结构设计方法PPT[详细]

1、第三章 结构设计方法,第三章 结构设计方法 Design Approach,第三章 结构设计方法,Questions 1 What working states should be considered for practical structures? 2 How to ensure the safety and serviceability of your design? 3 What factors must be considered to ensure the safety and serviceability?,第三章 结构设计方法, 工程结构的设计需要保证安全可靠、经济合理 由于

2、实际工程结构中存在多种不确定性 结构设计方法就是研究工程设计中的各种不确定性问题，取得安全可靠与经济合理之间的均衡,第三章 结构设计方法,3.0 基本概念,设计方法和内容：,第三章 结构设计方法,容许应力设计方法 allowable stress, 安全系数 K 是一个大于1.0的数值 K 越大，结构安全度就越高，同时结构材料用量也越多 为取得安全可靠与经济合理的均衡， 在综合考虑各种不确定性因素影响后，可选取一个合适的安全系数。,第三章 结构设计方法, 材料力学研究的是：单一材料、线弹性、简单结构 实际工程结构远比它复杂； 如钢筋混凝土梁的受弯，从安全角度考虑，需要确定其极限受弯承载力； 而

3、为控制正常使用阶段的裂缝和挠度变形，需要确定带裂缝工作阶段的受力情况。 采用容许应力设计方法，无法统一这两方面的要求。,第三章 结构设计方法, 首先根据工程结构需要满足实际使用的各种要求(结构的功能)对安全可靠有更具体的科学定义； 需要尽可能详细了解结构在不同情况下（施工、使用、破坏）可能受到的各种外界影响的大小和变化情况； 充分考虑各种外界影响：各种荷载、温度变化、沉降、收缩徐变、地震、侵蚀、冻融等； 充分考虑结构尺寸、材料强度等的变异情况，以便科学全面合理的确定结构可靠性。,采用以概率理论为基础的极限状态设计方法对建筑结构进行设计。,第三章 结构设计方法,3.1 作用与作用效应, 作用：使

4、结构产生内力和变形的原因，分为直接作用和间接作用和偶然作用。（P.53）,3.1 作用与作用效应,直接作用：亦称为荷载，指施加在结构上的各种力 永久荷载G ：在结构使用期间，其值不随时间变化，且其变化 与平均值相比可以考虑不计，或其变化是单调的并能趋于限值的荷载，如自重、土压力、预应力等。 可变荷载Q ：在结构使用期间，其值随时间变化，或其变化 与平均值相比不可忽略不计的荷载，如使用活荷载、风荷载、雪荷载、汽车、水流等。,第三章 结构设计方法, 作用：使结构产生内力和变形的原因，分为直接作用和间接作用和偶然作用。（P.53）,直接作用：亦称为荷载，指施加在结构上的各种力。 永久荷载G ：自重、

5、土压力、预应力等； 可变荷载Q ：使用活荷载、风荷载、雪荷载、汽车、水流等。,间接作用：引起结构外加变形或约束变形的原因，如混凝土的收缩徐变、地基不均匀沉降（永久）、温度变化（可变）、环境引起材料性能退化等。,偶然作用：在结构使用期间不一定出现，但一旦出现，其值很大且持续时间很短的作用，如地震、 爆炸力、车船撞击力。,3.1 作用与作用效应,3.1 作用与作用效应,第三章 结构设计方法, 作用效应(S)：结构上的作用使结构产生的内力（弯矩、剪力、扭矩）和变形、裂缝的统称。（P.53） 作用（荷载）效应= 作用（荷载）效应系数（C ) *荷载值 P.43 承担均布荷载q的简支梁，其跨中弯矩 M=

6、1/8*ql2，则荷载效应系数C= 1/8*l2 。,3.1 作用与作用效应,3.1 作用与作用效应,第三章 结构设计方法,3.2 结构的功能,3.2 结构的功能 Functions of Structure, 安全性 Safety (P.51) 如（MMu） 结构在预定的使用期间内（design life 一般为50年），应能承受在正常施工、正常使用情况下可能出现的各种荷载、外加变形（如超静定结构的支座不均匀沉降）、约束变形（如温度和收缩变形受到约束时）等的作用。 在偶然事件（如地震、爆炸）发生时和发生后，结构应能保持整体稳定性，不应发生倒塌或连续破坏而造成生命财产的严重损失。,第三章 结构

