[PPT]混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計原理之混凝土結(jié)構(gòu)的設(shè)計方法

1、 第2章 混凝土結(jié)構(gòu)的設(shè)計方法2.1結(jié)構(gòu)設(shè)計的基本要求一建筑結(jié)構(gòu)的功能要求 (1) 安全性（在使用年限期間能承受各種作用,包括偶然作用）（2）適用性（在使用年限期間能良好工作）（3）耐久性（在使用年限期間保持安全和適用）設(shè)計使用年限 指結(jié)構(gòu)在正常使用和維護(hù)的條件下，能夠保持其使用功能而不需進(jìn)行大修或加固的時間。臨時性結(jié)構(gòu)構(gòu)件：5年 普通房屋和構(gòu)筑物：50年 紀(jì)念性建筑和特別重要的建筑結(jié)構(gòu)：100年 二結(jié)構(gòu)的安全等級劃分標(biāo)準(zhǔn)： 根據(jù)建筑結(jié)構(gòu)的破壞后果，即危及人的生命、造成經(jīng)濟(jì)損失、產(chǎn)生社會影響等的嚴(yán)重程度。三個等級：一級 破壞后果很嚴(yán)重的重要建筑物，如影劇院、體育館和高 層建筑等；二級 破壞后果

2、嚴(yán)重的一般建筑物，如一般的工業(yè)與民用建筑 三級 破壞后果不嚴(yán)重的次要建筑。 2.2 結(jié)構(gòu)上的作用、作用效應(yīng)和結(jié)構(gòu)抗力一基本概念1.作用 指施加在結(jié)構(gòu)上的荷載以及引起結(jié)構(gòu)外加變形或約 束變形的因素的總稱。前者指直接作用于結(jié)構(gòu)上的集中荷載或分布荷載，故稱為直接作用；后者主要指地震、地基沉降、混凝土收縮、溫度變化、焊接等因素，它們雖不是荷載，但可以引起結(jié)構(gòu)的外加變形或約束變形，故稱為間接作用；2.作用效應(yīng) 結(jié)構(gòu)上的作用使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的內(nèi)力和變形，用符號“S”表示。3結(jié)構(gòu)抗力 結(jié)構(gòu)或構(gòu)件抵抗作用效應(yīng)的能力，即結(jié)構(gòu)的承載能力以及抵抗變形的能力，用R表示。二.荷載與材料強(qiáng)度1荷載的分類 按荷載作用時間的長短和

3、性質(zhì)，建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范將其分為三類：（書31頁）（1） 永久荷載 （2） 可變荷載 （3） 偶然荷載 2荷載的代表值荷載的代表值：在結(jié)構(gòu)設(shè)計時，應(yīng)根據(jù)不同的設(shè)計要求采用不同 的荷載數(shù)值，即荷載代表值。常見的荷載代表值有：（1）荷載標(biāo)準(zhǔn)值定義：在結(jié)構(gòu)的使用期間可能出現(xiàn)的最大荷載值。分類：永久荷載標(biāo)準(zhǔn)值GK (gk)取值方法：對于結(jié)構(gòu)自重，可按結(jié)構(gòu)構(gòu)件的設(shè)計尺寸與材料單位體積（或面積）的自重確定。常用：素混凝土 2224kN/m3 鋼筋混凝土2425 kN/m3 水泥砂漿 20 kN/m3 石灰砂漿 17 kN/m3 例：一跨度為3米的鋼筋混凝土梁，橫截面尺寸bh 300mm400mm。則梁總重為

4、： Gk = 0.30.4325 = 9 kN梁每米自重： gk = 0.30.425 = 3 kN/m可變荷載標(biāo)準(zhǔn)值QK ( qk)如：樓面（屋面）活荷載、吊車荷載、雪荷載、和風(fēng)荷載等。取值方法：查建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范。例如：由規(guī)范可查出民用建筑樓面均布荷載標(biāo)準(zhǔn)值：住宅、教室 2 kN/m2 食堂 2.5 kN/m2 注：規(guī)范值的確定思路：可變荷載載標(biāo)準(zhǔn)值等于其平均值加上1.645倍標(biāo)準(zhǔn)差；由概率論知，保證率為95%。（2）荷載準(zhǔn)永久值定義：可變荷載中在整個設(shè)計基準(zhǔn)期內(nèi)出現(xiàn)時間較長（可理解為 總的持續(xù)時間不低于設(shè)計基準(zhǔn)期的一半）的那部分荷載值， 稱為該可變荷載的準(zhǔn)永久值。取值方法：可變荷載準(zhǔn)永久

