第二章:混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計方法_第1頁
第二章:混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計方法_第2頁
第二章:混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計方法_第3頁
第二章:混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計方法_第4頁
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1湖南大學沈蒲生高等教育出版社高等教育電子音像出版社混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計原理第2章混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計方法進入2混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計原理第2章主頁目錄上一章幫助下一章本章講述的內(nèi)容:

●結(jié)構(gòu)設(shè)計的目的;●我國結(jié)構(gòu)設(shè)計方法的演變過程;●現(xiàn)行設(shè)計規(guī)范設(shè)計方法簡介;●結(jié)語。3混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計原理第2章主頁目錄上一章幫助下一章一、結(jié)構(gòu)設(shè)計的目的

做任何結(jié)構(gòu)設(shè)計,其目的都是既要保證結(jié)構(gòu)的安全,又要使得所設(shè)計的結(jié)構(gòu)經(jīng)濟。安全和經(jīng)濟是相互矛盾的。結(jié)構(gòu)設(shè)計就是要在安全與經(jīng)濟之間求得合理的平衡。結(jié)構(gòu)設(shè)計方法既是一個理論問題,還與國家的技術(shù)經(jīng)濟政策密切相關(guān)。4混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計原理第2章主頁目錄上一章幫助下一章二、我國結(jié)構(gòu)設(shè)計方法的演變過程

1、建國初期:容許應(yīng)力法。式中:K為安全系數(shù)。容許應(yīng)力法以一個點的安全決定結(jié)構(gòu)構(gòu)件的安全,而且,當時的安全系數(shù)主要根據(jù)經(jīng)驗確定。5混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計原理第2章主頁目錄上一章幫助下一章2.、五、六十年代:三系數(shù)極限狀態(tài)設(shè)計法。三系數(shù):工作條件系數(shù);荷載系數(shù);材料勻質(zhì)系數(shù)。3、七十年代:單系數(shù)極限狀態(tài)設(shè)計法。

單系數(shù):安全系數(shù)。

受彎:K=1.4;受剪:K=1.55。6混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計原理第2章主頁目錄上一章幫助下一章4、八十年代:概率極限狀態(tài)法。概率極限狀態(tài)法:以可靠度理論為基礎(chǔ),用多個分項系數(shù)表達的設(shè)計方法。

多個分項系數(shù):結(jié)構(gòu)構(gòu)件重要性系數(shù),荷載分項系數(shù),材料分項系數(shù),…。

5、21世紀初:概率極限狀態(tài)法。

與80年代的設(shè)計方法相比,設(shè)計理論與方法上無大的變化,但可靠度有較大的提高,用鋼量增加10%,造價增加5%左右。

7混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計原理第2章主頁目錄上一章幫助下一章概率極限狀態(tài)法屬近似概率法,將來還要向全概率法發(fā)展。保證建筑結(jié)構(gòu)的可靠性,采用基于概率、基于性能的設(shè)計方法,這是今后發(fā)展的方向。解放60多年來我國結(jié)構(gòu)設(shè)計方法的發(fā)展過程為:

經(jīng)驗法

半經(jīng)驗法半概率

近似概率法

全概率法8混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計原理第2章主頁目錄上一章幫助下一章了解結(jié)構(gòu)上的作用、作用效應(yīng)和結(jié)構(gòu)抗力的概念及其隨機特性;

了解混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計方法的理論基礎(chǔ)—

可靠度理論;

掌握我國規(guī)范的設(shè)計方法—概率極限狀態(tài)設(shè)計法。本章重點:三、現(xiàn)行設(shè)計規(guī)范設(shè)計方法簡介

9混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計原理第2章主頁目錄上一章幫助下一章2.1.1結(jié)構(gòu)上的作用、作用效應(yīng)及結(jié)構(gòu)抗力(1)定義:凡是能夠使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生內(nèi)力、變形、開裂、腐蝕的因素,統(tǒng)稱為結(jié)構(gòu)上的作用。如荷載、地震、基礎(chǔ)差異沉降、溫度變化、混凝土收縮等。直接作用:荷載。(2)分類:間接作用:溫度、收縮、徐變、地基不均勻沉降、地震等。§2.1結(jié)構(gòu)可靠度1、結(jié)構(gòu)上的作用10混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計原理第2章主頁目錄上一章幫助下一章2、作用效應(yīng)

