[PPT] 混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法

1、3 混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法3.1 結(jié)構(gòu)可靠度及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法3.2 荷載與材料強(qiáng)度的取值3.3 概率極限狀態(tài)設(shè)計(jì)方法3.4 結(jié)構(gòu)極限狀態(tài)設(shè)計(jì)表達(dá)式3.1.1 結(jié)構(gòu)上的作用、作用效應(yīng)和結(jié)構(gòu)的抗力 1、 結(jié)構(gòu)上的作用是指施加在結(jié)構(gòu)上的集中力或分布力，以及引起結(jié)構(gòu)外加變形或約束變形的原因（地震、基礎(chǔ)差異沉降、溫度變化、混凝土收縮等）。分類： （1）按時(shí)間的變化可分為三類：永久作用可變作用偶然作用直接作用和間接作用如結(jié)構(gòu)自重、土壓力、預(yù)應(yīng)力、地基沉降、焊接等。如樓面活荷載、吊車荷載、風(fēng)荷載、雪荷載、溫度變化等。如爆炸力、撞擊力、罕遇的地震等。3.1 結(jié)構(gòu)可靠度及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法 2、 作用效應(yīng)S上述各種作用作用

2、在結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件上，由此在結(jié)構(gòu)內(nèi)產(chǎn)生的內(nèi)力和變形（如軸力、剪力、彎矩以及撓度、轉(zhuǎn)角和裂縫等）稱為作用效應(yīng)。3、結(jié)構(gòu)抗力R(resistance) 結(jié)構(gòu)抗力是指整個(gè)結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件承受作用效應(yīng)（即內(nèi)力和變形）的能力。3.1.2 結(jié)構(gòu)的預(yù)定功能及結(jié)構(gòu)可靠度1、結(jié)構(gòu)的功能要求（1）安全性（2）適用性（3）耐久性2、結(jié)構(gòu)的可靠性可靠性安全性、適用性和耐久性的總稱。就是指結(jié)構(gòu)在規(guī)定的使用期限內(nèi)（設(shè)計(jì)工作壽命=50年），在規(guī)定的條件下（正常設(shè)計(jì)、正常施工、正常使用和維護(hù)），完成預(yù)定結(jié)構(gòu)功能的能力?？煽啃栽谝?guī)定的時(shí)間內(nèi)，在規(guī)定的條件下，完成預(yù)定結(jié)構(gòu)功能的概率。 結(jié)構(gòu)可靠性越高，建設(shè)造價(jià)投資越大。 如何在結(jié)構(gòu)可

3、靠與經(jīng)濟(jì)之間取得均衡，就是設(shè)計(jì)方法要解決的問題。3、設(shè)計(jì)使用年限和設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期（1）設(shè)計(jì)使用年限是指設(shè)計(jì)規(guī)定的結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件不需進(jìn)行大修即可按其預(yù)定目的使用的時(shí)期，即結(jié)構(gòu)在規(guī)定的條件下所應(yīng)達(dá)到的使用年限。 設(shè)計(jì)使用年限分類（2）設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期指為確定可變作用及與時(shí)間有關(guān)的材料性能等取值選用時(shí)間參數(shù)。統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期為50年。類別設(shè)計(jì)使用年限（年）示例15臨時(shí)性結(jié)構(gòu)0.9225易于替換的結(jié)構(gòu)構(gòu)件-350普通房屋和構(gòu)筑物1.04100紀(jì)念性建筑和特別重要的建筑物1.13.1.3 結(jié)構(gòu)的安全等級(jí) 安全等級(jí)破壞后的影響程度建筑物的類型一級(jí)很嚴(yán)重重要的建筑物二級(jí)嚴(yán)重一般的建筑物三級(jí)不嚴(yán)重次要的建筑物3.

4、1.4 混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件設(shè)計(jì)計(jì)算方法 返回3.2 荷載與材料強(qiáng)度的取值3.2.1 荷載標(biāo)準(zhǔn)值的確定1、標(biāo)準(zhǔn)值 永久荷載的標(biāo)準(zhǔn)值可按結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)尺寸和標(biāo)準(zhǔn)容積密度計(jì)算。 可變荷載的標(biāo)準(zhǔn)值可查荷載規(guī)范。 如：一混凝土簡支梁截面尺寸為300150，跨度為2.5m，混凝土的重度為25kN/m3,則此梁的自重簡化為均布荷載：g=0.30.1525=1.125kN/m 如：教室q=2.5kN/m2 （原2.0） 教學(xué)樓的衛(wèi)生間q=2.5kN/m2 （原2.0） 樓梯多層住宅q=2.0kN/m2 其他 q=3.5kN/m2 3.2.5 基本組合的荷載分項(xiàng)系數(shù)，應(yīng)按下列規(guī)定采用：1 永久荷載的分項(xiàng)系數(shù)：1)當(dāng)其效應(yīng)

