砌體結構可靠度設計方法

1、第二章第二章 砌體結構可靠度設計方法砌體結構可靠度設計方法砌體結構砌體結構主講： 張露云電話川農業(yè)大學建設與城鄉(xiāng)規(guī)劃學院第二章第二章 砌體結構可靠度設計方法砌體結構可靠度設計方法第第2章章 砌體結構可靠度設計原理砌體結構可靠度設計原理學習要點：學習要點： 了解我國規(guī)范關于砌體結構設計的可靠度理論；了解我國規(guī)范關于砌體結構設計的可靠度理論； 掌握我國規(guī)范的砌體結構概率極限狀態(tài)設計方法；掌握我國規(guī)范的砌體結構概率極限狀態(tài)設計方法； 掌握砌體強度標準值與設計值的計算原則。掌握砌體強度標準值與設計值的計算原則。 第二章第二章 砌體結構可靠度設計方法砌體結構可靠度設計方法2.1

2、歷史的回顧 起初磚石結構截面尺寸的確定全是憑經驗的，而后逐漸采用彈性理論的許可應力計算方法進行計算； 20世紀30年代后期，前蘇聯注意到彈性理論計算和試驗結果不符的問題。而對偏心受壓構件計算，開始采用了修正系數； 我國1952年已開始照前蘇聯1943年規(guī)定，對偏心受壓計算采用修正系數以較正確的估算承載力，以后又采用破壞階段和三系數計算方法；第二章第二章 砌體結構可靠度設計方法砌體結構可靠度設計方法 我國1973年頒布的磚石結構設計規(guī)范規(guī)定磚石結構設計計算應按材料平均強度的單一安全系數進行，而安全系數k則是采用多系數分析、單一系數表達的半統(tǒng)計、半經驗的方法確定的； 根據國家頒布的建筑結構可靠度設

3、計統(tǒng)一標準GB50068-2001規(guī)定的，采用近似概率理論為基礎的極限狀態(tài)設計方法。第二章第二章 砌體結構可靠度設計方法砌體結構可靠度設計方法2.2極限狀態(tài)設計方法 (Limit state design method)2.2.1結構的極限狀態(tài) 整個結構物或結構物的一部分超過某一特定狀態(tài)時就不能滿足設計規(guī)定的某一功能要求，此特定狀態(tài)稱為該功能的極限狀態(tài)。 設計統(tǒng)一標準中規(guī)定，結構的極限狀態(tài)分為兩類：承載力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)。第二章第二章 砌體結構可靠度設計方法砌體結構可靠度設計方法承載力極限狀態(tài) 這種極限狀態(tài)對應于結構或結構構件達到最大承載力或不適于繼續(xù)承載的變形。 在砌體結構設計中，

4、對任何承載的結構或構件都需要按承載力極限狀態(tài)進行計算，以保證各個控制截面不發(fā)生破壞。 第二章第二章 砌體結構可靠度設計方法砌體結構可靠度設計方法 當結構或構件出現下列狀態(tài)之一時，即認為超過了承載力極限狀態(tài)： 整個結構物或結構物的一部分作為剛體失 去平衡；(如傾覆等) 結構構件或連接因材料強度被超過而破壞；(包括疲勞破壞) 結構變?yōu)闄C動體系； 結構或結構構件喪失穩(wěn)定。(如壓曲等)第二章第二章 砌體結構可靠度設計方法砌體結構可靠度設計方法正常使用極限狀態(tài) 這種極限狀態(tài)對應于結構或結構構件達到正常使用或耐久性能的某項規(guī)定極限。如變形過大、裂縫過大、振動過大等影響正常使用，即超過了正常使用極限狀態(tài)。

5、在砌體結構設計中，對于正常使用極限狀態(tài)，主要通過構造措施加以保證，一般不進行驗算。僅僅在個別情況下，才需要對構件進行變形驗算。第二章第二章 砌體結構可靠度設計方法砌體結構可靠度設計方法2.2.2 結構的作用效應S和結構抗力R 結構的作用效應S：作用對結構產生的效應（內力）等。 結構抗力R：是指整個機構構件而言，即結構構件所能抵抗的內力。 由于作用效應S和結構抗力R都不是確定性變量，而隨荷載、材料強度、計算模式及幾何尺寸等的變異具有明顯的隨機性，應采用隨機變量或隨機過程加以描述。第二章第二章 砌體結構可靠度設計方法砌體結構可靠度設計方法2.2.3 結構的可靠度和可靠指標 （Reliability

