第2章_混凝土及砌体结构设计方法概述

1、第二章第二章 混凝土及砌体结构混凝土及砌体结构设计方法概述设计方法概述主要内容主要内容结构上的作用结构上的作用两类极限状态两类极限状态荷载效应与结构抗力荷载效应与结构抗力两类极限状态的设计表达式两类极限状态的设计表达式常用建筑结构规范常用建筑结构规范n建筑结构设计统一标准建筑结构设计统一标准n建筑结构荷载规范建筑结构荷载规范n混凝土结构设计规范混凝土结构设计规范n砌体结构设计规范砌体结构设计规范n钢结构设计规范钢结构设计规范n建筑结构抗震设计规范建筑结构抗震设计规范n高层建筑结构设计和施工规程高层建筑结构设计和施工规程n地基基础设计规范地基基础设计规范1. 作用的定义：作用的定义：2. 作用的

2、分类：作用的分类： 施加在结构上的集中或分布荷载，以及引起结构外加施加在结构上的集中或分布荷载，以及引起结构外加变形或约束变形（基础沉降、温度变化、焊接等）的原因变形或约束变形（基础沉降、温度变化、焊接等）的原因的总称的总称。(1)(1)按作用形式分类按作用形式分类 直接作用：直接作用：又称荷载，指施加在结构上的集中或分布又称荷载，指施加在结构上的集中或分布荷载。荷载。 间接作用间接作用：引起结构外加变形或约束变形的原因。：引起结构外加变形或约束变形的原因。2.1 结构上的作用结构上的作用 (2) (2)按随时间的变异性分类按随时间的变异性分类永久作用永久作用：在结构使用期间，其值不随时间而变

3、化，：在结构使用期间，其值不随时间而变化，或其变化值与平均值相比可以忽略不计，或其变化是或其变化值与平均值相比可以忽略不计，或其变化是单调的并能趋于限值的作用。单调的并能趋于限值的作用。【 例如例如】结构自重，土压力、预加力、基础沉降、焊结构自重，土压力、预加力、基础沉降、焊接、水的浮力、混凝土收缩及徐变作用等。接、水的浮力、混凝土收缩及徐变作用等。 可变作用可变作用：在结构使用期间，其值随时间而变化，且：在结构使用期间，其值随时间而变化，且其变化值与平均值相比不可以忽略不计的作用。其变化值与平均值相比不可以忽略不计的作用。 偶然作用：偶然作用：在结构使用期间，不一定出现，但一旦出在结构使用期

4、间，不一定出现，但一旦出现，其量值很大且持续时间较短的作用。现，其量值很大且持续时间较短的作用。【 例如例如】 等安装荷载、楼面活荷载、吊车荷载、风荷等安装荷载、楼面活荷载、吊车荷载、风荷载、雪荷载、汽车荷载、汽车离心力、汽车制动力、流载、雪荷载、汽车荷载、汽车离心力、汽车制动力、流水压力、冰压力、温度作用。水压力、冰压力、温度作用。【例如例如】 地震作用（地震力和地震加速度等）、爆炸、地震作用（地震力和地震加速度等）、爆炸、船舶或漂流物的撞击作用、汽车撞击作用等。船舶或漂流物的撞击作用、汽车撞击作用等。 (3)(3)按结构的反应分类按结构的反应分类 静态作用：静态作用： 不使结构或结构构件产

5、生加速度，或不使结构或结构构件产生加速度，或产生的加速度可以忽略不计。产生的加速度可以忽略不计。 动态作用：动态作用： 使结构或结构构件产生不可忽略的加速度。使结构或结构构件产生不可忽略的加速度。【例如例如】结构自重、住宅与办公楼的楼面活荷载等。结构自重、住宅与办公楼的楼面活荷载等。 【例如例如】地震、吊车荷载、设备振动、作用于高耸结构上地震、吊车荷载、设备振动、作用于高耸结构上 的风荷载等。的风荷载等。2.2 极限状态设计法的基本概念极限状态设计法的基本概念结构在规定的设计工作寿命期内必须满足以下结构在规定的设计工作寿命期内必须满足以下各项各项功能要求功能要求n能承受在施工和使用均属正常的情

