结构设计中的总体问题

第二章结构设计中的总体问题§2－1结构上的作用§2－2结构总作用力的估算§2－3结构常用材料的基本性能§2－4结构的承载力设计§2－5结构的抗倾覆设计§2－6结构的变形设计§2－7结构的地基结构设计中的总体问题大体包括以下六相内容：作用力、材料、承载力、倾覆力、刚度和地基。

§2－1结构上的作用有关概念恒荷载楼面活荷载屋面活荷载雪荷载风荷载地震作用2.1建筑结构上的作用力

直接作用

间接作用作用自重雪载施工荷载楼面人群、家具、设备等活荷载风荷载沉降温差地震有关概念结构上的作用：直接施加在结构上的力以及能引起结构外加变形或约束变形的因素的总称。［1］直接施加在结构上的力——荷载地球引力引起的重力荷载、空气流动遇到障碍物引起的风荷载、吊车运行产生的吊车荷载、机器运转产生的振动荷载、爆破荷载、撞击荷载等［2］能引起结构外加变形或约束变形的因素地震、地基沉降、温度变化、混凝土收缩、焊接等作用效应：施加在结构上的各种作用在结构中引起的反应。［1］支座反力［2］内力——弯矩、剪力、轴力［3］变形——挠度、侧移、转角［4］裂缝按作用的范围分按作用时间长短分按引起的反应分分布荷载集中荷载永久荷载（恒载）可变荷载（活载）静荷载动荷载荷载分类偶然荷载分布荷载：分布在体积、面积或线段上的荷载分别称为体荷载、面荷载及线荷载。并统称为分布荷载。集中荷载：若荷载作用范围与构件尺寸相比十分微小，可认为荷载集中作用于一点，称为集中荷载。永久荷载（恒荷载）：在基准使用期内，其值不随时间变化，或变化与平均值相比可忽略不计的荷载。可变荷载（活荷载）：在基准使用期内，其值随时间变化且变化与平均值相比不可忽略的荷载。静荷载：不使结构或构件产生加速度，或所产生的加速度很少可忽略不计的荷载。动荷载：使结构或构件产生不可忽略的加速度的荷载。荷载的标准值荷载的设计值roS≤R恒载:方案阶段根据平均的楼面荷载来估算建筑物自重：木结构—5-7KN/m2钢结构—6-8KN/m2钢筋混凝土和砌体结构—9-11KN/m2活载:实际工程中若干集中荷载作用于楼面—设计利用弯矩等效荷载---均布荷载垂直于建筑物表面上的风荷载标准值按下式计算：wk——风荷载标准值（kN/m2)；βz——高度处的风振系数，考虑脉动风对建筑物的不利影响而将风荷载放大的系数；μs——风载体型系数，与建筑物的体型有关，可查《荷载规范》或由风洞试验确定；μz——风压高度变化系数，与地面粗糙程度和计算高度有关，可查《荷载规范》；w0——基本风压（kN/m2)，以空旷地面10米高度处50年一遇的10分钟内平均最大风速计算确定，可查《荷载规范》。雪荷载屋面水平投影面上的雪荷载标准值按下式计算：sk——雪荷载标准值（kN/m2)；μr——屋面积雪分布系数，与屋面形式有关，可查《荷载规范》；s0——基本雪压（kN/m2)，以一般空旷平坦地面上经统计得出的50年一遇的最大积雪重力（积雪深度×密度）确定，可查《荷载规范》。荷载标准值：在结构的使用期间内可能出现的最大荷载值。荷载大小出现次数平均值平均值＋1标准差平均值＋1.645标准差平均值＋2标准差超越概率5％超越概率2％超越概率16％荷载设计值：考虑不可预测的因素的影响，将荷载标准值乘以荷载分项系数所得的值。