建筑結構設計的基本原則

1、SUNMMARY OF BUILDING第四章 建筑結構基本設建筑結構基本設計原則計原則結構的功能要求與極限狀態(tài)結構的功能要求與極限狀態(tài)第一節(jié)結構的作用效應與結構抗力結構的作用效應與結構抗力第二節(jié)概率極限狀態(tài)設計法與實用設計表達式概率極限狀態(tài)設計法與實用設計表達式第三節(jié)SUNMMARY OF BUILDING第四章 建筑結構基本設建筑結構基本設計原則計原則結構功能要求與極限狀態(tài)結構功能要求與極限狀態(tài)極限狀態(tài)設計的基本原理極限狀態(tài)設計的基本原理極限狀態(tài)設計表達式極限狀態(tài)設計表達式1建筑結構的功能要求第一節(jié)、結構的功能要求與極限狀態(tài)建筑結構在其設計使用年限內(nèi)應能夠承受可能出現(xiàn)的各種作用。且在設計規(guī)

2、定的偶然事件發(fā)生時及發(fā)生后，結構應能保持必需的整體穩(wěn)定性，不致倒塌。建筑結構在其設計使用年限內(nèi)應能滿足預定的使用要求，有良好的工作性能，其變形、裂縫或振動等性能均不超過規(guī)定的限度等。建筑結構在其設計使用年限內(nèi)應有足夠的耐久性。例如保護層厚度不得過薄、裂縫不得過寬而引起鋼筋銹蝕等。2結構設計使用年限要求結構設計使用年限要求第一節(jié)、結構的功能要求與極限狀態(tài)結構設計使用年限和設計基準期設計基準期：T=50年設計使用年限類別類別設計使用年限（年）設計使用年限（年）示例示例15臨時性建筑臨時性建筑225易于替換的結構構件易于替換的結構構件350普通房屋和構筑物普通房屋和構筑物4100紀念性建筑和特別重要

3、的建筑結構紀念性建筑和特別重要的建筑結構設計規(guī)定的結構或結構構件不需進行大修即可按其預定目的使用的時期 。 3安全等級安全等級破壞后果破壞后果建筑類型建筑類型一級一級很嚴重很嚴重重要房屋重要房屋二級二級嚴重嚴重一般房屋一般房屋三級三級不嚴重不嚴重次要房屋次要房屋結構的安全等級劃分第一節(jié)、結構的功能要求與極限狀態(tài)偶然荷載在結構設計基準期內(nèi)可能發(fā)生，但不一定發(fā)生的荷載。它的發(fā)生帶有偶然性，但一旦發(fā)生它對結構的作用效應非常大，所以在做設計的時候也不能忽略偶然荷載的影響，如撞擊、爆炸、罕遇地震等。永久荷載是指在設計基準期內(nèi)其量值不隨時間變化，或其變化與平均值相比可以忽略不計的荷載，通常稱為恒載。如結構

4、自重、土壓力、預應力等?？勺兒奢d是指在設計基準期內(nèi)其量值隨時間變化，且其變化與平均值相比不可忽略的荷載，通常稱為活載。如樓面活荷載、風荷載、雪荷載等。1作用及作用效應作用及作用效應第二節(jié)、結構的作用效應與結構抗力施加在結構上的集中力或分布力（直接作用，也稱為荷載）和引起結構外加變形或約束變形的原因（間接作用）。 第二節(jié)、結構的作用效應與結構抗力 由于直接作用或間接作用作用于結構構件上，在結構內(nèi)產(chǎn)生的內(nèi)力和變形(如軸力、彎矩、剪力、扭矩、撓度、轉角和裂縫等) 由于荷載具有隨機性，我們采用代表值來表示隨機變量，代表值的實質就是以確定值來表達不確定的值。 建筑結構設計時，對不同荷載應采用不同的代表值

5、。對永久荷載應采用標準值作為代表值。對可變荷載應根據(jù)設計要求采用標準值、組合值、頻遇值或準永久值作為代表值。對偶然荷載應按建筑結構使用的特點確定其代表值。作用效應作用效應載荷的代表值載荷的代表值第二節(jié)、結構的作用效應與結構抗力永久荷載標準值可變荷載的標準值 結構或非承重構件的自重為永久荷載，由于其變異性不大，且多為正態(tài)分布，一般以其分布的均值作為荷載標準值，由此，即可按結構設計規(guī)定的尺寸和材料或結構構件單位體積的自重平均值確定。 統(tǒng)一由設計基準期最大荷載概率分布的0.05分位值確定，即設計平均值加1.645倍標準差(1 1.645)kfff設計基準期內(nèi)可變荷載的均值設計基準期內(nèi)可變荷載的變異系

