《混凝土結(jié)構(gòu)與砌體結(jié)構(gòu)》課件模塊1

1、混凝土結(jié)構(gòu)與砌體結(jié)構(gòu)模塊1 建筑結(jié)構(gòu)的基本設(shè)計(jì)原則1.3極限狀態(tài)設(shè)計(jì)方法1.1建筑結(jié)構(gòu)的功能要求和極限狀態(tài)1.2建筑結(jié)構(gòu)承受的荷載分類(lèi)和荷載代表值 （1）了解結(jié)構(gòu)的功能要求和結(jié)構(gòu)極限狀態(tài)的基本概念。 （2）掌握極限狀態(tài)的設(shè)計(jì)方法。 （3）掌握極限狀態(tài)的實(shí)用設(shè)計(jì)表達(dá)式。 學(xué)習(xí)目標(biāo)模塊1 建筑結(jié)構(gòu)的基本設(shè)計(jì)原則1.1 建筑結(jié)構(gòu)的功能要求和極限狀態(tài) 建筑結(jié)構(gòu)的功能要求1.1.1 結(jié)構(gòu)在預(yù)定的使用期限內(nèi)，應(yīng)能承受正常施工、正常使用時(shí)可能出現(xiàn)的各種荷載、強(qiáng)迫變形（如超靜定結(jié)構(gòu)的支座的不均勻沉降）、約束變形（如由于溫度及收縮引起的構(gòu)件變形受到約束時(shí)所產(chǎn)生的變形）等的作用。在偶然荷載（如地震、強(qiáng)風(fēng)）作用下或

2、偶然事件（如火災(zāi)、爆炸）發(fā)生時(shí)和發(fā)生后，構(gòu)件僅產(chǎn)生局部損壞，不發(fā)生連續(xù)倒塌。1）安全性1.1 建筑結(jié)構(gòu)的功能要求和極限狀態(tài)2）適用性 結(jié)構(gòu)在正常使用荷載作用下具有良好的工作性能，如不發(fā)生影響正常使用的過(guò)大撓度、永久變形和動(dòng)力效應(yīng)（過(guò)大的振幅和振動(dòng)），或不產(chǎn)生令使用者感到不安寬度的裂縫。1.1 建筑結(jié)構(gòu)的功能要求和極限狀態(tài)3）耐久性 結(jié)構(gòu)在正常使用和正常維護(hù)條件下，在規(guī)定的環(huán)境中及預(yù)定的使用期限內(nèi)應(yīng)有足夠的耐久性。如不發(fā)生由于混凝土保護(hù)層碳化或氯離子的侵入而導(dǎo)致的鋼筋銹蝕，以致影響結(jié)構(gòu)的使用壽命。1.1 建筑結(jié)構(gòu)的功能要求和極限狀態(tài) 建筑結(jié)構(gòu)的極限狀態(tài)1.1.2 （1）整個(gè)結(jié)構(gòu)或其中的一部分作為

3、剛體失去平衡（如傾覆、過(guò)大的滑移）。 （2）結(jié)構(gòu)構(gòu)件或連接部位因荷載過(guò)大而遭到破壞，包括承受多次重復(fù)荷載產(chǎn)生的疲勞破壞（如鋼筋混凝土梁受壓區(qū)混凝土達(dá)到其抗壓強(qiáng)度）。 （3）結(jié)構(gòu)構(gòu)件或連接部位因產(chǎn)生過(guò)度的塑性變形而不適于繼續(xù)承載（如受彎構(gòu)件中的少筋梁的破壞）。1）承載能力極限狀態(tài)1.1 建筑結(jié)構(gòu)的功能要求和極限狀態(tài) （4）結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)動(dòng)體系（如超靜定結(jié)構(gòu)由于某些截面的屈服形成塑性鉸，使結(jié)構(gòu)成為幾何可變體系）。 （5）結(jié)構(gòu)或構(gòu)件喪失穩(wěn)定（如細(xì)長(zhǎng)柱達(dá)到臨界荷載發(fā)生壓屈）。 （6）地基喪失承載力而被破壞。1.1 建筑結(jié)構(gòu)的功能要求和極限狀態(tài)2）正常使用極限狀態(tài)（4）影響結(jié)構(gòu)或構(gòu)件正常使用的其他特定狀態(tài)