定義:作用在結(jié)構(gòu)上產(chǎn)生的效應(yīng),如內(nèi)力、應(yīng)力、位移、應(yīng)變、裂縫等,稱為作用效應(yīng)。3、結(jié)構(gòu)抗力

定義:整個結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件抵抗作用效應(yīng)的能力,稱為結(jié)構(gòu)抗力。11混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計原理第2章主頁目錄上一章幫助下一章2.1.2結(jié)構(gòu)的預(yù)定功能及結(jié)構(gòu)可靠度1、預(yù)定功能

(1)在正常施工和正常使用時能承受各種作用。(2)在正常使用時不發(fā)生過大的變形和過寬的裂縫。(3)在正常維護的情況下具有足夠的耐久性。(4)發(fā)生火災(zāi)時在規(guī)定的時間內(nèi)有足夠的承載力。(5)在遭遇偶發(fā)事件時具有必須的整體穩(wěn)定性。結(jié)構(gòu)的預(yù)定功能要求結(jié)構(gòu)在其設(shè)計使用年限內(nèi)具有足夠的可靠性,即:安全性、適用性和耐久性。12混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計原理第2章主頁目錄上一章幫助下一章2、結(jié)構(gòu)的可靠度指結(jié)構(gòu)在規(guī)定的時間內(nèi)、在規(guī)定的條件下,完成預(yù)定功能的概率。規(guī)定的時間:指設(shè)計使用年限。規(guī)定的條件:指正常設(shè)計、正常施工、正常使用。預(yù)定功能:指安全性、適用性、耐久性。結(jié)構(gòu)的可靠度是可靠性的概率度量。13混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計原理第2章主頁目錄上一章幫助下一章3、

結(jié)構(gòu)的設(shè)計使用年限類別結(jié)構(gòu)類型結(jié)構(gòu)的設(shè)計使用年限(年)1臨時性結(jié)構(gòu)52易于替換的結(jié)構(gòu)構(gòu)件253普通房屋和構(gòu)筑物504紀念性建筑和特別重要建筑1002.1.3

結(jié)構(gòu)的安全等級按結(jié)構(gòu)的重要性劃分一級:重要建筑二級:一般建筑三級:次要建筑14混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計原理第2章主頁目錄上一章幫助下一章§2.2荷載和材料強度2.2.1荷載1、荷載分類永久荷載(恒荷載):大小、方向、作用點不隨時間改變的荷載為永久荷載,如自重、土壓力、預(yù)應(yīng)力等??勺兒奢d(活荷載)

:大小、方向或作用點隨時間改變而變化的荷載為可變荷載,如樓面和屋面活載、風荷載、雪荷載、吊車荷載等。偶然荷載:結(jié)構(gòu)使用期間可能不出現(xiàn),一旦出現(xiàn),其作用時間短、效應(yīng)大的荷載為偶然荷載,如爆炸力,撞擊等。15混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計原理第2章主頁目錄上一章幫助下一章2、荷載代表值

(1)標準值——是荷載的基本代表值。是正常使用情況下可能出現(xiàn)的保證率為95%的偏大值。是永久荷載的唯一代表值。保證率:95%16混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計原理第2章主頁目錄上一章幫助下一章直升飛機坪:住宅樓面:屋面:不上人屋面

上人屋面

屋頂花園民用建筑樓面活荷載的標準值可查荷載規(guī)范,如:其它荷載標準值見荷載規(guī)范。荷載規(guī)范中的荷載值不包括隔墻重量和二次裝修重量。(2)組合值——

當有兩個或兩個以上可變荷載同時作用時的代表值

。組合值

=ψc

×標準值

17混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計原理第2章主頁目錄上一章幫助下一章(3)頻遇值——可變荷載可能出現(xiàn)的較大值,但小于標準值。計算裂縫、變形時用。頻遇值

=ψf×標準值

(4)準永久值——可變荷載中較穩(wěn)定的那一部分值。計算裂縫、變形時用。準永久值

=ψq×標準值永久荷載只有1個代表值:標準值??勺兒奢d有4個代表值:標準值、組合值、頻遇值、準永久值。18混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計原理第2章主頁目錄上一章幫助下一章結(jié)構(gòu)承載力取決于截面尺寸大小和材料強度高低。材料強度分標準值和設(shè)計值。1

