混凝土结构基本设计原则(1).ppt

第三章 混凝土结构基本构件设计原则 School of Civil Engineering And ArchitectureSchool of Civil Engineering And Architecture 第三章 混凝土结构基本构件设计原则 第三章 混凝土结构基本设计原则 Basic Design Approach of RC Structure 第三章 混凝土结构基本构件设计原则 School of Civil Engineering And ArchitectureSchool of Civil Engineering And Architecture Questions 1 What working states should be considered for practical structures? 2 How to ensure the safety and serviceability of your design? 3 What factors must be considered to ensure the safety and serviceability? 第三章 混凝土结构基本构件设计原则 School of Civil Engineering And ArchitectureSchool of Civil Engineering And Architecture 工程结构的设计需要保证安全可靠、经济 合理. 由于实际工程结构中存在多种不确定性， 结构设计方法就是研究工程设计中的各种 不确定性问题，取得安全可靠与经济合理 之间的均衡。 第三章 混凝土结构基本构件设计原则 School of Civil Engineering And ArchitectureSchool of Civil Engineering And Architecture 容许应力设计方法 allowable stress 安全系数 K 是一个大于1.0的数值。 K 越大，结构安全度就越高，同时结构材料用量也越多。 为取得安全可靠与经济合理的均衡， 在综合考虑各种不确 定性因素影响后，可选取一个合适的安全系数。 第三章 混凝土结构基本构件设计原则 School of Civil Engineering And ArchitectureSchool of Civil Engineering And Architecture 材料力学研究的是：单一材料、线弹性、简单结构 ， 实际工程结构远比它复杂。 如钢筋混凝土梁的受弯，从安全角度考虑，需要确 定其极限受弯承载力； 为控制正常使用阶段的裂缝和挠度变形，需要确定 带裂缝工作阶段的受力情况。 采用容许应力设计方法，无法统一这两方面的要求 第三章 混凝土结构基本构件设计原则 School of Civil Engineering And ArchitectureSchool of Civil Engineering And Architecture 因此，首先根据工程结构需要满足实际使用的各种 要求(结构的功能)对安全可靠度有更具体的科学定 义。 另一方面，需要尽可能详细了解结构在不同情况下 （施工、使用、破坏）可能受到的各种外界影响 的大小和变化情况。以及结构尺寸、材料强度等 的变异情况，以便科学全面合理的确定结构可靠 性。 各种荷载、温度变化、沉降 、收缩徐变、地震、侵蚀、 冻融等。 第三章 混凝土结构基本构件设计原则 School of Civil Engineering And ArchitectureSchool of Civil Engineering And Architecture 1.1.混凝土结构的组成与作用混凝土结构的组成与作用 3.1 结构的功能 结结结结构构由不同的受力构件由不同的受力构件组组组组成成 的承受各种外部作用的骨架。的承受各种外部作用的骨架。 构件构件结结结结构的构的组组组组成元素。成元素。 柱柱：要求柱具有一定的抗压能力；要求柱具有一定的抗压能力； 墙：墙：主要承受由楼板传来的竖向线荷载或其由上部结构传来的竖主要承受由楼板传来的竖向线荷载或其由上部结构传来的竖 向荷载向荷载. .因此因此, ,要求墙体具有一定的抗压能力要求墙体具有一定的抗压能力. . 基础：基础：主要承受由柱或墙体传来的竖向荷载主要承受由柱或墙体传来的竖向荷载, ,并把这些荷载均匀并把这些荷载均匀 地传给地基地传给地基. .因此因此, ,要求基础具有一定的刚度和强度要求基础具有一定的刚度和强度. . 楼板：楼板：（受弯构件）要求楼板具有一（受弯构件）要求楼板具有一 定的抗弯能力；定的抗弯能力； 梁：梁： （受弯构件）（受弯构件） 要求梁具有一定的刚度和强度要求梁具有一定的刚度和强度, ,以满足以满足 抗弯抗弯. .