建筑结构 PPT课件 第2章 建筑结构设计基本原理

建筑结构机械工业出版社第2章建筑结构设计基本原理本章教学目标1.掌握荷载分类、荷载代表值的概念及种类；2.掌握结构的功能及其极限状态的含义；3.熟悉确定永久荷载、可变荷载的代表值；4.了解概率极限状态实用设计表达式2.1荷载一、荷载分类按随时间的变异，结构上的荷载可分为以下三类：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。此外，荷载按作用面大小可分为均布面荷载、集中荷载和线荷载；按荷载作用方向可分为垂直荷载和水平荷载。二、荷载代表值1.荷载标准值作用于结构上荷载的大小具有变异性。荷载标准值就是结构在设计基准期内具有一定概率的最大荷载值，它是荷载的基本代表值。这里所说的设计基准期，是为确定可变荷载代表值而选定的时间参数，一般取为50年。（1）永久荷载标准值永久荷载主要是结构自重及粉刷、装修、固定设备的重量。由于结构或非承重构件的自重的变异性不大，一般以其平均值作为荷载标准值，即可按结构构件的设计尺寸和材料或结构构件单位体积（或面积）的自重标准值确定。对于自重变异性较大的材料，在设计中应根据其对结构有利或不利的情况，分别取其自重的下限值或上限值。（2）可变荷载标准值民用建筑楼面均布活荷载标准值及其组合值、频偶值和永久值系数应按教材表2.2采用。2.可变荷载准永久值可变荷载在设计基准期内会随时间而发生变化，并且不同可变荷载在结构上的变化情况不一样。如住宅楼面活荷载，人群荷载的流动性较大，而家具荷载的流动性则相对较小。在设计基准期内经常达到或超过的那部份荷载值（总的持续时间不低于25年），称为可变荷载准永久值。它对结构的影响类似于永久荷载。可变荷载准永久值可表示为ψqＱk，其中Ｑk为可变荷载标准值，ψq为可变荷载准永久值系数。

3.可变荷载组合值两种或两种以上可变荷载同时作用于结构上时，所有可变荷载同时达到其单独出现时可能达到的最大值的概率极小，因此，除主导荷载（产生最大效应的荷载）仍可以其标准值为代表值外，其他伴随荷载均应以小于标准值的荷载值为代表值，此即可变荷载组合值。可变荷载组合值可表示为ψcＱk。其中ψc为可变荷载组合值系数。2.2建筑结构设计方法一、极限状态1、结构的功能要求（1）结构的安全等级（2）

结构的设计使用年限（3）结构的功能要求建筑结构在规定的设计使用年限内应满足安全性、适用性和耐久性三项功能要求。

安全性指结构在正常施工和正常使用的条件下，能承受可能出现的各种作用；在设计规定的偶然事件（如强烈地震、爆炸、车辆撞击等）发生时和发生后，仍能保持必需的整体稳定性，即结构仅产生局部的损坏而不致发生连续倒塌。

适用性指结构在正常使用时具有良好的工作性能。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。

耐久性指结构在正常维护条件下具有足够的耐久性能，即在正常维护条件下结构能够正常使用到规定的设计使用年限。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。2.结构功能的极限状态（1）承载能力极限状态这种极限状态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载的变形。承载能力极限状态主要考虑关于结构安全性的功能。超过这一状态，便不能满足安全性的功能。当结构或结构构件出现下列状态之一时，即认为超过了承载能力极限状态：

1)结构构件或连接因材料强度不够而破坏；

2)整个结构或结构的一部分作为刚体失去平衡（如倾覆等）（图2.1a）；

3)结构转变为机动体系(图2.1b)；

4)结构或结构构件丧失稳定（如柱子被压曲等）(图2.1c)。（2）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达到正常使用或耐久性能的某项规定限值。超过这一状态，便不能满足适用性或耐久性的功能。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：

1)影响正常使用或外观的变形；

2)影响正常使用或耐久性能的局部损坏（包括裂缝）；

3)影响正常使用的振动；影响正常使用的其他特定状态等。虽然超过正常使用极限状态的后果一般不如超过承载能力极限状态那样严重，但也不可忽视。例如过大的变形会造成房屋内粉刷层剥落，门窗变形，屋面积水等后果；水池和油罐等结构开裂会引起渗漏等等。3.结构的功能函数及有关概念（1）作用效应和结构抗力作用效应是指结构上的各种作用，在结构内产生的内力（轴力、弯矩、剪力、扭矩等）和变形（如挠度、转角、裂缝等）的总称，用S表示。由直接作用产生的效应，通常称为荷载效应。结构抗力是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R表示。结构抗力是结构内部固有的，其大小主要取决于材料性能、构件几何参数及计算模式的精确性等。（2）结构的功能函数结构的工作性能可用下列结构功能函数Z来描述。为简化起见，仅以荷载效应S和结构抗力R两个基本变量来表达结构的功能函数，则有

二、实用设计表达式1.按承载能力极限状态设计的实用表达式（1）实用表达式结构构件的承载力设计应采用下列极限状态设计表达式：二、实用设计表达式（2）荷载效应基本组合设计值《荷载规范》规定，对于基本组合，荷载效应组合的设计值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。

—第G个永久荷载分项系数；

—第G个永久荷载标准值计算的荷载效应值；

—第i个可变荷载的分项系数，其中为主导可变荷载的分项系数，

—第i个可变荷载标准值计算的荷载效应值，其中为诸可变荷载效应中最大值；

—第i个可变荷载设计使用年限的调整系数，其中为主导可变荷载设计使用年限的调整系数；

—可变荷载的组合值系数；

—参与组合的永久荷载数；

—参与组合的可变荷载数。2）由永久荷载效应控制的组合2.按正常使用极限状态设计的实用表达式正常使用极限状态设计表达式中，荷载取用代表值（标准值、组合值、频遇值或准永久值），不考虑分项系数，也不考虑结构重要性系数。《