、材料強度標準值混凝土:,鋼筋:,注意:荷載標準值高于平均值,材料強度標準值低于平均值。想一想為什么要這樣?2.2.2材料強度保證率:95%19混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計原理第2章主頁目錄上一章幫助下一章2

、材料強度設(shè)計值混凝土:,鋼筋:,式中:–––混凝土的材料分項系數(shù),取1.40;

–––鋼筋的材料分項系數(shù),對延性較好的熱軋鋼筋取1.10,對500MPa級鋼筋取1.15,對預(yù)應(yīng)力鋼筋取1.20。20混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計原理第2章主頁目錄上一章幫助下一章定義: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,這個特定的狀態(tài)稱之為該功能的極限狀態(tài)。承載能力極限狀態(tài):超過這一極限狀態(tài)時結(jié)構(gòu)將發(fā)生破壞、倒塌或失穩(wěn)等現(xiàn)象。1、

結(jié)構(gòu)極限狀態(tài)的分類正常使用極限狀態(tài):超過這一極限狀態(tài)時結(jié)構(gòu)將出現(xiàn)過大的變形,開裂或過寬的裂縫,鋼筋嚴重銹蝕,混凝土腐蝕、風化、剝落等現(xiàn)象?!?.3結(jié)構(gòu)的極限狀態(tài)及分類21混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計原理第2章主頁目錄上一章幫助下一章2、結(jié)構(gòu)的設(shè)計狀況(1)持久設(shè)計狀況:在結(jié)構(gòu)使用過程中一定出現(xiàn),其持續(xù)時間很長的狀況。(2)短暫設(shè)計狀況:在結(jié)構(gòu)使用過程中出現(xiàn)概率大,持續(xù)時間短的狀況。(3)偶然設(shè)計狀況:在結(jié)構(gòu)使用過程中出現(xiàn)概率小,持續(xù)時間很短的狀況。(4)地震設(shè)計狀況:在結(jié)構(gòu)使用過程中遭受地震作用的狀況。22混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計原理第2章主頁目錄上一章幫助下一章Z

=R-S(2-1)Z>0,結(jié)構(gòu)可靠;Z=0,極限狀態(tài)。Z<0,結(jié)構(gòu)失效;正態(tài)分布

變異系數(shù)δz=μz/σz3、結(jié)構(gòu)的功能函數(shù)Z式中,Z為結(jié)構(gòu)的功能函數(shù),R為結(jié)構(gòu)的抗力,S為結(jié)構(gòu)的作用效應(yīng)。23混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計原理第2章主頁目錄上一章幫助下一章式中:–––結(jié)構(gòu)抗力的平均值和標準差;

–––作用效應(yīng)的平均值和標準差?,F(xiàn)行設(shè)計方法以概率理論為基礎(chǔ),用可靠指標度量,采用多個分項系數(shù)表達。設(shè),則可靠指標為:

(2-2)4、

結(jié)構(gòu)的可靠指標24混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計原理第2章主頁目錄上一章幫助下一章按承載能力極限狀態(tài)設(shè)計時要求的可靠指標值按正常使用極限狀態(tài)設(shè)計時要求的可靠指標值破壞類型安全等級一級二級三級塑性破壞3.73.22.7脆性破壞4.23.73.2取值低于承載力極限狀態(tài)。對應(yīng)3.2的失效概率為6.9×10-4,對應(yīng)3.7的失效概率為1.1×10-4。因此,可靠指標是可靠度的另一種表示方法。25混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計原理第2章主頁目錄上一章幫助下一章定義: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,這個特定的狀態(tài)稱之為該功能的極限狀態(tài)。承載能力極限狀態(tài):超過這一極限狀態(tài)時結(jié)構(gòu)將發(fā)生破壞、倒塌或失穩(wěn)等現(xiàn)象。結(jié)構(gòu)極限狀態(tài)的分類:正常使用極限狀態(tài):超過這一極限狀態(tài)時結(jié)構(gòu)將出現(xiàn)過大的變形,開裂或過寬的裂縫,鋼筋嚴重銹蝕,混凝土腐蝕、風化、剝落等現(xiàn)象。§2.4結(jié)構(gòu)的極限狀態(tài)26混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計原理第2章主頁目錄上一章幫助下一章