抗剪和变形的要求抗剪和变形的要求. . 第三章 混凝土结构基本构件设计原则 School of Civil Engineering And ArchitectureSchool of Civil Engineering And Architecture 定义：使结构产生内力或变形的原因称为定义：使结构产生内力或变形的原因称为“ “作用作用” ”。 作 用 分 类 直接作用直接作用 间接作用间接作用 荷载 混凝土收缩、温度变化、基础的 差异沉降、地震等引起结构外加 变形或约束的原因。 作用效应：作用效应：结构上的作用使结构产生的内力、变形、裂缝等通结构上的作用使结构产生的内力、变形、裂缝等通 称为称为作用效应作用效应或或荷载效应荷载效应S S 。Action (Load) Effect Action (Load) Effect 2.2.荷载效应荷载效应(S)(S)和结构抗力和结构抗力(R) (R) 结构抗力：结构抗力：结构承受内力和变形的能力（如构件的承载能力、结构承受内力和变形的能力（如构件的承载能力、 裂缝和变形限值等）称为裂缝和变形限值等）称为结构抗力结构抗力R R。 结构上的作用、作用效应、结构抗力均是随机变量结构上的作用、作用效应、结构抗力均是随机变量 取决于取决于材料的强度、截面尺寸及计算模式材料的强度、截面尺寸及计算模式等。等。 第三章 混凝土结构基本构件设计原则 School of Civil Engineering And ArchitectureSchool of Civil Engineering And Architecture 结结结结构上的作用分构上的作用分类类类类 (1)(1)按随按随时间时间时间时间 的的变变变变异分异分类类类类： 永久作用永久作用 在在设计设计设计设计 基准期内其量基准期内其量值值值值不随不随时间变时间变时间变时间变 化，或其化，或其变变变变 化与平均化与平均值值值值相比可以忽略不相比可以忽略不计计计计的作用。的作用。 可可变变变变作用作用在在设计设计设计设计 基准期内其量基准期内其量值值值值随随时间变时间变时间变时间变 化，且其化，且其变变变变化化 与平均与平均值值值值相比不可忽略的作用。相比不可忽略的作用。 活载、雪载、风载活载、雪载、风载 偶然作用偶然作用在在设计设计设计设计 基准期内出基准期内出现现现现或不一定出或不一定出现现现现，而一旦出，而一旦出 现现现现其量其量值值值值很大且持很大且持续时间续时间续时间续时间 很短的作用。很短的作用。 地震、爆炸地震、爆炸 (2) (2)按随空按随空间间间间位置的位置的变变变变异分异分类类类类 固定作用固定作用在在结结结结构空构空间间间间位置上具有固定分布的作用。位置上具有固定分布的作用。 自由作用自由作用在在结结结结构空构空间间间间位置上的一定范位置上的一定范围围围围内可以任意分布的内可以任意分布的 作用。作用。 (3)(3)按按结结结结构的反构的反应应应应分分类类类类 静静态态态态作用作用使使结结结结构构产产产产生的加速度可忽略不生的加速度可忽略不计计计计的作用。的作用。 动态动态动态动态 作用作用使使结结结结构构产产产产生的加速度不可忽略的作用。生的加速度不可忽略的作用。 第三章 混凝土结构基本构件设计原则 School of Civil Engineering And ArchitectureSchool of Civil Engineering And Architecture 结构的功能要求 1. 安全性 Safety 如（MMu） 结构在预定的使用期间内（design life 一般为50年），应 能承受在正常施工、正常使用情况下可能出现的各种荷 载、外加变形（如超静定结构的支座不均匀沉降）、约 束变形（如温度和收缩变形受到约束时）等的作用。 在偶然事件（如地震、爆炸）发生时和发生后，结构应 能保持整体稳定性，不应发生倒塌或连续破坏而造成生 命财产的严重损失。 第三章 混凝土结构基本构件设计原则 School of Civil Engineering And ArchitectureSchool of Civil Engineering And Architecture 2. 适用性 Serviceability 如（f f ） 结构在正常使用期间，具有良好的工作性能。如不发生影 响正常使用的过大的变形（挠度、侧移）、振动（频率、 振幅），或产生让使用者感到不安的过大的裂缝宽度。 3. 耐久性 Durability 如（wmax wmax） 结构在正常使用和正常维护条件下，应具有足够的耐久性 。即在各种因素的影响下（混凝土碳化、钢筋锈蚀），结 构的承载力和刚度不应随时间有过大的降低，而导致结构 在其预定使用期间内丧失安全性和适用性，降低使用寿命 。 