建筑结构电子教案一.ppt

,0 绪论 1 建筑结构计算基本原则 2 建筑结构材料 3 钢筋混凝土受弯构件 4 钢筋混凝土纵向受力构件 5 钢筋混凝土受扭构件 6 预应力混凝土构件 7 钢筋混凝土楼屋盖,建筑结构 Building Structure,1.1 荷载分类及荷载代表值,第一章 建筑结构计算基本原则,1.永久荷载 永久荷载亦称恒荷载，是指在结构使用期间，其值不随时间变化，或者其变化与平均值相比可忽略不计的荷载，如结构自重、土压力、预应力等。,2.可变荷载 可变荷载也称为活荷载，是指在结构使用期间，其值随时间变化，且其变化值与平均值相比不可忽略的荷载，如楼面活荷载、屋面活荷载、风荷载、雪荷载、吊车荷载等。,3.偶然荷载 在结构使用期间不一定出现，而一旦出现，其量值很大且持续时间很短的荷载称为偶然荷载，如爆炸力、撞击力等。,1.1.1 荷载分类,1.1 荷载分类及荷载代表值,第一章 建筑结构计算基本原则,荷载代表值,1.1.2 荷载代表值,定义：结构设计时，对于不同的荷载和不同的设计情况，应赋予荷载不同的量值，该量值即荷载代表值。,定义：荷载标准值就是结构在设计基准期内具有一定概率的最大荷载值,它是荷载的基本代表值。 设计基准期为确定可变荷载代表值而选定的时间参数，一般取为50年。,1. 荷载标准值,1.1 荷载分类及荷载代表值,第一章 建筑结构计算基本原则,常用材料单位体积的自重（单位kN/m3） 混凝土2224， 钢筋混凝土2425， 水泥砂浆20， 石灰砂浆、混合砂浆17， 普通砖18， 普通砖（机器制）19， 浆砌普通砖砌体18， 浆砌机砖砌体19。,1. 荷载标准值,（1）永久荷载标准值,按构件尺寸和构件单位体积自重的标准值来确定。,1.1.2 荷载代表值,1.1 荷载分类及荷载代表值,第一章 建筑结构计算基本原则,（2）可变荷载标准值 （民用楼面均布活荷载标准值按下表采用）,1.1 荷载分类及荷载代表值,第一章 建筑结构计算基本原则,（2）可变荷载标准值 （民用楼面均布活荷载标准值按下表采用）,1.1 荷载分类及荷载代表值,第一章 建筑结构计算基本原则,注：本表所列各项活荷载适用于一般使用条件，当使用荷载大时，应按实际情况采用。 本表各项荷载不包括隔墙自重和二次装修荷载。,（2）可变荷载标准值 （民用楼面均布活荷载标准值按下表采用）,1.1 荷载分类及荷载代表值,第一章 建筑结构计算基本原则,注：不上人的屋面，当使用荷载大时，应按实际情况采用。 上人的屋面，当兼作其他用途时，应按相应楼面活荷载采用； 对于因屋面排水不畅、堵塞等引起积水荷载，应采取构造措施 加以防 止，必要时应按积水的可能深度确定屋面活荷载。 屋顶花园活荷载不包括花圃土石等材料自重。,（2）可变荷载标准值 （民用屋面均布活荷载标准值按下表采用）,1.1 荷载分类及荷载代表值,第一章 建筑结构计算基本原则,2. 可变荷载准永久值,在设计基准期内经常达到或超过的那部份荷载值（总的持续时间不低于25年），称为可变荷载准永久值。 可变荷载准永久值可表示为qk ，其中k为可变荷载标准值，q为可变荷载准永久值系数。q值见前表。,3. 可变荷载组合值,两种或两种以上可变荷载同时作用于结构上时，除主导荷载（产生最大效应的荷载）仍可以其标准值为代表值外，其他伴随荷载均应以小于标准值的荷载值为代表值，此即可变荷载组合值。 可变荷载组合值可表示为ck 。其中c 为可变荷载组合值系数，其值按前表查取。,1.1 荷载分类及荷载代表值,第一章 建筑结构计算基本原则,4. 可变荷载频遇值,对可变荷载，在设计基准期内，其超越的总时间为规定的较小比率或超越频率为规定频率的荷载值（总的持续时间不低于50年），称为可变荷载频遇值。 可变荷载频遇值可表示为fk。其中f为可变荷载频遇值系数，其值按前表查取。,1.2 建筑结构概率极限状态设计法,第一章 建筑结构计算基本原则,（1）结构的安全等级 建筑结构可靠度设计统一标准GB50068-2001（以下简称统一标准）规定，建筑结构设计时，应根据结构破坏可能产生的后果（危及人的生命、造成经济损失、产生社会影响等）的严重性，采用不同的安全等级。,1.2.1 极限状态,1.2 建筑结构概率极限状态设计法,第一章 建筑结构计算基本原则,（2）设计使用年限，是指设计规定的结构或结构构件不需进行大修即可按其预定目的使用的时期。