建筑结构设计基本原理课件

1、建筑结构设计基本原理 教学目的和要求教学目的和要求掌握结构上的荷载；掌握结构上的荷载；掌握极限状态设计方法。掌握极限状态设计方法。 主要内容主要内容结构上的荷载、极限状态设计法结构上的荷载、极限状态设计法 重点、难点重点、难点重点及难点：结构上的荷载、极限状态设计法重点及难点：结构上的荷载、极限状态设计法第二章第二章 建筑结构设计基本原理建筑结构设计基本原理建筑结构设计基本原理第二章第二章 建筑结构设计基本原理建筑结构设计基本原理2.1 结构上的荷载结构上的荷载1 1、结构的作用、作用效应、结构抗力及其随机性、结构的作用、作用效应、结构抗力及其随机性作用可分为作用可分为直接作用直接作用和和间接

2、作用间接作用 直接作用直接作用即习惯上所说的荷载，是指施加在结构上的集中力即习惯上所说的荷载，是指施加在结构上的集中力或分布力系，如结构自重、家具及人群荷载、风荷载等。或分布力系，如结构自重、家具及人群荷载、风荷载等。间接作用间接作用是指引起结构外加变形或约束变形的原因，如地震、是指引起结构外加变形或约束变形的原因，如地震、基础沉降、温度变化等。基础沉降、温度变化等。 建筑结构设计基本原理1.1.永久永久荷载荷载永久荷载亦称恒荷载，是指在结构使用期间，其值永久荷载亦称恒荷载，是指在结构使用期间，其值不随时间变化，或者其变化与平均值相比可忽略不计的荷不随时间变化，或者其变化与平均值相比可忽略不计

3、的荷载，如结构自重、土压力、预应力等。载，如结构自重、土压力、预应力等。2.2.可变可变荷载荷载可变荷载也称为活荷载，是指在结构使用期间，其可变荷载也称为活荷载，是指在结构使用期间，其值随时间变化，且其变化值与平均值相比不可忽略的荷载，值随时间变化，且其变化值与平均值相比不可忽略的荷载，如楼面活荷载、屋面活荷载、风荷载、雪荷载、吊车荷载如楼面活荷载、屋面活荷载、风荷载、雪荷载、吊车荷载等。等。3.3.偶然偶然荷载荷载在结构使用期间不一定出现，而一旦出现，其量值在结构使用期间不一定出现，而一旦出现，其量值很大且持续时间很短的荷载称为偶然荷载，如爆炸力、撞很大且持续时间很短的荷载称为偶然荷载，如爆

4、炸力、撞击力等。击力等。2、 荷载分类及荷载代表值荷载分类及荷载代表值建筑结构设计基本原理常用材料单位体积的自重（单位常用材料单位体积的自重（单位kN/m3kN/m3）混凝土混凝土22242224，钢筋混凝土钢筋混凝土24252425，水泥砂浆水泥砂浆2020，石灰砂浆、混合砂浆石灰砂浆、混合砂浆1717，普通砖普通砖1818，普通砖（机器制）普通砖（机器制）1919，浆砌普通砖砌体浆砌普通砖砌体1818，浆砌机砖砌体浆砌机砖砌体1919。 荷载标准值荷载标准值 （1 1）永久荷载标准值）永久荷载标准值 按构件尺寸和构件单位体积自重按构件尺寸和构件单位体积自重的标准值来确定。的标准值来确定。

5、2、 荷载分类及荷载代表值荷载分类及荷载代表值建筑结构设计基本原理（1 1）可变荷载标准值）可变荷载标准值（民用（民用楼面均布活荷载标准值按下表采用）楼面均布活荷载标准值按下表采用）民用建筑楼面均布活荷载标准值及其组合值、频偶值和准永久值系数民用建筑楼面均布活荷载标准值及其组合值、频偶值和准永久值系数项项次次类类 别别标准值标准值(kN/m(kN/m2 2) )组合组合值系值系 c c频偶频偶值系值系 f f准永久准永久值系数值系数 q q1 1（1 1）住宅、宿舍、旅馆、办公楼、医院）住宅、宿舍、旅馆、办公楼、医院病房、托儿所、幼儿园病房、托儿所、幼儿园（2 2）教室、实验室、阅览室、会议室

6、、）教室、实验室、阅览室、会议室、医院门诊室医院门诊室2.02.00.70.70.50.50.60.60.40.40.50.52 2食堂、办公楼中的一般资料档案室食堂、办公楼中的一般资料档案室2.52.50.70.70.60.60.50.53 3（1 1）礼堂、剧场、影院、有固定座位的）礼堂、剧场、影院、有固定座位的看台看台（2 2）公共洗衣房）公共洗衣房3.03.03.03.00.70.70.70.70.50.50.60.60.30.30.50.54 4（1 1）商店、展览厅、车站、港口、机场）商店、展览厅、车站、港口、机场大厅及其旅客等候室大厅及其旅客等候室（2 2）无固定座位的看台）无固