第三章 混凝土结构基本构件设计原则 School of Civil Engineering And ArchitectureSchool of Civil Engineering And Architecture 4. 结构的可靠性 reliability 可靠性结构在规定的时间内,在规定的条件下完成预定功能 的能力。它包括安全性.适用性和耐久性. (1).规定的时间: 一个设计基准期: T = 50 年 中国 (2).规定的条件: 正常设计、正常施工、正常使用和维护 (3).预定功能: 如:强度、刚度、稳定性、抗裂性、耐久性 等。 设计基准期：指一个工程结构在正常使用和正常维护条 件下，能够满足其可靠度的时间。 结构可靠性越高，建设造价投资越大。 如何在结构可靠与经济之间取得均衡，就是设计方法要 解决的问题。 第三章 混凝土结构基本构件设计原则 School of Civil Engineering And ArchitectureSchool of Civil Engineering And Architecture 显然这种可靠与经济的均衡受到多方面的影响，如国家经 济实力、设计工作寿命(design life)、维护和修复等。 规范规定的设计方法，是这种均衡的最低限度，也是国家 法律。 设计人员可以根据具体工程的重要程度、使用环境和情况 ，以及业主的要求，提高设计水准，增加结构的可靠度。 经济的概念不仅包括第一次建设费用，还应考虑维修，损 失及修复的费用，乃至可能对社会和经济所造成的影响 第三章 混凝土结构基本构件设计原则 School of Civil Engineering And ArchitectureSchool of Civil Engineering And Architecture 结构的安全等级结构的安全等级 * * 结结结结构的构的设计设计设计设计 使用年限使用年限是指是指设计规设计规设计规设计规 定的定的结结结结构或构或结结结结构构件构构件 不需不需进进进进行大修即可按其行大修即可按其预预预预定目的使用的定目的使用的时时时时期期 。 安全等级级破坏后果 建筑物类类型 一级很严重重要的建筑物 二级严重一般的建筑物 三级不严重次要的建筑物 根据建筑结构破坏后果的严重程度，建筑结构划分为 三个安全等级，设计时应根据具体情况，按照下表的 规定选用相应的安全等级。 建筑物中各类结构构件使用阶段的安全等级，宜与整个结 构的安全等级相同，对其中部分结构构件的安全等级，可 根据其重要程度适当调整，但不得低于三级。 第三章 混凝土结构基本构件设计原则 School of Civil Engineering And ArchitectureSchool of Civil Engineering And Architecture * * 按照按照桥桥桥桥涵破坏可能涵破坏可能产产产产生的后果的生的后果的严严严严重程度，划分重程度，划分为为为为三三 个安全等个安全等级进级进级进级进 行行设计设计设计设计 。 安全等级级桥桥涵类别类别 一级级特大桥桥、重要大桥桥 二级级大桥桥、中桥桥、重要小桥桥 三级级小桥桥、涵洞 l l注：注：特大、大、中桥系按特大、大、中桥系按公路桥涵通用设计规范公路桥涵通用设计规范中的中的 单孔跨径确定，对多跨不等跨桥梁，以其中最大跨径为准单孔跨径确定，对多跨不等跨桥梁，以其中最大跨径为准 ；重要的大桥和重要的小桥重要的大桥和重要的小桥指高速公路和一级公路上、国指高速公路和一级公路上、国 防公路上及城市附近交通繁忙公路上的桥梁。防公路上及城市附近交通繁忙公路上的桥梁。 l同座桥梁的各种构件宜取相同的安全等级，必要时部分构 件可作适当调整，但调整后的级差不应超过一个等级。 第三章 混凝土结构基本构件设计原则 School of Civil Engineering And ArchitectureSchool of Civil Engineering And Architecture 桥桥涵分类类多孔跨径总长总长 L(m)单单孔跨径 Lk (m) 特大桥桥L1000Lk 150 大桥桥100L100040 Lk 150 中桥桥30 L 10020 Lk 40 小桥桥8L305 Lk 20 桥桥涵Lk 5 桥梁涵洞分类 第三章 混凝土结构基本构件设计原则 School of Civil Engineering And ArchitectureSchool of Civil Engineering And Architecture 3.2 极限状态 Limit State 一、极限状态的概念一、极限状态的概念 结构能够满足功能要求而良好地工作，则称结构是“可靠 ”的或“有效”的。反之，则结构为“不可靠”或“失效 ”。 