5、值 = 可變荷載標(biāo)準(zhǔn)值荷載準(zhǔn)永久值系數(shù) 可查建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范，一般是一個小于1的系數(shù)。例如：由規(guī)范可查出住宅樓面均面活荷載標(biāo)準(zhǔn)值為2kN/m2，準(zhǔn)永久系數(shù) =0.4。則可變荷載準(zhǔn)永久值為：20.4=0.8kN/m2。（3）荷載頻遇值定義：對可變荷載，在設(shè)計基準(zhǔn)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)定頻率的荷載值。取值方法：可變荷載頻遇值 = 可變荷載標(biāo)準(zhǔn)值頻遇值系數(shù) 可查建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范。例如：住宅的樓面荷載標(biāo)準(zhǔn)值為2.0kN/m2，頻遇值系數(shù) 為0.5 則頻遇荷載為：2.00.5=1.0kN/m2。(4) 荷載組合值 定義：當(dāng)結(jié)構(gòu)承受兩種或兩種以上的可變荷載，考慮到它們同時達(dá)到

6、最大值的可能性較小，因此可將其標(biāo)準(zhǔn)值乘以一個小于 或等于1的荷載組合系數(shù)，得到的數(shù)值稱為可變荷載的組合值.取值方法：可變荷載的組合值 = 可變荷載標(biāo)準(zhǔn)值組合值系數(shù)注： 可查建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范。例： 某住宅上人屋面，由規(guī)范查，均布活荷載標(biāo)準(zhǔn)值為2 kN/m2 ，組合值系數(shù)為0.7，若需考慮雪荷載，由規(guī)范查得雪荷載標(biāo)準(zhǔn)值為3 kN/m2，組合值系數(shù)為0.5，則計算時：均布活荷載組合值 = 2.00.7 =1.4kN/m2雪荷載組合值 = 3.00.5=1.5kN/m23.材料強(qiáng)度的標(biāo)準(zhǔn)值強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值的確定(混凝土立方體抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值為例)：等于其均值減去1.645倍標(biāo)準(zhǔn)差。（由概率論知，保證率為95%

7、）設(shè)計時材料強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值的取值：查表。（例：書上表1.1，表1.3） 3材料強(qiáng)度和荷載的設(shè)計值（1）標(biāo)準(zhǔn)值與設(shè)計值的關(guān)系 材料強(qiáng)度設(shè)計值 = 材料強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值 / 材料分項(xiàng)系數(shù)（大于1） 荷載設(shè)計值 = 荷載標(biāo)準(zhǔn)值荷載分項(xiàng)系數(shù)（大于1） 引入分項(xiàng)系數(shù)的目的：提高結(jié)構(gòu)的安全儲備。（2）設(shè)計值的確定 材料強(qiáng)度設(shè)計值：直接查表。（例：表2.2 、表 2.3、表 2.4） 荷載設(shè)計值的確定： 確定荷載的標(biāo)準(zhǔn)值； 荷載設(shè)計值 = 荷載標(biāo)準(zhǔn)值荷載分項(xiàng)系數(shù) 荷 載分項(xiàng)系數(shù)： 永久荷載的分項(xiàng)系數(shù)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，取1.2；對由永久荷載效應(yīng)控制的組合，取 1.35 ； 其效應(yīng)對結(jié)構(gòu)有

8、利時，取1.0；對結(jié)構(gòu)的傾覆、滑移或漂浮驗(yàn)算， 應(yīng) 取0.9。 可變荷載的分項(xiàng)系數(shù)通通常情況下取1.4；對標(biāo)準(zhǔn)值大于壓器 4.0kN/m2的工業(yè)房屋樓面結(jié)構(gòu)的活荷載取1.3。2.3概率極限狀態(tài)設(shè)計法一基本概念1極限狀態(tài) 整個結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)的一部分超過某一特定狀態(tài)就不能滿足設(shè)計指定的某一功能要求，這個特定狀態(tài)稱為該功能的極限狀態(tài)。分類：（1）承載力極限狀態(tài) 結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件達(dá)到最大承載能力或不適于繼續(xù)承載的變形狀態(tài)，為承載力極限狀態(tài)。當(dāng)結(jié)構(gòu)或構(gòu)件出現(xiàn)下列狀態(tài)之一時，即認(rèn)為超過了承載能力極限狀態(tài)：整個結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)的一部分作為剛體失去平衡（如傾覆等）；結(jié)構(gòu)或構(gòu)件因材料強(qiáng)度被超過而破壞。結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)動體系；結(jié)

