第二章混凝土结构设计方法Microsoft PowerPoint 演示文稿

1、第二章 混凝土结构设计方法o 2.12.1结构的作用及作用效应结构的作用及作用效应o 1 1、结构上的作用：、结构上的作用： 结构上的作用是指施加在结构上的集中力和分布力结构上的作用是指施加在结构上的集中力和分布力, ,以以及引起结构外加变形或约束变形的因素。及引起结构外加变形或约束变形的因素。o 直接作用：直接作用：集中力或则分布力；集中力或则分布力；o 间接作用：间接作用：地震、基础差异沉降、温度变形、混凝土地震、基础差异沉降、温度变形、混凝土 的收缩等。的收缩等。o 2、结构效应：、结构效应：由结构上的作用在结构内产生内力和变由结构上的作用在结构内产生内力和变形。（如：轴力、剪力、弯矩、

2、扭矩、及扰度和裂缝等形。（如：轴力、剪力、弯矩、扭矩、及扰度和裂缝等o 3、结构抗力（结构抗力（R）：）：是指整个结构或结构构件承受作是指整个结构或结构构件承受作用效应的能力。用效应的能力。o 影响因素影响因素：（：（1）、结构所用材料；）、结构所用材料； （2）、几何参数；）、几何参数； （3）、计算模式；）、计算模式；第二章 混凝土结构设计方法o 4 4、结构上的荷载：、结构上的荷载：o 1 1）永久荷载：）永久荷载：在结构使用期间，不随时间变化的荷载；在结构使用期间，不随时间变化的荷载；如：结构自重、土压力。如：结构自重、土压力。o 2 2）可变荷载：）可变荷载：在结构使用期间，随时间而

3、变化的荷载；在结构使用期间，随时间而变化的荷载；如：楼面荷荷载，路面、桥梁上的行车荷载、风荷载、如：楼面荷荷载，路面、桥梁上的行车荷载、风荷载、雪荷载等。雪荷载等。o 3 3）偶然荷载：）偶然荷载：出现时间短，其值很大的荷载；如：地出现时间短，其值很大的荷载；如：地震、爆炸、撞击等。震、爆炸、撞击等。第二章 混凝土结构设计方法第二章 混凝土结构设计方法o 5 5、荷载的代表值：、荷载的代表值：o 1 1）荷载的标准值：）荷载的标准值：o 荷载标准值是在结构使用期间内，可能出现的具有荷载标准值是在结构使用期间内，可能出现的具有95%95%保证率的较大荷载值。保证率的较大荷载值。o P PK K：

4、荷载标准值；：荷载标准值； 荷载平均值；荷载平均值； 荷载标准差。荷载标准差。1.645kppPpp第二章 混凝土结构设计方法o 、永久荷载的标准值永久荷载的标准值（ ）o 按照结构构件的尺寸和结构材料的标准中立密度计按照结构构件的尺寸和结构材料的标准中立密度计算而得；算而得；o 、可变荷载的标准值、可变荷载的标准值（ ）kGkQ1.645kGGQ第二章 混凝土结构设计方法o 2）、可变荷载的组合值：）、可变荷载的组合值：o 在结构上同时作用多个可变荷载时，各种荷载同时出在结构上同时作用多个可变荷载时，各种荷载同时出现所采用的代表值；现所采用的代表值；o 3）、可变荷载的准永久值：）、可变荷载

5、的准永久值：o 为考虑可变荷载长期使用时组合时采用的荷载代表值为考虑可变荷载长期使用时组合时采用的荷载代表值c可变荷载组合值=可变荷载标准值q可变荷载准永久值=可变荷载标准值第二章第二章 混凝土结构设计方法混凝土结构设计方法o 4）、可变荷载的频遇值：）、可变荷载的频遇值：o 为考虑可变荷载超越时间小或超越频率为规定次数的为考虑可变荷载超越时间小或超越频率为规定次数的荷载代表值。荷载代表值。f可变荷载频遇值=可变荷载标准值o 2.2 2.2 结构的可靠度结构的可靠度o 1 1、结构满足的功能要求：、结构满足的功能要求：o （1 1）安全性：）安全性：在正常的施工和使用时，能承受可能出在正常的施