区分结构“可靠”与“失效”的临界工作状态称为“极限 状态” 钢筋混凝土简支梁的可靠、失效和极限状态概念 结构的功能 可靠 极限状态 失效 安全性 受弯承载力 M M u 适用性 挠度变形 f f 耐久性 裂缝宽度 wmax wmax 第三章 混凝土结构基本构件设计原则 School of Civil Engineering And ArchitectureSchool of Civil Engineering And Architecture 二二. . 结构极限状态的分类结构极限状态的分类 整个结构或结构的一部分超过某一特定状态就不能满足设计 规定的某一功能要求，这个特定状态称为该功能的极限状态。 a. 承载力能力极限状态 Ultimate Limit State 结构或构件达到最大承载能力或者达到不适于继续承载的变形状态 。 构件的截面因强度不足而发生破坏（包括疲劳破坏）； 结构整体或其中一部分作为刚体失去平衡（如倾覆、滑移）； 结构塑性变形过大而不适于继续使用； 结构形成几何可变体系（超静定结构中出现足够多塑性铰）； 结构或构件丧失稳定（如细长受压构件的压曲失稳）。 第三章 混凝土结构基本构件设计原则 School of Civil Engineering And ArchitectureSchool of Civil Engineering And Architecture b. 正常使用极限状态 Serviceability Limit State 结构或构件达到影响正常使用或耐久性能的某项规定限值的 状态。 过大的变形、侧移（影响非结构构件、不安全感、不能正 常使用（吊车）等）； 过大的裂缝（钢筋锈蚀、不安全感、漏水等）； 过大的振动（影响使用、不舒适）； 局部损坏。 承载力能力极限状态结构的安全性 正常使用极限状态结构的适用性和耐久性 可靠水平高 可靠水平低 结构设计程序 第三章 混凝土结构基本构件设计原则 School of Civil Engineering And ArchitectureSchool of Civil Engineering And Architecture 结构极限状态方程 Z 0 可靠 结构力学的主要内容 本课程的主要内容 Z=R-S=g(R,S) 第三章 混凝土结构基本构件设计原则 School of Civil Engineering And ArchitectureSchool of Civil Engineering And Architecture 结构设计中的 不确定性 恒载 g与构件尺寸、材料容重等有关 活载 q（楼面活载、雪荷载）的数值是随时 在变化的 计算跨度 l 的不准确 材料强度 fy 和 fc 的离散 截面尺寸h0和 b 的施工误差 应力-应变关系参数 k1 和 k2 不一定安全（可靠） g+q 第三章 混凝土结构基本构件设计原则 School of Civil Engineering And ArchitectureSchool of Civil Engineering And Architecture 3.4 概率极限状态设计方法 由于结构工程中的不确定性，为取得安全可靠与经济合 理的均衡，在设计中需要考虑这些不确定性的影响。结构 设计方法就是处理这种安全可靠与经济合理的矛盾。 容许应力设计法 钢筋混凝土结构的受力性能不是弹性的； 结构中一点达到容许应力，结构即认为失效； 没有考虑结构功能的多样性要求； 安全系数是凭经验确定的，缺乏科学依据。 第三章 混凝土结构基本构件设计原则 School of Civil Engineering And ArchitectureSchool of Civil Engineering And Architecture 破损阶段设计法 整个截面达到极限承载力才认为失效，考虑了 材料塑性和强度的充分发挥，极限荷载可以直接 由试验验证，构件的总安全度较为明确。 但安全系数K仍然凭经验确定， 没有考虑结构功能的多样性要求的问题。 第三章 混凝土结构基本构件设计原则 School of Civil Engineering And ArchitectureSchool of Civil Engineering And Architecture 结构可靠度：结构在规定的时间内，在规定的条件 下完成预定功能的概率。 极限状态设计法 失效概率 失效指结构或结构的一部分不能满足设计所规定的某一功能 要求，即达到或超过了承载能力极限状态或正常使用极限状态中 的某一极限。 失效概率指结构处于失效状态下的概率pf。 结构极限状态函数又称结构功能函数 当 时，结构已达极限状态，称为极限状态方程。 