4、（如由于鋼筋銹蝕產(chǎn)生的沿鋼筋的縱向裂縫）。（3）影響結(jié)構(gòu)或構(gòu)件正常使用的振動(dòng)。（2）影響結(jié)構(gòu)或構(gòu)件正常使用或耐久性的局部損壞（如不允許出現(xiàn)裂縫的構(gòu)件開(kāi)裂；或允許出現(xiàn)裂縫的構(gòu)件，其裂縫寬度超過(guò)了允許限值）。（1）影響結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的正常使用的外觀(guān)變形（如梁產(chǎn)生超過(guò)了撓度限值的過(guò)大的撓度）。1.2 建筑結(jié)構(gòu)承受的荷載分類(lèi)和荷載代表值 荷載的分類(lèi)1.2.1（1）永久荷載。（2）可變荷載。（3）偶然荷載。1.2 建筑結(jié)構(gòu)承受的荷載分類(lèi)和荷載代表值 荷載的代表值1.2.2 （1）荷載標(biāo)準(zhǔn)值。荷載的代表值 （2）可變荷載組合值。 （3）可變荷載頻遇值。（4）可變荷載準(zhǔn)永久值。1.2 建筑結(jié)構(gòu)承受的荷載分類(lèi)和荷

5、載代表值 荷載的代表值1.2.2 對(duì)于結(jié)構(gòu)構(gòu)件自重，永久荷載標(biāo)準(zhǔn)值可按結(jié)構(gòu)構(gòu)件的設(shè)計(jì)尺寸與材料單位體積的自重計(jì)算確定，相當(dāng)于自重的統(tǒng)計(jì)平均值，其分位值為0.5。對(duì)于自重變異性較大的材料（如屋面保溫材料、防水材料、找平層等），自重的標(biāo)準(zhǔn)值應(yīng)根據(jù)對(duì)結(jié)構(gòu)的不利狀態(tài)，分別取建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范（GB 500092012）給出的自重上限值或下限值。提 示1.3 極限狀態(tài)設(shè)計(jì)方法 承載能力極限狀態(tài)計(jì)算1.3.11）設(shè)計(jì)表達(dá)式 （1）當(dāng)用內(nèi)力的形式表達(dá)持久設(shè)計(jì)狀況、短暫設(shè)計(jì)狀況和地震設(shè)計(jì)狀況時(shí)，結(jié)構(gòu)構(gòu)件應(yīng)采用下列極限狀態(tài)設(shè)計(jì)表達(dá)式：0SR（1-1） （1-2） 式中， 0為結(jié)構(gòu)構(gòu)件的重要性系數(shù)； S 為承載能力

6、極限狀態(tài)下荷載效應(yīng)組合的設(shè)計(jì)值，對(duì)持久設(shè)計(jì)狀況和短暫設(shè)計(jì)狀況應(yīng)按荷載的基本組合計(jì)算，對(duì)地震設(shè)計(jì)狀況應(yīng)按荷載的地震組合計(jì)算； 1.3 極限狀態(tài)設(shè)計(jì)方法 對(duì)地震設(shè)計(jì)狀況應(yīng)按荷載的地震組合計(jì)算； R 為結(jié)構(gòu)構(gòu)件的抗力設(shè)計(jì)值； R （）為結(jié)構(gòu)構(gòu)件的抗力函數(shù)； fc、fs分別為混凝土、鋼筋的強(qiáng)度設(shè)計(jì)值； ak為幾何參數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)值，當(dāng)幾何參數(shù)的變異性對(duì)結(jié)構(gòu)性能有明顯的不利影響時(shí)，應(yīng)增減一個(gè)附加值； Rd為結(jié)構(gòu)構(gòu)件的抗力模型不定性系數(shù)。1.3 極限狀態(tài)設(shè)計(jì)方法 （2）對(duì)偶然荷載下的結(jié)構(gòu)進(jìn)行承載能力極限狀態(tài)設(shè)計(jì)時(shí)，式（1-1）的荷載效應(yīng)組合的設(shè)計(jì)值 S 按偶然組合計(jì)算，結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)取不小于1.0的數(shù)值；式（1