6、工和使用时，能承受可能出现的各种作用；以及偶然时间发生时发生后，仍能保持现的各种作用；以及偶然时间发生时发生后，仍能保持必须的整体稳定性。必须的整体稳定性。o （2 2）适用性：）适用性：在正常使用时具有良好的工作性能，如在正常使用时具有良好的工作性能，如不出现过大的变形或过宽的裂缝等。不出现过大的变形或过宽的裂缝等。o （3 3）耐久性：）耐久性：在正常的维护下具有足够的耐久性能，在正常的维护下具有足够的耐久性能，如结构材料的风化、腐蚀和老化不超过一定限度等。如结构材料的风化、腐蚀和老化不超过一定限度等。第二章第二章 混凝土结构设计方法混凝土结构设计方法o 2 2、可靠性及可靠度、可靠性及可

7、靠度o 可靠性：可靠性：结构在规定的时间内，在规定的条件下，完成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。预定功能的能力。o 可靠度：可靠度：结构在规定的时间内，在规定的条件下，完成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。预定功能的概率。o 3 3、设计的使用年限、设计的使用年限o 指设计规定结构或则结构构件不需要大修即可达到指设计规定结构或则结构构件不需要大修即可达到按其预定目的使用的时期。按其预定目的使用的时期。第二章第二章 混凝土结构设计方法混凝土结构设计方法第二章第二章 混凝土结构设计方法混凝土结构设计方法表表2-1 设计使用年限设计使用年限类别类别设计使

8、用年限设计使用年限/a/a示例示例1 15 5临时性结构临时性结构2 22525易替换的结构构件易替换的结构构件3 35050普通房屋和构筑物普通房屋和构筑物4 4100100纪念性建筑和特别重要的建筑物纪念性建筑和特别重要的建筑物第二章第二章 混凝土结构设计方法混凝土结构设计方法o 4 4、结构的安全等级、结构的安全等级o 表表2-2 2-2 建筑结构的安全等级建筑结构的安全等级安全等级安全等级破坏后果破坏后果建筑物的类别建筑物的类别一级一级很严重很严重重要的房屋重要的房屋二级二级严重严重一般的房屋一般的房屋三级三级不严重不严重次要的房屋次要的房屋第二章第二章 混凝土结构设计方法混凝土结构设

9、计方法o 2.1 2.1 结构材料强度结构材料强度o 1 1、材料的强度标准值、材料的强度标准值o 钢筋和混凝土的标准值是钢筋混凝土结构按极限状态钢筋和混凝土的标准值是钢筋混凝土结构按极限状态设计时采用材料的强度基本代表值。设计时采用材料的强度基本代表值。o 式中：式中：为与材料强度实际强度为与材料强度实际强度f低于低于fk的概率有关的的概率有关的保证率；保证率； 分别表示材料强度平均值和标准分别表示材料强度平均值和标准差。差。kfffff、第二章第二章 混凝土结构设计方法混凝土结构设计方法o 2、材料的强度设计值、材料的强度设计值 混凝土和钢筋的强度设计值为强度标准值除以相应混凝土和钢筋的强

10、度设计值为强度标准值除以相应的的材料强度分项系数材料强度分项系数。 材料的强度分项系数是考虑的材料的离散性和施工中不材料的强度分项系数是考虑的材料的离散性和施工中不可避免的偏差带来的影响。可避免的偏差带来的影响。,skck kcsfffcfs第二章第二章 混凝土结构设计方法混凝土结构设计方法o 分项系数的确定：分项系数的确定：o 建筑工程中混凝土的材料分项系数建筑工程中混凝土的材料分项系数 ；热扎；热扎钢筋的的材料分项系数钢筋的的材料分项系数 ；预应力钢筋；预应力钢筋 。o 桥涵规范中：桥涵规范中： ；热扎钢筋；热扎钢筋 ；预应；预应力钢筋力钢筋 ； 1.4c1.1s1.45c1.2s1.25

11、s1.2so 2.3 2.3 极限状态设计法极限状态设计法o 1 1、结构的极限状态、结构的极限状态 整个结构或结构的一部分超过某一特定状态，或不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。能满足设计规定的某一功能要求的特定状态。o （1 1）、承载力极限状态）、承载力极限状态 结构或构件达到最大承载力或产生不适于继续承载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。的变形。如倾覆、疲劳破坏、压屈等。 出现下列状态之一时，认为超过承载力极限状态：出现下列状态之一时，认为超过承载力极限状态：第二章第二章 混凝土结构设计方法混

12、凝土结构设计方法o 整个结构或结构的一部分作为刚体失去平衡（如倾覆整个结构或结构的一部分作为刚体失去平衡（如倾覆等）；等）； o 、结构构件或连接因材料强度被超过而破坏、结构构件或连接因材料强度被超过而破坏( (包括疲包括疲劳破坏劳破坏) )，或因过度的塑性变形而不适于继续承载，或因过度的塑性变形而不适于继续承载( (如受如受弯构件中的少筋梁弯构件中的少筋梁) )；o 、结构转变为机动体系、结构转变为机动体系( (如超静定结构由于某些截面如超静定结构由于某些截面的屈服，使结构成为几何可变体系的屈服，使结构成为几何可变体系) )；o 、结构或构件丧失稳定、结构或构件丧失稳定( (如细长柱达到临界

