建筑結構 PPT課件 第2章 建筑結構設計基本原理

建筑結構機械工業(yè)出版社第2章建筑結構設計基本原理本章教學目標1.掌握荷載分類、荷載代表值的概念及種類；2.掌握結構的功能及其極限狀態(tài)的含義；3.熟悉確定永久荷載、可變荷載的代表值；4.了解概率極限狀態(tài)實用設計表達式2.1荷載一、荷載分類按隨時間的變異，結構上的荷載可分為以下三類：1.永久荷載永久荷載亦稱恒荷載，是指在結構使用期間，其值不隨時間變化，或者其變化與平均值相比可忽略不計的荷載，如結構自重、土壓力、預應力等。2.可變荷載可變荷載也稱為活荷載，是指在結構使用期間，其值隨時間變化，且其變化值與平均值相比不可忽略的荷載，如樓面活荷載、屋面活荷載、風荷載、雪荷載、吊車荷載等。3.偶然荷載在結構使用期間不一定出現(xiàn)，而一旦出現(xiàn)，其量值很大且持續(xù)時間很短的荷載稱為偶然荷載，如爆炸力、撞擊力等。此外，荷載按作用面大小可分為均布面荷載、集中荷載和線荷載；按荷載作用方向可分為垂直荷載和水平荷載。二、荷載代表值1.荷載標準值作用于結構上荷載的大小具有變異性。荷載標準值就是結構在設計基準期內具有一定概率的最大荷載值，它是荷載的基本代表值。這里所說的設計基準期，是為確定可變荷載代表值而選定的時間參數(shù)，一般取為50年。（1）永久荷載標準值永久荷載主要是結構自重及粉刷、裝修、固定設備的重量。由于結構或非承重構件的自重的變異性不大，一般以其平均值作為荷載標準值，即可按結構構件的設計尺寸和材料或結構構件單位體積（或面積）的自重標準值確定。對于自重變異性較大的材料，在設計中應根據(jù)其對結構有利或不利的情況，分別取其自重的下限值或上限值。（2）可變荷載標準值民用建筑樓面均布活荷載標準值及其組合值、頻偶值和永久值系數(shù)應按教材表2.2采用。2.可變荷載準永久值可變荷載在設計基準期內會隨時間而發(fā)生變化，并且不同可變荷載在結構上的變化情況不一樣。如住宅樓面活荷載，人群荷載的流動性較大，而家具荷載的流動性則相對較小。在設計基準期內經常達到或超過的那部份荷載值（總的持續(xù)時間不低于25年），稱為可變荷載準永久值。它對結構的影響類似于永久荷載?？勺兒奢d準永久值可表示為ψqＱk，其中Ｑk為可變荷載標準值，ψq為可變荷載準永久值系數(shù)。

3.可變荷載組合值兩種或兩種以上可變荷載同時作用于結構上時，所有可變荷載同時達到其單獨出現(xiàn)時可能達到的最大值的概率極小，因此，除主導荷載（產生最大效應的荷載）仍可以其標準值為代表值外，其他伴隨荷載均應以小于標準值的荷載值為代表值，此即可變荷載組合值?？勺兒奢d組合值可表示為ψcＱk。其中ψc為可變荷載組合值系數(shù)。2.2建筑結構設計方法一、極限狀態(tài)1、結構的功能要求（1）結構的安全等級（2）

結構的設計使用年限（3）結構的功能要求建筑結構在規(guī)定的設計使用年限內應滿足安全性、適用性和耐久性三項功能要求。

安全性指結構在正常施工和正常使用的條件下，能承受可能出現(xiàn)的各種作用；在設計規(guī)定的偶然事件（如強烈地震、爆炸、車輛撞擊等）發(fā)生時和發(fā)生后，仍能保持必需的整體穩(wěn)定性，即結構僅產生局部的損壞而不致發(fā)生連續(xù)倒塌。