荷载分项系数：［1］永久荷载：1.2（1.35）［2］活荷载：1.4（1.3）恒荷载按构件的设计尺寸和材料单位体积的自重计算。楼面活荷载民用建筑楼面使用活荷载：按“等效弯矩”的原则转换成均布荷载的形式。各类民用建筑的楼面活荷载可查《荷载规范》。工业建筑楼面使用活荷载：对于一般金工车间、仪器仪表车间、半导体车间、棉纺织车间、轮胎厂准备车间和粮食加工车间可查《荷载规范》附录，其它应按实际情况考虑，也可采用等效均布荷载代替。屋面活荷载建筑物的屋面水平投影面上的均布荷载分“上人”和“不上人”两种。可查《荷载规范》或教材26页表2－3。地震作用地震的产生地震的名词：震级、震源、震源距、烈度、震中、震中距、大中小震、极震区抗震设计的指导思想：“小震不坏、中震可修、大震不倒”小震-出现最多的众值称为多遇烈度63%中震-超越概率为10%的称为基本烈度大震-超越概率为2%-3%的称为基本烈度地震作骗用地震：由于地壳构造运动使岩层发生断裂、错动而引起的地面振动。全球两而大地震进带环太平洋诸地震带：分布在跑太平洋厚周围，貌像一个器巨大的腾花环，司把大陆术与海洋记分隔开害来。欧亚地震至带：从地中国海向东我，一支兰经中亚互至喜马蹈拉雅山池，然后搅向南经贝我国横兼断山脉兰，过缅武甸，呈剑弧形转钓向东，楚至印度鸣尼西亚径，另一铺支从中所亚向东缝北延伸尖，至堪帜察加，羽分布比需较零散抓。中国主稠要地震醉带我国地处诊全球两大号地震带之塞间，是一画个多地震童国家，地右震带主要飘分布在：正东南—台剖湾和福建斩沿海一带暴，华北—益太行山沿勺线和京津村唐渤地区家，西南—持青藏高原律、云南和命四川西部天，西北—赏新疆和陕患甘宁部分阶地区。震托源：贼地球内务部直接纸发生破志裂的地茅方；泉震炎中：震膨源正对严着的地退面；某震颗中距：样震中到误观测点斩的距离匹；桶震源将深度：榜震源到踢震中的套距离。地震震级浊（里氏震芬级）采用标准地震仪在距震中100km处记录的以微米为单位的地面最大水平位移（振幅）A的常用对数。。震级与地震释放的能量有下列关系：地震烈度地震发生社时某地区和受地震影炉响的强烈低程度。由宏观现名象和地面师运动的物泼理参数共筑同评定。3度：少数人有感，仪器能记录到4-5度：睡觉的人会惊醒，吊灯摆动。6度：器疑皿倾倒，伐房屋轻微隆损坏。7-8耀度：房需屋破坏济，地面毛裂缝。9-10斗度：桥梁事、水坝损勒坏、房屋岗倒塌，地腐面破坏严随重。11-网12度春：毁灭旨性的破庙坏。地震震级双与地震烈伪度的异同信？197绝6年唐口山地震滚，震级谨为7.度8级，搬震中烈狡度为十暗一度；渐受唐山枣地震的美影响，姻天津市疤地震烈然度为八垦度，北骑京市烈板度为六途度，再面远到石球家庄、店太原等慌就只有拘四至五狼度了。200蕉4年1胖2月2芹6日印著尼发生惭里氏8躺.5级辱地震海啸席史卷斯里捡兰卡西钻南部卡腊鲁塔拉扬市上图摄于排2004鹅年1月1瘦日；下图摄于早2004发年12月劣26日上迈午10:牵20基本烈耕度（中喂震）：指某地慕区在今捷后50税年期限封内，一粮般场地键土条件肤下，可阵能遭遇半到的超腾越概率洗为10需%的烈灿度。多遇烈度寸（小震）葬：50年谱超越概核率约为疗63％念的烈度煌。罕遇烈旋度（大演震）：50年虾超越概锹率约为慕2％－浓3％的醉烈度。多遇烈度鸦比基本烈奖度低1.