7、设计方法,3.2 结构的功能, 适用性 Serviceability 结构在正常使用期间，不需对结构进行维修（或少量维修）和加固的情况下，具有良好的工作性能，能继续正常使用。 如不发生影响正常使用的过大的变形（挠度、侧移）、振动（频率、振幅），或产生让使用者感到不安的过大的裂缝宽度。,第三章 结构设计方法,3.2 结构的功能, 耐久性 Durability 结构在预定的使用期限内，不需对结构进行维修（或少量维修）和加固的情况下，结构的适应性和安全性仍满足预定功能要求的能力。 如（wmax wmax） 在各种因素的影响下（混凝土碳化、钢筋锈蚀），结构的承载力和刚度不应随时间有过大的降低，而导致结

8、构在其预定使用期间内丧失安全性和适用性，降低使用寿命。,第三章 结构设计方法,3.2 结构的功能, 鲁棒性 Robust 鲁棒性指控制系统在一定的参数摄动下，维持某些性能的特性。 结构的鲁棒性是指在意外事件和极端灾害下整体结构尚有足够的生存空间而不发生连续倒塌的性能。 一般结构仅须满足防连续倒塌的概念要求。通过概念设计，保证结构具有足够的鲁棒性。P.80 安全等级为一级的重要结构及由政府或业主确定的必须增强抗灾能力的结构，其防连续倒塌设计需定量设计。,第三章 结构设计方法,3.2 结构的功能, 鲁棒性 Robust 通过概念设计，保证结构具有足够的鲁棒性。P.80,（1）采取减小偶然作用效应的

9、措施； （2）采取使重要构件及关键传力部位避免直接遭受偶然作用的措施； （3）在结构容易遭受偶然作用影响的区域增加冗余约束，布置备用传力途径； （4）增强重要构件及关键传力部位、疏散通道及避难空间结构的承载力和变形性能； （5）配置贯通水平、竖向构件的钢筋，采取有效的连接措施并与周边构件可靠地锚固； （6）通过设置结构缝，控制可能发生连续倒塌的范围。,第三章 结构设计方法,3.2 结构的功能, 鲁棒性 Robust,漩口中学,第三章 结构设计方法,3.2 结构的功能, 结构的可靠性 reliability 可靠性安全性、适用性、耐久性和鲁棒性的总称。 就是指结构在规定的使用期限内（design

10、 life=50年），在规定的条件下（正常设计、正常施工、正常使用和维护），完成预定结构功能的能力。 (P.37) 结构可靠性越高，建设造价投资越大。 如何在结构可靠与经济之间取得均衡，就是设计方法要解决的问题。,第三章 结构设计方法,3.2 结构的功能, 显然这种可靠与经济的均衡受到多方面的影响，如国家经济实力、设计工作寿命(design life)、维护和修复等。 规范规定的设计方法，是这种均衡的最低限度，也是国家法律。 设计人员可以根据具体工程的重要程度、使用环境和情况，以及业主的要求，提高设计水准，增加结构的可靠度。 经济的概念不仅包括第一次建设费用，还应考虑维修，损失及修复的费用，乃

11、至可能对社会和经济所造成的影响,第三章 结构设计方法,3.3 极限状态,3.3 极限状态 Limit State (P.35), 结构能够满足功能要求而良好地工作，则称结构是“可靠”的或“有效”的。反之，则结构为“不可靠”或“失效”。 整个结构或结构的一部分超过某一特定状态就不能满足设计规定的某一功能要求，此特定状态为该功能的极限状态。 区分结构“可靠”与“失效”的临界工作状态称为“极限状态”,第三章 结构设计方法,3.3 极限状态,3.3 极限状态 Limit State (P.35), 结构能够满足功能要求而良好地工作，则称结构是“可靠”的或“有效”的。反之，则结构为“不可靠”或“失效”。

12、 区分结构“可靠”与“失效”的临界工作状态称为“极限状态”,第三章 结构设计方法,承载力能力极限状态 Ultimate Limit State 超过该极限状态，结构就不能满足预定的安全性功能要求。 An ultimate limit state occurs at the collapse, or partial collapse, of a structure. 结构或构件达到最大承载力（包括疲劳）； 结构整体或其中一部分作为刚体失去平衡（如倾覆、滑移）； 结构塑性变形过大而不适于继续使用； 结构形成几何可变体系（超静定结构中出现足够多塑性铰）； 结构或构件丧失稳定（如细长受压构件的压曲失稳

