砌体结构--第三章PPT课件

砌体结构 王志云结构教研室 MasonryStructure 第3章砌体结构构件的计算方法 Designmethodofmasonrystructure 学习要点 了解我国规范关于砌体结构设计的可靠度理论 掌握我国规范的砌体结构概率极限状态设计方法 掌握砌体强度标准值与设计值的计算原则 3 1历史的回顾 起初砖石结构截面尺寸的确定全是凭经验的 而后逐渐采用弹性理论的许可应力计算方法进行计算 20世纪30年代后期 前苏联注意到弹性理论计算和试验结果不符的问题 而对偏心受压构件计算 开始采用了修正系数 我国1952年已开始照前苏联1943年规定 对偏心受压计算采用修正系数以较正确的估算承载力 以后又采用破坏阶段和三系数计算方法 我国1973年颁布的 砖石结构设计规范 规定砖石结构设计计算应按材料平均强度的单一安全系数进行 而安全系数k则是采用多系数分析 单一系数表达的半统计 半经验的方法确定的 根据国家颁布的 建筑结构可靠度设计统一标准 GB50068 2001规定的 采用近似概率理论为基础的极限状态设计方法 3 2极限状态设计方法 Limitstatedesignmethod 3 2 1结构的极限状态整个结构物或结构物的一部分超过某一特定状态时就不能满足设计规定的某一功能要求 此特定状态称为该功能的极限状态 设计统一标准中规定 结构的极限状态分为两类 承载力极限状态和正常使用极限状态 承载力极限状态 这种极限状态对应于结构或结构构件达到最大承载力或不适于继续承载的变形 在砌体结构设计中 对任何承载的结构或构件都需要按承载力极限状态进行计算 以保证各个控制截面不发生破坏 当结构或构件出现下列状态之一时 即认为超过了承载力极限状态 整个结构物或结构物的一部分作为刚体失去平衡 如倾覆等 结构构件或连接因材料强度被超过而破坏 包括疲劳破坏 结构变为机动体系 结构或结构构件丧失稳定 如压曲等 正常使用极限状态 这种极限状态对应于结构或结构构件达到正常使用或耐久性能的某项规定极限 如变形过大 裂缝过大 振动过大等影响正常使用 即超过了正常使用极限状态 在砌体结构设计中 对于正常使用极限状态 主要通过构造措施加以保证 一般不进行验算 仅仅在个别情况下 才需要对构件进行变形验算 3 2 2结构的作用效应S和结构抗力R 结构的作用效应S 作用对结构产生的效应 内力 等 结构抗力R 是指整个机构构件而言 即结构构件所能抵抗的内力 由于作用效应S和结构抗力R都不是确定性变量 而随荷载 材料强度 计算模式及几何尺寸等的变异具有明显的随机性 应采用随机变量或随机过程加以描述 3 2 3结构的可靠度和可靠指标 Reliabilityindex 结构物在规定的时间内 在规定的条件下 完成预定功能的概率 称为结构的可靠度 引入函数Z 令Z R S g R S 则结构的工作状态可用函数Z的不同取值加以描述 Z R S 0 结构处于可靠状态 Z R S 0 结构处于极限状态 Z R S 0 结构处于失效状态 在可靠度设计中 一般把Z g R S 称为功能函数 而Z 0则称为结构或构件的极限状态方程 由图可知 当R的平均值大于S的平均值时 并不能说明结构是绝对安全的 因为这两条曲线还有相互交叉的部分 这就说明存在R S的概率 所谓结构的可靠度是指R S这一事件的概率 失效概率即阴影部分面积 设计统一标准中规定采用近似概率法 并规定采用平均值和标准值及可靠指标代替失效概率来近似的估定结构的可靠度 一般按标准差正态分布函数 对脆性破坏一般要求 相应的失效概率 为使设计者能针对所设计的结构的重要程度 正确选择适当的可靠度 设计统一标准将建筑结构的安全等级划分为三级 注 1 对于特殊的建筑物 其安全等级根据具体情况另行确定 2 对于地震区的砌体结构设计 应按照 建筑抗震设防分类标准 GB50223根据建筑物重要性区分建筑物类别 3 2 4设计表达式 Designequation 规范采用以概率为基础的极限状态方程 以可靠指标度量结构构件的可靠度 值计算复杂 需要大量的统计信息 直接在设计中应用很不方便 规范的做法是采用分项系数的实用设计表达式 设计人员可不必直接计算可靠指标 只需按规范给定的各分项系数进行计算 砌体结构按承载力极限状态设计时 在考虑结构重要性调整后的荷载效应应 结构抗力 即式中 结构重要性系数 S 内力设计值 R 结构构件抗力 