第三章 混凝土结构基本构件设计原则 School of Civil Engineering And ArchitectureSchool of Civil Engineering And Architecture 结构功能的表达 (极限状态方程） Z=R-S0, 或S R 失效 极限状态方程Z=0或R-S=0 R S Z0可靠区 第三章 混凝土结构基本构件设计原则 School of Civil Engineering And ArchitectureSchool of Civil Engineering And Architecture 重叠区的大小反映了抗力R 和荷载效应S之间的概率关 系，即结构的失效概率 从结构安全的角度，提高结构构件的抗力R，减小抗力R和荷载 效应S的离散程度，可以提高结构的可靠程度，即提高R S， 减小R 、 S可使失效概率降低。 f(r,s) S，R S R S R mR-mS 结构处于可靠状态下的概率，称为可靠概率ps，ps=1-pf。 标准差S、R平均值分别为S、 R 第三章 混凝土结构基本构件设计原则 School of Civil Engineering And ArchitectureSchool of Civil Engineering And Architecture f(Z) bs z mz p f Z = R - S Z0 则 pf =P (Z0) =P(R S) 称为可靠指标，与失效概率pf之间有一一对应的关系。 设S、R都服从正态分布，平均值 为S、 R ，标准差S、R。 令 Z=R-S Z是服从正态分布 的随机变量 可靠指标 reliability index 第三章 混凝土结构基本构件设计原则 School of Civil Engineering And ArchitectureSchool of Civil Engineering And Architecture b 可靠指标 reliability index b =3.7时，Pf=1.110-4，按设计基准期50年考虑，年失效概率 为1.110-4/50=2.210-6 50年后并不是结构就失效，而是失效概率增加。同时，结构 失效也并不表示结构倒塌，结构倒塌也不一定造成人员伤亡 。 我国对于一般工程结构，当为延性破坏时，其可靠指标取b =3.2，对脆性破坏取b =3.7。 对于重要的工程结构，应提高可靠指标。 第三章 混凝土结构基本构件设计原则 School of Civil Engineering And ArchitectureSchool of Civil Engineering And Architecture 目标可靠指标 结构按承载能力极限状态设计时，要保证其完成预定功能 的概率不低于某一允许水平而要求设计所达到的可靠指标 ，称为目标可靠指标。 破坏类类型 安全等级级 一级级二级级三级级 延性破坏3.73.22.7 脆性破坏4.23.73.2 第三章 混凝土结构基本构件设计原则 School of Civil Engineering And ArchitectureSchool of Civil Engineering And Architecture 荷载的标准值 荷 载 的 分 类 又称恒荷载，在结构设计使用期间， 其值不随时间而变化，或其变化与平 均值相比可以忽略的荷载，如结构的 自重、土压力，固定设备等； 又称活荷载，在结构设计使用期间其 值随时间而变化，如楼面堆放荷载、 吊车荷载、静水压力、风荷载、雪荷 载等； 在结构设计基准期内不一定出现，一 旦出现，其值很大且持续时间很短的 荷载，如爆炸力、撞击力等； 按随时间的变异性和出现的可能性： 永久荷载Gk Permanent load 可变荷载Qk Variable load 偶然荷载 Accidental load 荷载的代表值 第三章 混凝土结构基本构件设计原则 School of Civil Engineering And ArchitectureSchool of Civil Engineering And Architecture 荷载标准值是荷载的基本代表值。指结构构件在使用期间的正 常情况下可能出现的最大荷载值，采用数理统计的方法确定的 具有一定概率的最大荷载值称为荷载的标准值Sk。 n永久荷载标准值Gk，可按结构的设计尺寸ak和结构材料的标 准重力密度计算得到。 n可变荷载标准值，应根据设计基准期内最大荷载概率分布的 某一分位值确定。 一. 荷载的标准值Sk 第三章 混凝土结构基本构件设计原则 School of Civil Engineering And ArchitectureSchool of Civil Engineering And Architecture 可变荷载的最大值并非长期作用于结构之上，在考虑荷载长期 效应组合时，应对其标准值进行折减。 可变荷载在设计基准期内，其超越的总时间约为设计基准一半 的荷载值，为可变荷载标准值乘以荷载准永久值系数。 二. 荷载准永久值 四.可变荷载的组合值 三. 