結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法

結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法第1頁，共75頁，2023年，2月20日，星期二一.結(jié)構(gòu)上的作用使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生內(nèi)力或變形的因素.分類按原因分：

直接作用——荷載

間接作用——收縮、溫差、沉降、地震其他作用第2頁，共75頁，2023年，2月20日，星期二第3頁，共75頁，2023年，2月20日，星期二第4頁，共75頁，2023年，2月20日，星期二第5頁，共75頁，2023年，2月20日，星期二第6頁，共75頁，2023年，2月20日，星期二第7頁，共75頁，2023年，2月20日，星期二青?；S－橋柱第8頁，共75頁，2023年，2月20日，星期二青?；S－橋面護(hù)欄第9頁，共75頁，2023年，2月20日，星期二沈陽－山海關(guān)高速公路路椽石第10頁，共75頁，2023年，2月20日，星期二沈陽－山海關(guān)高速公路冬季撤鹽第11頁，共75頁，2023年，2月20日，星期二沈陽－山海關(guān)摻入硅灰、減水劑、超細(xì)粉煤灰的路緣石第12頁，共75頁，2023年，2月20日，星期二二.荷載分類第13頁，共75頁，2023年，2月20日，星期二按作用時(shí)間變異性可分為：

永久荷載在設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)，其作用值不隨時(shí)間變化，或其變化與平均值相比可忽略不計(jì)，如自重、預(yù)壓應(yīng)力?？勺兒奢d在設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)，其作用值隨時(shí)間變化，或其變化與平均值相比不可忽略不計(jì)，如樓面活載、車輛、風(fēng)載。偶然荷載在設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)不一定出現(xiàn)，但一旦出現(xiàn)其作用值很大，且持續(xù)時(shí)間較短，如、爆炸、撞擊。設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期——進(jìn)行結(jié)構(gòu)可靠度分析時(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)使用年限——設(shè)計(jì)規(guī)定的結(jié)構(gòu)或構(gòu)件不需要進(jìn)行大修即可按其預(yù)定目的使用的時(shí)間。第14頁，共75頁，2023年，2月20日，星期二第15頁，共75頁，2023年，2月20日，星期二第16頁，共75頁，2023年，2月20日，星期二按作用方向分類豎向荷載，水平荷載第17頁，共75頁，2023年，2月20日，星期二第18頁，共75頁，2023年，2月20日，星期二第19頁，共75頁，2023年，2月20日，星期二第20頁，共75頁，2023年，2月20日，星期二水平荷載第21頁，共75頁，2023年，2月20日，星期二

