混凝土及砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法概述

第二章混凝土及砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法概述主要內(nèi)容●結(jié)構(gòu)上的作用●兩類(lèi)極限狀態(tài)●荷載效應(yīng)與結(jié)構(gòu)抗力●兩類(lèi)極限狀態(tài)的設(shè)計(jì)表達(dá)式常用建筑結(jié)構(gòu)規(guī)范建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)規(guī)范高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和施工規(guī)程地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范1.作用的定義：2.作用的分類(lèi)：

施加在結(jié)構(gòu)上的集中或分布荷載，以及引起結(jié)構(gòu)外加變形或約束變形（基礎(chǔ)沉降、溫度變化、焊接等）的原因的總稱(chēng)。(1)按作用形式分類(lèi)

直接作用：又稱(chēng)荷載，指施加在結(jié)構(gòu)上的集中或分布荷載。

間接作用：引起結(jié)構(gòu)外加變形或約束變形的原因。2.1結(jié)構(gòu)上的作用(2)按隨時(shí)間的變異性分類(lèi)永久作用：在結(jié)構(gòu)使用期間，其值不隨時(shí)間而變化，或其變化值與平均值相比可以忽略不計(jì)，或其變化是單調(diào)的并能趨于限值的作用。【例如】結(jié)構(gòu)自重，土壓力、預(yù)加力、基礎(chǔ)沉降、焊接、水的浮力、混凝土收縮及徐變作用等。

可變作用：在結(jié)構(gòu)使用期間，其值隨時(shí)間而變化，且其變化值與平均值相比不可以忽略不計(jì)的作用。

偶然作用：在結(jié)構(gòu)使用期間，不一定出現(xiàn)，但一旦出現(xiàn)，其量值很大且持續(xù)時(shí)間較短的作用?！纠纭康劝惭b荷載、樓面活荷載、吊車(chē)荷載、風(fēng)荷載、雪荷載、汽車(chē)荷載、汽車(chē)離心力、汽車(chē)制動(dòng)力、流水壓力、冰壓力、溫度作用?！纠纭康卣鹱饔茫ǖ卣鹆偷卣鸺铀俣鹊龋?、爆炸、船舶或漂流物的撞擊作用、汽車(chē)撞擊作用等。

(3)按結(jié)構(gòu)的反應(yīng)分類(lèi)靜態(tài)作用：

不使結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件產(chǎn)生加速度，或產(chǎn)生的加速度可以忽略不計(jì)。動(dòng)態(tài)作用：

使結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件產(chǎn)生不可忽略的加速度?！纠纭拷Y(jié)構(gòu)自重、住宅與辦公樓的樓面活荷載等。【例如】地震、吊車(chē)荷載、設(shè)備振動(dòng)、作用于高聳結(jié)構(gòu)上的風(fēng)荷載等。2.2

極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法的基本概念結(jié)構(gòu)在規(guī)定的設(shè)計(jì)工作壽命期內(nèi)必須滿足以下各項(xiàng)功能要求能承受在施工和使用均屬正常的情況下可能出現(xiàn)的各種作用；在正常使用時(shí)具有良好的工作性能；在正常維護(hù)下具有足夠的耐久性；在設(shè)計(jì)規(guī)定的偶然事件發(fā)生時(shí)及發(fā)生后仍能保持必需的整體穩(wěn)定性。1.建筑結(jié)構(gòu)的功能上述第一、四項(xiàng)指結(jié)構(gòu)的安全性，第二項(xiàng)指適用性，第三項(xiàng)指耐久性。三者統(tǒng)稱(chēng)結(jié)構(gòu)的可靠性。房屋建筑在正常設(shè)計(jì)、正常施工、正常使用和維護(hù)（必要的檢測(cè)、防護(hù)和維修）下所應(yīng)達(dá)到的持久年限。設(shè)計(jì)使用年限按下表采用設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期：是指在計(jì)算結(jié)構(gòu)可靠度時(shí)考慮各項(xiàng)基本變量與時(shí)間關(guān)系所取用的基準(zhǔn)時(shí)間。設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期為50年類(lèi)別設(shè)計(jì)使用年限舉例1≤5臨時(shí)性結(jié)構(gòu)225易于替換的結(jié)構(gòu)構(gòu)件350一般房屋和普通構(gòu)筑物4≥100紀(jì)念性建筑及其它特殊或重要建筑結(jié)構(gòu)2.設(shè)計(jì)使用年限3.建筑結(jié)構(gòu)的安全等級(jí)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)根據(jù)結(jié)構(gòu)破壞可能產(chǎn)生的后果的嚴(yán)重性，采用不同的安全等級(jí)安全等級(jí)破壞后果建筑結(jié)構(gòu)類(lèi)型示例一級(jí)很?chē)?yán)重重要的建筑結(jié)構(gòu)二級(jí)嚴(yán)重一般的建筑結(jié)構(gòu)三級(jí)不嚴(yán)重不重要的建筑結(jié)構(gòu)4.兩類(lèi)極限狀態(tài)整個(gè)結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)的某一部分超過(guò)某一特定狀態(tài)就不能滿足設(shè)計(jì)規(guī)定的某一功能要求，此特定狀態(tài)就稱(chēng)為該功能的極限狀態(tài)。有效和失效

極限狀態(tài)為有效和失效的分界根據(jù)不同的功能要求，極限狀態(tài)可分為

承載能力極限狀態(tài)