計算公式

(2-3)式中γ0–––結(jié)構(gòu)重要性系數(shù);安全等級為一級的構(gòu)件,γ0

≥1.1;安全等級為二級的構(gòu)件,γ0≥1.0;安全等級為三級的構(gòu)件,γ0≥0.9;

Sd

–––承載能力極限狀態(tài)下作用組合的效應(yīng)的設(shè)計值,對持久設(shè)計狀態(tài)和短暫設(shè)計狀態(tài)應(yīng)按作用的基本組合計算?!?.5結(jié)構(gòu)的承載力極限狀態(tài)設(shè)計方法27混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計原理第2章主頁目錄上一章幫助下一章–––結(jié)構(gòu)構(gòu)件的抗力設(shè)計值。

Rd

=

R(fc

,

fs

,

ak

,

...)/

γRD式中,

γRD

是結(jié)構(gòu)構(gòu)件的抗力模型不定性調(diào)整系數(shù):靜力設(shè)計取1.0,對不確定性較大的結(jié)構(gòu)構(gòu)件根據(jù)具體情況取大于1.0的數(shù)值;抗震設(shè)計應(yīng)用承載力抗震調(diào)整系數(shù)γRE代替γRD。

fc

,

fs

,

ak式分別為混凝土的強度設(shè)計值、鋼筋的強度設(shè)計值和截面尺寸的標準值。28混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計原理第2章主頁目錄上一章幫助下一章

荷載基本組合的效應(yīng)設(shè)計值計算方法一般結(jié)構(gòu)構(gòu)件:選下列計算中較大者。

由可變荷載控制時

由永久荷載控制時(2-4)(2-5)承載力計算采用基本組合,按下面方法計算:29混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計原理第2章主頁目錄上一章幫助下一章式中:–––恒載分項系數(shù),當其效應(yīng)對結(jié)構(gòu)不利時,公式2-4中的,公式2-5中的;當其效應(yīng)對結(jié)構(gòu)有利時,應(yīng)取1.0;

–––活載分項系數(shù),一般情況下取1.4,當活載標準值大于的工業(yè)房屋樓面結(jié)構(gòu)取1.3;

–––恒載標準值所產(chǎn)生的內(nèi)力;

–––活載標準值所產(chǎn)生的內(nèi)力,i=1的活荷載為主導活荷載;

–––第i個可變荷載的組合系數(shù)。

γL–––樓面和屋面活荷載考慮設(shè)計使用年限的調(diào)整系數(shù),當結(jié)構(gòu)設(shè)計使用年限為50年時取1.0。30混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計原理第2章主頁目錄上一章幫助下一章

偶然荷載組合的效應(yīng)設(shè)計值計算方法用于承載能力極限狀態(tài)計算時:用于偶然事件發(fā)生后受損結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性驗算時:式中,SAd為按偶然荷載標準值A(chǔ)d計算的荷載效應(yīng)值,ψf1為第1個可變荷載的頻遇值系數(shù),ψf2為第i個可變系數(shù)的準永久值系數(shù)。(2-6)(2-7)31混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計原理第2章主頁目錄上一章幫助下一章荷載偶然組合的效應(yīng)設(shè)計值Sd可按下列規(guī)定采用

用于承載能力極限計算時:用于偶然事件發(fā)生后受損結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)固性驗算時:…2-6…2-7式中:SAd

–––按偶然荷載標準值A(chǔ)d計算的荷載效應(yīng)值;

ψf1–––第1個可變荷載的頻遇值系數(shù);

ψfi–––第i個可變荷載的頻遇值系數(shù)。

注意:實際設(shè)計方法中,為了符合我國設(shè)計人員以往的設(shè)計習慣,使設(shè)計方便起見,已將可靠指標轉(zhuǎn)化成用荷載分項系數(shù)、材料強度分項系數(shù)等多個分項系數(shù)表示。因此,結(jié)構(gòu)設(shè)計方法的演變?yōu)椋嚎煽啃浴煽慷取Ц怕省煽恐笜恕鄠€分項系數(shù)。32混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計原理第2章主頁目錄上一章幫助下一章

設(shè)計方法

(2-8)式中:–––正常使用極限狀態(tài)下荷載效應(yīng)組合值;–––達正常使用要求時的變形、裂縫、應(yīng)力等的限值?!?.6結(jié)構(gòu)按正常使用極限狀態(tài)的設(shè)計方法33混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計原理

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