5、對(duì)結(jié)構(gòu)不利時(shí)對(duì)由可變荷載效應(yīng)控制的組合，應(yīng)取1.2；對(duì)由永久荷載效應(yīng)控制的組合，應(yīng)取1.35；2)當(dāng)其效應(yīng)對(duì)結(jié)構(gòu)有利時(shí)一般情況下應(yīng)取1.0；對(duì)結(jié)構(gòu)的傾覆、滑移或漂浮驗(yàn)算，應(yīng)取0.9。2 可變荷載的分項(xiàng)系數(shù)：一般情況下應(yīng)取1.4；對(duì)標(biāo)準(zhǔn)值大于4kN/m2 的工業(yè)房屋樓面結(jié)構(gòu)的活荷載應(yīng)取1.3。注:對(duì)于某些特殊情況，可按建筑結(jié)構(gòu)有關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)范的規(guī)定確定。2、荷載設(shè)計(jì)值：荷載分項(xiàng)系數(shù)與荷載標(biāo)準(zhǔn)值的乘積。 荷載分項(xiàng)系數(shù) ：調(diào)整荷載標(biāo)準(zhǔn)值使結(jié)構(gòu)可靠度趨于相同。 組合值系數(shù) ：考慮各可變荷載最大值在同一時(shí)刻出現(xiàn)的概率很小，若設(shè)計(jì)中仍采用各荷載效應(yīng)設(shè)計(jì)值疊加，則可能造成結(jié)構(gòu)可靠度不一致，因而必須對(duì)可變荷載設(shè)計(jì)

6、值再乘以調(diào)整系數(shù)，即荷載組合值系數(shù)。3、可變荷載的組合值：可變荷載設(shè)計(jì)值乘以荷載組合值系數(shù)。4、可變荷載的準(zhǔn)永久值：可變荷載標(biāo)準(zhǔn)值乘以荷載準(zhǔn)永久值系數(shù)。 準(zhǔn)永久值系數(shù) ：考慮荷載長期效應(yīng)而對(duì)可變荷載標(biāo)準(zhǔn)值的折減。5、荷載效應(yīng)組合 （1）基本組合可變荷載效應(yīng)控制組合永久荷載效應(yīng)控制組合荷載效應(yīng)組合的設(shè)計(jì)值應(yīng)從下列組合中取最不利值確定：（2） 標(biāo)準(zhǔn)組合：（3）準(zhǔn)永久組合：荷載效應(yīng)組合的設(shè)計(jì)值應(yīng)按下式采用：荷載效應(yīng)組合的設(shè)計(jì)值應(yīng)按下式采用：答案繼續(xù)某承受集中荷載和均布荷載的簡支梁計(jì)算跨度，作用與跨中的，均布永久荷載標(biāo)準(zhǔn)值，均布可變荷載標(biāo)準(zhǔn)值，可變荷載的組合系數(shù) 0.7，集中荷載永久荷載標(biāo)準(zhǔn)值準(zhǔn)永久值

7、系數(shù)0.4，試求跨中彎矩設(shè)計(jì)值的基本組合，標(biāo)準(zhǔn)組合和準(zhǔn)永久組合。某承受集中荷載和均布荷載的簡支梁計(jì)算跨度，作用與跨中的，均布永久荷載標(biāo)準(zhǔn)值，均布可變荷載標(biāo)準(zhǔn)值，可變荷載的組合系數(shù) 0.7，集中荷載永久荷載標(biāo)準(zhǔn)值準(zhǔn)永久值系數(shù)0.4，試求跨中彎矩設(shè)計(jì)值的基本組合，標(biāo)準(zhǔn)組合和準(zhǔn)永久組合。作業(yè)解：（1）基本組合：，由可變荷載效應(yīng)控制。備注：（2）標(biāo)準(zhǔn)組合（3）準(zhǔn)永久組合返回3.2.2 材料強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值和設(shè)計(jì)值1、標(biāo)準(zhǔn)值：具有不小于95%的保證率2、設(shè)計(jì)值：標(biāo)準(zhǔn)值除以分項(xiàng)系數(shù) 材料分項(xiàng)系數(shù)：考慮材料的離散性和施工中不可避免的偏差帶來的不利影響。 混凝土： 鋼筋：400MPa級(jí)以下熱軋鋼筋 500MPa級(jí)以