6、數(shù)第二節(jié)、結構的作用效應與結構抗力可變荷載的準永久值是指在設計基準期內(nèi)，其超越的總時可變荷載的準永久值是指在設計基準期內(nèi)，其超越的總時間約為設計基準期一半的荷載設計值。間約為設計基準期一半的荷載設計值。荷載組合值是當結構承受兩種或兩種以上可變荷載時，承載力極荷載組合值是當結構承受兩種或兩種以上可變荷載時，承載力極限狀態(tài)按基本組合設計和正常使用極限狀態(tài)按標準組合設計采用的限狀態(tài)按基本組合設計和正常使用極限狀態(tài)按標準組合設計采用的可變荷載代表值?？勺兒奢d代表值?？勺兒奢d的頻遇值是指在設計基準期內(nèi)，其超越的總時間為規(guī)定的可變荷載的頻遇值是指在設計基準期內(nèi)，其超越的總時間為規(guī)定的較小比率或超越頻率為規(guī)

7、定頻率的荷載值。較小比率或超越頻率為規(guī)定頻率的荷載值。第二節(jié)、結構的作用效應與結構抗力(1 1.645)kfff2結構抗力結構抗力抗力 結構抗力R是指整個結構或結構構件抵抗作用效應（即內(nèi)力和變形）的能力（如構件的承載力、剛度、抗裂度等）?？沽Φ牟淮_定性 結構抗力也是一個不確定的隨機變量。材料強度的代表值（標準值）標準值取材料強度概率分布的0.05分位值，即按95%保證率的要求確定。第三節(jié)、概率極限狀態(tài)設計法與實用設計表達式1 1 極限狀態(tài)極限狀態(tài)整個結構或結構的一部分超過某一特定狀態(tài)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)。結構可靠 結構能夠滿足功能要求而良好地工作，則

8、稱結構是“可靠”的或“有效”的。結構不可靠 結構不能夠滿足功能要求而良好地工作，則稱結構是“不可靠”的或“失效”的。第三節(jié)、概率極限狀態(tài)設計法與實用設計表達式 建筑結構可靠度設計統(tǒng)一標準將結構的極限狀態(tài)分為兩類：承載能力極限狀態(tài)及正常使用極限狀態(tài)。承載力能力極限狀態(tài) （第一類）超過該極限狀態(tài)，結構就不能滿足預定的安全性功能要求超過該極限狀態(tài)，結構就不能滿足預定的安全性功能要求結構或構結構或構件達到最件達到最大承載力大承載力（包括疲（包括疲勞）勞）結構整體或其結構整體或其中一部分作為中一部分作為剛體失去平衡剛體失去平衡（如傾覆、滑（如傾覆、滑移）移）結構形成幾何結構形成幾何可變體系（超可變體系（

9、超靜定結構中出靜定結構中出現(xiàn)足夠多塑性現(xiàn)足夠多塑性鉸）鉸）結構塑性結構塑性變形過大而變形過大而不適于繼續(xù)不適于繼續(xù)使用使用結構或構件結構或構件喪失穩(wěn)定喪失穩(wěn)定（如細長受（如細長受壓構件的壓壓構件的壓曲失穩(wěn)）曲失穩(wěn)）第三節(jié)、概率極限狀態(tài)設計法與實用設計表達式正常使用極限狀態(tài)（第二類） 超過該極限狀態(tài)，結構就不能滿足預定的適用性和耐久性的功能要求。過大的振動（不舒適）；過大的變形、側移（影響非結構構件、不安全感、不能正常使用（吊車）等）；過大的裂縫（鋼筋銹蝕、不安全感、漏水等）；其他正常使用要求。第三節(jié)、概率極限狀態(tài)設計法與實用設計表達式隨機變量Z的不同取值三種工作狀態(tài)： Z0 結構或構件處于可靠

