荷載與設(shè)計方法PPT課件

1、可變荷載(活荷載)永久荷載(恒荷載)在結(jié)構(gòu)設(shè)計基準(zhǔn)期內(nèi)，其作用量值隨時間而變化，其變化幅度與平均值相比不可忽略不計的荷載 在結(jié)構(gòu)設(shè)計基準(zhǔn)期內(nèi)，其作用量值不隨時間變化，或其變化幅度與平均值相比可以忽略不計的荷載. (隨時間的變異性分類)荷載的分類偶然荷載在結(jié)構(gòu)設(shè)計基準(zhǔn)期內(nèi)不一定出現(xiàn)，而一旦出現(xiàn)其量值很大且持續(xù)時間很短的荷載， 第1頁/共18頁 荷載代表值荷載代表值 結(jié)構(gòu)或構(gòu)件設(shè)計時，需針對不同設(shè)計目的對荷載賦予一個規(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。 可變荷載采用標(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確定代表值。 其中荷載標(biāo)準(zhǔn)值為基本代表值。

2、第2頁/共18頁荷載標(biāo)準(zhǔn)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。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G Gk k可按結(jié)構(gòu)構(gòu)件的設(shè)計尺寸和材料重力密度計算確定，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Q Qk k可直接查荷載規(guī)范得出。 第3頁/共18頁可變荷載組合值可變荷載組合值當(dāng)結(jié)構(gòu)承受兩種或兩種以上可變荷載時，當(dāng)結(jié)構(gòu)承受兩種或兩種以上可變荷載時，考慮它們同時達(dá)到各自最大值的可能性很小，考慮它們同時達(dá)到各自最大值的可能性很小，故除主導(dǎo)的可變荷載外，其他可變荷載均乘以故除主導(dǎo)的可變荷載外，其他可變荷載均

3、乘以小于小于1.01.0的組合系數(shù)作為可變荷載組合值。的組合系數(shù)作為可變荷載組合值。 可變荷載組合值可變荷載標(biāo)準(zhǔn)值荷載組合值系數(shù)C C 荷載組合值系數(shù)可由荷載規(guī)范查得 第4頁/共18頁可變荷載頻遇值可變荷載頻遇值 可變荷載在設(shè)計基準(zhǔn)期內(nèi)在結(jié)構(gòu)上偶而可變荷載在設(shè)計基準(zhǔn)期內(nèi)在結(jié)構(gòu)上偶而出現(xiàn)的較大荷載，稱為可變荷載頻遇值。其出現(xiàn)的較大荷載，稱為可變荷載頻遇值。其具有持續(xù)時間較短或發(fā)生次數(shù)較少的特點。具有持續(xù)時間較短或發(fā)生次數(shù)較少的特點。 可變荷載頻遇值可變荷載標(biāo)準(zhǔn)值荷載頻遇值系數(shù)f f 荷載頻遇值系數(shù)可由荷載規(guī)范查得 第5頁/共18頁可變荷載準(zhǔn)永久值可變荷載準(zhǔn)永久值在設(shè)計基準(zhǔn)期內(nèi)經(jīng)常作用的可變荷載，

4、在設(shè)計基準(zhǔn)期內(nèi)經(jīng)常作用的可變荷載，稱可變荷載準(zhǔn)永久值。其具有總持續(xù)時間較稱可變荷載準(zhǔn)永久值。其具有總持續(xù)時間較長的的特點，對結(jié)構(gòu)的影響類似于永久荷載。長的的特點，對結(jié)構(gòu)的影響類似于永久荷載。 可變荷載準(zhǔn)永久值可變荷載標(biāo)準(zhǔn)值荷載準(zhǔn)永久值系數(shù) 荷載準(zhǔn)永久值系數(shù)可由荷載規(guī)范查得 第6頁/共18頁荷載效應(yīng)荷載效應(yīng)S 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 例 簡支梁承受均布荷載q q作用，計算跨度為l l，由力學(xué)計算可知其跨中彎矩 M M ，支座剪力V V 。 M M 與 V V S S q q Q Q 與 C 281qlql21

5、281ll21第7頁/共18頁荷載設(shè)計值及荷載分項系數(shù)荷載設(shè)計值及荷載分項系數(shù)荷載設(shè)計值荷載分項系數(shù)荷載設(shè)計值荷載分項系數(shù)荷載標(biāo)準(zhǔn)值荷載標(biāo)準(zhǔn)值 由于荷載是隨由于荷載是隨機變量，考慮其有機變量，考慮其有超過荷載標(biāo)準(zhǔn)值的超過荷載標(biāo)準(zhǔn)值的可能性，設(shè)計時將可能性，設(shè)計時將荷載標(biāo)準(zhǔn)值乘以一荷載標(biāo)準(zhǔn)值乘以一個大于個大于1 1的調(diào)整系的調(diào)整系數(shù)數(shù) 。它比荷載的。它比荷載的標(biāo)準(zhǔn)值具有更大的標(biāo)準(zhǔn)值具有更大的可靠度?？煽慷取：奢d類別荷載類別荷載特征荷載特征荷載分項荷載分項 系數(shù)系數(shù)永久荷載永久荷載當(dāng)其效應(yīng)對結(jié)構(gòu)不利時當(dāng)其效應(yīng)對結(jié)構(gòu)不利時對由可變荷載效應(yīng)控制的組合對由可變荷載效應(yīng)控制的組合對由永久荷載效應(yīng)控制的組合