13、）； 结构因局部破坏而发生连续倒塌。（新规范增加内容）,3.3 极限状态,第三章 结构设计方法,承载力能力极限状态 Ultimate Limit State 承载能力极限状态的验算应包括下列内容： 结构构件应进行承载力（包括稳定性）计算； 直接承受重复荷载的构件应进行疲劳验算； 有抗震设防要求时，应进行抗震承载力验算； 必要时尚应进行结构的倾覆、滑移、漂浮验算； 对于可能遭受偶然作用，且倒塌可能引起严重后果的重要结构，直接进行防连续倒塌设计。,3.3 极限状态,第三章 结构设计方法,3.3 极限状态,正常使用极限状态 Serviceability Limit State 超过该极限状态，结构就

14、不能满足预定的适用性和耐久的功能要求。 An serviceability limit state is produced by excessive the deflection, cracking, or vibration. 过大的变形、侧移（影响非结构构件、不安全感、不能正常使用（吊车）等）； 过大的裂缝（钢筋锈蚀、不安全感、漏水等）； 过大的振动（不舒适）； 其他正常使用要求的其他特定状态。,第三章 结构设计方法,3.3 极限状态,正常使用极限状态 Serviceability Limit State 正常使用极限状态的验算应包括下列内容： 对需要控制变形的构件，应进行变形验算； 对使

15、用上限制出现裂缝的构件，应进行混凝土拉应力验算； 对允许出现裂缝的构件，应进行受力裂缝宽度验算； 对有舒适度要求的楼盖结构，应进行竖向自振频率验算（新增内容）。,第三章 结构设计方法,3.3 极限状态,正常使用极限状态 Serviceability Limit State,对大跨度混凝土楼盖结构应进行竖向自振频率验算，其自振频率宜符合下列要求： a. 住宅和公寓不宜低于5Hz； b. 办公楼和旅馆不宜低于4Hz； c. 大跨度公共建筑不宜3Hz； d. 工业建筑及有特殊要求的建筑应根据使用功能提出要求。,第三章 结构设计方法,3.3 极限状态, An ultimate limit state

16、is necessary to determine the maximum load carrying capacity of a structure. An serviceability limit state is necessary to ensure satisfactory behavior under working load condition.,第三章 结构设计方法,3.3 极限状态,结构功能的表达 P.35,Z：结构的功能函数,第三章 结构设计方法,3.3 极限状态,S作用效应 Action Effect 结构上的作用（使结构产生内力和变形的原因，如荷载、不均匀沉降、温度变形

17、、收缩变形、地震等）引起的效应如弯矩M、轴力N、剪力V、扭矩T、挠度 f、裂缝宽度 w 等,S = S(Q)=C*Q,R结构抗力 Resistance 结构抵抗作用效应的能力，如受弯承载力Mu、受剪承载力Vu、容许挠度f、容许裂缝宽度w,R = R(fc, fy, A, h0, As, ),结构力学的主要内容,本课程的主要内容,第三章 结构设计方法,3.4 结构设计方法,3.4 结构设计方法, 恒载 g与构件尺寸、材料容重等有关 活载 q（楼面活载、雪荷载）的数值是随时在变化的 计算跨度 l 的不准确,材料强度 fy 和 fc 的离散 截面尺寸h0和 b 的施工误差 应力-应变关系参数 k1

18、和 k2,不一定安全（可靠）,结构设计中的不确定性 Uncertainties and unexpected deviations factor in Design,第三章 结构设计方法,以概率理论为基础的极限状态设计法,由于实际结构中的不确定性，因此无论如何设计结构，都会有失效的可能性存在，只是可能性大小不同而已。为了科学定量的表示结构可靠性的大小，采用概率方法是比较合理的。,结构不能完成预定功能的概率称为失效概率。结构在规定的时间内，在规定的条件下，完成预定功能的概率称为结构可靠度。失效概率越小，表示结构可靠性越大。因此，可以用失效概率来定量表示结构可靠性的大小。 当失效概率Pf小于某个值