10、狀態(tài) Z0 結構或構件處于失效狀態(tài) Z=0 結構或構件處于極限狀態(tài)2 2 功能函數(shù)與極限狀態(tài)方程功能函數(shù)與極限狀態(tài)方程結構工作狀態(tài)可以用S和R關系式來描述，這種表達式稱為結構的功能函數(shù)，以Z表示).,(321nXXXXgSRZ結構的抗力荷載效應第三節(jié)、概率極限狀態(tài)設計法與實用設計表達式可靠概率可靠概率Ps 結構能能完成預定功能（S R S R ）的概率）的概率。0)()0()(dzzfZPRSpPf3 3 結構的可靠度和可靠指標結構的可靠度和可靠指標可靠度可靠度結構在規(guī)定時間內(nèi)，在規(guī)定條件下，完成預定功能的可能性大小，結構在規(guī)定時間內(nèi)，在規(guī)定條件下，完成預定功能的可能性大小，用概率用概率p來表

11、示，也就是說結構可靠度就是結構可靠性的概率度量。來表示，也就是說結構可靠度就是結構可靠性的概率度量。第三節(jié)、概率極限狀態(tài)設計法與實用設計表達式zz可靠指標可靠指標失效概率與功能函數(shù)失效概率與功能函數(shù)Z Z平均值到坐標原點的距離有關平均值到坐標原點的距離有關, ,取取 z第三節(jié)、概率極限狀態(tài)設計法與實用設計表達式 值2.73.23.74.2失效概率Pf3.510-36.910-41.110-41.310-5 22212ZZZZZe結構功能函數(shù) 22021(0)2ZZZZP ZZe失效概率經(jīng)坐標變換，將Z標準化 0,1ZZ令 ,ddZZZZxZx由 ZZ得 于是fPf221d2xtPex第三節(jié)、概

12、率極限狀態(tài)設計法與實用設計表達式破壞類型破壞類型安安 全全 等等 級級一級一級二級二級三級三級延性破壞延性破壞3.73.73.23.22.72.7脆性破壞脆性破壞4.24.23.73.73.23.2表表4-3 4-3 結構構件承載能力極限狀態(tài)的目標可靠指標結構構件承載能力極限狀態(tài)的目標可靠指標第三節(jié)、概率極限狀態(tài)設計法與實用設計表達式0 -結構重要性系數(shù)S -荷載效應的基本組合（設計值）R -結構抗力f -材料強度設計值 RS 0rdkmscafffRR/.,.,4 4 承載力極限狀態(tài)設計表達式承載力極限狀態(tài)設計表達式基本表達式結構構件的抗力模型不定性系數(shù)第三節(jié)、概率極限狀態(tài)設計法與實用設計表

13、達式5 5 正常使用極限狀態(tài)設計表達式正常使用極限狀態(tài)設計表達式即即CC：一般指正常使用要求的規(guī)定限值：變形，抗裂度或自：一般指正常使用要求的規(guī)定限值：變形，抗裂度或自震頻率等。震頻率等。 CS .),(,CSSSCqfk基本表達式基本表達式第三節(jié)、概率極限狀態(tài)設計法與實用設計表達式按正常使用極限狀態(tài)設計時，應驗算結構構件的變形、抗按正常使用極限狀態(tài)設計時，應驗算結構構件的變形、抗裂度或裂縫寬度裂度或裂縫寬度。1 1）變形驗算變形驗算limff2 2）裂縫控制驗算裂縫控制驗算一級：嚴格要求不出現(xiàn)裂縫的構件，按荷載標準組合計算時，構件受拉邊緣混凝土不應產(chǎn)生拉應力。二級：一般要求不出現(xiàn)裂縫的構件，

14、按荷載標準組合計算時，構件受拉邊緣混凝土拉應力不應大于混凝土抗拉強度的標準值；按荷載效應準永久組合計算時，構件受拉邊緣混凝土不宜產(chǎn)生拉應力，當有可靠經(jīng)驗時可適當放松。三級 ：允許出現(xiàn)裂縫的構件：對鋼筋混凝土構件，按荷載準永久組合并考慮長期作用影響計算時，構件的最大裂縫寬度不應超過附表14規(guī)定的最大裂縫寬度限值。第三節(jié)、概率極限狀態(tài)設計法與實用設計表達式11112jjiiiimnGG kQLQ kQLcQ kjiSSSS 11jjiiimnGG kQiLcQ kjiSSS 由可變荷載效應控制的組合由永久荷載效應控制的組合對于承載能力極限狀態(tài)，結構構件應按荷載效應的基本組合或偶然組合進行荷載（效應）組合，對于基本組合，荷載效應組合的設計值應從下列組合值中取最不利值確定：6 6 承載能力極限狀態(tài)承載能力極限狀態(tài)第三節(jié)、概率極限狀態(tài)設計法與實用設計表達式