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混凝土结构设计的一般原则和方法,了解结构上的作用,作用效应和结构抗力的概念及其随机特性。 了解混凝土结构设计方法的理论基础可靠度理论 掌握我国规范的设计方法概率极限状态设计方法,第10章,10.1 建筑结构设计的一般原则,第10章10.1,10.1.1 建筑结构的组成和分类,组成:,按结构材料:砌体结构、混凝土结构、钢结构、组合结构、混合结构 按竖向体系:排架结构、框架结构、剪力墙结构、框架-剪力墙结构和筒 体结构。,分类:,10.1.2 建筑结构设计阶段和内容,第10章10.1,工程建设,工程勘察,初步设计,技术设计,工程施工,工程设计,施工设计,10.2 建筑结构荷载,10.2.1 结构上的作用、作用效应与结构抗力,定义:凡是使结构产生内力、应力、位移、应变、裂缝的因素,成为结构 上的作用。,分类: 直接作用:荷载 间接作用:温度、收缩、徐变、地基不 均匀沉降、地震等。,第10章10.2,1. 结构上的作用,2 作用效应,定义:作用在结构上产生的反应,如内力、 应力、位移、应变、裂缝等,称为 作用效应。,3 结构抗力,定义:结构抵抗作用效应的能力,称为结构抗力。,偶然荷载:结构使用期间可能不出现,一旦出现其作用时间短,效应大 的荷载为偶然荷载,如爆炸力、撞击。,10.2.2 荷载的分类,永久荷载(恒荷载):大小、方向、作用点不随时间改变的荷载为永久荷 载。如自重、土压力、预应力等。,可变荷载(活荷载):大小、方向或作用点随时间改变而变化的荷载为可 变荷载,如楼面和屋面活载、风荷载、雪荷载、吊 车荷载、车辆荷载等。,第10章10.2,10.2.3 荷载的代表值,2. 组合值:当有两个或两个以上可变荷载同时作用时的代表值。 组合值= 标准值,标准值:是荷载的基本代表值,是正常使用情况下可能出现的保证率95% 的偏大值,是永久荷载的唯一代表值。,频遇值:可变荷载可能出现的较大值,但小于标准值。计算裂缝变形时用。 频遇值= 标准值,4. 准永久值:可变荷载中较稳定的那一部分。计算裂缝变形时用。 准永久值= 标准值,可变荷载,变化较大部分,变化较小部分, 准永久值,T 建筑物的设计使用年限 (设计基准期) t 活载存在的时间年限,第10章10.2,1. 材料强度的标准值,取决于截面尺寸大小和材料强度高低。材料强度分为标准值和设计值。,混凝土,10.2.4 材料强度,钢筋,保证率: 95%,荷载: 95%,2 材料强度的设计值,混凝土,钢筋, 混凝土材料分项系数 取1.4, 钢筋分项系数 热轧钢筋取 1.1,钢丝、钢绞线、热处理 钢筋取1.2,第10章10.2,10.3.1 结构的功能要求,1 结构设计使用年限,10.3 结构的功能要求和极限状态,2 结构的安全等级,按结构的重要性划分,一级: 重要建筑,二级: 一般建筑,三级: 次要建筑,第10章10.3,10.3.2 结构功能的极限状态,定义:整个结构或构件的一部分超过某一特定状态就不 能满足设计指标的某一功能要求,这个特定状态 称为该功能的极限状态。 分类:,第10章10.3,承载力极限状态:超过这一极限状态时结构将发生破坏、倒塌或 失稳现象。,正常使用极限状态:超过这一极限状态时结构将出现过大的变形、 开裂或过宽的裂缝,钢筋严重锈蚀、混凝土 腐蚀、风化、剥落等现象。,10.4.1 结构的可靠性,10.4 按近似概率的极限状态设计方法,指结构的安全性、适用性、耐久性,安全性 结构应能在预定的设计使用年限内,应能承受正常施工和正常使用时,可能 出现的各种荷载,外加变形,约束变形,以及在偶然事件发生时和发生后,结 构仍能保持必需的整体稳定性,不致发生倒塌。,2. 适用性 不产生大的变形和不出现裂缝或过宽裂缝。,3. 耐久性 结构在正常维护条件下应有足够的耐久性,完好使用到设计使用年限。,第10章10.4,5.2 结构的可靠度,指结构在规定的时间内、规定条件下完成预定功能的概率,是结构可靠性的概率度量。,Z 结构的功能函数 R 结构抗力 S 结构的作用效应,Z 0 结构可靠,Z 0 结构失效,Z = 0 极限状态,第10章10.4,10.4.3 结构的可靠指标,现行设计方法以概率理论为基础,用可靠指标度量,采用多个分项系数表达。 设 ,这里称为可靠度指标,有,式中: 结构抗力的平均值和标准差 结构作用效应的平均值和标准差,1. 按承载力极限状态设计时,取值,2. 按正常使用极限状态时,根据可逆程度取01.5,第10章10.4,10.5 实用设计表达式,1. 计算公式, 结构重要性系数 安全等级为一级或使用年限为100年时, 安全等级为二级或使用年限为50年时, 安全等级为三级或使用年限为5年时,, 荷载效应组合的设计值,用基本组合或偶然组合。