7、-2）中，混凝土、鋼筋的強(qiáng)度設(shè)計(jì)值 fc、fs改用強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值fck、 fyk（或 fpyk）。1.3 極限狀態(tài)設(shè)計(jì)方法2）荷載效應(yīng)組合的設(shè)計(jì)值 （1）基本組合的效應(yīng)設(shè)計(jì)值。對(duì)于基本組合，荷載效應(yīng)組合的設(shè)計(jì)值 S 應(yīng)從下列組合中取最不利值確定。由可變荷載控制的效應(yīng)設(shè)計(jì)值為（1-3）由永久荷載控制的效應(yīng)設(shè)計(jì)值為(1-4) 1.3 極限狀態(tài)設(shè)計(jì)方法 （2）偶然組合的效應(yīng)設(shè)計(jì)值。偶然組合的效應(yīng)設(shè)計(jì)值可按式（1-5）確定：（1-3） 式中，SAd為偶然荷載設(shè)計(jì)值的效應(yīng)；fl為第l個(gè)可變荷載的頻遇值系數(shù)；ql、qj為第l個(gè)和第j個(gè)可變荷載的準(zhǔn)永久值系數(shù)。 式（1-5）中，偶然荷載的代表值不乘分項(xiàng)系數(shù)，主要

8、是考慮到偶然荷載的確定本身帶有較大的主觀(guān)因素；與偶然荷載同時(shí)出現(xiàn)的其他荷載可根據(jù)觀(guān)測(cè)資料和工程經(jīng)驗(yàn)采用適當(dāng)?shù)拇碇怠?.3 極限狀態(tài)設(shè)計(jì)方法 正常使用極限狀態(tài)計(jì)算1.3.21）設(shè)計(jì)表達(dá)式 對(duì)于正常使用極限狀態(tài)，結(jié)構(gòu)構(gòu)件應(yīng)根據(jù)不同情況分別采用荷載效應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)組合、頻遇組合或準(zhǔn)永久組合，采用下列極限狀態(tài)設(shè)計(jì)表達(dá)式： S C （1-6） 式中， S 為正常使用極限狀態(tài)的荷載組合的效應(yīng)（如變形、裂縫等）設(shè)計(jì)值； C 為結(jié)構(gòu)構(gòu)件達(dá)到正常使用要求所規(guī)定的變形、應(yīng)力、裂縫寬度和自振頻率等的相應(yīng)限值。1.3 極限狀態(tài)設(shè)計(jì)方法2）標(biāo)準(zhǔn)組合的效應(yīng)設(shè)計(jì)值 (1-7) 標(biāo)準(zhǔn)組合宜用于不可逆正常使用極限狀態(tài)，即當(dāng)某個(gè)極限

9、狀態(tài)被超越時(shí)將產(chǎn)生嚴(yán)重的永久性損害的情形。1.3 極限狀態(tài)設(shè)計(jì)方法3）頻遇組合的效應(yīng)設(shè)計(jì)值 (1-8) 由式（1-8）可知，頻遇組合是永久荷載的標(biāo)準(zhǔn)值，主導(dǎo)可變荷載的頻遇值和伴隨可變荷載的準(zhǔn)永久值的效應(yīng)組合。頻遇組合宜用于可逆正常使用極限狀態(tài)，即當(dāng)某個(gè)極限狀態(tài)被超越時(shí)僅產(chǎn)生局部損害、較大的變形或短暫的振動(dòng)等。1.3 極限狀態(tài)設(shè)計(jì)方法4)準(zhǔn)永久組合的效應(yīng)設(shè)計(jì)值 (1-8) 由式（1-8）可知，頻遇組合是永久荷載的標(biāo)準(zhǔn)值，主導(dǎo)可變荷載的頻遇值和伴隨可變荷載的準(zhǔn)永久值的效應(yīng)組合。頻遇組合宜用于可逆正常使用極限狀態(tài)，即當(dāng)某個(gè)極限狀態(tài)被超越時(shí)僅產(chǎn)生局部損害、較大的變形或短暫的振動(dòng)等。 (1-9) 準(zhǔn)永久

