效应,结构设计的原则 可靠 适用 经济 一、结构要解决的问题 1.基本功能 a. 能承受正常施工和使用，可能出现的各种作用 b.在正常使用时具有良好的工作性能 c.具有足够的耐久性 d.在偶然事件发生后，仍能保持其整体性和稳定性,混凝土结构的环境类别,一.结构上的作用 ：,作用使结构产生内力或变形的原因 工程上习惯采用“荷载” 表示施加在 结构上的各种力,a、直接作用 ： 恒荷载、活荷载、风荷载、雪荷载等直接施加结构上（显性）,
2、b、间接作用 ： 地震、基础沉降、温度变化、混凝土收缩、焊接引起内力或变形（隐性）,1、作用的分类 ： a. 竖向作用 b.水平作用 (1)按作用时间的变异分类 永久作用 可变作用 偶然作用 (2) 按空间位置的变异分类 固定作用 移动作用 (3) 按结构的反应分类 静态作用 动态作用,2、作用的随机性,一个事件可能有多种结果，但事先不能肯定哪一种结果一定发生（不确定性）、而事后有唯一结果，这种性质称为事件的随机性质 结构上的作用具有随机性效应 S随机性 同样结构所用的材料也具有随机性 抗力R随机性,二.作用效应 S 结构或构件承受各种作用产生的内力、变形和支座反力称为作用效应,实例,常用材料
3、的容重,恒载,普通砖 19 KN/m3 瓷面砖贴面 0.50 KN/m2 水泥砂浆 20 KN/m3 素砼 2224 KN/m3 RC 25 KN/m3 普通砖墙 19 KN/m3 塑钢门窗 0.30.4 KN/m2,常用楼面均布活载标准值pk及准永久值系数q,活载,住宅、办公楼、旅馆、幼儿园 pk=2.0 KN/m2 q=0.4 教室、试验室、会议室 pk=2.0 KN/m2 q=0.5 食堂、一般资料室 pk=2.5 KN/m2 q=0.5 有固定座位的礼堂 pk=3.0 KN/m2 q=0.3 商店、无固定座位的看台 pk=3.5 KN/m3 q=0.30.5 健身房 pk=4.0 KN
4、/m2 q=0.5 不上人屋面 pk=0.30.7 KN/m2 q=0 上人屋面 pk=2.0KN/m2 q=0.4,恒载标准值：a.20厚花岗岩 0.02x28=0.56 KN/m2 b.35厚水泥砂浆 0.035x20=0.7 KN/m2 c.120厚RC 0.12x25=3 KN/m2 d.20厚混合砂浆 0.02x20=0.4 KN/m2 gk=4.66 KN/m2 活载标准值: pk=3.5 KN/m2 楼面荷载设计值q=1.2x4.66+1.4x3.5=10.5 KN/m2,作用实例,基本风压W0,风载,W0=0.5v2 -空气密度 v-空旷区域距地面10m高 处50年一遇最大风速
5、 风荷载标准值Wk Wk=z szW0 z-高度z处振系数 s-风荷载体形系数 z-风压高度变化系数 风荷载与地面粗糙度 (A、B、C、D )和地域有关,地震基本知识,地震发生原因 : (能量释放) 板块与断裂带 诱发地震,一、地震波及影响因素震中、震源深度、震中距、地面加速度（水平 垂直）、地震特征周期、地震持续时间、地震震级、地震烈度、次生灾害、地基液化、场地,二、震级与烈度 (一)震级 1.里氏震级 M=logA,A:标准地震仪。距震中100KM 坚硬地面上记录到的水平振幅(m) 非标准距进行修正,2.震级与地震所释放的能量 logE=1.5M+11.8 M1级 E31.6倍 M5 破坏