6、對由永久荷載效應(yīng)控制的組合1.21.21.351.35當(dāng)其效應(yīng)對結(jié)構(gòu)有利時當(dāng)其效應(yīng)對結(jié)構(gòu)有利時一般情況下一般情況下對結(jié)構(gòu)的傾覆、滑移或漂浮驗算對結(jié)構(gòu)的傾覆、滑移或漂浮驗算1.01.00.90.9可變荷載可變荷載一般情況下一般情況下對標(biāo)準(zhǔn)值對標(biāo)準(zhǔn)值4kN4kNm m2 2的工業(yè)房屋樓的工業(yè)房屋樓面活荷載面活荷載1.41.41.31.3第8頁/共18頁結(jié)構(gòu)抗力結(jié)構(gòu)抗力R R結(jié)構(gòu)抗力是指結(jié)結(jié)構(gòu)抗力是指結(jié)構(gòu)或構(gòu)件承受各構(gòu)或構(gòu)件承受各種荷載效應(yīng)的能種荷載效應(yīng)的能力，即承載能力力，即承載能力和抗變形能力。和抗變形能力。 R = RR = R( (f fc c,f,fs s,k k)結(jié)構(gòu)抗力也是一個隨機變量

7、，影響因素主要有材料性能（強度、變形模量等物理力學(xué)性能）、構(gòu)件幾何參數(shù)、配筋情況以及計算模式的精確性等。第9頁/共18頁材料強度的取值材料強度的取值材料強度設(shè)計值材料強度標(biāo)準(zhǔn)值材料強度設(shè)計值材料強度標(biāo)準(zhǔn)值/ /材料分項系數(shù)材料分項系數(shù) 考慮由于材料考慮由于材料強度的變異以強度的變異以及幾何參數(shù)和及幾何參數(shù)和設(shè)計模式的不設(shè)計模式的不定性可能使結(jié)定性可能使結(jié)構(gòu)抗力進(jìn)一步構(gòu)抗力進(jìn)一步降低的不利影降低的不利影響。響。 根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)試根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)試件用標(biāo)準(zhǔn)試件用標(biāo)準(zhǔn)試驗方法測得驗方法測得的具有的具有9595以上保證率以上保證率的強度值，的強度值， 材料分項系材料分項系數(shù)根據(jù)結(jié)構(gòu)數(shù)根據(jù)結(jié)構(gòu)可靠度分析，可靠度分析，

8、并考慮材料并考慮材料質(zhì)量的分布質(zhì)量的分布規(guī)律和一定規(guī)律和一定的保證率確的保證率確定定。 由規(guī)范或附錄直接查用由規(guī)范或附錄直接查用第10頁/共18頁適用性安全性結(jié)構(gòu)在正常使用期間應(yīng)具有良好的工作性能。例如，不發(fā)生過大的變形、振幅、過寬的裂縫等，以免影響正常使用。 結(jié)構(gòu)應(yīng)能承受在正常施工和正常使用的情況下可能出現(xiàn)的各種作用，在設(shè)計規(guī)定的偶然事件發(fā)生時及發(fā)生后，結(jié)構(gòu)仍能保持必需的整體穩(wěn)定性，不致發(fā)生倒塌。 結(jié)構(gòu)的功能要求耐久性結(jié)構(gòu)在正常使用和正常維護(hù)條件下應(yīng)具有足夠的耐久性能，以保證結(jié)構(gòu)能夠正常使用到預(yù)定的設(shè)計使用期限。 結(jié)構(gòu)設(shè)計的目的就是使所設(shè)計的結(jié)構(gòu)在規(guī)定的設(shè)計使用年限內(nèi)，用最經(jīng)濟(jì)的手段獲得預(yù)定

9、條件下滿足設(shè)計所預(yù)期的各種功能的要求。 第11頁/共18頁結(jié)構(gòu)的可靠性結(jié)構(gòu)的可靠性在規(guī)定的時間內(nèi)（設(shè)計使用年限），在規(guī)定的條件下在規(guī)定的時間內(nèi)（設(shè)計使用年限），在規(guī)定的條件下（正常設(shè)計、正常施工、正常使用和維修），結(jié)構(gòu)完（正常設(shè)計、正常施工、正常使用和維修），結(jié)構(gòu)完成預(yù)定功能（安全性、適用性、耐久性）的能力成預(yù)定功能（安全性、適用性、耐久性）的能力 是指結(jié)構(gòu)在設(shè)計使用年限內(nèi)，在正常設(shè)計、施工、使用和維護(hù)的條件下完成預(yù)定功能的概率。 安全性、適用性、耐久性的統(tǒng)稱結(jié)構(gòu)的可靠度結(jié)構(gòu)的可靠度 結(jié)構(gòu)完成預(yù)定功能的能力不能事先確定，只能用概率來描述。 第12頁/共18頁設(shè)計基準(zhǔn)期和設(shè)計使用年限設(shè)計基準(zhǔn)期和