19、时，人们因结构失效的可能性很小而不再担心，即可认为结构设计是可靠的。该失效概率限值称为容许失效概率Pf。,失效概率 failure probability,Pf = P (S R),3.4 结构设计方法,第三章 结构设计方法,S*,R*,以概率理论为基础的极限状态设计法,R-S,S,R,R,P.59 图4-5,3.4 结构设计方法,第三章 结构设计方法,3.4 结构设计方法,结构功能函数 Z = R - S,Pf =P (S R) =P(Z 0),第三章 结构设计方法,3.4 结构设计方法, 根据统计，触电的年死亡率为610-6 b =3.7时，Pf=1.110-4，按设计基准期50年考虑，年

20、失效概率为1.110-4/50=2.210-6 50年后并不是结构就失效，而是失效概率增加。同时，结构失效也并不表示结构倒塌，结构倒塌也不一定造成人员伤亡。 我国对于一般工程结构，当为延性破坏时，其可靠指标取b =3.2，对脆性破坏取b =3.7。 对于重要的工程结构，应提高可靠指标。,第三章 结构设计方法,3.4 结构设计方法, 荷载标准值是指其在结构的使用期间可能出现的最大荷载值。根据统计分析可以确定一个具有一定保证率（如95%）的上限荷载分位值，该特征值称为荷载标准值（符号Gk，Qk）。,术语定义,荷载标准值的确定方法,第三章 结构设计方法,正态分布的几个基本概念 （补充）,正态分布曲线

21、各段的概率分布,平均值:,标准差(或均方差):,3.4 结构设计方法,变异系数 ：,第三章 结构设计方法,强度标准值和荷载标准值的确定方法,材料强度标准值：根据统计分析可以确定一个具有一定保证率（95%）的下限强度分位值，该特征值称为材料强度标准值（符号fc，fs）。材料强度标准值=-1.645 P.43,3.4 结构设计方法,第三章 结构设计方法,3.4 结构设计方法, 荷载标准值是指其在结构的使用期间可能出现的最大荷载值。根据统计分析可以确定一个具有一定保证率（如95%）的上限荷载分位值，该特征值称为荷载标准值（符号Gk，Qk）。,自重恒荷载标准值可按结构构件的体积乘比重。钢筋混凝土的比重

22、为25kN/m3。 使用活荷载的标准值可按建筑结构荷载规范(GB50009-2012)或公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范(JTG D62-2004)选取。如住宅、教室楼面的使用活荷载分别为2.0 kN/m2 、2.5 kN/m2 。,术语定义,第三章 结构设计方法,3.4 结构设计方法,第三章 结构设计方法,3.4 结构设计方法,新规范提高了部分楼面活荷载,第三章 结构设计方法,3.4 结构设计方法,第三章 结构设计方法,3.4 结构设计方法,分项系数:考虑目标可靠指标的等价作用。 荷载设计值=荷载标准值*荷载分项系数( 恒载分项系数一般取 G = 1.2或1.35，活载分项系数一般取

23、Q = 1.4或 1.3） ； P.90 材料强度设计值=材料强度标准值 / 材料分项系数（ 钢筋s , 混凝土c, ）, 荷载准永久值：可变荷载中长期作用的成分，定义为在设计基准期内，其超过的总时间约为设计基准期一半的荷载值。 荷载准永久值= 荷载准永久值系数（q )*荷载标准值,荷载准永久值系数（q ）可由建筑结构荷载规范查出。,术语定义,第三章 结构设计方法,3.4 结构设计方法, 荷载频遇值：对可变荷载，在设计基准期内，其超过的总时间为规定的较小比率或超过频率为规定频率的荷载值。 P.43 荷载频遇值= 荷载频遇值系数（f )*荷载标准值,荷载超过某水平Qx的表示方法: 超过的总持续时

24、间Tx =ti与设计基准期T的比率x = Tx / T;,术语定义,第三章 结构设计方法,3.4 结构设计方法,荷载超过某水平Qx的表示方法:,超过的总持续时间Tx =ti与设计基准期T的比率x = Tx / T;,第三章 结构设计方法,3.4 结构设计方法,荷载组合值：按极限状态设计时，为保证结构的可靠性而对同时出现的各种荷载进行组合，使组合后的荷载效应在设计基准期内的超越概率，能与该荷载单独出现时的相应概率趋于一致的荷载值 。 荷载组合值=荷载组合系数（c)*荷载标准值 荷载组合系数（c）可由建筑结构荷载规范查出。,术语定义,荷载组合：按极限状态设计时，为保证结构的可靠性而对同时出现的各种