10、組合宜用于在當(dāng)長(zhǎng)期作用效應(yīng)是決定性因素時(shí)的正常使用極限狀態(tài)。 同理，式（1-7）、式（1-8）和式（1-9）僅適用于荷載與荷載效應(yīng)為線(xiàn)性關(guān)系的情況。由于正常使用極限狀態(tài)要求的目標(biāo)可靠指標(biāo)較小，因而對(duì)荷載不乘以分項(xiàng)系數(shù)，設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)材料強(qiáng)度采用標(biāo)準(zhǔn)值。1.3 極限狀態(tài)設(shè)計(jì)方法 (1-8) 由式（1-8）可知，頻遇組合是永久荷載的標(biāo)準(zhǔn)值，主導(dǎo)可變荷載的頻遇值和伴隨可變荷載的準(zhǔn)永久值的效應(yīng)組合。頻遇組合宜用于可逆正常使用極限狀態(tài)，即當(dāng)某個(gè)極限狀態(tài)被超越時(shí)僅產(chǎn)生局部損害、較大的變形或短暫的振動(dòng)等。 如圖1-1（a）所示，某鋼筋混凝土預(yù)制柱安全等級(jí)為一級(jí)。采用翻身吊裝，吊點(diǎn)設(shè)在牛腿下部，起吊時(shí)混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)

11、強(qiáng)度（C30）的100%。上柱、牛腿和下柱的自重分別為15.60kN、6.5kN和42.43kN。吊裝驗(yàn)算的計(jì)算簡(jiǎn)圖及彎矩圖如圖1-1（b）、圖1-1（c）所示。 問(wèn)題： 如何確定吊裝時(shí)鋼筋混凝土預(yù)制柱的受彎承載力，并驗(yàn)算所用的彎矩設(shè)計(jì)值。課堂案例1.3 極限狀態(tài)設(shè)計(jì)方法圖1-1 柱的吊裝計(jì)算簡(jiǎn)圖1.3 極限狀態(tài)設(shè)計(jì)方法 (1-8) 由式（1-8）可知，頻遇組合是永久荷載的標(biāo)準(zhǔn)值，主導(dǎo)可變荷載的頻遇值和伴隨可變荷載的準(zhǔn)永久值的效應(yīng)組合。頻遇組合宜用于可逆正常使用極限狀態(tài)，即當(dāng)某個(gè)極限狀態(tài)被超越時(shí)僅產(chǎn)生局部損害、較大的變形或短暫的振動(dòng)等。 分析： （1）荷載計(jì)算。根據(jù)混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范第3.1.

12、4條的規(guī)定，考慮動(dòng)力系數(shù)=1.5，各段柱自重線(xiàn)荷載設(shè)計(jì)值為： 上柱 牛腿 下柱 （2）內(nèi)力計(jì)算。 KN/m 同理可得M2=73.20 KN/m課堂案例1.3 極限狀態(tài)設(shè)計(jì)方法 (1-8) 由式（1-8）可知，頻遇組合是永久荷載的標(biāo)準(zhǔn)值，主導(dǎo)可變荷載的頻遇值和伴隨可變荷載的準(zhǔn)永久值的效應(yīng)組合。頻遇組合宜用于可逆正常使用極限狀態(tài)，即當(dāng)某個(gè)極限狀態(tài)被超越時(shí)僅產(chǎn)生局部損害、較大的變形或短暫的振動(dòng)等。 由 ，可得 AB段 令dM（x）/dx=0,則下柱段的最大彎矩發(fā)生在x=RA/g3=30.10/8.44=3.57m處，因此M3=53.67 KN/m。課堂案例 (1-8) 由式（1-8）可知，頻遇組合是