13、荷载发生如细长柱达到临界荷载发生压屈压屈) )。第二章第二章 混凝土结构设计方法混凝土结构设计方法o （2 2）、承载力极限状态）、承载力极限状态 正常使用极限状态对应于结构或结构构件达到正常使正常使用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限值。这一状态对应于用或耐久性能的某项规定限值。这一状态对应于适用性适用性或耐久性或耐久性的功能。的功能。o 当结构或结构构件出现下列状态之一时，即认为超过了当结构或结构构件出现下列状态之一时，即认为超过了正常使用极限状态：正常使用极限状态： 第二章第二章 混凝土结构设计方法混凝土结构设计方法 影响正常使用或外观的变形；影响正常使用或外

14、观的变形； 影响正常使用或耐久性能的局部损坏（包括裂缝）；影响正常使用或耐久性能的局部损坏（包括裂缝）； 影响正常使用的振动；影响正常使用的振动； 影响正常使用的其他特定状态等。影响正常使用的其他特定状态等。第二章第二章 混凝土结构设计方法混凝土结构设计方法第二章第二章 混凝土结构设计方法混凝土结构设计方法o 2 2、结构的功能函数和极限状态方程、结构的功能函数和极限状态方程o （1 1）极限状态方程：）极限状态方程：o 当：当： 时，称为极限状态。时，称为极限状态。1212(,)(,)0nnZg XXXZg XXXo （2 2）结构功能函数：）结构功能函数： 作用效应作用效应 结构上的各种作

15、用，在结构内产生结构上的各种作用，在结构内产生的的内力内力（轴力、弯矩、剪力、扭矩等）（轴力、弯矩、剪力、扭矩等）和和变形变形（如（如挠度、转角、裂缝等）的总称挠度、转角、裂缝等）的总称，用，用S 表示。由直接表示。由直接作用产生的效应，通常称为荷载效应。作用产生的效应，通常称为荷载效应。SRRSgZ),(第二章第二章 混凝土结构设计方法混凝土结构设计方法o 结构抗力结构抗力 结构或构件承受作用效应的能力，如构结构或构件承受作用效应的能力，如构件的承载力、刚度、抗裂度等，用件的承载力、刚度、抗裂度等，用R R表示。结构抗力是表示。结构抗力是结构内部固有的，其大小主要取决于结构内部固有的，其大小

16、主要取决于材料性能、构件几材料性能、构件几何参数及计算模式的精确性等何参数及计算模式的精确性等。 当当Z0Z0时，结构处于可靠状态。时，结构处于可靠状态。 当当Z0Z0时，结构处于失效状态。时，结构处于失效状态。 当当Z Z0 0时，结构处于极限状态。时，结构处于极限状态。第二章第二章 混凝土结构设计方法混凝土结构设计方法o 3 3、结构可靠度的计算、结构可靠度的计算o （1 1）结构的失效概率：）结构的失效概率：o 荷载效应荷载效应S S、结构抗力结构抗力R R都是随机变量，假定都是随机变量，假定R R、S S相互独相互独立且服从正态分布时，功能函数立且服从正态分布时，功能函数Z Z也服从正

17、态分布。也服从正态分布。第二章第二章 混凝土结构设计方法混凝土结构设计方法第二章第二章 混凝土结构设计方法混凝土结构设计方法o 可靠概率可靠概率P Ps s: :结构完成预定功能的概率：结构完成预定功能的概率： P P s s= =P P ( (Z Z 0) 0) o 失效概率失效概率P Pf f : :结构不能完成预定功能的概率结构不能完成预定功能的概率P P f f= =P P ( (Z Z0 ) 0 ) P P s s + +P P f f =1 =1 P P f f =1- =1- P P s s o 若若RNRN( ( R R , , R R) )，S NS N( ( S S , ,

18、 S S) ) ，且且R R、S S 相互独立相互独立 Z=R-S NZ=R-S N( ( z z , , z z) ) ， z z = = R R - - S S ， 2 2z z= = 2 2R R + + 2 2S S 2100210exp2ZZZfZPP Zf Z dZdZo (2)(2)结构的可靠指标结构的可靠指标o 令令 dXedxePXXf22212121121 122SRSRZZ 第二章第二章 混凝土结构设计方法混凝土结构设计方法o 可用结构可靠指标可用结构可靠指标 来度量结构的可靠性。来度量结构的可靠性。 与失与失效概率效概率P Pf f 有一一对应关系。有一一对应关系。第二

