建筑施工__第十五章建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則[1]

第十五章建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則,第一節(jié)概念設(shè)計(jì)和數(shù)值設(shè)計(jì),第二節(jié)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的原則,第三節(jié)實(shí)用設(shè)計(jì)表達(dá)式,第一節(jié)概念設(shè)計(jì)和數(shù)值設(shè)計(jì),對(duì)于建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，長(zhǎng)期以來(lái)的概念都是：進(jìn)行盡量精確的計(jì)算，再加以一定的構(gòu)造措施，確保建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)質(zhì)量。,概念設(shè)計(jì)：根據(jù)地震震害和工程經(jīng)驗(yàn)等形成的基本設(shè)計(jì)原則和設(shè)計(jì)思想，進(jìn)行建筑和結(jié)構(gòu)總體布置并確定細(xì)部構(gòu)造的過(guò)程。,概念設(shè)計(jì)與數(shù)值設(shè)設(shè)計(jì)相互聯(lián)系，概念設(shè)計(jì)指導(dǎo)數(shù)值設(shè)計(jì)，數(shù)值設(shè)計(jì)進(jìn)一步證實(shí)概念設(shè)計(jì)，二者設(shè)計(jì)的結(jié)果盡可能的反映地震時(shí)結(jié)構(gòu)的實(shí)際受力情況，確保建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)質(zhì)量。,第二節(jié)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的原則,1、結(jié)構(gòu)的功能要求,安全性結(jié)構(gòu)在正常施工和正常使用的條件下，能承受可能出現(xiàn)的各種作用；在設(shè)計(jì)規(guī)定的偶然事件（如強(qiáng)烈地震、爆炸、車(chē)輛撞擊等）發(fā)生時(shí)和發(fā)生后，仍能保持必需的整體穩(wěn)定性，即結(jié)構(gòu)僅產(chǎn)生局部的損壞而不致發(fā)生連續(xù)倒塌。適用性結(jié)構(gòu)在正常使用時(shí)具有良好的工作性能。例如，不會(huì)出現(xiàn)影響正常使用的過(guò)大變形或振動(dòng)；不會(huì)產(chǎn)生使使用者感到不安的裂縫寬度等。耐久性結(jié)構(gòu)在正常維護(hù)條件下具有足夠的耐久性能，即在正常維護(hù)條件下結(jié)構(gòu)能夠正常使用到規(guī)定的設(shè)計(jì)使用年限。例如，結(jié)構(gòu)材料不致出現(xiàn)影響功能的損壞，鋼筋混凝土構(gòu)件的鋼筋不致因保護(hù)層過(guò)薄或裂縫過(guò)寬而銹蝕等。,2、結(jié)構(gòu)的極限狀態(tài),2.1、結(jié)構(gòu)的可靠性和可靠度的概念結(jié)構(gòu)可靠性結(jié)構(gòu)的安全性、適用性和耐久性的總稱。結(jié)構(gòu)可靠度結(jié)構(gòu)在規(guī)定時(shí)間內(nèi)，在規(guī)定條件下，完成預(yù)定功能的概率。規(guī)定時(shí)間指設(shè)計(jì)使用年限；規(guī)定條件指正常設(shè)計(jì)、正常施工、正常使用和正常維護(hù)，不包括錯(cuò)誤設(shè)計(jì)、錯(cuò)誤施工和違反原來(lái)規(guī)定的使用情況。,2.2、結(jié)構(gòu)功能的極限狀態(tài)（1）定義整個(gè)結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)的一部份，超過(guò)某一特定狀態(tài)就不能滿足設(shè)計(jì)規(guī)定的某一功能（安全性、適用性、耐久性）要求，該特定狀態(tài)稱為該功能的極限狀態(tài)。,極限狀態(tài),2）正常使用極限狀態(tài)正常使用極限狀態(tài)對(duì)應(yīng)于結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件達(dá)到正常使用或耐久性能的某項(xiàng)規(guī)定限值。這一狀態(tài)對(duì)應(yīng)于適用性或耐久性的功能。,（2）分類1）承載能力極限狀態(tài)這種極限狀態(tài)對(duì)應(yīng)于結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件達(dá)到最大承載能力或不適于繼續(xù)承載的變形。承載能力極限狀態(tài)主要考慮關(guān)于結(jié)構(gòu)安全性的功能。