《建筑力學(xué)與結(jié)構(gòu)》課件-第十二章 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法

2024/8/81第十二章

建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法12.1建筑結(jié)構(gòu)的功能要求和極限狀態(tài)2024/8/8建筑結(jié)構(gòu)的功能要求和極限狀態(tài)212.1.1結(jié)構(gòu)的功能要求1.安全性2.適用性3.耐久性結(jié)構(gòu)的安全性、適用性和耐久性統(tǒng)稱(chēng)為結(jié)構(gòu)的可靠性。2024/8/83建筑結(jié)構(gòu)的功能要求和極限狀態(tài)整個(gè)結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)的一部分超過(guò)某一特定狀態(tài)就不能滿(mǎn)足設(shè)計(jì)規(guī)定的某一功能要求，這個(gè)特定狀態(tài)稱(chēng)為該功能的極限狀態(tài)。兩類(lèi)：承載能力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)。1.承載能力極限狀態(tài)結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件達(dá)到最大承載能力、出現(xiàn)疲勞破壞、發(fā)生不適于繼續(xù)承載的變形或結(jié)構(gòu)局部破壞而引發(fā)的連續(xù)倒塌。2.正常使用極限狀態(tài)結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件達(dá)到正常使用的某項(xiàng)規(guī)定限值或耐久性的某種規(guī)定狀態(tài)。2024/8/84建筑結(jié)構(gòu)的極限狀態(tài)第十二章

建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法12.2極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法2024/8/8極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法512.2.1結(jié)構(gòu)上的荷載和荷載效應(yīng)1.荷載“直接作用”和“間接作用”。將結(jié)構(gòu)上的各種作用稱(chēng)為荷載。（1）荷載分類(lèi)

1）永久荷載。

2）可變荷載。

3）偶然荷載。2024/8/86極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法（2）荷載代表值

永久荷載采用標(biāo)準(zhǔn)值作為代表值，可變荷載采用標(biāo)準(zhǔn)值、組合值和準(zhǔn)永久值等作為代表值。1）荷載標(biāo)準(zhǔn)值①永久荷載標(biāo)準(zhǔn)值。②可變荷載標(biāo)準(zhǔn)值。2）可變荷載組合值3）可變荷載準(zhǔn)永久值2024/8/8極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法72.荷載效應(yīng)

S=CQ式中S——荷載效應(yīng)；

Q——某種荷載；

C——荷載效應(yīng)系數(shù)。例如，一承受均布活載作用簡(jiǎn)支梁的荷載效應(yīng)系數(shù)：2024/8/8極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法8結(jié)構(gòu)抗力結(jié)構(gòu)抗力R是指結(jié)構(gòu)或構(gòu)件能夠承受作用效應(yīng)的能力。結(jié)構(gòu)的功能函數(shù)與極限狀態(tài)方程1.結(jié)構(gòu)的功能函數(shù)Z=g（R，S）=R－S當(dāng)Z>0時(shí)，結(jié)構(gòu)處于可靠狀態(tài)；當(dāng)Z=0時(shí)，結(jié)構(gòu)處于極限狀態(tài)；當(dāng)Z<0時(shí)，結(jié)構(gòu)處于失效狀態(tài)。2.極限狀態(tài)方程Z=g（R，S）=R－S=0滿(mǎn)足：S≤R2024/8/8極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法9極限狀態(tài)實(shí)用設(shè)計(jì)表達(dá)式1.承載能力極限狀態(tài)設(shè)計(jì)表達(dá)式2024/8/810極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法式中γ0——結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)；Sd——承載能力極限狀態(tài)下作用組合的效應(yīng)設(shè)計(jì)值；Rd——結(jié)構(gòu)構(gòu)件的抗力設(shè)計(jì)值。（1）結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)γ0（2）作用組合的效應(yīng)設(shè)計(jì)值Sd荷載基本組合的效應(yīng)設(shè)計(jì)值Sd，應(yīng)從下列荷載組合值中取用最不利的效應(yīng)設(shè)計(jì)值確定：1）由可變荷載效應(yīng)控制的組合2024/8/8極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法112）由永久荷載效應(yīng)控制的組合為簡(jiǎn)化計(jì)算，對(duì)一般排架、框架結(jié)構(gòu)，按下列組合值中取最不利值確定。1）由可變荷載效應(yīng)控制的組合2024/8/8極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法122）由永久荷載效應(yīng)控制的組合仍按公式（12-6）采用。（3）結(jié)構(gòu)構(gòu)件的抗力設(shè)計(jì)值Rd2024/8/8極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法13

式中f

c、fs——混凝土、鋼筋的強(qiáng)度設(shè)計(jì)值；

ak——幾何參數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)值；當(dāng)幾何參數(shù)的變異性對(duì)結(jié)構(gòu)性能有明顯的不利影響時(shí)，應(yīng)增減一個(gè)附加值；