安全等级为三级或设计使用年限为1 5年的结构构件 安全等级为一级或设计使用年限为50年以上的结构构件 安全等级为二级或设计使用年限为50年的结构构件 规范 中对砌体结构按承载力极限状态设计时 应按下列公式中最不利组合进行计算 式中 永久荷载标准值的效应 在基本组合中起控制作用的一个可变荷载标准值的效应 第i个可变荷载标准值的效应 结构构件的抗力函数 第i个可变荷载的分项系数 第i个可变荷载的组合值系数 砌体的强度设计值 几何参数标准值 一般情况下应取0 7 当仅有一个可变荷载时 可按下列两个最不利组合进行计算 经分析表明 采用两种荷载效应组合模式后 提高了以自重为主的砌体结构可靠度 两个设计表达式的界限荷载的效应值为0 376 为可变荷载效应和永久荷载效应之比 当时 可靠度由 控制当时 可靠度由 控制 当砌体结构作为一个刚体 需要验证整体稳定性时 例如倾覆 滑移 漂浮等 应采取下列设计表达式进行验算 式中 起有利作用的永久荷载内力标准值 起不利作用的永久荷载内力标准值 3 2 5砌体强度设计值 Designvalue 1 砌体强度标准值fkfk是考虑砌体强度的变异性 按设计统一标准的要求统一规定为强度的概率密度函数的0 05分位值 即强度标准值应具有95 的保证率 这说明强度标准值是一个偏低的强度取值 由统计资料可知 各类砌体强度服从正态分布 则 砌体强度变异系数 砌体强度变异系数 材料强度的标准值以材料的强度概率分布的某一分位值来确定 在国际上也成为材料强度特征值 砌体的抗压 抗拉 抗弯 抗剪强度标准值分别为 2 砌体强度设计值f 一般情况下 宜按施工控制等级为B级考虑 取材料分项系数 当施工控制等级为C级时 取材料分项系数 砌体的抗压 抗拉 抗弯 抗剪强度设计值分别为 考虑到结构材料强度与试件强度的区别 以及几何参数和计算模式不定性对结构抗力的影响 将材料强度进一步降低 我国 砌筑工程施工质量验收规范 GB50203 2002规定了施工强度控制等级 它根据现场质量管理 砂浆和混凝土强度 砂浆拌和方式及砌筑工人技术等级等方面综合水平 将施工质量控制等级分为A B C三级 施工质量控制等级的选择由设计单位和建设单位商定 并应在工程设计图中明确设计采用的施工质量等级 砌体施工质量控制等级 砌体结构设计规范 给出了龄期为28d的以毛截面计算的各类砌体抗压强度设计值 当施工质量控制等级为B级时 应根据块体和砂浆的强度等级分别按下列规定采用 单排孔混凝土对孔砌筑时 灌孔砌体的抗压强度设计值 砌块砌体灌孔混凝土强度等级 Cb20 也不宜低于两倍的块体强度等级 灌孔混凝土的强度等级Cb 等同于对应的混凝土强度等级C 的强度指标 孔洞率 35 的双排孔或多排孔轻骨料混凝土砌块砌体的抗压强度设计值 单排孔混凝土对孔砌筑时 灌孔砌体的抗剪强度设计值 式中 灌孔砌体的抗压强度设计值 MPa 下列情况的各类砌体 其砌体强度设计值应乘以调整系数 1 有吊车房屋砌体 跨度不小于9m的梁下烧结普通砖砌体 跨度不小于7 5m的梁下烧结多孔砖 蒸压灰砂砖 蒸压粉煤灰砖砌体 混凝土和轻骨料混凝土砌块砌体 这是考虑厂房受吊车动力作用和较大跨度多层房屋墙 柱受力情况较为复杂而采取的降低抗力 保证安全的措施 2 对于无筋砌体构件 其截面面积A 0 3m2时 对配筋砌体构件 当砌体截面面积A 0 2m2时 构件截面面积以m2计 考虑局部破损或缺陷对小截面砌体构件的相对影响较大 个别块体强度的变异可能影响到全面截面的强度 局部受压计算中强度不乘以此系数 3 当砌体用水泥砂浆砌筑时 其抗压强度设计值乘以调整系数 而轴心抗拉 弯曲抗拉和抗剪强度设计值乘以调整系数 对配筋砌体构件 当其中的砌体采用水泥砂浆砌筑时 仅对砌体的强度设计值乘以调整系数 试验表明 水泥砂浆由于其和易性较差 砂浆中应力分布均匀性差 砂浆强度相同时的水泥砂浆砌体强度比混合砂浆砌体强度略低 4 当施工质量控制等级为C级时 注 配筋砌体不允许采用C级 5 当验算施工中房屋的构件时 施工阶段砂浆尚未硬化的新砌砌体的强度和稳定性 可按砂浆强度为0进行计算 对于冬期施工采用掺盐砂浆法施工的砌体 砂浆强度等级按常温施工的强度等级提高一级时 砌体强度和稳定性可不验算 注 配筋砌体不得用掺盐砂浆施工 例题 以截面为240 370mm2的棱柱体为例 该砌体的砖强度等级为MU10 混合砂浆强度等级为M5 求该砌体的抗压强度平均值 标准值和设计值