適用性指結構在正常使用時具有良好的工作性能。例如，不會出現(xiàn)影響正常使用的過大變形或振動；不會產生使使用者感到不安的裂縫寬度等。

耐久性指結構在正常維護條件下具有足夠的耐久性能，即在正常維護條件下結構能夠正常使用到規(guī)定的設計使用年限。例如，結構材料不致出現(xiàn)影響功能的損壞，鋼筋混凝土構件的鋼筋不致因保護層過薄或裂縫過寬而銹蝕等。2.結構功能的極限狀態(tài)（1）承載能力極限狀態(tài)這種極限狀態(tài)對應于結構或結構構件達到最大承載能力或不適于繼續(xù)承載的變形。承載能力極限狀態(tài)主要考慮關于結構安全性的功能。超過這一狀態(tài)，便不能滿足安全性的功能。當結構或結構構件出現(xiàn)下列狀態(tài)之一時，即認為超過了承載能力極限狀態(tài)：

1)結構構件或連接因材料強度不夠而破壞；

2)整個結構或結構的一部分作為剛體失去平衡（如傾覆等）（圖2.1a）；

3)結構轉變?yōu)闄C動體系(圖2.1b)；

4)結構或結構構件喪失穩(wěn)定（如柱子被壓曲等）(圖2.1c)。（2）正常使用極限狀態(tài)正常使用極限狀態(tài)對應于結構或結構構件達到正常使用或耐久性能的某項規(guī)定限值。超過這一狀態(tài)，便不能滿足適用性或耐久性的功能。當結構或結構構件出現(xiàn)下列狀態(tài)之一時，即認為超過了正常使用極限狀態(tài)：

1)影響正常使用或外觀的變形；

2)影響正常使用或耐久性能的局部損壞（包括裂縫）；

3)影響正常使用的振動；影響正常使用的其他特定狀態(tài)等。雖然超過正常使用極限狀態(tài)的后果一般不如超過承載能力極限狀態(tài)那樣嚴重，但也不可忽視。例如過大的變形會造成房屋內粉刷層剝落，門窗變形，屋面積水等后果；水池和油罐等結構開裂會引起滲漏等等。3.結構的功能函數(shù)及有關概念（1）作用效應和結構抗力作用效應是指結構上的各種作用，在結構內產生的內力（軸力、彎矩、剪力、扭矩等）和變形（如撓度、轉角、裂縫等）的總稱，用S表示。由直接作用產生的效應，通常稱為荷載效應。結構抗力是結構或構件承受作用效應的能力，如構件的承載力、剛度、抗裂度等，用R表示。結構抗力是結構內部固有的，其大小主要取決于材料性能、構件幾何參數(shù)及計算模式的精確性等。（2）結構的功能函數(shù)結構的工作性能可用下列結構功能函數(shù)Z來描述。為簡化起見，僅以荷載效應S和結構抗力R兩個基本變量來表達結構的功能函數(shù)，則有

二、實用設計表達式1.按承載能力極限狀態(tài)設計的實用表達式（1）實用表達式結構構件的承載力設計應采用下列極限狀態(tài)設計表達式：二、實用設計表達式（2）荷載效應基本組合設計值《荷載規(guī)范》規(guī)定，對于基本組合，荷載效應組合的設計值應從由可變荷載效應控制的組合和由永久荷載效應控制的組合中取最不利值確定。

—第G個永久荷載分項系數(shù)；

—第G個永久荷載標準值計算的荷載效應值；

—第i個可變荷載的分項系數(shù)，其中為主導可變荷載的分項系數(shù)，

—第i個可變荷載標準值計算的荷載效應值，其中為諸可變荷載效應中最大值；

—第i個可變荷載設計使用年限的調整系數(shù)，其中為主導可變荷載設計使用年限的調整系數(shù)；

—可變荷載的組合值系數(shù)；

—參與組合的永久荷載數(shù)；

—參與組合的可變荷載數(shù)。2）由永久荷載效應控制的組合2.按正常使用極限狀態(tài)設計的實用表達式正常使用極限狀態(tài)設計表達式中，荷載取用代表值（標準值、組合值、頻遇值或準永久值），不考慮分項系數(shù)，也不考慮結構重要性系數(shù)?！?/p>