25、荷载设计值的规定。,第三章 结构设计方法,3.4 结构设计方法,荷载组合值荷载频遇值荷载准永久值,第三章 结构设计方法,3.4 结构设计方法,术语定义,荷载代表值：对不同的作用，采用不同的代表值。 永久作用-标准值 可变作用-标准值、频遇值、准永久值、组合值 偶然作用-标准值 荷载标准值是荷载的基本代表值。,允许某些极限状态在一个较短的持续时间内被超过，或在总体上不长的时间内被超过，可以采用较小的计算荷载频遇值Qf作为荷载的代表值。（与标准值相比要小些）,第三章 结构设计方法,3.4 结构设计方法,荷载效应组合：按极限状态设计时，为保证结构的可靠性而对同时出现的各种荷载设计值的规定。 基本组合

26、：永久作用与可变作用的效应组合，用于承载能力极限状态计算。 偶然组合：永久作用、可变作用和一个偶然作用的效应组合，用于承载能力极限状态计算。 标准组合：采用标准值或组合值为荷载代表值的效应组合，用于正常使用极限状态计算。 频遇组合：对可变荷载采用频遇值或准永久值为荷载代表值的效应组合，用于正常使用极限状态计算。 准永久组合：对可变荷载采用准永久值为荷载代表值的效应组合，用于正常使用极限状态计算。,术语定义,第三章 结构设计方法,3.4 结构设计方法,进行承载能力极限状态设计时，应考虑作用效应的基本组合，必要时尚应考虑偶然组合。 进行正常使用极限状态设计时，应根据不同设计目的分别选用标准组合、频

27、遇组合、准永久组合的作用效应： 标准组合：主要用于当一个极限状态被超越时将产生严重的永久性损坏的情况-不可逆正常使用极限状态； 频遇组合：主要用于当一个极限状态被超越时将产生局部损害、较大变形或短暂振动等情况-可逆正常使用极限状态； 准永久组合：主要用在当长期效应是决定性因素时的一些情况-长期效应是决定性因素的正常使用极限状态。,术语定义,第三章 结构设计方法,3.4 结构设计方法,建筑设计中对正常使用极限状态，钢筋混凝土、预应力混凝土构件应分别按荷载的准永久组合并考虑长期作用的影响或标准组合并考虑长期作用的影响。当结构振动时涉及人的舒适性、影响非结构构件的性能和设备（如吊车梁的设计）的使用功

28、能的极限状态采用频遇组合。桥梁设计中应用较多。,第三章 结构设计方法,3.4 结构设计方法,作用效应标准值Sk,按正常使用极限状态设计时，作用效应Sk 应根据不同的设计要求，采用作用效应的标准组合、准永久组合或频遇组合。,1、标准组合,正常使用极限状态，可靠度要求可适当降低，不考虑分项系数。,当考虑短期效应时，可根据不同的设计要求，分别采用荷载作用效应的标准组合或频遇组合，当考虑长期效应时，可采用标准组合或准永久组合。,第三章 结构设计方法,3.4 结构设计方法,作用效应标准值Sk,按正常使用极限状态设计时，作用效应Sk 应根据不同的设计要求，采用作用效应的标准组合、准永久组合或频遇组合。,当

29、考虑短期效应时，可根据不同的设计要求，分别采用荷载作用效应的标准组合或频遇组合，当考虑长期效应时，采用准永久组合。,2、准永久组合,第三章 结构设计方法,3.4 结构设计方法,作用效应标准值Sk,按正常使用极限状态设计时，作用效应Sk 应根据不同的设计要求，采用作用效应的标准组合、准永久组合或频遇组合。,3、频遇组合,频遇组合系指永久荷载标准值、主导可变荷载的频遇值与伴随可变荷载的准永久值的效应组合。,当考虑短期效应时，可根据不同的设计要求，分别采用荷载作用效应的标准组合或频遇组合，当考虑长期效应时，采用准永久组合。,第三章 结构设计方法,3.4 结构设计方法,作用效应标准值Sk,按正常使用极