6、况下可能出现能承受在施工和使用均属正常的情况下可能出现的各种作用；的各种作用；n在正常使用时具有良好的工作性能；在正常使用时具有良好的工作性能；n在正常维护下具有足够的耐久性；在正常维护下具有足够的耐久性；n在设计规定的偶然事件发生时及发生后仍能保持在设计规定的偶然事件发生时及发生后仍能保持必需的整体稳定性。必需的整体稳定性。1.1. 建筑结构的功能建筑结构的功能上述第一、四项指结构的上述第一、四项指结构的安全性安全性，第二项指，第二项指适用适用性性，第三项指，第三项指耐久性耐久性。三者统称结构的。三者统称结构的可靠性可靠性。n房屋建筑在正常设计、正常施工、正常使用和维护（必房屋建筑在正常设计

7、、正常施工、正常使用和维护（必要的检测、防护和维修）下所应达到的持久年限。要的检测、防护和维修）下所应达到的持久年限。n设计使用年限按下表采用设计使用年限按下表采用n设计基准期：是指在计算结构可靠度时考虑各项基本变设计基准期：是指在计算结构可靠度时考虑各项基本变量与时间关系所取用的基准时间。设计基准期为量与时间关系所取用的基准时间。设计基准期为50年年类别类别设计使用年限设计使用年限举举 例例15临时性结构临时性结构225易于替换的结构构件易于替换的结构构件350一般房屋和普通构筑物一般房屋和普通构筑物4100纪念性建筑及其它特殊或重纪念性建筑及其它特殊或重要建筑结构要建筑结构2. 2. 设计

8、使用年限设计使用年限3. 3. 建筑结构的安全等级建筑结构的安全等级n建筑结构设计时，应根据结构破坏可能建筑结构设计时，应根据结构破坏可能产生的产生的后果后果的严重性，采用不同的安全的严重性，采用不同的安全等级等级安全等级安全等级 破坏后果破坏后果建筑结构类型示例建筑结构类型示例一级一级很严重很严重重要的建筑结构重要的建筑结构二级二级严重严重一般的建筑结构一般的建筑结构三级三级不严重不严重不重要的建筑结构不重要的建筑结构4. 4. 两类极限状态两类极限状态n整个结构或结构的某一部分超过某一特定状态整个结构或结构的某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，此特定就不能满足设计规定

9、的某一功能要求，此特定状态就称为该功能的状态就称为该功能的极限状态极限状态。n有效和失效有效和失效极限状态为有效和失效的极限状态为有效和失效的分界分界n根据不同的功能要求，极限状态可分为根据不同的功能要求，极限状态可分为承载能力极限状态承载能力极限状态正常使用极限状态正常使用极限状态承载能力极限状态承载能力极限状态对应于结构或结构构件对应于结构或结构构件达到最大承载能力或不适于继续承达到最大承载能力或不适于继续承载的变形载的变形时的状态。时的状态。n结构构件或连接因材料强度不足而破坏（包括疲劳破结构构件或连接因材料强度不足而破坏（包括疲劳破坏），或因过度的变形而不适于继续承载；坏），或因过度的

10、变形而不适于继续承载；n结构或结构构件丧失稳定（如压屈等）；结构或结构构件丧失稳定（如压屈等）；n结构转变为机动体系；结构转变为机动体系；n整个结构或结构的某一部分作为刚体失去平衡（如倾整个结构或结构的某一部分作为刚体失去平衡（如倾覆等）；覆等）；1.地基丧失承载能力而破坏（如失稳等）；地基丧失承载能力而破坏（如失稳等）；正常使用极限状态正常使用极限状态对应于结构或结构构件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达到正常使用或耐久性能的某项规定限值定限值的状态。的状态。n影响正常使用及外观过大的变形；影响正常使用及外观过大的变形；n影响适用性或耐久性能的局部损坏（包括裂缝）；影响适用

