砌体第2章砌体结构设计方法.ppt

1、第二章，砌体结构设计方法，学习理解我国规范中砌体结构设计可靠性理论的要点。掌握我国砌体结构的概率极限状态设计方法。掌握砌体强度标准值和设计值的取值原则。2.1砌体结构设计方法的演变和发展轨迹：古代经验法容许应力设计法破坏阶段设计法极限状态设计法1。直接体验法：2 .许用应力设计方法：将砌体视为理想的弹性材料，不考虑结构材料的塑性，根据材料力学方法计算构件在外荷载作用下的应力，要求构件在荷载作用下的计算应力不超过砌体材料的许用应力。其一般表达式为：为保证结构安全，根据经验引入大于1的安全系数K，然后引入许用应力：3。失效强度设计方法与实际情况有很大不同。20世纪40年代，砌体结构采用了破坏强度设

2、计方法，又称极限荷载设计方法，其中：安全系数、荷载标准值产生的内力、结构构件的抗力函数、砌体的平均极限强度、截面的几何特征值、用4和3系数表示的极限状态设计方法，考虑到荷载的不确定性和材料强度的变异性，1955年前苏联颁布了极限状态设计规范(HNTY120-55)。其一般表达式为：其中：荷载系数、构件工作状态系数、砌体均匀系数、砌体强度标准值、承载力极限状态，三种极限状态：(1)承载力极限状态；(2)极限变形状态；(3)裂纹发生和发展极限状态。三个系数：(1)荷载系数n考虑了统计荷载标准值的超载；(2)材料系数k考虑了材料性能的变化；(3)工作系数m考虑了不同工作条件下材料的作用程度。20世纪

3、50年代至70年代初，我国采用了前苏联规定的三系数极限状态设计方法，这也是我国砌体结构设计方法及其应用规范的第一阶段。5.多系数分析总系数表示的极限状态设计法(第二阶段)，采用多系数分析和单系数表达的方法进行改进。1973年，我国自行编制的第一部砌体结构设计规范(GBJ373)采用了半概率极限状态设计方法，承载力设计表达式为：上述公式中的安全系数为：K1砌体强度变异影响系数(类似试件的统计分析)，K2砌体强度变异影响系数由于缺乏系统的试验，K3砌体质量影响系数，K4尺寸偏差影响系数和计算假设误差，K5荷载变异影响系数C同时考虑了各种最不利因素的组合系数。优点：安全系数由多系数分析和单系数表达式

4、确定，计算方便直观；缺点：无法定量计算设计结构的保证率。6.用分项系数表示的极限状态设计法(第三阶段)通过将概率论引入结构设计，可以定量地估计结构的可靠性水平。我国1988年砌体结构设计规范(GBJ388)和现行规范(GB50003-2011)均采用基于概率论的极限状态设计方法。根据现行建筑结构设计统一标准(GB500682001)，设计中考虑了两种极限状态：(1)承载力极限状态设计的验算保证；(2)保证正常使用极限状态的结构措施。砌体结构按承载力极限状态设计时的计算公式为：建筑结构的安全等级；2.3基于概率论的极限状态设计方法；1.极限状态。砌体结构的设计方法与钢筋混凝土结构和其他材料结构相

5、同。它采用了建筑结构可靠性设计统一标准(GB 50068)中规定的基于概率论的极限状态设计方法，用可靠性指标来衡量结构构件的可靠性，并采用了部分可靠性指标的设计表达式极限状态的定义：如果整个结构或部分结构超过某一特定状态，就不能满足设计中规定的某一功能要求。这种特定状态称为函数的极限状态。承载能力的极限状态是正常使用的极限状态。建筑结构必须满足以下功能(安全性、适用性和耐久性):1 .它可以承受各种功能(负载、温度等)。)可能发生在正常施工和正常使用期间。与该功能相对应的极限状态是承载能力的极限状态。当一个结构或构件处于下列状态之一时，就被认为已经超过了承载能力的极限状态：整个结构或结构的一部

6、分失去了作为刚体的平衡(如倾覆等)。)；结构构件或连接因超过材料强度而损坏；该结构成为一个移动系统；结构或结构构件稳定性的丧失(如弯曲等)。)。对于砌体结构，应按承载力极限状态计算结构和构件，以保证各控制截面不被破坏，一般考虑第二种情况(材料强度)；对于某些构件(如悬臂梁和挡土墙)，应考虑第一种情况(倾覆)。2.正常使用时工作性能良好。该功能对应的极限状态主要是正常使用的极限状态。如果变形过大，裂纹过大，振动过大，影响正常使用，即超出正常使用的极限状态。对于正常使用的极限状态，砌体结构主要体现在墙柱高厚比的验算中，其余一般由结构措施保证，不进行验算；只有在少数情况下，才需要检查部件的变形。3.