9、構(gòu)或構(gòu)件喪失穩(wěn)定。（2）正常使用極限狀態(tài) 結(jié)構(gòu)或構(gòu)件達(dá)到正常使用或耐久性能中某項(xiàng)規(guī)定限度時的狀態(tài)稱為正常使用極限狀態(tài)。 注：當(dāng)結(jié)構(gòu)或構(gòu)件出現(xiàn)影響正常使用的變形 、過寬裂縫、振動等狀態(tài)之一，即認(rèn)為結(jié)構(gòu)超過了正常使用極限狀態(tài)。2極限狀態(tài)設(shè)計法 在進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計時，針對不同的限狀態(tài) 根據(jù)結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)和使用要求給出具體的限值作為結(jié)構(gòu)設(shè)計的 依據(jù)，稱為極限狀態(tài)設(shè)計法。 極限狀方程： = 0 其中Z = g(S,R)稱為功能函數(shù)。 當(dāng)Z0時，表示結(jié)構(gòu)可靠；當(dāng)Z0時，表示結(jié)構(gòu)失效；當(dāng)Z=0 表示結(jié)構(gòu)處于極限狀態(tài)。3概率極限狀態(tài)設(shè)計法 以概率為基礎(chǔ)的極限狀態(tài)設(shè)計法， 簡稱概率極限狀態(tài)設(shè)計法。4結(jié)構(gòu)的可靠性 結(jié)構(gòu)在

10、規(guī)定的時間內(nèi)和規(guī)定的條件下完 成預(yù)定功能的能力。 結(jié)構(gòu)可靠度 結(jié)構(gòu)在規(guī)定的時間內(nèi)、規(guī)定的條件下，完成 預(yù)定功能的概率（它是結(jié)構(gòu)可靠性的概率度量）。 規(guī)定時間：設(shè)計使用年限； 規(guī)定的條件：正常設(shè)計、正常施工和正常使用條件。 預(yù)定功能：安全、適用、耐久性。 可靠度指標(biāo)：可靠概率 ；失效概率 ；可靠指標(biāo) 2.4極限狀態(tài)實(shí)用設(shè)計表達(dá)式 一承載能力極限狀態(tài)實(shí)用設(shè)計表達(dá)式（承載能力極限狀態(tài)設(shè)計 即為強(qiáng)度計算） R （2.7） 式中： 結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)，取值見書40頁。 S 荷載效應(yīng)組合的設(shè)計值。 S = 恒載效應(yīng)（內(nèi)力）設(shè)計值 + 活載效應(yīng)（內(nèi)力）設(shè)計值 恒載內(nèi)力設(shè)計值 = 恒載內(nèi)力標(biāo)準(zhǔn)值恒載分項(xiàng)系數(shù) 活載

11、內(nèi)力設(shè)計值 = 活載內(nèi)力標(biāo)準(zhǔn)值活載分項(xiàng)系數(shù)例：一跨度為3m的鋼筋混凝土簡支梁，橫截面尺寸bh300mm400mm，作用均布活荷載標(biāo)準(zhǔn)值q k =5kN/m，求這時梁所承受的最大彎矩設(shè)計值。 解： 1.活載所產(chǎn)生的彎矩設(shè)計值Mq2.恒載所產(chǎn)生的彎矩設(shè)計值Mg 梁每米自重：gk = 0.30.425 = 3 kN/m 則：3.總的彎矩設(shè)計值 一正常使用極限狀態(tài)設(shè)計表達(dá)式（正常使用極限狀態(tài)設(shè)計即為 變形驗(yàn)算） S C （2.12） 式 中： C結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件達(dá)到正常使用要求的規(guī)定值，例如變形、 裂縫、振幅、加速度、應(yīng)力等的限值。 S荷載效應(yīng)組合值，分為：標(biāo)準(zhǔn)組合、準(zhǔn)永久組合、頻遇組合 三種情況；（1

12、）標(biāo)準(zhǔn)組合 變形驗(yàn)算時，恒載采用標(biāo)準(zhǔn)值，活載采用標(biāo) 準(zhǔn)值（一個）或組合值（有兩個或兩個以上）。 （2.13)（2） 頻遇組合 變形驗(yàn)算時，恒載采用標(biāo)準(zhǔn)值，活載采用頻 遇值或準(zhǔn)永久值進(jìn)行計算。 (2.14) （3）準(zhǔn)永久組合 變形驗(yàn)算時，恒載采用標(biāo)準(zhǔn)值，活 載采用 準(zhǔn)永久值進(jìn)行計算。 (2.15) 注：根據(jù)計算要求決定按哪一種組合計算。 例：見書例2.2 作業(yè)： 某辦公樓屋面采用預(yù)制板(重2 kN/m2)，計算跨度為3.14m，板寬1.2.m。屋面材料作法為：二氈三油上鋪小石子（自重0.35 kN/m2），60mm厚加氣混凝土保溫層（自重6 kN/m3），板底20 mm厚石灰砂漿抹灰。屋面活荷載標(biāo)準(zhǔn)值為0.7kN/m2。請計算：（1）按承載能力極限狀態(tài)設(shè)計時的最大彎矩設(shè)計值；（2）按正常使用極限狀態(tài)的標(biāo)準(zhǔn)組合考慮時的最大彎矩值。解：（1）荷載計算永久荷載標(biāo)準(zhǔn)值：gk = (0.35 + 200.02 +6