6、 index） 結構物在規(guī)定的時間內，在規(guī)定的條件下，完成預定功能的概率，稱為結構的可靠度。第二章第二章 砌體結構可靠度設計方法砌體結構可靠度設計方法 引入函數Z，令Z=R-S=g (R, S),則結構的工作狀態(tài)可用函數Z的不同取值加以描述： Z=R-S0，結構處于可靠狀態(tài)； Z=R-S=0，結構處于極限狀態(tài)； Z=R-S0，結構處于失效狀態(tài)。 在可靠度設計中，一般把Z=g (R, S)稱為功能函數，而Z=0則稱為結構或構件的極限狀態(tài)方程。單一的荷載效應或荷載效應組合相對最大值第二章第二章 砌體結構可靠度設計方法砌體結構可靠度設計方法 由圖可知，當R的平均值 大于S的平均值 時，并不能說明結構

7、是絕對安全的，因為這兩條曲線還有相互交叉的部分，這就說明存在RS的概率，所謂結構的可靠度是指RS這一事件的概率。SmRmfSR0RmSm第二章第二章 砌體結構可靠度設計方法砌體結構可靠度設計方法 失效概率 即陰影部分面積 0f(0)( )pP Zf z dzf (z)zfpf1p0zmz第二章第二章 砌體結構可靠度設計方法砌體結構可靠度設計方法 設計統(tǒng)一標準中規(guī)定采用近似概率法，并規(guī)定采用平均值和標準值及可靠指標代替失效概率來近似的估定結構的可靠度。 一般按標準差正態(tài)分布函數，對脆性破壞一般要求 ，相應的失效概率 。zzm3.741 10fp zRSmmm22zRS第二章第二章 砌體結構可靠度

8、設計方法砌體結構可靠度設計方法2.2.4 設計表達式（Design equation） 規(guī)范采用以概率為基礎的極限狀態(tài)方程，以可靠指標度量結構構件的可靠度。 值計算復雜，需要大量的統(tǒng)計信息，直接在設計中應用很不方便。規(guī)范的做法是采用分項系數的實用設計表達式，設計人員可不必直接計算可靠指標，只需按規(guī)范給定的各分項系數進行計算。第二章第二章 砌體結構可靠度設計方法砌體結構可靠度設計方法 為使設計者能針對所設計的結構的重要程度，正確選擇適當的可靠度，設計統(tǒng)一標準將建筑結構的安全等級劃分為三級：注：1.對于特殊的建筑物，其安全等級根據具體情況另行確定； 2.對于地震區(qū)的砌體結構設計，應按照建筑抗震設防

9、分類 標準GB50223根據建筑物重要性區(qū)分建筑物類別。第二章第二章 砌體結構可靠度設計方法砌體結構可靠度設計方法 砌體結構按承載力極限狀態(tài)設計時，在考慮結構重要性調整后的荷載效應應結構抗力，即式中， 結構重要性系數； S 內力設計值； R 結構構件抗力0SR0安全等級為三級或設計使用年限為15年的結構構件，00.9安全等級為一級或設計使用年限為50年以上的結構構件，01.1安全等級為二級或設計使用年限為50年的結構構件，01.0第二章第二章 砌體結構可靠度設計方法砌體結構可靠度設計方法 規(guī)范中對砌體結構按承載力極限狀態(tài)設計時，應按下列公式中最不利組合進行計算：0GkQ1kQcQ kk21.2