7、定座位的看台3.53.53.53.50.70.70.70.70.60.60.50.50.50.50.30.32、 荷载分类及荷载代表值荷载分类及荷载代表值建筑结构设计基本原理5 5（1 1）健身房、演出舞台）健身房、演出舞台（2 2）舞厅）舞厅4.04.04.04.00.70.70.70.70.60.60.60.60.50.50.30.36 6（1 1）书库、档案室、储藏室）书库、档案室、储藏室（2 2）密集柜书库）密集柜书库5.05.012.012.00.90.90.90.90.80.87 7通风机房、电梯机房通风机房、电梯机房7.07.00.90.90.90.90.80.88 8汽车通道及

8、停车库汽车通道及停车库（1 1）单向板楼盖（板跨不小于）单向板楼盖（板跨不小于2m2m）客车客车消防车消防车（2 2）双向板楼盖和无梁楼盖（柱网尺寸）双向板楼盖和无梁楼盖（柱网尺寸不小于不小于6m6m6m6m）客车客车消防车消防车 4.04.035.035.02.52.520.020.00.70.70.70.70.70.70.70.70.70.70.70.70.70.70.70.70.60.60.60.60.60.60.60.6（1 1）可变荷载标准值）可变荷载标准值（民用（民用楼面均布活荷载标准值按下表采用）楼面均布活荷载标准值按下表采用）2、 荷载分类及荷载代表值荷载分类及荷载代表值建筑结

9、构设计基本原理9 9厨房（厨房（1 1）一般的）一般的（2 2）餐厅）餐厅2.02.04.04.00.70.70.70.70.60.60.70.70.50.50.70.71010浴室、厕所、盥洗室：浴室、厕所、盥洗室：（1 1）第）第1 1项中的民用建筑项中的民用建筑（2 2）其他民用建筑）其他民用建筑2.02.02.52.50.70.70.70.70.50.50.60.60.40.40.50.51111走廊、门厅、楼梯：走廊、门厅、楼梯：（1 1）宿舍、旅馆、医院病房、托儿所、幼）宿舍、旅馆、医院病房、托儿所、幼儿园、住宅儿园、住宅（2 2）办公楼、教室、餐厅、医院门诊部）办公楼、教室、餐厅

10、、医院门诊部（3 3）消防疏散楼梯、其他民用建筑）消防疏散楼梯、其他民用建筑2.02.02.52.53.53.50.70.70.70.70.70.70.50.50.60.60.50.50.40.40.50.50.30.31212阳台：阳台：（1 1）一般情况）一般情况（2 2）当人群有可能密集时）当人群有可能密集时2.52.53.53.50.70.70.60.60.50.5注：注：本表所列各项活荷载适用于一般使用条件，当使用荷载大时，应按实际情况采用。本表所列各项活荷载适用于一般使用条件，当使用荷载大时，应按实际情况采用。本表各项荷载不包括隔墙自重和二次装修荷载。本表各项荷载不包括隔墙自重和二

11、次装修荷载。（1 1）可变荷载标准值）可变荷载标准值（民用（民用楼面均布活荷载标准值按下表采用）楼面均布活荷载标准值按下表采用）2、 荷载分类及荷载代表值荷载分类及荷载代表值建筑结构设计基本原理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类型建筑物类型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建筑结构可靠度设计统一标准建筑结构可靠度设计统一标准GB50068-2001GB50068-2001（以下简称（以下简称统一标统一标准准）规定，建筑结构设计时，应根据结构破坏可能产生的后果（危及人）规定

12、，建筑结构设计时，应根据结构破坏可能产生的后果（危及人的生命、造成经济损失、产生社会影响等）的严重性，采用不同的的生命、造成经济损失、产生社会影响等）的严重性，采用不同的安全等安全等级级。 设计使用年限设计使用年限，是指设计规定的结构或结构构件不需进行大修即可按，是指设计规定的结构或结构构件不需进行大修即可按其预定目的使用的时期。其预定目的使用的时期。 结构的设计使用年限分类结构的设计使用年限分类设计设计使使 用用 年年 限限 示示 例例5 5临时性结构临时性结构2525易于替换的结构构件易于替换的结构构件5050普通房屋和构筑物普通房屋和构筑物100100纪念性建筑和纪念性建筑和特别重要的建

13、筑结构特别重要的建筑结构2.2 2.2 极极限限状态设计状态设计法法1、建筑结构的安全等级、设计使用年限、建筑结构的安全等级、设计使用年限建筑结构设计基本原理能承受正常施工和使用时的各种作用，以及能承受正常施工和使用时的各种作用，以及偶然事件发生时，仍能保持整体稳定性。偶然事件发生时，仍能保持整体稳定性。在正常使用时，能保证具有良好的工作性能，在正常使用时，能保证具有良好的工作性能，不出现过大的变形和裂缝。不出现过大的变形和裂缝。在正常使用及维护下，具有足够的耐久性能，在正常使用及维护下，具有足够的耐久性能，不发生锈蚀和风化现象。不发生锈蚀和风化现象。安全性安全性适用性适用性耐久性耐久性例如，

