2-极限设计理论.ppt

第二章钢筋砼结构基本设计原则,结构上的作用、作用效应及结构抗力,极限状态设计法,结构的功能要求与极限状态,本章主要内容,2.1.1作用与作用效应,作用（或荷载）,作用效应（S）,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作用效应的能力,M,.基本概念,2.1结构上的作用、作用效应及结构抗力,在设计基准期内，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。,在设计基准期内，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。,在设计基准期内不一定出现，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,2.1.2荷载分类,.按时间变异分类,2.1结构上的作用、作用效应及结构抗力,.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,2.1结构上的作用、作用效应及结构抗力,2.1.3功能函数,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：,结构可靠；,结构不可靠状态，即失效；,结构处于极限状态，此方程称为极限状态方程,CH.2.1结构上的作用、作用效应及结构抗力,由于作用效应和结构抗力都是随机变量，则功能函数也是不确定的变量。设计时用近似概率来保证Z=R-S0。,结构抗力的不确定性：,作用的不确定性：,2.2结构的功能要求与极限状态,2.2.1结构功能要求,设计使用年限:设计规定的一个时期。在这一规定时间内，房屋建筑在正常设计、正常施工、正常使用和维护下不需进行大修就能按其预定目的使用。（5年，25年，50年，100年）,安全性：建筑物在正常情况下能承受可能出现的各种作用,并保持结构的稳定性。,适用性：保证结构在日常使用中满足要求，要求结构具有良好的工作性能。,耐久性：保证结构的承载力的持续时间与环境相适应，指在正常维护条件下结构能够正常使用到规定的设计使用年限。,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。,2.2.2极限状态设计法,2.2结构的功能要求与极限状态,2.3.1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,1.结构的可靠度,2.失效概率,结构不能完成预定功能的概率，以Pf表示。,2.3极限状态设计法,2.3极限状态设计法,3.可靠指标,为方便计算，用可靠指标来衡量结构可靠度的一个指标。,4.建筑结构的安全等级,我国将建筑物的重要程度分为三级：一级，破坏后果极其严重，属于重要的建筑物；二级，破坏后果比较严重，属于一般的建筑物；三级，破坏后果相对不严重，属于比较次要的建筑物。,目标可靠指标,5.结构的设计基准期,结构保证其设计可靠度指标的时间期限称为设计基准期，即在基准期内，结构的可靠度指标完全满足设计要求；,设计基准期是测算最大荷载重现期的基本期限；,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；,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。,2.3极限状态设计法,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，其它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。,荷载标准值,可变荷载组合值,可变荷载准永久值,2.3.2荷载的代表值在实用的极限状态设计表达式中所采用的荷载规定值,组合系数,准永久值系数,恒荷载（结构自重、土压力）,结构自重：按构件或材料单位体积（或单位面积）自重平均值确定。土压力：由水工构筑物结构设计规范确定。,楼面及屋面活荷载水压力雪荷载等,承载能力极限状态表达式,2.3.3极限状态设计表达式,对于贮液结构、地下构筑物等可不计风荷载效应的结构：,式中0结构重要性系数；S荷载效应组合的设计值；R结构构件抗力的设计值，应按各有关建筑结构设计规范的规定确定。,Gk-恒荷载标准值，,Q1k-最大的活荷载的标准值，,ci-其他活荷载的组合值系数，可取0.9计算，,Qik-其他活荷载的标准值。,（2）可变荷载的分项系数：对地表水或地下水应作为第一可变作用，取1.27；对其他可变作用应取1.4。,（1）永久荷载的分项系数：1)当其效应对结构不利时对结构和设备自重，应取1.2；对其他永久作用，应取1.27；2)当其效应对结构有利时均应取1.0；,对水塔等构筑物，应计入风荷载的效应，进行整体分析时：,注:第一个可变荷载应为风荷载。,正常使用极限状态,标准组合,SC,C结构或结构构件达到正常使用要求的规定限值，例如变形、裂缝、振幅、加速度、应力等的限值,应按各有关建筑