8、下熱軋鋼筋 預(yù)應(yīng)力筋3、影響結(jié)構(gòu)抗力的不確定因素： 2、影響荷載效應(yīng)的不確定因素： （1）荷載本身的變異性；（2）內(nèi)力計(jì)算假定與實(shí)際受力情況之間的差異；（1）結(jié)構(gòu)構(gòu)件材料性能的變異性；（2）結(jié)構(gòu)構(gòu)件幾何參數(shù)的變異性；（3）結(jié)構(gòu)構(gòu)件抗力計(jì)算模式的不確定性；3.2.3 數(shù)理統(tǒng)計(jì)的基本概念1、隨機(jī)變量及其統(tǒng)計(jì)特征值 （1）算術(shù)平均值（2）標(biāo)準(zhǔn)差（3）變異系數(shù) 2、正態(tài)分布 3、保證率返回3.3.1 結(jié)構(gòu)的極限狀態(tài)極限狀態(tài)：結(jié)構(gòu)的極限狀態(tài)分為兩類：1、承載力能力極限狀態(tài)（安全性） （1）結(jié)構(gòu)構(gòu)件或連接因超過材料的強(qiáng)度而破壞，或因過度變形而不適于繼續(xù)承載；（2）結(jié)構(gòu)整體或其中一部分作為剛體失去平衡；（3

9、）結(jié)構(gòu)變?yōu)闄C(jī)動(dòng)體系；（4）結(jié)構(gòu)或構(gòu)件喪失穩(wěn)定；（5）結(jié)構(gòu)因局部破壞而發(fā)生連續(xù)倒塌；（6）地基喪失承載力而破壞；（7）結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的疲勞破壞。3.3 概率極限狀態(tài)設(shè)計(jì)方法2、正常使用極限狀態(tài)（適用性和耐久性）（1）影響正常使用或外觀的變形；（2）影響正常使用或耐久功能的局部損壞；（3）影響正常使用的振動(dòng)；（4）影響正常使用的其他特定狀態(tài)。 通常對(duì)結(jié)構(gòu)構(gòu)件先按承載能力極限狀態(tài)進(jìn)行承載能力計(jì)算，然后根據(jù)使用要求按正常使用極限狀態(tài)進(jìn)行變形、裂縫寬度或抗裂等驗(yàn)算。3.3.2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)狀態(tài)1、持久設(shè)計(jì)狀態(tài)：結(jié)構(gòu)使用2、短暫設(shè)計(jì)狀態(tài)：施工和維修3、偶然設(shè)計(jì)狀態(tài)：火災(zāi)、爆炸、撞擊4、地震設(shè)計(jì)狀態(tài)：地震承載能力極

10、限狀態(tài)設(shè)計(jì)，且應(yīng)正常使用極限狀態(tài)設(shè)計(jì)承載能力極限狀態(tài)設(shè)計(jì)，根據(jù)需要可正常使用極限狀態(tài)設(shè)計(jì)承載能力極限狀態(tài)設(shè)計(jì)，根據(jù)需要可正常使用極限狀態(tài)設(shè)計(jì)承載能力極限狀態(tài)設(shè)計(jì)，可不正常使用極限狀態(tài)設(shè)計(jì)作用效應(yīng)S和結(jié)構(gòu)抗力R的關(guān)系： Z=R-S=g (R，S) 當(dāng)Z0時(shí)，結(jié)構(gòu)處于可靠狀態(tài); 當(dāng)Z0時(shí)，結(jié)構(gòu)處于失效狀態(tài); 當(dāng)Z0時(shí)，結(jié)構(gòu)處于極限狀態(tài).3.3.3 結(jié)構(gòu)的功能函數(shù)和極限狀態(tài)方程1、結(jié)構(gòu)的失效概率(probability of failure) 由于作用效應(yīng) 和結(jié)構(gòu)抗力 都是隨機(jī)變量或隨機(jī)過程，因此要絕對(duì)地保證 總是大于 是不可能的。 由圖可見，在多數(shù)情況下， 大于 。但是，由于 和 的離散性，在它們

11、概率密度曲線的重疊區(qū)（陰影段內(nèi)）仍有可能出現(xiàn) 小于 的情況，這種可能性的大小用概率來表示就是失效概率 。 和 的概率密度曲線3.3.4 結(jié)構(gòu)的可靠度計(jì)算 當(dāng)結(jié)構(gòu)功能函數(shù)中僅有兩個(gè)獨(dú)立的隨機(jī)變量 和 ，且都服從正態(tài)分布時(shí)，功能函數(shù) 的概率密度曲線如圖所示。 功能函數(shù)的概率密度曲線 結(jié)構(gòu)的失效概率可直接通過 的概率（圖中陰影面積）來表達(dá)，即 令則2、結(jié)構(gòu)構(gòu)件的可靠指標(biāo)(reliability index) 由上式可見， 與 具有數(shù)值上的對(duì)應(yīng)關(guān)系，也具有與 相對(duì)應(yīng)的物理意義。 越大， 就越小，即結(jié)構(gòu)越可靠，故 稱為可靠指標(biāo)。破壞類型安 全 等 級(jí)一 級(jí)二 級(jí)三 級(jí)延性破壞3.73.22.7脆性破壞4