暗55度左涂右；罕遇葱烈度比基编本烈度高昼1.0左专右。抗震设防良烈度＝基胞本烈度抗震设防灰目标小震不饭坏、中缓震可修絮、大震扎不倒抗震设妨计方法概念设计腥、计算设姥计、构造答设计两阶段副设计方烤法：第一阶段燥：6度设姐防地区敢建造于Ⅳ类场地帐土上的高橡层建筑削以及7显度和7点度以上金地区的戴建筑结携构均应怖采用弹性反应胜谱方法进行小震捡作用下的震承载力验燥算；第二阶骂段：特别不规命则的建筑、甲类建滋筑和超过规范仁规定的房惠屋高度的揪建筑应采用时程分析凶法进行多遇辱地震下的幸补充计算什，有薄弱婶层的结构样应进行罕艇遇地震作衡用下的弹妈塑性变形摔计算。作用效察应组合［1］罩永久荷涌载总是绵存在，瞎因此在悟任何一马种组合灿中永久姐荷载产市生的效烫应都必派须参与幼。［2］康活荷载岔同时达拐到最大竞值的可斜能性较聚小，因狠此组合敌系数是销一个小业于或等束于1的泊数。§2－厨2犬结构总颂作用力探的估算竖向重瞎力荷载杯的计算水平风岛荷载的大计算水平地宋震作用至的计算竖向重力际荷载的计尊算［1］总危重力荷载路的计算［2］每依平方米建责筑面积上弟的重力荷桶载计算［3］稀某个构泄件的负挣荷计算定义［1］笨总重力曾荷载的疯计算①据实机计算：将建筑尝物所有关的重力项荷载（眨各种构该配件的累自重及谣楼面使工用活荷外载等）惧精确计久算出来锐。②估算：根据工赌程经验鹊和楼层榆面积计飘算，例选如框架、认框－剪碌结构体绳系群12肺～14仰kN/讽m2剪力墙烦、筒体旧结构体拥系低14众～16响kN/牧m2混合结构然体系（上匠砖混、下魄框架）肿2领0～22陡kN/m2［2］每朱平方米建星筑面积上绞的重力荷荡载估算每平方米巴建筑面积亏上的重力库荷载＝总哨重力荷载烦÷总建筑过面积［3］某谦构件负荷刊计算负荷大小乓＝每平方吊米的重力破荷载×构亡件负荷面待积建筑结水构总作将用力的扯估算2.2.续1竖向荷恋载的估算竖向荷载岂的传递途蜡径：竖向荷味载的分叮配原则廉：地基与基物础的基本若概念室内标叉高室外标高基础埋深基础地渐基N基础：将结构所榜承受的各蜻种作用传违递到地基疏上的结构段组成部分未。地基：支承基础票的土体或他岩体。基础埋如置深度廉：指能够氏提供有仅效侧向烂位移限柔制的土妇体厚度誓。例子:建筑平面疲尺寸为1梳6mx2护4m，1窜0层每层斤楼上的平勇均恒载标裁准值10裙.0KN忠/m2活载标准聋值2.0按KN/m2，求底层狗各柱承受欺的竖向力累标准值。例子:p312.2.艺2风荷载肤的估算风荷载干水平地娘震荷载化在一般久建筑结适构中的蚂传递、乔作用形豪式风荷载欢水平地震屋面墙面屋盖楼盖框架结剩构柱-柱报基砌体结昏构墙-墙托基筒体结构筒壁-筒段基地基垂直于充建筑物炊表面上的风荷猪载标准值差按下式计菊算：wk——风获荷载标瓜准值（奸kN/朴m2)；βz——高撕度处的吩风振系理数，考蠢虑脉动炭风对建伏筑物的嘴不利影胖响而将蜂风荷载雄放大的席系数；μs——风姻载体型遵系数，德与建筑爆物的体大型有关拆，可查究《荷载辛规范》职或由风泳洞试验雄确定；μz——风胖压高度趋变化系霸数，与地面粗糙方程度和计算寻高度有渣关，可章查《荷非载规范编》；w0——基辛本风压业（kN筑/m2)，以吹空旷地面错10米高兆度处50暑年一遇的仪10分钟吃内平均最坊大风速计太算确定，鲁可查《荷鲜载规范》鞠。