正常使用極限狀態(tài)承載能力極限狀態(tài)對(duì)應(yīng)于結(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)承載的變形時(shí)的狀態(tài)。結(jié)構(gòu)構(gòu)件或連接因材料強(qiáng)度不足而破壞（包括疲勞破壞），或因過(guò)度的變形而不適于繼續(xù)承載；結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件喪失穩(wěn)定（如壓屈等）；結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)動(dòng)體系；整個(gè)結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)的某一部分作為剛體失去平衡（如傾覆等）；地基喪失承載能力而破壞（如失穩(wěn)等）；正常使用極限狀態(tài)對(duì)應(yīng)于結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件達(dá)到正常使用或耐久性能的某項(xiàng)規(guī)定限值的狀態(tài)。影響正常使用及外觀過(guò)大的變形；影響適用性或耐久性能的局部損壞（包括裂縫）；影響正常使用的振動(dòng)；影響正常使用的其他特定狀態(tài)。2.3荷載效應(yīng)與結(jié)構(gòu)抗力

荷載引起的結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的內(nèi)力、應(yīng)力、變形、裂縫等的總稱(chēng)。荷載的標(biāo)準(zhǔn)值：在正常使用期間可能出現(xiàn)（具有足夠的概率保證率）的荷載最大值。永久荷載準(zhǔn)值可根據(jù)尺寸按材料的容重計(jì)算；可變荷載標(biāo)準(zhǔn)值可按標(biāo)《荷載規(guī)范》提供的數(shù)值取用。1.荷載效應(yīng)

荷載的代表值有四種：標(biāo)準(zhǔn)值、組合值、頻遇值和準(zhǔn)永久值。荷載的組合值：考慮多個(gè)可變荷載作用在結(jié)構(gòu)上的情況。荷載的準(zhǔn)永久值：在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)，其超越的總時(shí)間占設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期一半的荷載值。荷載的頻遇值：在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)，其超越的總時(shí)間僅占設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期的一小部分。2.結(jié)構(gòu)抗力結(jié)構(gòu)構(gòu)件對(duì)抵抗各種作用的承載力，以及對(duì)變形、裂縫等的抵抗能力。影響抗力大小的因素主要是結(jié)構(gòu)構(gòu)件的幾何尺寸、所用材料的性能（強(qiáng)度、彈性模量、變形模量等）、計(jì)算模式。結(jié)構(gòu)抗力也是一個(gè)隨機(jī)變量1.分項(xiàng)系數(shù)、結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)一般結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以荷載效應(yīng)不大于結(jié)構(gòu)抗力為設(shè)計(jì)準(zhǔn)則。不過(guò)，荷載的量值與材料強(qiáng)度等都是不定值。因此，采用挖概率理論來(lái)研究它們的變化規(guī)律，從而指導(dǎo)設(shè)計(jì)，被稱(chēng)為概率極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法。兩類(lèi)極限狀態(tài)的設(shè)計(jì)表達(dá)式2.4該設(shè)計(jì)法將影響結(jié)構(gòu)安全的因素（荷載、材料、幾何尺寸、計(jì)算方法）視為隨機(jī)變量，應(yīng)用數(shù)理統(tǒng)計(jì)的概率方法進(jìn)行分析，將荷載和材料強(qiáng)度的標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行放大或折減，形成“分項(xiàng)系數(shù)”。分項(xiàng)系數(shù)等價(jià)于考慮目標(biāo)可靠指標(biāo)（1）荷載分項(xiàng)系數(shù)γG、γQ荷載的設(shè)計(jì)值與荷載標(biāo)準(zhǔn)值的比值，一般情況下大于1。（2）材料分項(xiàng)系數(shù)γR材料強(qiáng)度的標(biāo)準(zhǔn)值與材料強(qiáng)度的設(shè)計(jì)值的比值，其值大于1。（3）結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)γ0考慮結(jié)構(gòu)安全等級(jí)而引入的調(diào)整系數(shù)。2.承載力極限狀態(tài)設(shè)計(jì)表達(dá)式0SRR=R(·)=R(fck/γc

,fsk

/γs

,k,…)式中：S–––荷載效應(yīng)組合的設(shè)計(jì)值；R

–––結(jié)構(gòu)構(gòu)件抗力的設(shè)計(jì)值，應(yīng)按各有關(guān)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范的規(guī)定確定；為混凝土和鋼筋強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值(fck、fsk)、分項(xiàng)系數(shù)(γc、γs

)、幾何尺寸標(biāo)準(zhǔn)值以及其它參數(shù)的函數(shù)。結(jié)構(gòu)構(gòu)件承載力極限狀態(tài)設(shè)計(jì)表達(dá)式：0–––結(jié)構(gòu)構(gòu)件的重要性系數(shù)，與安全等級(jí)對(duì)應(yīng)，對(duì)安全等級(jí)為一級(jí)或設(shè)計(jì)使用年限為100年級(jí)以上的結(jié)構(gòu)構(gòu)件不應(yīng)小于1.1；對(duì)安全等級(jí)為二級(jí)或設(shè)計(jì)使用年限為50年的結(jié)構(gòu)構(gòu)件不應(yīng)小于1.0；對(duì)安全等級(jí)為三級(jí)或設(shè)計(jì)使用年限為5年的結(jié)構(gòu)構(gòu)件不應(yīng)小于0.9；在抗震設(shè)計(jì)中，不考慮結(jié)構(gòu)構(gòu)件的重要性系數(shù)；用三個(gè)分項(xiàng)系數(shù)表示為：結(jié)構(gòu)或構(gòu)件在持續(xù)荷載作用下，其裂縫和變形會(huì)隨時(shí)間推移而增長(zhǎng)，因此討論其荷載效應(yīng)時(shí)應(yīng)考慮標(biāo)準(zhǔn)組合、頻遇組合和準(zhǔn)永久組合來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)。承載能力極限狀態(tài)為計(jì)算；而正常使用極限狀態(tài)為驗(yàn)算。3.