7、在正常维护下，它具有足够的耐用性。砌体结构由结构措施保证。4.在意外事件(如地震)期间和之后，结构的整体稳定性仍然可以保持。(2)结构构件的极限状态方程，由于荷载效应和抗力不是确定性变量，而是随着荷载、材料强度、计算模式和几何尺寸等的变化而具有明显的随机性。应该用随机变量或随机过程来描述。表示结构或构件横截面上的“作用效应”,即各种作用产生的内力和变形。表示结构或构件横截面上的“阻力”,即结构或构件承受内力和变形的能力。作用效果和结构阻力的分布曲线如图所示，纵坐标为概率密度。从图中可以看出，当的平均值大于平均值时，不能说结构是绝对安全的，因为两条曲线仍有交叉部分。例如，对应于图形上的点的效果，

8、存在一个存在的概率。结构的可靠性是指这一事件发生的概率。根据概率方法，很难保证“结构绝对安全”的设计，结构设计不可能不冒一定的风险，但风险应该是人们能够接受的最小风险。也就是说，在结构设计中，结构达到极限状态的概率应该足够小。3.可靠性指数。假设两个独立的随机变量是正态分布的，它们的差异也是正态分布的。它：均方差(或均方差)，Z的概率密度函数，失效概率：即阴影面积。结构构件的可靠性指标定义为：可靠性指标与失效概率之间存在对应关系：标准正态分布函数，从公式中可以看出，失效概率会随着概率的增加而降低。从图中还可以看出，该值随着增加或减少而增加。增加意味着曲线向右移动，减少意味着曲线变得更陡。这两点

9、都将减少图中阴影线的面积(即故障概率)。因此，该值能够反映结构的可靠性，是衡量可靠性的指标。值越大，结构构件越可靠。4.设计表达式：在根据极限承载力状态进行设计时，在实际设计中，为了满足这个不等式的要求，考虑了t在大多数情况下，砌体结构主要是承重结构。该规范增加了主要承受自重的内力组合。当砌体结构按承载力极限状态设计时，应按下列公式中最不利的组合计算：可变荷载效应，永久荷载效应，其中：结构重要系数；永久荷载标准值的影响；在基本组合中起控制作用的可变荷载标准值的影响；第一可变荷载标准值的影响；结构构件的抗力功能；可变荷载的分项系数；第一可变荷载的组合值系数一般取0.7；在某些情况下，取0.9。砌

10、体强度设计值和几何参数的标准值。当只有一个可变荷载时，第二组合的第二系数为1.0，可以简化，按以下两种最不利的组合进行计算：如果砌体结构作为刚体需要检查整体稳定性，如倾覆、滑动、上浮等。应根据以下公式进行检查。分析表明，采用两种荷载效应组合模式提高了基于自重的砌体结构的可靠性，两种设计表达式的极限荷载效应值为0.376，即可变荷载效应与永久荷载效应之比，即当、由、何时、由、控制时，砌体强度标准值与设计值之比为2.4，砌体强度标准值(砌体强度特征值)考虑砌体强度的变异性。 根据建筑结构可靠性设计统一标准的要求，统一规定了平均强度0.05百分位值的概率密度分布函数，即标准值应有95%的保证率。 这

11、表明强度标准值是低强度值，强度低于该标准值的概率为5%。根据统计数据，各种砌体的强度均服从正态分布，因此砌体的抗压强度、轴向抗拉强度、抗弯抗拉强度和抗剪强度的标准值分别表示为：和5%。其次，一般情况下，根据施工质量控制水平，砌体强度设计值和砌体结构材料性能分项系数应考虑为乙级。当施工质量控制等级为c级时，取。当A级取1.5时，砌体的抗压强度、轴向抗拉强度、抗弯抗拉强度和抗剪强度的设计值分别表示为：和。考虑到结构中材料强度与试件强度的差异以及几何参数和计算方式的不确定性对阻力的影响，材料强度进一步降低。我国砌体工程施工质量验收规范(GB 50203-2002)规定了施工质量控制等级，根据现场质量

12、管理的综合水平、砂浆和混凝土强度、砂浆搅拌方法和砌体工人的技术水平，分为甲、乙、丙三个等级。施工质量控制水平的选择应得到设计单位和施工单位的同意，设计中采用的施工质量控制水平应在工程设计图纸中规定。本规范列出了施工质量控制等级为乙级时，各类砌体的抗压强度、抗拉强度和抗剪强度的设计值.当施工质量控制等级为C时，表中数值应乘以调整系数；当施工质量控制等级为甲级时，表中砌体强度设计值可增加5。一、划分施工质量等级时，下列情况下各类砌体的强度设计值应乘以调整系数：非钢筋砌体构件的截面面积，对于配筋砌体构件，当砌体的截面积，考虑局部缺陷对小截面构件的相对影响(单个砌块强度的变化可能影响所有截面的强度)，局部受压计算中的强度不乘以该系数。试验表明，在砂浆强