荷载频遇值 指在设计基准期内，其超越时间为较小比率或超越频率为规定 频率的荷载值。 结构上多种可变荷载同时到达预计的最大概率是很小的，为了 使结构在两种或两种以上可变荷载作用时的情况与仅有一种可 变荷载作用时具有大致相同的可靠指标，引入了荷载组合系数 ，对同时作用的多种荷载进行折减。 第三章 混凝土结构基本构件设计原则 School of Civil Engineering And ArchitectureSchool of Civil Engineering And Architecture Sk f (S)，f (R) S，R Rk 实用设计表达式 第三章 混凝土结构基本构件设计原则 School of Civil Engineering And ArchitectureSchool of Civil Engineering And Architecture 实用设计表达式 Sk f (S)，f (R) S，R Rk 第三章 混凝土结构基本构件设计原则 School of Civil Engineering And ArchitectureSchool of Civil Engineering And Architecture 实用设计表达式 Sk f (S)，f (R) S，R Rk 第三章 混凝土结构基本构件设计原则 School of Civil Engineering And ArchitectureSchool of Civil Engineering And Architecture 设计验算点 S=R 实用设计表达式 Pf = Pf Sk f (S)，f (R) S，R Rk 第三章 混凝土结构基本构件设计原则 School of Civil Engineering And ArchitectureSchool of Civil Engineering And Architecture 结构构件的承载能力极限状态设计应根据荷载效 应的基本组合或偶然组合进行，并以内力和承载 力的设计值来表达，其设计表达式为： 0 SR 1.结构重要性系数0的确定 u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， 0 1.1。 u安全等级为二级、或设计使用年限为50年的结构构件， 0 1.0。 u安全等级为三级、或设计使用年限为5年的结构构件， 0 0.9。 承载能力极限状态设计表达式 第三章 混凝土结构基本构件设计原则 School of Civil Engineering And ArchitectureSchool of Civil Engineering And Architecture 2.内力组合设计值S的确定 考虑永久性荷载和可变荷载共同作用所得 的结构内力值称为结构的内力组合值。 u对于基本组合，荷载效应组合的设计值S应 从下列组合值中取最不利值确定： （1） 由可变荷载效应控制的组合： 第三章 混凝土结构基本构件设计原则 School of Civil Engineering And ArchitectureSchool of Civil Engineering And Architecture 对于一般排架、框架结构，基本组合可采用简化 规则。 1) 由可变荷载效应控制的组合： 当仅有一个可变荷载时 2)由永久荷载效应控制的组合： 第三章 混凝土结构基本构件设计原则 School of Civil Engineering And ArchitectureSchool of Civil Engineering And Architecture 3.基本组合的荷载分项系数 （1） 永久荷载的分项系数G： 当其效应对结构不利时 l 对由可变荷载效应控制的组合，取G=1.2； l 对由永久荷载效应控制的组合，取G=1.35。 当其效应对结构有利时 l 一般情况下，取G=1.0； l 对结构的倾覆、滑移或漂浮验算，取G=0.9 第三章 混凝土结构基本构件设计原则 School of Civil Engineering And ArchitectureSchool of Civil Engineering And Architecture （2） 可变荷载的分项系数： l 当可变荷载效应对结构构件的承载能力不利 时，在一般情况下应取1.4； l 当可变荷载效应对结构构件的承载能力有利时， 应取为0。 l 对标准值大于4kN/m2的工业房屋楼面结构的 活荷载，取Q=1.3。 l 永久荷载分项系数与永久荷载标准值的乘积，称 为永久荷载设计值；可变荷载分项系数与可变荷 载标准值的乘积称为可变荷载设计值。 第三章 混凝土结构基本构件设计原则 School of Civil Engineering And ArchitectureSchool of Civil Engineering And Architecture u对于正常使用极限状态，应根据不同的设计要求，采用 荷载的标准组合、频遇组合或准永久组合，并按下列设 计表达式进行设计。 