,1.2 建筑结构概率极限状态设计法,第一章 建筑结构计算基本原则,（3）结构的功能要求,能承受正常施工和使用时的各种作用，以及偶然事件发生时，仍能保持整体稳定性。,在正常使用时，能保证具有良好的工作性能，不出现过大的变形和裂缝。,在正常使用及维护下，具有足够的耐久性能，不发生锈蚀和风化现象。,安全性 适用性 耐久性,例如，不会出现影响正常使用的过大变形或振动；不会产生使使用者感到不安的裂缝宽度等。,例如，结构材料不致出现影响功能的损坏，钢筋混凝土构件的钢筋不致因保护层过薄或裂缝过宽而锈蚀等。,即结构仅产生局部的损坏而不致发生连续倒塌。,1.2 建筑结构概率极限状态设计法,第一章 建筑结构计算基本原则,结构的安全性、适用性和耐久性是结构可靠的标志，总称为结构的可靠性。,结构的可靠度是结构可靠性的概率度量，即对结构可靠性的定量描述。,结构可靠性的定义是，结构在规定时间内，规定条件下，完成预定功能的能力。,注意1：结构可靠度与结构使用年限长短有关。统一标准以结构的设计 使用年限为计算结构可靠度的时间基准。 注意2：当结构的使用年限超过设计使用年限后，并不意味着结构就要报 废，但其可靠度将逐渐降低。,（3）结构的功能要求,1.2 建筑结构概率极限状态设计法,第一章 建筑结构计算基本原则,2. 结构功能的极限状态,（1）承载能力极限状态,针对安全性 如：整个结构或结构的一部分作为刚体失 去稳定； 结构构件或连接因材料强度不够而坏； 结构转变为机动体系； 结构或结构构件丧失稳定等。,定义：整个结构或结构的一部份，超过某一特定状态就不能满足设计规定的某一功能（安全性、适用性、耐久性）要求，该特定状态称为该功能的极限状态。结构极限状态分为以下两类：,结构超过承载能力极限状态的示例,1.2 建筑结构概率极限状态设计法,第一章 建筑结构计算基本原则,2. 结构功能的极限状态,（2）正常使用极限状态,针对适用性和耐久性 如：出现影响正常使用或外观的变形； 影响正常使用或耐久性的局部损坏； 影响正常使用的振动。,工程设计时，一般先按承载力极限状态设计结构构件， 再按正常使用极限状态验算。,1.2 建筑结构概率极限状态设计法,第一章 建筑结构计算基本原则,结构的功能函数,（1）作用效应 S,作用（荷载）对结构产生的各种效应， 如弯矩、剪力、轴力、变形、裂缝等 M V N f w,结构构件抵抗各种作用效应的能力。 如抗弯、抗剪、抗压、抗拉、抗扭承载力 以及抗变形、抗裂缝的能力。,（2）结构抗力 R,1.2 建筑结构概率极限状态设计法,第一章 建筑结构计算基本原则,结构的功能函数,当0 即 RS 时，结构处于可靠状态； 当0 即 RS 时，结构处于失效状态； 当= 0 即 R =S 时，结构处于极限状态。,关系式(S，R)RS0 称为极限状态方程。,1.2.2 实用设计表达式 （1）实用表达式：SR R结构构件的承载力设计值，即抗力设计值 S荷载效应基本组合或偶然组合的设计值 （2）荷载效应基本组合设计值 S 对于基本组合，荷载效应组合的设计值S应从由可变荷载效应控制的组合和由永久荷载效应控制的组合中取最不利值确定。,1.2 建筑结构概率极限状态设计法,第一章 建筑结构计算基本原则,：结构构件的重要性系数，对安全等级为一级或设计使用年限为100年及以上的结构构件，不应小于1.1；对安全等级为二级或设计使用年限为50年的结构构件，不应小于1.0；对安全等级为三级或设计使用年限为5年及以下的结构构件，不应小于0.9；在抗震设计中，不考虑结构构件的重要性系数。,1）由可变荷载效应控制的组合,1.2 建筑结构概率极限状态设计法,第一章 建筑结构计算基本原则,(1.2.3),G ：永久荷载分项系数，按表1.2.3 采用； SGk ：永久荷载标准值Gk 计算的荷载效应值； Qi ：第i个可变荷载的分项系数；按表1.2.3 采用； SQik ：按可变荷载标准值Qi计算的荷载效应值; ci ：可变荷载Qi的组合值系数，民用建筑楼面均布活 荷载、屋面均布活荷载的组合值系数；,第一章 建筑结构计算基本原则,1.2 建筑结构概率极限状态设计法,(1.2.3),返回,1.2 建筑结构概率极限状态设计法,第一章 建筑结构计算基本原则,应用（1.2.3）、式（1.2.4）时应注意以下问题： 当考虑以竖向的永久荷载效应控制的组合时，参与组合的可变荷载仅限于竖向荷载。,2）由永久荷载效应控制的组合,(1.2.4),第一章 建筑结构计算基本原则,1.2 建筑结构概率极限状态设计法,混凝土结构和砌体结构设计采用内力表达式。