,當(dāng)結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件出現(xiàn)下列狀態(tài)之一時(shí)，即認(rèn)為超過(guò)了承載能力極限狀態(tài)：,結(jié)構(gòu)構(gòu)件或連接因材料強(qiáng)度不夠而破壞；整個(gè)結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)的一部分作為剛體失去平衡（如傾覆等）；結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)動(dòng)體系；結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件喪失穩(wěn)定（如柱子被壓曲等）。,當(dāng)結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件出現(xiàn)下列狀態(tài)之一時(shí)，即認(rèn)為超過(guò)了正常使用極限狀態(tài)：影響正常使用或外觀的變形；影響正常使用或耐久性能的局部損壞（包括裂縫）；影響正常使用的振動(dòng)；影響正常使用的其他特定狀態(tài)等。,3、建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)狀況,根據(jù)結(jié)構(gòu)在施工和使用中的環(huán)境條件及其影響,分為三種設(shè)計(jì)狀況,持久狀況：再結(jié)構(gòu)使用過(guò)程中一定出現(xiàn)、且持續(xù)時(shí)間很長(zhǎng)的狀況。,短暫狀況：再結(jié)構(gòu)施工和使用中出現(xiàn)的概率較大，而與設(shè)計(jì)使用年限相比起持續(xù)很短的狀況。,偶然狀況：再結(jié)構(gòu)施工和使用中出現(xiàn)概率很小，且持續(xù)時(shí)間很短的狀況。,4、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則和方法,（1）作用效應(yīng)和結(jié)構(gòu)抗力的概念,作用效應(yīng)結(jié)構(gòu)上的各種作用，在結(jié)構(gòu)內(nèi)產(chǎn)生的內(nèi)力（軸力、彎矩、剪力、扭矩等）和變形（如撓度、轉(zhuǎn)角、裂縫等）的總稱，用S表示。由直接作用產(chǎn)生的效應(yīng)，通常稱為荷載效應(yīng)。,結(jié)構(gòu)抗力結(jié)構(gòu)或構(gòu)件承受作用效應(yīng)的能力，如構(gòu)件的承載力、剛度、抗裂度等，用R表示。結(jié)構(gòu)抗力是結(jié)構(gòu)內(nèi)部固有的，其大小主要取決于材料性能、構(gòu)件幾何參數(shù)及計(jì)算模式的精確性等。,荷載效應(yīng)S,荷載效應(yīng)是指由荷載在結(jié)構(gòu)上產(chǎn)生的各種內(nèi)力（彎矩、剪力等）和變形（撓度、裂縫等）的統(tǒng)稱。,一般情況:S=CQ,結(jié)構(gòu)抗力R,結(jié)構(gòu)抗力是指結(jié)構(gòu)或構(gòu)件承受各種荷載效應(yīng)的能力，即承載能力和抗變形能力。,R=R(fc,fs,k),結(jié)構(gòu)抗力也是一個(gè)隨機(jī)變量，影響因素主要有材料性能（強(qiáng)度、變形模量等物理力學(xué)性能）、構(gòu)件幾何參數(shù)、配筋情況以及計(jì)算模式的精確性等。,第三節(jié)實(shí)用設(shè)計(jì)表達(dá)式,荷載代表值,結(jié)構(gòu)或構(gòu)件設(shè)計(jì)時(shí)，需針對(duì)不同設(shè)計(jì)目的對(duì)荷載賦予一個(gè)規(guī)定的量值，該量值即為荷載代表值。永久荷載采用標(biāo)準(zhǔn)值為代表值?？勺兒奢d采用標(biāo)準(zhǔn)值、組合值、頻遇值和準(zhǔn)永久值為代表值。偶然荷載按使用的特點(diǎn)確定代表值。其中荷載標(biāo)準(zhǔn)值為基本代表值。,荷載標(biāo)準(zhǔn)值,荷載標(biāo)準(zhǔn)值是指在結(jié)構(gòu)使用期間，在正常情況下可能出現(xiàn)的最大荷載值。,永久荷載標(biāo)準(zhǔn)值Gk可按結(jié)構(gòu)構(gòu)件的設(shè)計(jì)尺寸和材料重力密度計(jì)算確定，荷載規(guī)范中給出了常用材料和構(gòu)件的自重?？勺兒奢d標(biāo)準(zhǔn)值Qk可直接查荷載規(guī)范得出。,荷載設(shè)計(jì)值及荷載分項(xiàng)系數(shù),荷載設(shè)計(jì)值荷載分項(xiàng)系數(shù)荷載標(biāo)準(zhǔn)值,由于荷載是隨機(jī)變量，考慮其有超過(guò)荷載標(biāo)準(zhǔn)值的可能性，設(shè)計(jì)時(shí)將荷載標(biāo)準(zhǔn)值乘以一個(gè)大于1的調(diào)整系數(shù)。它比荷載的標(biāo)準(zhǔn)值具有更大的可靠度。