C结构或构件达到正常使用要求的规定限值。如变形、 裂缝、振幅、加速度等的限值。 荷载效应的组合 （1） 荷载效应的标准组合：主要用于当一个极限状态被超越时 将产生严重的永久性损害的情况； 正常使用极限状态设计表达式 第三章 混凝土结构基本构件设计原则 School of Civil Engineering And ArchitectureSchool of Civil Engineering And Architecture （2）荷载效应的频遇组合：主要用于当一个极限状态被 超越时将产生局部损害、较大变形或短暂振动等情况； （3）荷载效应的准永久组合：主要用在当长期效应是决 定性因素时的一些情况。 第三章 混凝土结构基本构件设计原则 School of Civil Engineering And ArchitectureSchool of Civil Engineering And Architecture n一级裂缝控制：严格要求不出现裂缝的构件 按荷载效应标准组合计算时，构件受拉边缘混凝土不应产生 拉应力。 n二级裂缝控制：一般要求不出现裂缝的构件 l 按荷载效应标准组合计算时，构件受拉边缘混凝土拉应力 不大于轴心受拉强度标准值； l 按荷载效应准永久组合计算时，构件受拉边缘混凝土不宜 产生拉应力； 裂缝控制验算 第三章 混凝土结构基本构件设计原则 School of Civil Engineering And ArchitectureSchool of Civil Engineering And Architecture n三级裂缝控制：允许出现裂缝的构件 按荷载效应标准组合并考虑长期作用影响计算时，构件最大 裂缝宽度不应超过裂缝宽度限值。附表16 受弯构件的挠度验算 按荷载效应标准组合并考虑长期作用影响计算，其计算值不 应超过规定的挠度值。附表15 第三章 混凝土结构基本构件设计原则 School of Civil Engineering And ArchitectureSchool of Civil Engineering And Architecture 【例】已知由永久荷载产生的弯矩标准值Mgk=11kNm， 起控制作用的可变荷载产生的弯矩标准值Mqk=16kNm ，安全等级为二级，求弯矩设计值。 【解】本例中，0=1.0，G=1.2,Q1=1.4 SGk=Mgk=11kNm SQ1k=Mqk=16kNm 则弯矩设计值 M=0(GSGk+Q1SQ1k） =1.0(1.211+1.416)kNm=35.6kNm 弯 矩设计值为35.6kNm。 第三章 混凝土结构基本构件设计原则 School of Civil Engineering And ArchitectureSchool of Civil Engineering And Architecture 【例】某教学楼楼面采用预制板，计算跨度l0=5.70m，板宽 0.9m，板自重2.2kN/m2。楼面采用水磨石地面（10mm厚面 层，20mm厚水泥砂浆打底），板底20mm厚抹灰。楼面活荷 载标准值为2.0kN/m2。试求： 板的跨中截面弯矩设计值M; 标准组合荷载效应组合的设计值M； 频遇组合荷载效应组合的设计值M； 准永久组合荷载效应组合的设计值M。 【解】 (1) 荷载标准值 永久荷载 水磨石地面 0.65kN/m2 20mm板底抹灰 170.02=0.34kN/m2 板自重 2.2kN/m2 作用在板上的永久荷载线荷载标准值为 gk=(0.65+0.34+2.2)0.9=2.871kN/m 第三章 混凝土结构基本构件设计原则 School of Civil Engineering And ArchitectureSchool of Civil Engineering And Architecture 可变活荷载标准值 qk=2.00.9=1.8kN/m (2) 板的跨中截面弯矩设计值 永久荷载产生的弯矩标准值 Mgk=1/8gkl02=11.66kNm 可变荷载产生的弯矩标准值 Mqk=1/8qkl02=7.31kNm 由可变荷载效应控制的组合 G=1.2，Q=1.4 M=GMgk+QMqk=24.22kNm 由永久荷载效应控制的组合 G=1.35，Q=1.4,ci=0.7 M=GMgk+QciMqk=22.90kNm 由计算知，楼板荷载效应组合值由可变荷载效应控制。故板跨中 截面的弯矩设计值为24.22kNm。 