建筑结构设计基本原理

⑴教学目的和要求掌握结构上的荷载；掌握极限状态设计方法。⑵主要内容结构上的荷载、极限状态设计法⑶重点、难点重点及难点：结构上的荷载、极限状态设计法第二章建筑结构设计根本原理第二章建筑结构设计根本原理2.1结构上的荷载1、结构的作用、作用效应、结构抗力及其随机性作用可分为直接作用和间接作用

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。间接作用是指引起结构外加变形或约束变形的原因，如地震、根底沉降、温度变化等。1.永久荷载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载，如结构自重、土压力、预应力等。2.可变荷载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，如楼面活荷载、屋面活荷载、风荷载、雪荷载、吊车荷载等。3.偶然荷载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、撞击力等。2、荷载分类及荷载代表值常用材料单位体积的自重〔单位kN/m3〕

混凝土22~24，

钢筋混凝土24~25，

水泥砂浆20，

石灰砂浆、混合砂浆17，

普通砖18，

普通砖〔机器制〕19，

浆砌普通砖砌体18，

浆砌机砖砌体19。荷载标准值

〔1〕永久荷载标准值按构件尺寸和构件单位体积自重的标准值来确定。2、荷载分类及荷载代表值〔1〕可变荷载标准值〔民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项次类别标准值(kN/m2)组合值系Ψc频偶值系Ψf准永久值系数Ψq1（1）住宅、宿舍、旅馆、办公楼、医院病房、托儿所、幼儿园（2）教室、实验室、阅览室、会议室、医院门诊室2.00.70.50.60.40.52食堂、办公楼中的一般资料档案室2.50.70.60.53（1）礼堂、剧场、影院、有固定座位的看台（2）公共洗衣房3.03.00.70.70.50.60.30.54（1）商店、展览厅、车站、港口、机场大厅及其旅客等候室（2）无固定座位的看台3.53.50.70.70.60.50.50.32、荷载分类及荷载代表值5（1）健身房、演出舞台（2）舞厅4.04.00.70.70.60.60.50.36（1）书库、档案室、储藏室（2）密集柜书库5.012.00.90.90.87通风机房、电梯机房7.00.90.90.88汽车通道及停车库（1）单向板楼盖（板跨不小于2m）客车消防车（2）双向板楼盖和无梁楼盖（柱网尺寸不小于6m×6m）客车消防车4.035.02.520.00.70.70.70.70.70.70.70.70.60.60.60.6〔1〕可变荷载标准值〔民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9厨房（1）一般的（2）餐厅2.04.00.70.70.60.70.50.710浴室、厕所、盥洗室：（1）第1项中的民用建筑（2）其他民用建筑2.02.50.70.70.50.60.40.511走廊、门厅、楼梯：（1）宿舍、旅馆、医院病房、托儿所、幼儿园、住宅（2）办公楼、教室、餐厅、医院门诊部（3）消防疏散楼梯、其他民用建筑2.02.53.50.70.70.70.50.60.50.40.50.312阳台：（1）一般情况（2）当人群有可能密集时2.53.50.70.60.5注：①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。②本表各项荷载不包括隔墙自重和二次装修荷载。〔1〕可变荷载标准值〔民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建筑结构的安全等级安全等级破坏后果建筑物类型一级很严重重要的房屋二级严重一般的房屋三级不严重次要的房屋?建筑结构可靠度设计统一标准?GB50068-2001〔以下简称?统一标准?〕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，采用不同的平安等级。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其预定目的使用的时期。结构的设计使用年限分类设计使用年限示例5临时性结构25易于替换的结构构件50普通房屋和构筑物100纪念性建筑和特别重要的建筑结构2.2极限状态设计法1、建筑结构的平安等级、设计使用年限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。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。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。＊平安性＊适用性＊耐久性例如，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。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。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2、结构的功能要求结构的平安性、适用性和耐久性是结构可靠的标志，总称为结构的可靠性。结构的可靠度是结构可靠性的概率度量，即对结构可靠性的定量描述。结构可靠性的定义是，结构在规定时间内，规定条件下，完成预定功能的能力。当结构的使用年限超过设计使用年限后，并不意味着结构就要报废，但其可靠度将逐渐降低。2.2极限状态设计法〔1〕承载能力极限状态〔2〕正常使用极限状态针对平安性如：整个结构或结构的一局部作为刚体失去稳定；结构构件或连接因材料强度不够而破坏；结构转变为机动体系；结构或结构构件丧失稳定等。针对适用性和耐久性如：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；影响正常使用的振动。2.2极限状态设计法3、结构功能的极限状态

有一农夫，能肩挑300斤

当给他300斤的担子时，

效应刚好等于抗力；

当给他100斤的担子时，

效应小于抗力；

当给他400斤的担子时，

效应大于抗力。挑担子与结构功能函数

2.2极限状态设计法4、结构功能函数结构的功能函数当Ｚ＞0即R＞S时，结构处于可靠状态；

当Ｚ＜0即R＜S时，结构处于失效状态；

当Ｚ=

0即R=S时，结构处于极限状态。

关系式ｇ(S，R)＝R－S＝0称为极限状态方程。2.2极限状态设计法4、结构功能函数1〕由可变荷载效应控制的组合2.2极限状态设计法5、按承载能力极限状态设计的方法—结构构件重要性系数一级=1.1、二级=1.0、三级=0.9按承载能力极限状态设计的实用表达式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2〕由永久荷载效应控制的组合恒荷载

效应设计值活荷载

效应设计值荷载分项系数的取值荷载特性分项系数永久

荷载永久荷载效应对结构不利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1.35永久荷载效应对结构有利1.0倾覆、滑移或飘浮验算0.9可变

荷载一般情况1.4对标准值大于4kN/m2的工业房屋楼面结构的活荷载取1.32.2极限状态设计法6、按正常使用极限状态设计的方法1〕标准组合2〕频遇组合3〕准永久组合混凝土强度设计值=

混凝土强度标准值÷砼材料分项系数γc钢筋强度设计值=

钢筋强度标准值÷钢筋材料分项系数γs永久荷载设计值=永久荷载标准值×永久荷载分项系数γg可变荷载设计值=可变荷载标准值×可变荷载分项系数γq7、设计值与标准值的关系1.2什么是荷载代表值？永久荷载、可变荷载的代表值分别是什么？1.4建筑结构应满足哪些功能要求？其中最重要的一项为哪一项什么？1.6什么是结构功能的极限状态？承载能力极限状态和正常使用极限状态的含义分别是什么？1.7试用结构功能函数描述结构所处的状态。习题1.1某住宅楼面梁，由恒载标准值引起的弯矩Mgk=45kN·m，由楼面活荷载标准值引起的弯矩Mqk=25kN·m，活荷载组合值系数ψc=0.7，结构平安等级为二级。试求按承载能力极限