11、性或耐久性能的局部损坏（包括裂缝）；n影响正常使用的振动；影响正常使用的振动；1.影响正常使用的其他特定状态。影响正常使用的其他特定状态。2.3 荷载效应与结构抗力荷载效应与结构抗力 荷载引起的结构或构件的内力、应力、变形、荷载引起的结构或构件的内力、应力、变形、裂缝等的总称。裂缝等的总称。n荷载的标准值：荷载的标准值：在正常使用期间可能出现（具有在正常使用期间可能出现（具有足够的概率保证率）的荷载最大值。足够的概率保证率）的荷载最大值。n永久荷载准值可根据尺寸按材料的容重计算；永久荷载准值可根据尺寸按材料的容重计算；n可变荷载标准值可按标可变荷载标准值可按标荷载规范荷载规范提供的数提供的数值

12、取用。值取用。1.1. 荷载效应荷载效应 荷载的代表值有四种：标准值、组合值、频荷载的代表值有四种：标准值、组合值、频遇值和准永久值。遇值和准永久值。n荷载的组合值：荷载的组合值：考虑多个可变荷载作用在结构考虑多个可变荷载作用在结构上的情况。上的情况。n荷载的准永久值：荷载的准永久值：在结构设计基准期内，其超在结构设计基准期内，其超越的总时间占设计基准期一半的荷载值。越的总时间占设计基准期一半的荷载值。n荷载的频遇值：荷载的频遇值：在结构设计基准期内，其超越在结构设计基准期内，其超越的总时间仅占设计基准期的一小部分。的总时间仅占设计基准期的一小部分。kqqQQ kffQQ kccQQ 2.2.

13、 结构抗力结构抗力n结构构件对抵抗各种作用的承载力，以及对变结构构件对抵抗各种作用的承载力，以及对变形、裂缝等的抵抗能力。形、裂缝等的抵抗能力。n影响抗力大小的因素主要是结构构件的几何尺影响抗力大小的因素主要是结构构件的几何尺寸、所用材料的性能（强度、弹性模量、变形寸、所用材料的性能（强度、弹性模量、变形模量等）、计算模式。模量等）、计算模式。n结构抗力也是一个随机变量结构抗力也是一个随机变量1. 1. 分项系数、结构重要性系数分项系数、结构重要性系数一般结构设计以荷载效应不大于结构抗力为设计准则。不过，荷载的量值与材料强度等都是不定值。因此，采用挖概率理论来研究它们的变化规律，从而指导设计，

14、被称为概率极限状态设计法。两类极限状态的设计表达式两类极限状态的设计表达式2.4该设计法将影响结构安全的因素（荷载、材料、几何尺寸、计算方法）视为随机变量，应用数理统计的概率方法进行分析，将荷载和材料强度的标准值进行放大或折减，形成“分项系数分项系数”。分项系数等价于考虑目标可靠指标（1 1）荷载分项系数荷载分项系数G、Q荷载的设计值与荷载标准值的比值，一般情况下大于荷载的设计值与荷载标准值的比值，一般情况下大于1。（2 2）材料分项系数材料分项系数R材料强度的标准值与材料强度的设计值的比值，其值大材料强度的标准值与材料强度的设计值的比值，其值大于于1。（3 3）结构重要性系数结构重要性系数0

15、考虑结构安全等级而引入的调整系数。考虑结构安全等级而引入的调整系数。2. 2. 承载力极限状态设计表达式承载力极限状态设计表达式0 S RR = R() = R(fck/c , fsk /s , k , )式中：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；为混凝土和钢筋强度标准值(fck 、fsk)、分项系数(c 、s )、几何尺寸标准值以及其它参数的函数。结构构件承载力极限状态设计表达式：0 结构构件的重要性系数，与安全等级对应，对安全等级为一级或设计使用年限为100年级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；用三个分项系数表示为：用三个分项系数表示为：RksRS0结构或构件在持续荷载作用下，其裂缝和变结构或构件在持续荷载作用下，其裂缝和变形会随时间推移而增长，因此讨论其荷载效应时形会随时间推移而增长，因此讨论其荷载效应时应考虑标准组合、频遇组合和准永久组合来进行应考虑标准组合、频遇组合和准永久组合来进行设计。设计。承载能力极限状态为计算；而正常使用极限承载能力极限状态为计算；而正常使用极限状态为验算。状态为验算。3. 3. 正常使用极限状态的验算表达式正