30、限状态设计时，作用效应Sk 应根据不同的设计要求，采用作用效应的标准组合、准永久组合或频遇组合。,3、频遇组合,2、准永久组合,1、标准组合,第三章 结构设计方法,3.4 结构设计方法,桥梁作用效应标准值Sk,按正常使用极限状态设计时，作用效应Sk 应根据不同的设计要求，采用作用效应的短期效应组合、长期效应组合。,1、短期效应组合,永久作用标准值效应与可变作用频遇值效应相组合。,2、长期效应组合,永久作用标准值效应与可变作用准永久值效应相组合。,第三章 结构设计方法,3.4 结构设计方法,第三章 结构设计方法,3.4 结构设计方法,作用效应设计值Sd,按承载能力极限状态设计时，作用效应S应考虑

31、作用效应的基本组合，必要时尚应考虑作用效应的偶然组合。,1、基本组合 对由可变荷载效应控制的组合,建筑结构 SQ1:主导可变荷载; SQi:伴随可变荷载,G = 1.2,第三章 结构设计方法,3.4 结构设计方法,第三章 结构设计方法,3.4 结构设计方法,设计使用年限是指设计规定的结构或结构构件不需要进行大修即可按其预定目的使用的时期。主要体现在调整荷载设计值和耐久性两个方面。我国工程结构可靠性设计统一标准（GB 50153-2008）规定的建筑结构的设计使用年限如下表：,第三章 结构设计方法,3.4 结构设计方法, G = 1.35,桥梁设计无此种组合要求。,第三章 结构设计方法,3.4

32、结构设计方法,作用效应设计值Sd,按承载能力极限状态设计时，作用效应S应考虑作用效应的基本组合，必要时尚应考虑作用效应的偶然组合。,1、基本组合, G = 1.35,对由永久荷载效应控制的组合,对由可变荷载效应控制的组合, G = 1.2,桥梁设计无此种组合要求。,第三章 结构设计方法,3.4 结构设计方法,桥梁作用效应设计值Sd,按承载能力极限状态设计时，作用效应S应考虑作用效应的基本组合，必要时尚应考虑作用效应的偶然组合。,1、基本组合,第三章 结构设计方法,3.4 结构设计方法,桥梁作用效应设计值Sd,第三章 结构设计方法,3.4 结构设计方法,作用效应设计值S,按承载能力极限状态设计时

33、，作用效应S应考虑作用效应的基本组合，必要时尚应考虑作用效应的偶然组合。,*2、偶然组合 公路桥涵通用设计规范：永久作用标准值效应与可变作用某种代表值效应（标准值、准永久值、频遇值）、一种偶然作用标准值效应的组合。偶然作用的效应分项系数取1.0，地震作用标准值按桥梁抗震设计细则规定采用。,建筑结构荷载规范：偶然组合的设计值宜按下列规定确定偶然荷载的代表值（标准值）不乘分项系数；与偶然荷载同时出现的其他荷载可根据观测资料和工程经验采用适当的代表值。各种情况下荷载效应的设计值公式，可由有关规范另行规定。,第三章 结构设计方法,3.4 结构设计方法,* 2、偶然组合 公路桥涵通用设计规范：永久作用标

34、准值效应与可变作用某种代表值效应（标准值、准永久值、频遇值）、一种偶然作用标准值效应的组合。偶然作用的效应分项系数取1.0，地震作用标准值按桥梁抗震设计细则规定采用。,公路桥梁抗震设计细则：偶然效应组合应包括永久作用（恒载、预应力、土压力、水压力）+地震作用效应（包括地震土压力、地震水压力），未考虑其他可变作用。,第三章 结构设计方法,3.4 结构设计方法,2、偶然组合,建筑结构荷载规范 偶然组合的设计值宜按下列规定确定：偶然荷载的代表值（标准值）不乘分项系数；与偶然荷载同时出现的其他荷载可根据观测资料和工程经验采用适当的代表值。各种情况下荷载效应的设计值公式，可由有关规范另行规定。,建筑抗震

35、设计规范,与上述规定“偶然荷载的代表值（标准值）不乘分项系数”不一致！,建筑抗震设计规范条文说明：在众值烈度下的地震作用，应视为可变作用而不是偶然作用，故按确定直接作用分项系数的方法确定地震作用分项系数，即只考虑水平地震时取1.3.,第三章 结构设计方法,3.5 结构设计方法,实用设计表达式,安全性 承载力能力极限状态 不安全,S: 作用效应设计值； 0 ：结构重要性系数 (P.89) R: 结构抗力设计值； Rd：结构构件的抗力模型不定性系数,SSk, RRk ?,Rk:结构构件达到正常使用要求所规定的变形、裂缝宽度和应力等的限值。,第三章 结构设计方法,结构重要性系数对可靠度指标的影响(P