风荷载在炎一般建筑收结构中的浪分配当楼屋烧盖整体老性很强时：按胳抗侧刚携度分配当楼屋盖贪整体性不很强时：按英抗侧力矛构件的性从属面嗽积分配风荷载的因估算方向μZ-屋面竿取平均江，檐口幼以下一睡律取檐困口高度潜，高层鸽建筑每匠隔2-氧4层取批一值并螺取最高谱层标高冤。雪荷载屋面水平仁投影面上的雪荷乘载标准值摘按下式计触算：sk——雪电荷载标唯准值（映kN/懒m2)；μr——屋面倦积雪分布序系数，与够屋面形式押有关，可登查《荷载尼规范》；s0——基联本雪压川（kN瓶/m2)，顺以一般漆空旷平拨坦地面模上经统疗计得出技的50槐年一遇搅的最大监积雪重策力（积寺雪深度绵×密度决）确定夹，可查械《荷载展规范》段。地震作用赏的大小FEK=mSa=mg(αE/g)(渡Sa/αE)=Geqα1FEK-地震作杜用Sa-地震时指建筑物质寺点最大加云速度反应αE-地震造时地面伐运动的要加速度α1-地震唇影响系蛋数Geq-建筑物素的重力祸荷载Xq=(2FEK/H2)Xq=2FEK/H由温差引鲁起的内力特点：孝随时性监、隐蔽棕性、结厅构刚性革愈大温准度应力孤愈大2.2繁.3水览平地震形作用的精估算工程中解伍决地震反粉应的方法拟静力作法（等壮效荷载匀法）直接动喝力法（布时程分存析法）水平地致震作用据的计算瞧（底部跪剪力法弓）［1］单扣质点体系［2］多榴质点体系［1］单贸质点体系质点(质量m)弹性杆(刚度k)Px0PT0=kx0F=maT=k亏x静平衡瞬时平沈衡无阻尼自形由振动自振周期FEK=mSaFEK——地震说作用标准烦值；Sa—少—质点此的最大佩加速度昆反应值拦。0自振周睬期T最大加速喝度反应值反应谱：单质点体限系在地震久作用下的钩最大动反幻玉应与结构醒体系的自材振周期之备间的关系Geq——等效去重力荷载依；α——地震罗影响系数想。FEK=mSaGeq——等效尊重力荷载取恒载标扔准值和各蚊可变荷载俱组合值之拜和可变荷载烂组合值系侮数屋面活荷载不计入雪荷载0.5屋面积灰荷载0.5按实际情况计算的楼面活荷载1按等效均布荷载计算的楼面活荷载藏书库、档案库0.8其它民用建筑0.5吊车悬吊物重力硬钩吊车0.3软钩吊车不计入α——地运震影响甲系数0.45αmaxη2αmaxαT00.1Tg5Tg6.0［2］乒多质点馅体系m1mim2mnmn－1高度不煮超过4葛0m，检以剪切券变形为厨主且质定量和刚五度沿高谊度分布长比较均亲匀的结痒构可采遮用底部剪力艺法简化计侍算。m1mim2mnHiHx1x2xixnF1F2FiFn侧移与高卫度成正比地震作用年与高度成住正比第一振型α1——相应裳于结构基本迅自振周期（T1）的水平曾地震影响赏系数，多球层砌体房喉屋、底层需框架和多站层内框架铺砖房，可仁取水平地搬震影响系家数最大值冈；Geq——结订构等效驰总重力词荷载，毫单质点监取总重举力荷载山代表值润，多质继点取总膏重力荷灿载代表盐值的0.8辰5；ΔFn—将—顶部附加淘地震作用。结构基川本自振忌周期估算公秋式：总结：地震作用深与什么因生素有关？［1］与滨建筑物的堂重力荷载雹有关：重力荷柏载越大飞，地震男作用就红越大；［2］与尊建筑物的直自振周期锈有关：自振周期锦越大，地略震作用就证越小（或效者说与建税筑物的刚背度有关，样刚度越小继，地震作柔用就越小姜）；［3］胁与建筑锅物所在陷地区有斯关：所在地区协基本烈度对越高，地趴震作用就蹦越大；场授地土越硬役，地震作贵用就越小汁；离震源守越远，地艘震作用越壳大。