19、章第二章 混凝土结构设计方法混凝土结构设计方法o （3 3）设计可靠指标）设计可靠指标 ： o 作为结构设计或构件设计所对应的可靠指标，称设计可作为结构设计或构件设计所对应的可靠指标，称设计可靠指标，又称目标可靠度指标。靠指标，又称目标可靠度指标。第二章第二章 混凝土结构设计方法混凝土结构设计方法第二章第二章 混凝土结构设计方法混凝土结构设计方法o 2.42.4极限状态表达式极限状态表达式o 1 1、承载力极限状态表达式：、承载力极限状态表达式：o （1 1）基本表达式：）基本表达式：o 承载能力极限状态采用如下设计表达式：承载能力极限状态采用如下设计表达式：o o0结构重要性系数结构重要性系

20、数 安全等级为一级安全等级为一级1.1 ； 安全等级为二级安全等级为二级 1.0 ； 安全等级为三级安全等级为三级 0.9。 第二章第二章 混凝土结构设计方法混凝土结构设计方法o S荷载效应组合的设计值；荷载效应组合的设计值； 分别可以表示轴力、弯矩、剪力、扭矩；分别可以表示轴力、弯矩、剪力、扭矩；o R结构构件承载力的设计值。结构构件承载力的设计值。 (,)(,)ckskcskkcsffRR ffR第二章第二章 混凝土结构设计方法混凝土结构设计方法o 2 2、荷载效应组合的设计值、荷载效应组合的设计值S S：o 荷载效应基本组合设计值荷载效应基本组合设计值 对于基本组合，荷载效应组对于基本组

21、合，荷载效应组合的设计值合的设计值S S应从由可变荷载效应控制的组合和由永久应从由可变荷载效应控制的组合和由永久荷载效应控制的组合中取最不利值确定。荷载效应控制的组合中取最不利值确定。 1 1）由可变荷载效应控制的组合）由可变荷载效应控制的组合k11kk2()nGGQQQiciQiiSSSSo G ：永久荷载分项系数；：永久荷载分项系数； SGk ：永久荷载标准值：永久荷载标准值Gk 计算的荷载效应值；计算的荷载效应值； Qi ：第：第i个可变荷载的分项系数；个可变荷载的分项系数； SQik ：按可变荷载标准值：按可变荷载标准值Qi计算的荷载效应值计算的荷载效应值; ci ：可变荷载：可变荷载

22、Qi的组合值系数，民用建筑楼面均布的组合值系数，民用建筑楼面均布 活荷载、屋面均布活荷载的组合值系数；活荷载、屋面均布活荷载的组合值系数； n ：参组合的可变荷载；参组合的可变荷载；第二章第二章 混凝土结构设计方法混凝土结构设计方法第二章第二章 混凝土结构设计方法混凝土结构设计方法o 2）由永久荷载效应控制的组合）由永久荷载效应控制的组合)(10QikciniQiGkGSSS荷载分项系数的取值荷载分项系数的取值荷载特性荷载特性荷载分项系数荷载分项系数永久荷载永久荷载永久荷载效应永久荷载效应对结构不利对结构不利由可变荷载效应控制的组合由可变荷载效应控制的组合1.2由永久荷载效应控制的组合由永久荷

23、载效应控制的组合1.35永久荷载效应对结构有利永久荷载效应对结构有利1.0倾覆、滑移或飘浮验算倾覆、滑移或飘浮验算0.9可变荷载可变荷载一般情况一般情况1.4对标准值大于对标准值大于4kN/m2的工的工业房屋楼面结构的活荷载取业房屋楼面结构的活荷载取1.3第二章第二章 混凝土结构设计方法混凝土结构设计方法o 3 3）一般排架、框架结构的简化表达式）一般排架、框架结构的简化表达式 对一般排架、框架结构，可不区分第一可变荷载和第对一般排架、框架结构，可不区分第一可变荷载和第i i个可变荷载，并采用相同的组合值系数，个可变荷载，并采用相同的组合值系数，其荷载效应组其荷载效应组合设计值取由可变荷载效应控制和由永久荷载效应控制合设计值取由可变荷载效应控制和由永久荷载效应控制的组合值中的最不利值。的组合值中的最不利值。由可变荷载效应控制的组合按由可变荷载效应控制的组合按下式计算：下式计算：k11kGGQQSSSo 由永久荷载效应控制的组合：由永久荷载效应控制的组合：o 4 4）荷载