風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值計(jì)算公式——風(fēng)壓高度系數(shù)；——風(fēng)載體形系數(shù)；——風(fēng)振系數(shù)；1.基本風(fēng)壓.根據(jù)當(dāng)?shù)乜諘缙教沟孛骐x地高10米10分鐘平均風(fēng)速，50年一遇最大值v0（基本風(fēng)速）換算而來；——基本風(fēng)壓.第22頁，共75頁，2023年，2月20日，星期二2.風(fēng)壓高度系數(shù)在梯度風(fēng)高度范圍內(nèi)，任意高度z的風(fēng)速與H高度風(fēng)速的關(guān)系為為地面粗糙指數(shù)，對(duì)于A、B、C、D類，分別為0.12、0.16、0.22、0.3。第23頁，共75頁，2023年，2月20日，星期二查表第24頁，共75頁，2023年，2月20日，星期二建筑物表面的實(shí)際壓力與其形狀有關(guān)，與來流風(fēng)壓的比值用表示。3.風(fēng)載體型系數(shù)由風(fēng)速換算得到的風(fēng)壓是所謂來流風(fēng)壓。房屋將對(duì)氣流形成某種干撓。為正時(shí)代表風(fēng)壓，即靠近表面；為負(fù)時(shí)代表風(fēng)吸，即離開表面。第25頁，共75頁，2023年，2月20日，星期二第26頁，共75頁，2023年，2月20日，星期二第27頁，共75頁，2023年，2月20日，星期二4.風(fēng)振系數(shù)時(shí)間風(fēng)壓長(zhǎng)周期風(fēng)振系數(shù)定義為考慮脈動(dòng)效應(yīng)的總風(fēng)壓與靜風(fēng)壓（平均風(fēng)壓）之比。風(fēng)的長(zhǎng)周期較長(zhǎng)；風(fēng)脈動(dòng)周期只有幾秒。規(guī)范規(guī)定：對(duì)于高度大于30m且高寬比H/B大于1.5的房屋結(jié)構(gòu)，以及自振周期T1大于0.25s高聳結(jié)構(gòu)必須考慮脈動(dòng)效應(yīng)。第28頁，共75頁，2023年，2月20日，星期二——脈動(dòng)增大系數(shù)；——脈動(dòng)影響系數(shù)；——結(jié)構(gòu)振型系數(shù),對(duì)于規(guī)則結(jié)構(gòu)可取z/H。zH對(duì)于多高層房屋，通常將分布風(fēng)荷載轉(zhuǎn)換成作用在每層樓面處的集中風(fēng)荷載。niu第29頁，共75頁，2023年，2月20日，星期二第30頁，共75頁，2023年，2月20日，星期二第31頁，共75頁，2023年，2月20日，星期二第32頁，共75頁，2023年，2月20日，星期二地震作用第33頁，共75頁，2023年，2月20日，星期二第34頁，共75頁，2023年，2月20日，星期二第35頁，共75頁，2023年，2月20日，星期二第36頁，共75頁，2023年，2月20日，星期二第37頁，共75頁，2023年，2月20日，星期二第38頁，共75頁，2023年，2月20日，星期二第39頁，共75頁，2023年，2月20日，星期二（一）基本概念1.第40頁，共75頁，2023年，2月20日，星期二是表征地震強(qiáng)弱的指標(biāo)，是地震釋放能量多少的尺度。震級(jí)計(jì)算用標(biāo)準(zhǔn)地震儀(周期0.8s，阻尼系數(shù)0.8，放大倍率2800倍)，在震中距100km處，記錄以微米(lμm)為單位的最大振幅的地動(dòng)位移A的常用對(duì)數(shù)值。

M=logA(里氏震級(jí))1）地震震級(jí)2.地震震級(jí)與地震烈度第41頁，共75頁，2023年，2月20日，星期二第42頁，共75頁，2023年，2月20日，星期二2）第43頁，共75頁，2023年，2月20日，星期二

基本烈度（設(shè)防烈度）：重現(xiàn)周期為475年。

眾值烈度（小震）：重現(xiàn)周期為50年；眾值烈度比基本烈度低1.55度；

罕遇烈度（大震）：重現(xiàn)周期為1641年～2475年；罕遇烈度比基本烈度高1度。第44頁，共75頁，2023年，2月20日，星期二第45頁，共75頁，2023年，2月20日，星期二第46頁，共75頁，2023年，2月20日，星期二第47頁，共75頁，2023年，2月20日，星期二第48頁，共75頁，2023年，2月20日，星期二第49頁，共75頁，2023年，2月20日，星期二第50頁，共75頁，2023年，2月20日，星期二又稱為三水準(zhǔn)的設(shè)防要求“小震不壞，中震可修，大震不倒”。4中國抗震設(shè)計(jì)規(guī)范（2001)設(shè)防目標(biāo)：5、抗震設(shè)計(jì)的要求（1）足夠的強(qiáng)度（2）合理的剛度（3）強(qiáng)的變形能力（延性）（4）良好的整體性（5）精良的施工質(zhì)量（6）合理的造價(jià)。第51頁，共75頁，2023年，2月20日，星期二(二)第52頁，共75頁，2023年，2月20日，星期二三.荷載代表值第53頁，共75頁，2023年，2月20日，星期二第54頁，共75頁，2023年，2月20日，星期二1.2結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本要求結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的要求：使設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu),在規(guī)定的設(shè)計(jì)使用年限內(nèi)能夠完成由其用途所決定的全部功能，投資和維修費(fèi)用合理，經(jīng)濟(jì)效益高。一.建筑結(jié)構(gòu)的功能要求第55頁，共75頁，2023年，2月20日，星期二工程設(shè)計(jì)最高境界第56頁，共75頁，2023年，2月20日，星期二公元前256年~公元前251年，李冰父子完成了都江堰的排、灌水利工程第57頁，共75頁，2023年，2月20日，星期二第58頁，共75頁，2023年，2月20日，星期二第59頁，共75頁，2023年，2月20日，星期二

