工程结构基础第3章.ppt

第三章 建筑结构设计基本原理,1. 建筑物结构的荷载,2. 极限状态设计法,3.1 建筑物结构的荷载,作用（S）（或荷载）,作用效应,施加在结构上的集中力或分布力，称为作用直接作用,引起结构外加变形或约束变形的原因间接作用,由作用引起的结构或构件的反应,结构抗力（R）,结构或结构构件承受效应的能力,V,M,3.1.1 基本概念,在结构使用期间，其值不随时间变化，或其变化与平均值相比可以忽略不计的荷载。也称恒荷载或恒载。比如结构自重或土压力等。,在结构使用期间，其值随时间变化，或其变化与平均值相比不可以忽略不计的荷载。也称活荷载或活载。比如楼面活载、屋面活载、雪荷载、风荷载、吊车荷载等。,在结构使用期间不一定出现，而一旦出现,其量值很大而持续时间较短的荷载。比如爆炸力、撞击力等。,永久荷载,可变荷载,偶然荷载,3.1.2 荷载分类,按时间变异分类,按空间变异分类,固定荷载在结构空间位置上具有固定的分布； 可动荷载在结构空间位置一定范围内可以任意分布。,静态荷载对结构不产生动力效应，或小的可以忽略； 动态荷载对结构产生动力效应，且不可以忽略。,按照结构的反应分类,结构计算时，需根据不同的设计要求采用不同的荷载数值。,荷载基本代表值。指在结构使用期间，在正常情况下出现具有一定保证率的最大荷载。,当结构同时承受两种或两种以上可变荷载时，除主导荷载（产生荷载效应最大的荷载）取标准值，其他伴随荷载取小于其标准值的组合值为代表值。,在设计基准期内经常作用在结构上的可变荷载。,作用于结构上时而出现，持续时间较短的较大可变荷载。,荷载标准值,可变荷载组合值,可变荷载准永久值,可变荷载频遇值,3.1.3 荷载的代表值,恒荷载,按构件或材料单位体积（或单位面积）自重平均值确定。见表。,楼面及屋面活荷载,民用建筑楼面活载见规范。对多、高层，荷载满布且达到最大值可能性很小，应适当折减。,屋面均布活载分“上人”和“不上人”两类。,雪荷载,基本雪压。见规范,雪荷载标准值,屋面积雪分布系数，即基本雪压换算为屋面水平投影面上的雪荷载的换算系数。,风荷载,风荷载标准值,基本风压，见规范,风压高度变化系数,风荷载体型系数，+为压力，-为吸力,高度z处风振系数,屋面均布活载不与雪荷载同时考虑，设计时取其中较大值。,民用建筑楼面均布活荷载的各种代表值,3.2 极限状态设计法,3.2.1 结构功能要求,在设计基准期（一般50年，也有100和25年）内，满足功能要求，即安全性(SR)，适用性，耐久性。,安全性：满足特定的与建筑物功能相适应的承载力极限状态 适用性：保证结构在日常使用中满足要求 耐久性：保证结构的承载力的持续时间与环境适应度,功能函数：Z=R-S=g(X1,X2,X3.Xn),结果分析,Z=R-S0： Z=R-S0： Z=R-S=0：,处于可靠状态；,处于不可靠状态，即失效；,处于极限状态，此方程称极限状态方程,3.2.3 结构可靠度理论,在规定的时间内（一般为50年），在规定的条件下（正常设计、正常施工和正常使用），完成预定功能的概率，称为结构的可靠度，即可靠概率。以Ps表示,安全性、适用性、耐久性,结构的可靠度,失效概率,结构不能完成预定功能的概率，以Pf表示。,3.2.3 建筑物的重要度与基准期,我国将建筑物的重要程度分为三级，不同级别在计算中取不同的重要度系数0 ： 一级，破坏后果极其严重，属于重要的建筑物；0 =1.1 二级，破坏后果比较严重，属于一般的建筑物；0 =1.0 三级，破坏后果相对不严重，属于比较次要的建筑物。0 =0.9,结构的设计基准期 1.结构保证其设计可靠度指标的时间期限成为设计基准期，即在基准期内，结构的可靠度指标完全满足设计要求； 2.设计基准期是测算最大荷载重现期的基本期限； 3.在超过设计基准期后，并非意味着结构的失效，而是其可靠度有所降低，因此基准期不能等同于建筑物的使用寿命； 4.我国对于多数建筑物的设计基准期均为50年，特殊建筑物可以除外；,极限状态,结构或构件达到正常使用或耐久性能的某项规定限值。如过大变形、开裂、振动等。,结构或构件达到最大承载力或产生不适于继续承载的变形。如倾覆、疲劳破坏、压屈等。,正常使用极限状态,承载能力极限状态,我国结构设计是以概率理论为基础的极限状态设计法。,整个结构或结构的一部分超过某一特定状态，或不能满足设计规定的某一功能要求的特定状态。,3.2.4 极限状态设计法,承载能力极限状态表达式,极限状态设计表达式,由永久荷载控制的效应组合,由可变荷载控制的效应组合,永久荷载和可变荷载分项系数。见规范。,式中： S ：荷载效应， G：恒荷载的荷载效应系数，Q：荷载分项系数， Gk：恒荷载标准值， Q1k ：最大的活荷载的标准值， ：其他活荷载的组合系数 Qik：其他活荷载的标准值,荷载分项系数和材料强度分项系数,永久荷载分项系数G 当永久荷载效应对结构构件的承载能力不利且可变荷载起控制作用时,取1.2; 当永久荷载效应对结构构件的承载能力不利且永久荷载起控制作用时,取1.35; 当永久荷载效应对结构构件的承载能力有利时,不应大于1.0。 可变荷载分项系数Q 一般情况取1.4，当可变荷载效应对结构构件承载能力有