6、性地震 M=78 强烈地震 M=6 相当于2万吨TNT,二、震级与烈度 (二)烈度I 1.烈度概念 地震发生时在一定地点振动的强烈程度(破坏程度) 宏观烈度 定值烈度 多遇烈度、基本烈度、 罕遇烈罕遇烈度,1.抗震设防烈度 三、抗震设计 (一)设防标准 1. 甲类建筑(高一度) 2. 乙类建筑(68度高一度,9度) 3. 丙类建筑(设防烈) 3. 丁类建筑(79度低一度,6度),(二)设防目标 大震不倒 中震可修 小震不坏 (三)抗震概念设计 1.场地 2.平立面 3.结构体系 4.非结构构件,水平地震作用计算 底部剪力法 :FEK=1 Geq,其它作用,一、温度作用、 材料收缩: 季节、昼夜
7、温差 堵:加强结构;预应力 梳:设缝;后浇带,二、 沉降作用 地基变化,高度变化 梳:设缝;后浇带,第三节 结构可靠度基本概念,一、结构可靠度理论 作用、作用效应和抗力都是具有变异性的随机变量或随机过程（变异性与时间有关）都具有不确定性，但又都有一定的内在规律性,三、结构抗力 R 结构或构件承受内力、变形的能力称为结抗力 影响R的主要因素是结构的几何参数和使用材料的性能（具有随机性）,概率与数理统计基本知识 可能事件P=1，不可能事件P=0，小概率事件P0 1随机变量的统计参数,最常用的统计参数,正态分布曲线,结构的作用、作用效应和抗力的实际分布情况是很复杂的，但统计分析表明，它们有的近似服从
8、正态分布，有的通过数学变换可以化为当量正态分布,二、结构可靠度 结构在预定的时间内（设计基准期50年或100年），在规定的条件下（正常设计、正常施工、正常使用），完成预定功能（安全性、适用性、耐久性）的概率-结构的可靠度是-结构的可靠性的概率度量，包括：,安全性：结构在正常施工、正常使用条件下，承受可能出现的各种作用； 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而不致倒塌 适用性：结构在正常使用条件下具有良好的工作性能 耐久性：结构在正常维护条件下，随时间变化仍能满足功能要求的能力,设计方法历史回顾 1.原始建造方法 2.营造法式 3.允许应力方法 4.破坏状态方法 5.极限状态方法
9、,最新的设计解释:把设计看作是动态的;是一种对未来的预测,三、结构可靠概率和失效概率 结构的功能函数 Z=g(R,S)=R-S 极限状态 Z=0 ; R=S 可靠状态 Z0 ; RS 失效状态 Z0 ; RS,四、结构按可靠指标的设计准则 可靠指标值失效概率Pf,建筑结构的安全等级建筑物的重要性、破坏后果 一级 很严重 重要的工业与民用建筑 二级 严重 一般的工业与民用建筑 三级 不严重 次要建筑物 不同安全等级，采用与之相适应的可靠度水准 目标可靠指标（结构设计可靠指标） 结构可靠 经济,最佳平衡点,对工程结构，在设计基准期内,Pf 5x10-3结构较安全 Pf 5x10-4结构安全 Pf
10、5x10-5结构很安全,确定考虑的因素 公众心理 结构重要性结构的安全等级（一级、二级、三级） 结构破坏性质脆性结构的应高于延性结构的 脆性破坏结构构件在破坏前没有明显预兆 延性破坏结构构件在破坏前有明显预兆 社会经济承受力 GBJ50008-2001采用“校准法”确定设计可靠指标,第四节 概率极限状态设计法 可靠指标的设计准则太复杂并不直接用于具体设计,一、极限状态的定义和分类 1.“极限状态”定义: 整个结构或结构的一部分超过某一特定状态就不能满足设计规定的某一功能要求，此特定状态称为该功能的极限状态 极限状态即结构失效的临界状态 特定状态：达到极限承载力；失稳；变形、裂缝宽度超过某一规定