如（M≤Mu）結(jié)構(gòu)在預(yù)定的使用期間內(nèi)，應(yīng)能承受在正常施工、正常使用情況下可能出現(xiàn)的各種荷載、外加變形、約束變形等的作用。在偶然事件發(fā)生，結(jié)構(gòu)應(yīng)能保持整體穩(wěn)定性，不應(yīng)發(fā)生倒塌或連續(xù)破壞而造成生命財(cái)產(chǎn)的嚴(yán)重?fù)p失。1、安全性

結(jié)構(gòu)在正常使用期間，具有良好的工作性能。不發(fā)生影響正常使用的過大的變形（撓度、側(cè)移）、振動(dòng)（頻率、振幅），或產(chǎn)生讓使用者感到不安的過大的裂縫寬度。2、適用性

如f≤flim第60頁，共75頁，2023年，2月20日，星期二

即在各種因素的影響下（混凝土碳化、鋼筋銹蝕），結(jié)構(gòu)的承載力和剛度不應(yīng)隨時(shí)間有過大的降低，而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)在其預(yù)定使用期間內(nèi)喪失安全性和適用性，降低使用壽命。3、耐久性

可靠性：(三性總稱)

結(jié)構(gòu)在規(guī)定的使用期限內(nèi)，在規(guī)定的條件下，完成預(yù)定結(jié)構(gòu)功能的能力。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。第61頁，共75頁，2023年，2月20日，星期二二.作用效應(yīng)S

是指結(jié)構(gòu)上的作用在結(jié)構(gòu)上產(chǎn)生的內(nèi)力、支座反力、變形、裂縫等效應(yīng)的總稱。如彎矩M、軸力N、剪力V、扭矩T、撓度f、裂縫寬度w等荷載效應(yīng)的計(jì)算由結(jié)構(gòu)力學(xué)方法解決；荷載效應(yīng)一般同荷載值呈線性關(guān)系，即荷載效應(yīng)可用荷載值乘以荷載效應(yīng)系數(shù)方式表示。

第62頁，共75頁，2023年，2月20日，星期二三.結(jié)構(gòu)抗力R結(jié)構(gòu)或構(gòu)件承受作用效應(yīng)的能力。如抗彎、抗剪、抗壓、抗裂度等。結(jié)構(gòu)抗力R：與結(jié)構(gòu)材料截面尺寸、配筋情況等有關(guān)，可用下式表示：

確定結(jié)構(gòu)抗力是本課程的主要內(nèi)容。R=R(fc,fs,ak,A，h……)第63頁，共75頁，2023年，2月20日，星期二概率統(tǒng)計(jì)理論。

四.結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則S<R

可靠S=R

極限狀態(tài)（臨界工作狀態(tài)）S>R

失效結(jié)構(gòu)功能的表達(dá)設(shè)計(jì)要求（原則）：

S

≤R

第64頁，共75頁，2023年，2月20日，星期二判別結(jié)構(gòu)是否能夠滿足其功能要求的標(biāo)準(zhǔn)。（一）極限狀態(tài)的定義：《規(guī)范》

整個(gè)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(jì)規(guī)定的某一功能要求，此特定狀態(tài)稱為該功能的極限狀態(tài)。1.3《規(guī)范》極限狀態(tài)及設(shè)計(jì)表達(dá)式（二）極限狀態(tài)的分類承載能力極限狀態(tài)正常使用極限狀態(tài)

鋼筋混凝土簡(jiǎn)支梁的可靠、失效和極限狀態(tài)概念結(jié)構(gòu)的功能可靠極限狀態(tài)失效安全性受彎承載力M

<

MuM=MuM>Mu適用性撓度變形f<ff=flimf>flim耐久性裂縫寬度wmax<

wlimwmax=wlimwmax>wlimlim第65頁，共75頁，2023年，2月20日，星期二

超過該極限狀態(tài)，結(jié)構(gòu)就不能滿足預(yù)定的安全性功能要求。

①結(jié)構(gòu)或構(gòu)件達(dá)到最大承載力（包括疲勞）；②結(jié)構(gòu)整體或其中一部分作為剛體失去平衡（如傾覆、滑移）；③結(jié)構(gòu)塑性變形過大而不適于繼續(xù)使用；④結(jié)構(gòu)形成幾何可變體系（超靜定結(jié)構(gòu)中出現(xiàn)足夠多塑性鉸）；⑤結(jié)構(gòu)或構(gòu)件喪失穩(wěn)定（受壓構(gòu)件的壓曲失穩(wěn)）。1、承載力能力極限狀態(tài)結(jié)構(gòu)或構(gòu)件達(dá)到最大承載力、出現(xiàn)疲勞破壞或不適于繼續(xù)承載的變形。第66頁，共75頁，2023年，2月20日，星期二2、正常使用極限狀態(tài)