10、設(shè)計使用年限 是為確定荷載代表是為確定荷載代表值及與時間有關(guān)的值及與時間有關(guān)的材料性能等取值而材料性能等取值而選用的時間參數(shù)選用的時間參數(shù)（我國取用的設(shè)計（我國取用的設(shè)計基準(zhǔn)期為基準(zhǔn)期為5050年）。年）。必須說明：當(dāng)結(jié)構(gòu)必須說明：當(dāng)結(jié)構(gòu)的使用年限達(dá)到或的使用年限達(dá)到或超過設(shè)計基準(zhǔn)期后，超過設(shè)計基準(zhǔn)期后，并不意味結(jié)構(gòu)立即并不意味結(jié)構(gòu)立即報廢，而只意味結(jié)報廢，而只意味結(jié)構(gòu)的可靠度將逐步構(gòu)的可靠度將逐步降低。降低。類別類別設(shè)計使用年限（年）設(shè)計使用年限（年）示示 例例1 11 15 5臨時性建筑臨時性建筑2 22525易于替換的結(jié)構(gòu)構(gòu)件易于替換的結(jié)構(gòu)構(gòu)件 3 35050普通房屋和構(gòu)筑物普通房屋和構(gòu)

11、筑物 4 4100100及以上及以上紀(jì)念性建筑和特別重紀(jì)念性建筑和特別重要的建筑結(jié)構(gòu)要的建筑結(jié)構(gòu) 是設(shè)計規(guī)定的一個期限，是指按規(guī)定指標(biāo)是設(shè)計規(guī)定的一個期限，是指按規(guī)定指標(biāo)設(shè)計的建筑結(jié)構(gòu)或構(gòu)件，在正常施工、正設(shè)計的建筑結(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。其預(yù)定功能要求的使用年限。 第13頁/共18頁結(jié)構(gòu)功能的極限狀態(tài)結(jié)構(gòu)功能的極限狀態(tài) 能夠滿足功能要求能夠滿足功能要求不能滿足功能要求不能滿足功能要求特定狀態(tài)特定狀態(tài)可靠度可靠度可靠失效極限狀態(tài)極限狀態(tài)承載能力極限狀態(tài)承載能力極限狀態(tài)正常使用極限狀態(tài)正常使用極限

12、狀態(tài) 結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件達(dá)到最構(gòu)件達(dá)到最大承載能力大承載能力或不適于繼或不適于繼續(xù)承載的變續(xù)承載的變形時的狀態(tài)形時的狀態(tài) 結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件達(dá)到正構(gòu)件達(dá)到正常使用或耐常使用或耐久性的某項久性的某項規(guī)定限值時規(guī)定限值時的狀態(tài)的狀態(tài) 第14頁/共18頁適用性適用性安全性安全性 Z0,即即R S耐久性耐久性Z0,即即R S承載能力極限狀態(tài)承載能力極限狀態(tài)正常使用極限狀態(tài)正常使用極限狀態(tài) Z=g(R,S)=R-S功能函數(shù)功能函數(shù)結(jié)構(gòu)抗力結(jié)構(gòu)抗力荷載效應(yīng)荷載效應(yīng)Z=0,即即R=S可靠狀態(tài)可靠狀態(tài)極限狀態(tài)極限狀態(tài) 失效狀態(tài)失效狀態(tài)結(jié)構(gòu)可靠工作的基本條件為結(jié)構(gòu)可靠工作的基本條件為:Z0:Z0或或

13、RSRS第15頁/共18頁承載能力極限狀態(tài)實用設(shè)計表達(dá)式承載能力極限狀態(tài)實用設(shè)計表達(dá)式 0S R 結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)結(jié)構(gòu)重要性系數(shù) 結(jié)構(gòu)構(gòu)件抗力結(jié)構(gòu)構(gòu)件抗力設(shè)計值設(shè)計值RR（fc，fs，k） 荷載效應(yīng)荷載效應(yīng)組合組合設(shè)計值設(shè)計值 一般排架、框架結(jié)構(gòu)，可采用簡化公式：一般排架、框架結(jié)構(gòu)，可采用簡化公式： 安全等級為三級（或安全等級為三級（或年年 ）0.安全等級為一級（或安全等級為一級（或100年及以上年及以上 ）01.1 安全等級為二級（或安全等級為二級（或年年 ）01.由永久荷載效應(yīng)控制的組合：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：由可變荷載效應(yīng)控制的組合： 第16頁/共18頁正常使用極限狀態(tài)實用設(shè)計表達(dá)式正常使用極限狀態(tài)實用設(shè)計表達(dá)式 統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：計算時荷載及材料強度均取標(biāo)準(zhǔn)值，不再考慮荷載和材料分規(guī)定：計算時荷載及材料強度均取標(biāo)準(zhǔn)值，不再考慮荷載和材料分項系數(shù)，也不考慮結(jié)構(gòu)的重要性系數(shù)項系數(shù)，也不考慮結(jié)構(gòu)的重要性系數(shù)0 0。