γRd——結(jié)構(gòu)構(gòu)件的抗力模型不定性系數(shù)。例12-1某教學(xué)樓教室樓面構(gòu)造層分別為：20mm厚水泥砂漿抹面（重力密度為20kN/m3）；50mm厚鋼筋混凝土墊層（重力密度為25kN/m3）；120mm厚現(xiàn)澆鋼筋混凝土樓板（重力密度為25kN/m3）；16mm厚底板抹灰（重力密度為17kN/m3）。樓面均布活荷載2.5kN/m2，設(shè)計(jì)使用年限為50年，安全等級(jí)為二級(jí)，求該樓板的荷載設(shè)計(jì)值。2024/8/8極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法14解：取1m寬的板帶作為計(jì)算單元。（1）永久荷載標(biāo)準(zhǔn)值20mm厚水泥砂漿抹面：(20×0.02)kN/m2=0.40(kN/m2)50mm厚鋼筋混凝土墊層：(25×0.05)kN/m2=1.25(kN/m2)120mm厚現(xiàn)澆鋼筋混凝土樓板：(25×0.12)kN/m2=3.00(kN/m2)16m厚底板抹灰：(17×0.016)kN/m2=0.272(kN/m2)gk=（0.40+1.25+3.00+0.272）×1.0=4.922(kN/m)（2）可變荷載標(biāo)準(zhǔn)值qk=2.5×1.0=2.5(kN/m)2024/8/8極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法15（3）荷載設(shè)計(jì)值由可變荷載效應(yīng)控制的組合，取荷載分項(xiàng)系數(shù)γG=1.2，γQ=1.4

q=γ0（γGgk+γQγLqk）

=1.0×（1.2×4.922+1.4×1.0×2.5）kN/m=9.41(kN/m)由永久荷載效應(yīng)控制的組合，取荷載分項(xiàng)系數(shù)γG=1.35，γQ=1.4；組合值系數(shù)ψc=0.7

q=γ0（γGgk+γQγLψcqk）

=1.0×（1.35×4.922+1.4×1.0×0.7×2.5）kN/m=9.09(kN/m)則樓板荷載設(shè)計(jì)值為：q=9.41(kN/m)2024/8/8極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法162.正常使用極限狀態(tài)設(shè)計(jì)表達(dá)式2024/8/8極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法17Sd≤C（1）標(biāo)準(zhǔn)組合（2）準(zhǔn)永久組合例12-2已知某受彎構(gòu)件在各種荷載引起的彎矩標(biāo)準(zhǔn)值分別為：永久荷載2000N·m，使用活荷載1500N·m，風(fēng)荷載300N·m，雪荷載200N·m。其中使用活荷載的組合值系數(shù)ψc1=0.7，風(fēng)荷載的組合值系數(shù)ψc2=0.6，雪荷載的組合值系數(shù)ψc3=0.7。設(shè)計(jì)使用年限為50年，雪荷載和風(fēng)荷載重現(xiàn)期為50年，安全等級(jí)為二級(jí)，求按承載能力極限狀態(tài)設(shè)計(jì)時(shí)的荷載效應(yīng)M，又若各種可變荷載的準(zhǔn)永久值系數(shù)分別為：使用活荷載ψq1=0.4，風(fēng)荷載ψq2=0，雪荷載ψq3=0.2，求在正常使用極限狀態(tài)下的荷載標(biāo)準(zhǔn)組合Ms和荷載準(zhǔn)永久組合Ml。2024/8/8極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法18解（1）按承載能力極限狀態(tài)計(jì)算荷載效應(yīng)M由可變荷載效應(yīng)控制的組合：2024/8/8極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法19=1.0（1.2×2000+1.4×1.0×1500+1.4×1.0×0.6×300+1.4×1.0×0.7×200）=4948N·m=1.0×[1.35×2000+1.4(1.0×0.7×1500+1.0×0.6×300+1.0×0.7×200)]=4618N·m（2）按正常使用極限狀態(tài)計(jì)算荷載效應(yīng)Ms和Ml。荷載效應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)組合：2024/8/8極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法20=2000+1500+0.6×300+0.7×200=3820N·m荷載效應(yīng)的準(zhǔn)永久組合：=2000+0.4×1500+0×300+0.2×200=2640N·m第十二章

建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法

12.3結(jié)構(gòu)的耐久性2024/8/8結(jié)構(gòu)的耐久性21混凝土結(jié)構(gòu)耐久性問(wèn)題表現(xiàn)為：鋼筋混凝土構(gòu)件表面出現(xiàn)銹漬或銹脹裂縫；預(yù)應(yīng)力筋開(kāi)始銹蝕；結(jié)構(gòu)表面混凝土出現(xiàn)可見(jiàn)的耐久性損傷（酥裂、粉化等）?；炷两Y(jié)構(gòu)應(yīng)根據(jù)環(huán)境類(lèi)別和設(shè)計(jì)使用年限進(jìn)行耐久性設(shè)計(jì)。表12-4：混凝土結(jié)構(gòu)的環(huán)境類(lèi)別表12-5：結(jié)構(gòu)混凝土材料的耐久性基本要求2024/8/822結(jié)構(gòu)的耐久性一類(lèi)環(huán)境中，設(shè)計(jì)使用年限為100年的混凝土結(jié)構(gòu)應(yīng)符合下列規(guī)定：1.鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的最低強(qiáng)度等級(jí)為C30；預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的最低強(qiáng)度等級(jí)為C40；2.混凝土中的最大氯離子含量為0.06%；