超過該極限狀態(tài)，結(jié)構(gòu)就不能滿足預(yù)定的適用性和耐久性的功能要求。①過大的變形、側(cè)移影響非結(jié)構(gòu)構(gòu)件、不安全感、不能正常使用(吊車）等；②過大的裂縫（鋼筋銹蝕、不安全感、漏水等）；③過大的振動(dòng)（不舒適）；④其他正常使用要求。第67頁，共75頁，2023年，2月20日，星期二

下列破壞分別屬于超出了什么極限狀態(tài)？A、雨棚出現(xiàn)傾覆B、出現(xiàn)了很大的裂縫C、結(jié)構(gòu)變成了機(jī)動(dòng)體系D、發(fā)生了失穩(wěn)破壞E、出現(xiàn)了很大的振動(dòng)F、超過了構(gòu)件強(qiáng)度而破壞第68頁，共75頁，2023年，2月20日，星期二（三）《規(guī)范》極限狀態(tài)設(shè)計(jì)表達(dá)式1.承載力能力極限狀態(tài)設(shè)計(jì)表達(dá)式

(1)g0—結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)psipsai結(jié)構(gòu)的安全等級(jí)或設(shè)計(jì)使用年限安全等級(jí)I級(jí)或使用年限≥100y，1.1安全等級(jí)II級(jí)或使用年限≥50y，1.0安全等級(jí)III級(jí)或使用年限≤5y，0.9第69頁，共75頁，2023年，2月20日，星期二建筑結(jié)構(gòu)的安全的等級(jí)《建筑結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》（GB50068-2001）將建筑結(jié)構(gòu)分為三級(jí)?！粢患?jí)建筑破壞后果很嚴(yán)重的重要建筑物◆二級(jí)建筑破壞后果嚴(yán)重的一般建筑物◆三級(jí)建筑破壞后果不嚴(yán)重的次要建筑物

類別設(shè)計(jì)使用年限使用范圍11～5年臨時(shí)性建筑225年易于替換的結(jié)構(gòu)構(gòu)件350年普通房屋和構(gòu)筑物4100年及以上紀(jì)念性建筑和特別重要的建筑結(jié)構(gòu)第70頁，共75頁，2023年，2月20日，星期二(2)S－荷載效應(yīng)組合設(shè)計(jì)值；基本組合◆由可變荷載效應(yīng)控制的組合◆由永久荷載效應(yīng)控制的組合第71頁，共75頁，2023年，2月20日，星期二γG__——永久荷載分項(xiàng)系數(shù)，當(dāng)其效應(yīng)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。當(dāng)其效應(yīng)對(duì)結(jié)構(gòu)有利時(shí)：一般情況下取1.0，對(duì)結(jié)構(gòu)的傾覆、滑移或漂浮驗(yàn)算，應(yīng)取0.9；γQ_——可變荷載分項(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；SGK——按永久荷載標(biāo)準(zhǔn)值計(jì)算的荷載效應(yīng)值；SQiK——按可變荷載標(biāo)準(zhǔn)值QiK計(jì)算的荷載效應(yīng)值，其中SQ1K為諸可變荷載效應(yīng)中起控制作用者。ψCi_———可變荷載的組合值系數(shù)，應(yīng)分別按規(guī)定采用；第72頁，共75頁，2023年，2月20日，星期二

◆對(duì)于一般排架、框架結(jié)構(gòu)，基本組合可采用簡(jiǎn)化規(guī)則:由可變荷載效應(yīng)控制的組合——僅一個(gè)可變荷載由永久荷載效應(yīng)控制的組合按組合值中取最不利值確定

第73頁，共75頁，2023年，2月20日，星期二

例（一）計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)荷載效應(yīng)

1.均布恒載gk產(chǎn)生的跨中彎矩MGKMGK=1/8×8×52=25(KN.M)2.均布活載qk產(chǎn)生的跨中彎矩MqKMqK=1/8×6×52=1