14、不会出现影响正常使用的过大变形或振动；不会产生使使用者感到例如，不会出现影响正常使用的过大变形或振动；不会产生使使用者感到不安的裂缝宽度等。不安的裂缝宽度等。 例如，结构材料不致出现影响功能的损坏，钢筋混凝土构件的钢筋不致因保例如，结构材料不致出现影响功能的损坏，钢筋混凝土构件的钢筋不致因保护层过薄或裂缝过宽而锈蚀等。护层过薄或裂缝过宽而锈蚀等。 即结构仅产生局部的损坏而不致发生连续倒塌。即结构仅产生局部的损坏而不致发生连续倒塌。 2.2 极限状态设计法极限状态设计法2、结构的功能要求、结构的功能要求建筑结构设计基本原理结构的结构的安全性安全性、适用性适用性和和耐久性耐久性是结构可靠的标志，总

15、称是结构可靠的标志，总称为结构的为结构的可靠性可靠性。 结构的结构的可靠度可靠度是结构可靠性的是结构可靠性的概率度量概率度量，即对结构可靠性，即对结构可靠性的的定量描述定量描述。 结构结构可靠性可靠性的定义是，结构在规定时间内，规定条件下，的定义是，结构在规定时间内，规定条件下，完成预定功能的能力。完成预定功能的能力。 当结构的使用年限当结构的使用年限超过设计使用年限超过设计使用年限后，并不意味着结构后，并不意味着结构就要报废，但其就要报废，但其可靠度可靠度将将逐渐降低逐渐降低。 2.2 极限状态设计法极限状态设计法建筑结构设计基本原理（1 1）承载能力承载能力极限状态极限状态（2 2）正常使

16、用正常使用极限状态极限状态针对针对安全性安全性如：整个结构或结构的一部分作为刚体失去稳定；如：整个结构或结构的一部分作为刚体失去稳定； 结构构件或连接因材料强度不够而破坏；结构构件或连接因材料强度不够而破坏； 结构转变为机动体系；结构转变为机动体系； 结构或结构构件丧失稳定等。结构或结构构件丧失稳定等。针对针对适用性适用性和和耐久性耐久性如：出现影响正常使用或外观的变形；如：出现影响正常使用或外观的变形； 影响正常使用或耐久性的局部损坏；影响正常使用或耐久性的局部损坏； 影响正常使用的振动。影响正常使用的振动。2.2 极限状态设计法极限状态设计法3、结构功能的、结构功能的极限状态极限状态建筑结

17、构设计基本原理有一农夫，能肩挑有一农夫，能肩挑300斤斤当给他当给他300斤的担子时，斤的担子时，效应刚好等于抗力；效应刚好等于抗力；当给他当给他100斤的担子时，斤的担子时，效应小于抗力；效应小于抗力；当给他当给他400斤的担子时，斤的担子时，效应大于抗力。效应大于抗力。挑担子与结构功能函数挑担子与结构功能函数2.2 极限状态设计法极限状态设计法4、结构功能函数、结构功能函数建筑结构设计基本原理结构的功能函数结构的功能函数 SRRSgZ),(当当0 0 即即 R RS S 时，结构处于时，结构处于可靠状态可靠状态；当当0 0 即即 R RS S 时，结构处于时，结构处于失效状态失效状态；当当

18、= = 0 0 即即 R R = =S S 时，结构处于时，结构处于极限状态极限状态。 关系式关系式(S(S，R)R)R RS S0 0 称为极限状态方程。称为极限状态方程。2.2 极限状态设计法极限状态设计法4、结构功能函数、结构功能函数建筑结构设计基本原理k2k11kiQciniiQQQGGSSSS1）由可变荷载效应控制的组合2.2 极限状态设计法极限状态设计法5、按承载能力极限状态设计的方法、按承载能力极限状态设计的方法结构构件重要性系数结构构件重要性系数一级一级=1.1=1.1、二级、二级=1.0=1.0、三级、三级=0.9=0.90按承载能力极限状态设计的实用表达式按承载能力极限状态

19、设计的实用表达式 RS 0按永久荷载标准值计算的荷载效应值可变荷载效应中的最大值可变荷载的组可变荷载的组合值系数合值系数永久荷载分项系数按可变荷载标准值计算的荷载效应值建筑结构设计基本原理2）由永久荷载效应控制的组合QikciniQiGkGSSS1恒荷载效应设计值活荷载效应设计值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分项系数分项系数永久永久荷载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1.21.2由永久荷载效应控制的组合由永久荷载效应控制的组合1.351.35永久荷载效应对结构有利永久荷载效应对结构有利1.01.0倾覆、滑移或飘浮验算倾覆、滑移或飘浮验算0.90.9可变可变荷载荷载一般情况一般情况1.41.4对标准值大于对标准值大于4kN/m4kN/m2 2的工业房屋楼面结构的活荷载取的工业房屋楼面结构的活荷载取1.31.32.2 极限状态设计法极限状态设计法建筑结构设计基本原理6、按正常使用极限状态设计的方法、按正常使用极限状态设计的方法CS k2k11kiQqiniQfGSSSSk2k1kiQciniQGSSSS1）标准组合2）频遇组合3）准永久组合k1kiQqiniGSSS建筑结构设计基本原理混凝土强度设计值=混凝土强度标准值