13、永久荷載的標(biāo)準(zhǔn)值，主導(dǎo)可變荷載的頻遇值和伴隨可變荷載的準(zhǔn)永久值的效應(yīng)組合。頻遇組合宜用于可逆正常使用極限狀態(tài)，即當(dāng)某個(gè)極限狀態(tài)被超越時(shí)僅產(chǎn)生局部損害、較大的變形或短暫的振動(dòng)等。 由 ，可得 AB段 令dM（x）/dx=0,則下柱段的最大彎矩發(fā)生在x=RA/g3=30.10/8.44=3.57m處，因此M3=53.67 KN/m。課堂案例1.3 極限狀態(tài)設(shè)計(jì)方法 （3）彎矩設(shè)計(jì)值計(jì)算。根據(jù)上文0的具體分類(lèi)，此處取 0=1.1。 上柱：彎矩設(shè)計(jì)值0M1=1.154.76=60.24 kNm 下柱： 由于M3M2，故取 M2為下柱的驗(yàn)算彎矩，0M2 =1.173.2=80.52 kNm。 課堂案例1

14、.3 極限狀態(tài)設(shè)計(jì)方法 耐久性驗(yàn)算1.3.31）耐久性的概念 材料的耐久性是指材料暴露在使用環(huán)境下抵抗各種物理和化學(xué)作用的能力。鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)長(zhǎng)期暴露在使用環(huán)境中，耐久性會(huì)逐漸降低。其影響因素主要有材料的質(zhì)量、鋼筋的銹蝕、混凝土的抗?jié)B及抗凍性、除冰鹽對(duì)混凝土的破壞等?；炷两Y(jié)構(gòu)的耐久性應(yīng)根據(jù)表1-1的使用環(huán)境類(lèi)別和表12的耐久性的基本要求進(jìn)行設(shè)計(jì)。 1.3 極限狀態(tài)設(shè)計(jì)方法表1-1 混凝土結(jié)構(gòu)的環(huán)境類(lèi)別 注：嚴(yán)寒和寒冷地區(qū)的劃分應(yīng)符合國(guó)家現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)2008年版民用建筑熱工設(shè)計(jì)規(guī)范（GB 501761993）的規(guī)定。1.3 極限狀態(tài)設(shè)計(jì)方法表1-2 設(shè)計(jì)使用年限為50年的結(jié)構(gòu)混凝土耐久性的基本要求

15、 注1：氯離子含量是指其占水泥用量的百分率。 注2：預(yù)應(yīng)力構(gòu)件混凝土中的氯離子質(zhì)量分?jǐn)?shù)不得超過(guò)0.06，水泥用量不應(yīng)少于300 kg/m3；最低混凝土強(qiáng)度等級(jí)應(yīng)按表中規(guī)定提高兩個(gè)等級(jí)。 注3：當(dāng)混凝士中加入活性摻合料或能提高耐久性的外加劑時(shí)，可酌情降低水泥用量。 注4：當(dāng)有工程經(jīng)驗(yàn)時(shí)，處于一類(lèi)和二類(lèi)環(huán)境中的混凝土強(qiáng)度等級(jí)可降低一級(jí)。 注5：當(dāng)使用非堿活性集料時(shí)，對(duì)混凝土中的堿含量可不進(jìn)行限制。1.3 極限狀態(tài)設(shè)計(jì)方法2）對(duì)結(jié)構(gòu)混凝土的要求 對(duì)于設(shè)計(jì)使用年限為100年且處于一類(lèi)環(huán)境中的混凝土結(jié)構(gòu)應(yīng)符合下列規(guī)定： （1）結(jié)構(gòu)混凝土強(qiáng)度等級(jí)不應(yīng)低于C30，預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)混凝土強(qiáng)度等級(jí)應(yīng)不低于C40。 （2）混凝土中的最大氯離子含量為0.06。 （3）宜使用非堿活性集料；當(dāng)使用堿活性集料時(shí)，混凝土中的堿含量不得超過(guò)3.0kg/ m3。1.3 極限狀態(tài)設(shè)計(jì)方法 （4）混凝土保護(hù)層厚度宜增加40%，在使用過(guò)程中宜采取表面防護(hù)、定期維護(hù)等有效措施。 （5）處于嚴(yán)寒及寒冷地區(qū)潮濕環(huán)境中的結(jié)構(gòu)混凝土應(yīng)滿(mǎn)足抗凍要求，混