此时，式（1.2.3）、式（1.2.4）实质上就是永久荷载和可变荷载同时作用时，在结构上产生的内力（轴力、弯矩、剪力、扭矩等）的组合，其目标是求出结构可能的最大内力。例如跨度为l0的简支梁，在跨中集中荷载F 作用下的跨中最大弯矩M=Fl0/4 ，在均布荷载q 作用下的跨中最大弯矩 M = ql02/8。这也就是式中的计算方法。,钢结构设计采用应力表达，式（1.2.3）、式（1.2.4）实质上就是永久荷载和可变荷载同时作用时，在构件截面上产生的最大应力。,1.2 建筑结构概率极限状态设计法,第一章 建筑结构计算基本原则,当考虑以竖向的永久荷载效应控制的组合时，参与组合的可变荷载仅限于竖向荷载。,【例1.2.1】 某办公楼钢筋混凝土矩形截面简支梁，安全等级为二级，截面尺寸bh = 200mm400mm，计算跨度 ln= 5m，净跨度 l0 =4.86m。承受均布线荷载：活荷载标准值7kN/m，恒荷载标准值10kN/m（不包括自重）。试计算按承载能力极限状态设计时的跨中弯矩设计值和支座边缘截面剪力设计值。,第一章 建筑结构计算基本原则,1.2 建筑结构概率极限状态设计法,【解】由表1.1.1查得活荷载组合值系数=0.7。安全等级为二级，则结构重要性系数=1.0。 钢筋混凝土的重度标准值为25kN/m3，故梁自重标准值为250.20.4=2 kN/m。 总恒荷载标准值gk=10+2=12kN/m 恒载产生的跨中弯矩标准值和支座边缘截面剪力标准值分别为： Mgk = gkl02/8 = 1252 /8=37.5kNm Vgk=gkln/2= 124.86/2=29.16 kN,活荷载产生的跨中弯矩标准值和支座边缘截面剪力标准值分别为： Mqk = qkl 02/8 =752 /8=21.875kNm Vgk=qkln/2 = 7 4.86/2 =17.01 kN,本例只有一个活荷载，即为第一可变荷载。故计算由活载弯矩控制的跨中弯矩设计值时，G=1.2，Q=Q1=1.4。由式（1.2.3）得由活荷载弯矩控制的跨中弯矩设计值和支座边缘截面剪力设计值分别为： 0(GMgk+ Q1Mq1k) = 0(GMgk+ QMqk) =1.0(1.237.5+1.421.875)=75.625 kNm 0(GVgk+ Q1Vq1k) = 0(GVgk+ QVqk) =1.0(1.229.16+1.417.01)=75.625 kNm,第一章 建筑结构计算基本原则,1.2 建筑结构概率极限状态设计法,取较大值得跨中弯矩设计值M = 75.625kNm，支座边缘截面剪力设计值V=58.806 kN,计算由恒载弯矩控制的跨中弯矩设计值时，G=1.35，Q =1.4，c =0.7。由式（1.2.4）得由恒载弯矩控制的跨中弯矩设计值和支座边缘截面剪力设计值分别为： 0(GMgk+ c QMqk) =1.0(1.3537.5+0.71.421.875）=72.063 kNm 0(GVgk+ c QVqk) =1.0（1.3529.16+0.71.417.01）=56.036 kN,一般排架、框架结构的简化表达式 对于一般排架、框架结构，可不区分第一可变荷载和第i个可变荷载，并采用相同的组合值系数，其荷载效应组合设计值取由可变荷载效应控制和由永久荷载效应控制的组合值中的最不利值。由可变荷载效应控制的组合按下式计算：,（1.2.5）,由永久荷载效应控制的组合仍按式（1.2.4）采用。,(1.2.6),第一章 建筑结构计算基本原则,1.2 建筑结构概率极限状态设计法,对于正常使用极限状态，应根据不同的设计要求，采用荷载效应的标准组合、频遇组合或准永久组合，按下列设计表达式进行设计： SC (1.2.7) 式中S变形、裂缝等荷载效应的设计值； C结构构件达到正常使用要求所规定的限值，如变形、裂缝宽度等。 混凝土结构的正常使用极限状态主要是验算构件的变形、抗裂度或裂缝宽度，使其不超过相应的规定限值； 钢结构通过构件的变形（刚度）验算保证； 砌体结构一般情况下不做验算，由相应的构造措施保证。,第一章 建筑结构计算基本原则,1.2 建筑结构概率极限状态设计法,2.按正常使用极限状态设计的实用表达式,（1）实用表达式,1）对于标准组合，其荷载效应组合的表达式为,(1.2.8),2) 对于频遇组合，其荷载效应组合的表达式为,(1.2.9),可变荷载 Q1 的频遇系数,可变