,材料強(qiáng)度的取值,材料強(qiáng)度設(shè)計(jì)值材料強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值/材料分項(xiàng)系數(shù),考慮由于材料強(qiáng)度的變異以及幾何參數(shù)和設(shè)計(jì)模式的不定性可能使結(jié)構(gòu)抗力進(jìn)一步降低的不利影響。,根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)試件用標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法測(cè)得的具有95以上保證率的強(qiáng)度值，,材料分項(xiàng)系數(shù)根據(jù)結(jié)構(gòu)可靠度分析，并考慮材料質(zhì)量的分布規(guī)律和一定的保證率確定。,由規(guī)范或附錄直接查用,設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期和設(shè)計(jì)使用年限,是為確定荷載代表值及與時(shí)間有關(guān)的材料性能等取值而選用的時(shí)間參數(shù)（我國(guó)取用的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期為50年）。必須說(shuō)明：當(dāng)結(jié)構(gòu)的使用年限達(dá)到或超過(guò)設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期后，并不意味結(jié)構(gòu)立即報(bào)廢，而只意味結(jié)構(gòu)的可靠度將逐步降低。,是設(shè)計(jì)規(guī)定的一個(gè)期限，是指按規(guī)定指標(biāo)設(shè)計(jì)的建筑結(jié)構(gòu)或構(gòu)件，在正常施工、正常使用和維護(hù)下，不需進(jìn)行大修即可達(dá)到其預(yù)定功能要求的使用年限。,結(jié)構(gòu)功能的極限狀態(tài),能夠滿足功能要求,不能滿足功能要求,特定狀態(tài),結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件達(dá)到最大承載能力或不適于繼續(xù)承載的變形時(shí)的狀態(tài),結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件達(dá)到正常使用或耐久性的某項(xiàng)規(guī)定限值時(shí)的狀態(tài),適用性,安全性,Z0,即RS,耐久性,Z0,即RS,承載能力極限狀態(tài),正常使用極限狀態(tài),Z=g(R,S)=R-S,功能函數(shù),結(jié)構(gòu)抗力,荷載效應(yīng),Z=0,即R=S,可靠狀態(tài),極限狀態(tài),失效狀態(tài),結(jié)構(gòu)可靠工作的基本條件為:Z0或RS,承載能力極限狀態(tài)實(shí)用設(shè)計(jì)表達(dá)式,0SR,結(jié)構(gòu)重要性系數(shù),結(jié)構(gòu)構(gòu)件抗力設(shè)計(jì)值RR（fc，fs，k）,荷載效應(yīng)組合設(shè)計(jì)值,一般排架、框架結(jié)構(gòu)，可采用簡(jiǎn)化公式：,由永久荷載效應(yīng)控制的組合：,由可變荷載效應(yīng)控制的組合：,【例15.1】已知由永久荷載產(chǎn)生的彎矩標(biāo)準(zhǔn)值Mgk=11kNm，起控制作用的可變荷載產(chǎn)生的彎矩標(biāo)準(zhǔn)值Mqk=16kNm，安全等級(jí)為二級(jí)，求彎矩設(shè)計(jì)值?！窘狻勘纠校?=1.0，G=1.2,Q1=1.4SGk=Mgk=11kNmSQ1k=Mqk=16kNm則彎矩設(shè)計(jì)值M=0(GSGk+Q1SQ1k）=1.0(1.211+1.416)kNm=35.6kNm彎矩設(shè)計(jì)值為35.6kNm。,【例15.2】某教學(xué)樓樓面采用預(yù)制板，計(jì)算跨度l0=5.70m，板寬0.9m，板自重2.2kN/m2。樓面采用水磨石地面（10mm厚面層，20mm厚水泥砂漿打底），板底20mm厚抹灰。樓面活荷載標(biāo)準(zhǔn)值為2.0kN/m2。試求：板的跨中截面彎矩設(shè)計(jì)值M;標(biāo)準(zhǔn)組合荷載效應(yīng)組合的設(shè)計(jì)值M；頻遇組合荷載效應(yīng)組合的設(shè)計(jì)值M；準(zhǔn)永久組合荷載效應(yīng)組合的設(shè)計(jì)值M?！窘狻?1)荷載標(biāo)準(zhǔn)值永久荷載水磨石地面0.65kN/m220mm板底抹灰170.02=0.34kN/m2,板自重2.2kN/m2作用在板上的永久荷載線荷載標(biāo)準(zhǔn)值為gk=(0.65+0.34+2.2)0.9=2.871kN/m可變活荷載qk=2.00.9=1.8kN/m(2)板的跨中截面彎矩設(shè)計(jì)值永久荷載產(chǎn)生的彎矩標(biāo)準(zhǔn)值Mgk=1/8gkl02=11.66kNm可變荷載產(chǎn)生的彎矩