10、1.4,.niiiiSSSR f a 0GkcQ kk11.351.4,.niiiSSRf a第二章第二章 砌體結構可靠度設計方法砌體結構可靠度設計方法式中， 永久荷載標準值的效應； 在基本組合中起控制作用的一個可 變荷載標準值的效應； 第i個可變荷載標準值的效應； 結構構件的抗力函數； 第i個可變荷載的分項系數； 第i個可變荷載的組合值系數； 砌體的強度設計值； 幾何參數標準值。0GkQ1kQcQ kk21.21.4,.niiiiSSSR f a GkSQ1kSQ k iS()R Qicifka一般情況下應取0.7第二章第二章 砌體結構可靠度設計方法砌體結構可靠度設計方法 當僅有一個可變荷載

11、時，可按下列兩個最不利組合進行計算：0GkQkk1.21.4,.SSR f a0GkQkk1.351.0,.SSR f a第二章第二章 砌體結構可靠度設計方法砌體結構可靠度設計方法 經分析表明，采用兩種荷載效應組合模式后，提高了以自重為主的砌體結構可靠度，兩個設計表達式的界限荷載的效應值 為0.376。( 為可變荷載效應和永久荷載效應之比) 當 時, 可靠度由 , 控制 當 時, 可靠度由 , 控制0.3760.376G1.35G1.2Q1.0Q1.4第二章第二章 砌體結構可靠度設計方法砌體結構可靠度設計方法 當砌體結構作為一個剛體，需要驗證整體穩(wěn)定性時，例如傾覆、滑移、漂浮等，應采取下列設計

12、表達式進行驗算：式中， 起有利作用的永久荷載內力標準值; 起不利作用的永久荷載內力標準值.0G2kQ1kQ kG1k21.21.40.8niiSSSSG1kSG2kS第二章第二章 砌體結構可靠度設計方法砌體結構可靠度設計方法2.3砌體強度設計值(Design value）1. 砌體強度標準值 fk fk 是考慮砌體強度的變異性，按設計統(tǒng)一標準的要求統(tǒng)一規(guī)定為強度的概率密度函數的0.05分位值，即強度標準值應具有95%的保證率，這說明強度標準值是一個偏低的強度取值。由統(tǒng)計資料可知，各類砌體強度服從正態(tài)分布，則kmf1 1.645ff砌體強度變異系數第二章第二章 砌體結構可靠度設計方法砌體結構可靠

13、度設計方法砌體類型砌體抗壓強度砌體抗拉、抗彎、抗剪強度各種磚、砌塊、毛料石砌體 0.17 0.20 毛石砌體 0.24 0.26 砌體強度變異系數第二章第二章 砌體結構可靠度設計方法砌體結構可靠度設計方法 材料強度的標準值以材料的強度概率分布的某一分位值來確定，在國際上也成為材料強度特征值。 砌體的抗壓、抗拉、抗彎、抗剪強度標準值分別為：kt,ktm,kv,kffff、第二章第二章 砌體結構可靠度設計方法砌體結構可靠度設計方法2. 砌體強度設計值 f 一般情況下，宜按施工控制等級為B級考慮，取材料分項系數 ，當施工控制等級為C級時，取材料分項系數 。 砌體的抗壓、抗拉、抗彎、抗剪強度設計值分別

14、為：kfff考慮到結構材料強度與試件強度的區(qū)別，以及幾何參數和計算模式不定性對結構抗力的影響，將材料強度進一步降低。f1.6f1.8ttmvffff、第二章第二章 砌體結構可靠度設計方法砌體結構可靠度設計方法 我國砌筑工程施工質量驗收規(guī)范GB50203-2002規(guī)定了施工強度控制等級，它根據現場質量管理、砂漿和混凝土強度、砂漿拌和方式及砌筑工人技術等級等方面綜合水平，將施工質量控制等級分為A、B、C三級。施工質量控制等級的選擇由設計單位和建設單位商定，并應在工程設計圖中明確設計采用的施工質量等級。第二章第二章 砌體結構可靠度設計方法砌體結構可靠度設計方法砌體施工質量控制等級第二章第二章 砌體結