11、限制等,2.极限状态分类,（1）承载能力极限状态结构或结构构件达到最大承载力或不适于继续承载的变形 保证结构或构件的安全性 （2）正常使用极限状态结构或结构构件达到正常使用或耐久性的某一规定限值 保证结构或构件的适用性、耐久性 *任何结构或构件都要按承载力极限状态设计，再按正常使用极限状态校核,承载能力极限状态标志 （1）整个结构或结构的一部分作为刚体失去平衡 （2）结构构件因材料强度超过而破坏，或因过度 的塑性变形而不适于继续承载 （3）结构转变为机动机构 （4）结构或构件丧失稳定性 正常使用极限状态标志 （1）影响正常使用或外观的变形 （2）影响正常使用或耐久性的局部破坏 （3）影响正常使
12、用的振动 （4）影响正常使用的其它特定状态（例：渗漏、腐蚀、冻害等）,二、极限状态设计表达式 (一)承载能力极限状态设计表达式 一般公式 结构重要性系数 0 S R结构构件抗力设计值 作用效应组合设计值 结构重要性系数0 ： 对安全等级为一级或设计工作寿命为100年及以上的结构构件， 0 =1.1； 对安全等级为二级或设计工作寿命为50年的结构构件， 0 =1.0； 对安全等级为三级或设计工作寿命为5年及以下的结构构件 ,0=0.9,一般排架、框架结构承载力设计表达式,ro(rGSGK+ rQiSQi)Rk/rR,1.作用效应基本组合设计值S,S=rGSGK+ rQiSQi,rG 、 rQ-永
13、久、可变荷载分项系数 一般取 rG=1.2 ; rQ=1.4 SGK 、 SQK-永久、可变荷载效应标准值 -可变荷载组合系数,2.结构抗力设计值R R-与材料强度、截面性质等有关 钢筋强度取值 钢筋强度标准值系指符合规定质量的钢筋强度总分布的0.05分位值，即具有不小于95%的保证率 fsk=s-1.645s 热轧钢筋的强度标准值系根据屈服强度确定，用fyk表示 钢筋的强度设计值 fy=fyk/rs rs-钢筋的材料分项系数 热轧钢筋rs=1.1 混凝土强度取值 fc=fck/rc rc-混凝土的材料分项系数 一般取rc=1.4,普通钢筋强度标准值fyk,设计值fy（N/mm2),混凝土强度
14、标准值,设计值（N/mm2),(二)正常使用极限状态设计表达式 一般公式 作用效应组合标准值 S kRk结构构件抗力标准值 正常使用极限状态构件刚度、裂缝宽度问题 按荷载的标准组合、准永久组合或标准组合并考虑长期作用影响进行验算，以保证变形、裂缝、应力等计算值不超过相应的规定限值 1.作用效应组合 (1)荷载的标准组合（荷载短期效应）Ss Ss=Gk+Qki (2)荷载的准永久组合（荷载长期效应）SL SL=Gk+Qi Qki,2.变形验算 允许挠度比f/L或f,maxf,max 混凝土结构受弯构件的允许挠度,3.混凝土构件的抗裂验算 混凝土构件的裂缝控制等级为 一级-严格要求不出现裂缝的构件
15、，在Ss下，L0 二级-一般要求不出现裂缝的构件，在SL下，L0 三级-允许出现裂缝的构件， Wmax Wmax 最大裂缝宽度允许值 Wxma0.20.3mm,混凝土构件的裂缝控制,归纳总结1,1.实际结构-计算简图 a.实际构造 b.刚度比值,刚度(矩形I=bh3/12) 线刚度EI/L,归纳总结2,结构布置 *结构简化-计算简图 作用(荷载)计算 结构分析 *强度 刚度 构造,构造区别 时代区别,实例1,2.作用(荷载)-传力(途径) a.简化 b.全面,竖向 水平,3. 作用(荷载)-分类(活、恒、偶然) a.变异性 b.效应差别 c.设计代表值 标准值 Gk 、 Qk(95%) 设计值 G=GK*rG、 Qi=Qik*rQ 准永久值 iQik,