12、.23.73.2統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)給出了結(jié)構(gòu)構(gòu)件承載能力極限狀態(tài)的可靠指標(biāo)。3、設(shè)計(jì)可靠指標(biāo) (reliability index for design) 設(shè)計(jì)規(guī)范所規(guī)定的、作為設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件時(shí)所應(yīng)達(dá)到的可靠指標(biāo)，稱為設(shè)計(jì)可靠指標(biāo)，它是根據(jù)設(shè)計(jì)所要求達(dá)到的結(jié)構(gòu)可靠度而取定的，所以又稱為目標(biāo)可靠指標(biāo)。返回3.4.1 承載能力極限狀態(tài)設(shè)計(jì)表達(dá)式 對(duì)持久設(shè)計(jì)狀況、暫短設(shè)計(jì)狀況和地震設(shè)計(jì)狀況，當(dāng)用內(nèi)力的形式表達(dá)時(shí)，結(jié)構(gòu)構(gòu)件應(yīng)采用下列承載能力極限狀態(tài)設(shè)計(jì)表達(dá)式： 結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)；結(jié)構(gòu)構(gòu)件的承載力設(shè)計(jì)值；結(jié)構(gòu)構(gòu)件的承載力函數(shù)；混凝土、鋼筋的強(qiáng)度設(shè)計(jì)值；幾何參數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)值；荷載效應(yīng)組合的設(shè)計(jì)值。結(jié)構(gòu)構(gòu)件的抗力模型不

13、定性系數(shù)；3.4 結(jié)構(gòu)極限狀態(tài)設(shè)計(jì)表達(dá)式（1）結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)安 全 等 級(jí)一 級(jí)二 級(jí)三 級(jí)1.11.00.9（2）結(jié)構(gòu)構(gòu)件的抗力模型不定性系數(shù)地震設(shè)計(jì)狀態(tài)：一般構(gòu)件：1.0重要結(jié)構(gòu)構(gòu)件或不確定性較大的結(jié)構(gòu)構(gòu)件：1.0抗震設(shè)計(jì)：3.4.2 正常使用極限狀態(tài)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)應(yīng)分別按荷載的準(zhǔn)永久組合、標(biāo)準(zhǔn)組合、準(zhǔn)永久組合并考慮長期作用的影響或標(biāo)準(zhǔn)組合并考慮長期作用的影響，采用下列極限狀態(tài)設(shè)計(jì)表達(dá)式進(jìn)行驗(yàn)算：正常使用極限狀態(tài)的荷載效應(yīng)組合值。結(jié)構(gòu)構(gòu)件達(dá)到正常使用要求所規(guī)定的變形、裂縫寬度、應(yīng)力等的限值；混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件正常使用極限狀態(tài)的驗(yàn)算應(yīng)包括下列內(nèi)容：（1）對(duì)需要控制變

14、形的構(gòu)件，應(yīng)進(jìn)行變形驗(yàn)算；（2）對(duì)使用上限制出現(xiàn)裂縫的構(gòu)件，應(yīng)進(jìn)行混凝土拉應(yīng)力驗(yàn)算；（3）對(duì)允許出現(xiàn)裂縫的構(gòu)件，應(yīng)進(jìn)行受力裂縫寬度驗(yàn)算；（4）對(duì)有舒適度要求的樓蓋結(jié)構(gòu)，應(yīng)進(jìn)行豎向自振頻率驗(yàn)算。3.4.3 鋼筋混凝土受彎構(gòu)件的最大撓度應(yīng)按荷載的準(zhǔn)永久組合，預(yù)應(yīng)力混凝土受彎構(gòu)件的最大撓度應(yīng)按荷載的標(biāo)準(zhǔn)組合，并均考慮荷載長期作用的影響進(jìn)行計(jì)算， 3.4.4 結(jié)構(gòu)構(gòu)件正截面的受力裂縫控制等級(jí)分為三級(jí)。在直接作用下，結(jié)構(gòu)構(gòu)件的裂縫控制等級(jí)劃分及要求應(yīng)符合下列規(guī)定： 一級(jí)嚴(yán)格要求不出現(xiàn)裂縫的構(gòu)件，按荷載標(biāo)準(zhǔn)組合計(jì)算時(shí)，構(gòu)件受拉邊緣混凝土不應(yīng)產(chǎn)生拉應(yīng)力。 二級(jí)一般要求不出現(xiàn)裂縫的構(gòu)件，按荷載標(biāo)準(zhǔn)組合計(jì)算時(shí)，構(gòu)件受拉邊緣混凝