第三章 混凝土结构基本构件设计原则 School of Civil Engineering And ArchitectureSchool of Civil Engineering And Architecture (3) 标准组合荷载效应组合的设计值M M=Mgk+Mqk=11.66+7.31=18.97kNm (4) 频遇组合荷载效应组合的设计值M f1=0.6 M=Mgk+f1Mqk=16.05kNm (5) 准永久组合荷载效应组合的设计值M q1=0.5 M=Mgk+q1Mqk15.32kNm 第三章 混凝土结构基本构件设计原则 School of Civil Engineering And ArchitectureSchool of Civil Engineering And Architecture 课堂作业 一办公楼楼面简支梁的计算跨度为10m，由永 久荷载标准值产生的梁上线荷载gk=10kN/m， 由楼面均布活荷载标准值产生的梁上线荷载 qk=8kN/m，由此计算的该梁的跨中弯矩为多 少？ 一档案库的楼面悬臂梁，其悬挑计算跨度为5 米，该梁上由永久荷载标准值产生的线荷载 gk=30.0kN/m，由楼面活荷载标准值产生的线 荷载qk=2.0kN/m，由此算得的该梁梁端弯矩设 计值为多少？ 第三章 混凝土结构基本构件设计原则 School of Civil Engineering And ArchitectureSchool of Civil Engineering And Architecture 公路桥涵作用效应组合 1作用的分类 作用按随时间变化可分为如下几类： （1）永久作用、在设计基准期内量值不随时间变化， 或其变化与平均值相比可忽略不计的作用。 （2）可变作用、 在设计基准期内量值随时间变化，且 其变化与平均值相比不可忽略的作用。按其对桥涵结构 的影响程度，又分为基本可变作用和其他可变作用。 （3）偶然作用、 在设计基准期内不一定出现，但一旦 出现，其值很大且持续时间很短的作用。 第三章 混凝土结构基本构件设计原则 School of Civil Engineering And ArchitectureSchool of Civil Engineering And Architecture 2作用效应组合 总的原则：凡存在永久作用任一项，均应参加组合， 凡可能出现的汽车荷载项，除个别情况外也应参与组 合；对汽车荷载以外的其它可变作用是否参与组合， 应根据同时作用的可能性来确定。 承载能力极限状态设计时，根据可能出现的作用，应采用 以下两种作用效应组合，即基本组合和偶然组合。 （1）基本组合：永久作用设计值效应与可变作用设计 值效应相组合，其效应组合表达式为： 或 公路桥涵作用效应组合 第三章 混凝土结构基本构件设计原则 School of Civil Engineering And ArchitectureSchool of Civil Engineering And Architecture 或 Sud承载能力极限状态下作用基本组合的效应组合设计值； 0结构重要性系数，对于公路桥梁，安全等级为一级、二 级、三级时，分别取1.1、1.0、0.9； Gi第i个永久作用的分项系数 ； Qj除汽车荷载、风荷载外的其他第j个其他可变荷载的分项 系数，取Qj =1.4，但风荷载外的分项系数取Qj =1.1 。 SGik， SGid第i个永久荷载标准值和设计值的效应 ； SQ1k， SQ1d汽车荷载效应（含汽车冲击力、离心力）的标准 值和设计值; 公路桥涵作用效应组合 第三章 混凝土结构基本构件设计原则 School of Civil Engineering And ArchitectureSchool of Civil Engineering And Architecture 或 SQik， SQid除汽车荷载（含汽车冲击力、离心力）外的其他第j 个可变作用效应的标准值和设计值 ； c除汽车荷载（含汽车冲击力、离心力）外其他可变荷载效 应的组合系数，当永久作用与汽车荷载和人群荷载(或其他一种 可变作用)组合时，人群荷载(或其他一种可变作用)的组合系数 取c =0.80；除汽车荷载（含汽车冲击力、离心力）外尚有其 他两种可变荷载参与组合时，其组合系数取c =0.70；尚有三 种可变荷载参与组合时，其组合系数取c =0.60；尚有四种可 变荷载参与组合时，其组合系数取c =0.50； 公路桥涵作用效应组合 第三章 混凝土结构基本构件设计原则 School of Civil Engineering And ArchitectureSchool of Civil Engineering And Architecture 永久作用标准值效应与可变作用某种代表值效应 、一种偶然作用标准值效应相组合。偶然作用的 分项系数取1.0；与偶然作用同时出现的可变作用 ，可根据观测资料和工程经验取用适当的代表值 。地震作用标准值及其表达式按现行公路工程 抗震设计规范规定采用。 （2