地震影韵响系数伤曲线αT(S均)0.4颤5αmaxη2αma由xα=(丽Tg/届T)rη2αmaxα=[η20.2r-η1(T-壁5Tg糟)]αmax00.1T g5T应g6.0例子2.3结喝构常用建虏筑材料的认基本性能混凝土轴心抗尼压强度晓标准值抵与立方灵体抗压蔽强度标咳准值的雅关系fck=0.扒88α1α2fcu.k轴心抗拉吩强度与立杠方体抗压斯强度标准察值的关系ftk=0.8态8α20.3原95fcu.姐k0.55(1-1泰.645δ)0.4采5强度设计禁值与强度横标准值的拘关系fc=fck/rcft=ftk/rc注意:葵现浇轴吴压偏压证构件尺隆寸过小棕(边长膀或直径鉴小于3暮00m食m)设井计值与悔强度应垄成以0宴.8混凝土旨的剪变酷模量G窄c、弹基性模量软Ec打、泊松凭比υc=0.怎2Gc=功0.4裕Ec钢筋品种：化学成哀分含碳量碳素钢普通低合乓金钢低碳钢-姥含碳‹0暗.25%中碳钢-蝴含碳0.壳25%-宴0.6%高碳钢-贺含碳0.蚕6%-抓1.4%软钢硬钢大多属炼于软钢含碳强度怠塑性富可焊性钢筋的性缠能钢筋的肺伸长率馅钢筋定的冷弯兔性能迷焊接性旬能冷拉时效班能硬钢软钢轴心受拉扑、小偏心律受拉构件收中的钢筋季抗拉强度旗设计值不储应超过3霸00N/光mm2？钢材厚度盗愈厚，屈予服点愈低钢材Q23嚷5–肆A、B香、C、投D–壤Fb煮Z抬ZTQ345鱼(16M界n)Q39并0(1薪5Mn轿V)A、B革、C、蹄D、EZZ戏T？砌体结理构材料普通砖规交格：24程0。11烟5。53强度最低标临准建筑材料敏的基本性骄能弹性高—卫结构强度跌高恐弹新性模量大觉-结构变趁形小墨延性好-跪破坏前变棚形大？2.4聪结构的绿承载力馒和承载罗力设计建筑结构坟设计的基朝本要求:承载力使用阶段施工阶段傾覆正常使片用变形裂缝破坏、失腊稳、倾覆构件截劈燕面、整橡个结构2.4.近1构件截由面承载力定义：指结举构构件搁的受拉哲、受压材、受弯贯、受扭虫截面抵授抗破坏假的能力嚷。R影响因限素:受力荐状态、铸力学性活能、截瓦面尺寸烘、截面价形状和僚受力方符向。弹性承归载力：塑性承耻载力：截面弹既性承载焦力轴拉：兆R=Nk=fkA轴压：局R=Nk=φfkA受弯：R灵=Mk=fkI/y剪切：R=Vk=fkbI/S受扭：师R=MTk=fkWT截面弹跑性承载妹力轴拉：R燃=Nk=fkA轴压：温R=Nk=φfkA受弯：藏R=Mk=fkU剪切：R=Vk=fkA受扭：吼R=MTk=fkWPT截面塑性暂承载力复合材料例如：钢惹筋混凝土轴压：R侧=Nk=φ(fckAc+fYkAs)2.4每.2结喝构承载苏力静定结构钞承载力超静定罗结构承崭载力塑性铰与团普通铰的搅异同超静定校结构承上载力大菜于静定粗结构承宴载力的垦原因塑性材次料、承胞载力提包高有限境、施工宴复杂？2.4句.3结仰构构件及承载力压设计问愁题定义：结构设计践原则：安倒全可靠、惑适用美观窜、经济合成理。例子：2.5态结构的抹傾覆和圾抗傾覆罚设计建筑物在经水平力作嫌用下有围眨绕旋转轴括向一侧倾邪倒的趋向惭--傾覆产生傾邮覆的力骨矩--傾