36、.90),3.4 结构设计方法,第三章 结构设计方法,3.5 结构设计方法,实用设计表达式,安全性 承载力能力极限状态 不安全,S: 作用效应设计值； 0 ：结构重要性系数 (P.90) R: 结构抗力设计值； Rd：结构构件的抗力模型不定性系数，静力设计取1.0，不确定性较大时取大于1.0，抗震设计时为RE。,3.5 结构设计方法,第三章 结构设计方法,表 4-4 建筑结构重要性系数 P.90,安全等级一级、二级、三级分别取1.1、1.0、0.9。,3.5 结构设计方法,第三章 结构设计方法,3.5 结构设计方法,第三章 结构设计方法,fck、fsk分别为混凝土和钢筋的强度标准值，fck /

37、c 、fsk /s分别为混凝土和钢筋的强度设计值fc 、fs ， b、h0 、As截面尺寸和配筋。,对偶然作用下的结构进行承载力极限状态设计时，作用效应按偶然组合计算，结构重要性系数取不小于1.0，混凝土、钢筋的强度用标准值。,fck、fsk分别为混凝土和钢筋的强度标准值，fck /c 、fsk /s分别为混凝土和钢筋的强度设计值fc 、fy ， b、h0 、As截面尺寸和配筋。,建筑结构抗震设计规范,3.5 结构设计方法,第三章 结构设计方法,与上述规定“混凝土、钢筋的强度用标准值”不一致！,对偶然作用下的结构进行承载力极限状态设计时，作用效应按偶然组合计算，结构重要性系数取不小于1.0，混

38、凝土、钢筋的强度用标准值。混凝土结构设计规范,第三章 结构设计方法,例 3-1 P.44 某办公楼楼面采用预应力混凝土板，安全等级二级，计算跨度3.18m，板宽0.9m，板自重2.04kN/m2，后浇混凝土层厚40mm，板底抹灰厚20mm，可变荷载2.0kN/m2，准永久值系数为0.4，试计算按承载能力极限状态和正常使用极限状态设计时的截面弯矩值。（使用年限50年）,永久荷载标准值计算如下：,3.5 例题,第三章 结构设计方法,3.5 例题,沿板长每米均布荷载标准值为：,沿板长每米可变荷载标准值为：,简支板在均布荷载作用下的弯矩为：,故荷载效应系数为：,因只有一个可变荷载，按承载能力极限状态进

39、行设计时的组合时，若由可变荷载控制，公式为：,第三章 结构设计方法,3.5 例题,由永久荷载控制,按承载能力极限状态设计时的截面弯矩值应取为7.86kN.m。,对由永久荷载效应控制的组合,按承载能力极限状态进行设计时的组合时，若由可变荷载控制：,第三章 结构设计方法,3.5 例题,按正常使用极限状态设计时的截面弯矩值为：,按荷载标准组合时：,按准永久组合时：,按频遇组合时：,第三章 结构设计方法,3.5 结构设计内容,3.5 结构设计内容,一、承载能力极限状态,对应荷载效应M、N、V、T的承载力设计。,二、正常使用极限状态,变形验算 裂缝控制验算 自振频率验算：新规范增加了楼盖舒适度要求，规定了楼 板竖向自振频率的限制。,第三章 结构设计方法,3.5 结构设计内容,3.5 结构设计内容,二、正常使用极限状态,对大跨度混凝土楼盖结构，宜进行竖向自振频率验算，其自振频率不宜低于下列要求： 住宅和公寓不宜低于5 Hz 办公楼和旅馆不宜低于4Hz 大跨度公共建筑不宜低于3Hz 结构自振频率与结构自振周期成倒数关系,频率低则周期长，结构柔。结构自振周期可以通过计算求得。,变形验算 裂缝控制验算 自振频率验算,只要控制板的跨高比，就可满足舒适度要求！,第三章 结构设计方法,3.5 结构设计内容,3.5 结构设计内容,二、正常使用极限状态,变形验算