15、構可靠度設計方法砌體結構可靠度設計方法 砌體結構設計規(guī)范給出了齡期為28d的以毛截面計算的各類砌體抗壓強度設計值，當施工質量控制等級為B級時，應根據塊體和砂漿的強度等級分別按下列規(guī)定采用：第二章第二章 砌體結構可靠度設計方法砌體結構可靠度設計方法第二章第二章 砌體結構可靠度設計方法砌體結構可靠度設計方法第二章第二章 砌體結構可靠度設計方法砌體結構可靠度設計方法塊體高塊體高度為度為180350180350mmmm第二章第二章 砌體結構可靠度設計方法砌體結構可靠度設計方法第二章第二章 砌體結構可靠度設計方法砌體結構可靠度設計方法第二章第二章 砌體結構可靠度設計方法砌體結構可靠度設計方法 單排孔混凝

16、土對孔砌筑時，灌孔砌體的抗壓強度設計值 ： gfgc0.6fff第二章第二章 砌體結構可靠度設計方法砌體結構可靠度設計方法 砌塊砌體灌孔混凝土強度等級Cb20，也不宜低于兩倍的塊體強度等級。 灌孔混凝土的強度等級Cb*等同于對應的混凝土強度等級C*的強度指標。第二章第二章 砌體結構可靠度設計方法砌體結構可靠度設計方法孔洞率35%的雙排孔或多排孔輕骨料混凝土砌塊砌體的抗壓強度設計值 第二章第二章 砌體結構可靠度設計方法砌體結構可靠度設計方法第二章第二章 砌體結構可靠度設計方法砌體結構可靠度設計方法第二章第二章 砌體結構可靠度設計方法砌體結構可靠度設計方法 單排孔混凝土對孔砌筑時，灌孔砌體的抗剪強

17、度設計值 ：式中， 灌孔砌體的抗壓強度設計值(MPa) vgf0.55vgg0.2ffgf第二章第二章 砌體結構可靠度設計方法砌體結構可靠度設計方法 下列情況的各類砌體，其砌體強度設計值應乘以調整系數 ：(1) 有吊車房屋砌體、跨度不小于9m的梁下燒結普通磚砌體、跨度不小于7.5m的梁下燒結多孔磚、蒸壓灰砂磚、蒸壓粉煤灰磚砌體，混凝土和輕骨料混凝土砌塊砌體， ； a0.9這是考慮廠房受吊車動力作用和較這是考慮廠房受吊車動力作用和較大跨度多層房屋墻，柱受力情況較為復大跨度多層房屋墻，柱受力情況較為復 雜而采取的降低抗力、保證安全的措施。雜而采取的降低抗力、保證安全的措施。a第二章第二章 砌體結構

18、可靠度設計方法砌體結構可靠度設計方法(2) 對于無筋砌體構件，其截面面積A0.3m2時， ；對配筋砌體構件，當砌體截面面積A0.2m2時， 。構件截面面積以m2計；a0.7Aa0.8A 考慮局部破損或缺陷對小截面砌體構考慮局部破損或缺陷對小截面砌體構件的相對影響較大，個別塊體強度的變異件的相對影響較大，個別塊體強度的變異可能影響到全面截面的強度，可能影響到全面截面的強度，局部受壓計局部受壓計算算中強度不乘以此系數。中強度不乘以此系數。第二章第二章 砌體結構可靠度設計方法砌體結構可靠度設計方法(3) 當砌體用水泥砂漿砌筑時，其抗壓強度設計值乘以調整系數 ，而軸心抗拉、彎曲抗拉和抗剪強度設計值乘以調整系數 ；對配筋砌體構件，當其中的砌體采用水泥砂漿砌筑時，僅對砌體的強度設計值乘以調整系數 。a0.9a0.8a 試驗表明，水泥砂漿由于其和易性較差，砂漿中應力分布均勻性差，砂漿強度相同時的水泥砂漿砌體強度比混合砂漿砌體強度略低。第二章第二章 砌體結構可靠度設計方法砌體結構可靠度設計方法(4)當施工質量控制等級為C級時， ； （注：配筋砌體不允許采用C級）(5)當驗算施工中房屋的構件時， 。a0.89a1.1第二章第二章 砌體結構可靠度設計方法砌體結構可靠度設計方法 施工階段砂漿尚未硬化的新砌砌體的強度和穩(wěn)定性，可按砂漿強度為0進行計算； 對于冬期施工采用摻鹽砂漿法施工的