, 结构抗力设计值。,第10章10.5,10.5.1 承载力极限状态设计方法,2. 荷载效应组合,1) 基本组合,a. 一般结构构件,选择下列计算中较大者,由可变荷载控制时,(式1),由永久荷载控制时,(式2),式中:, 永久荷载分项系数,当其效应对结构不利时, (式1) (式2),当其效应对结构有利时,应取1.0, 活载分项系数,一般情况下取1.4,当活载标准值大于 的工业房屋楼面结构取1.3, 恒载标准值所产生的内力, 第i个可变荷载的组合系数, 活载标准值产生的内力,i=1的活荷载为主导活荷载。,第10章10.5,b. 一般排架、框架结构:选择下列计算中较大者,由可变荷载控制时,(式3),由永久荷载控制时,(式4),式中:, 简化式中的荷载组合系数;一般情况下 ,只有一个活 荷载取 , 和 的取值与式1,2相同。,第10章10.5,3. 偶然荷载,1) 偶然荷载的代表值不乘分项系数,2) 与偶然荷载同时出现的其他荷载采用适当的代表值,3) 各种情况下荷载效应的设计值公式由有关规范另定。,第10章10.5,6.3 按正常使用极限状态的设计方法,1. 计算公式, 正常使用极限状态下荷载效应组合值,达正常使用要求时的变形、裂缝、应力限值,2. 荷载效应组合值,1)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。,(式5),2)频遇组合:主要用于当一个极限状态被超越时将产生的局部损坏,较大变形或 短暂震动等情况。,3)准永久值组合:主要用于长期效应是决定因素的一种情况,第10章10.5,第10章10.5,例10-1 某办公楼楼面采用预应力混凝土七孔板,安全等级定为二级。板长3.3m,计 算跨度3.18m,板宽0.9m,板自重 ,后浇混凝土层后40mm, 板底抹灰层厚20mm,可变荷载取 ,准永久值系数为0.4。试计 算按承载力极限状态和正常使用极限状态设计时的截面弯矩设计值。,解:永久荷载标准值计算如下:,沿板长每延米均布荷载标准值为,自重 40mm后浇层 20mm板底抹灰层,可变荷载每延米标准值,简支板在均布荷载作用下的弯矩为,因只有一种可变荷载,故,故荷载为,取 , , ,故,按承载力极限状态设计时,按可变荷载效应控制得弯矩设计值为,按正常使用极限状态设计时,弯矩标准值为,按荷载得准永久值组合时,第10章10.5,课上练习:,第10章,结构的( )是:结构在规定的时间内,在规定的条件下,完成预定功能的能力。 安全性 B. 适用性 C. 耐久性 D. 可靠性 2. 下列情况属于超出正常使用极限状态的情况是( ) 雨篷倾倒 现浇双向楼板楼面在人行走中振动较大 连续梁中支座产生塑性铰 构建丧失稳定,第10章,3. 可变荷载中作用时间占设计基准期内总持续时间超过50%的荷载值,称为( ) 荷载设计值 B. 荷载标准值 C. 荷载频遇值 D. 可变荷载准永久值 4. 混凝土强度等级C是由立方体抗压强度试验值按下述( )项原则确定的 取平均值 ,超值保证率50% 取 ,超值保证率95% 取 ,超值保证率97.72% 取 ,超值保证率85.5% 5. 现行混凝土结构设计规范度量混凝土可靠性的原则是( ) 用分项系数,不计失效概率 用分项系数和结构重要性系数,不计 用可靠指标 ,不计 用 表示 ,并在形式上采用分项系数和结构重要性系数代替,第10章,6. 规范对混凝土结构的目标可靠度指标要求为3.7(脆性破坏)和3.2(延性破坏)时,该建筑结构的安全等级属于( ) 一级, 重要建筑 B. 二级,重要建筑 C. 二级,一般建筑 D. 三级,次要建筑 7. 当楼面均布活荷载大于或等于 时,取 等于( ) 1.3 B. 1.2 C. 1.0 D. 1.4 8. 我国规范规定的设计基准期为: 50年 B.70年 C. 100年 D. 25年 9. 荷载的标准值是荷载在结构设计基准期内可能达到的下述何值? 最小值 B. 平均值 C. 加权平均值 D. 最大值 10. 在永久荷载控制的组合中,永久荷载的分项系数是( ) A. 1.2 B. 1.25 C. 1.3 D. 1.35,作业:,第10章,受均布荷载作用的简支梁,计算跨度 。荷载的标准值:永久荷载(包括梁自重) ;可变均布荷载 ,跨中承受可变集中荷载,其标准值 ,无风荷载作用(组合系数 可取0.7)。该梁安全等级为一级。求承载力极限状态下该梁跨中截面的弯矩设计值。,作业:,第10章,受均布荷载作用的简支梁,计算跨度 。荷载的标准值:永久荷载(包括梁自重) ;可变均布荷载 ,跨中承受可变集中荷载,其标准值 ,无风荷载作用(组合系数 可取0.7)。该梁安全等级为一级。求承载力极限状态下该梁跨中截面的弯矩设计值。,第10章,2. 受均布荷载作用的简支梁,计算跨度 。荷载的标准值:永久荷载(包括梁自重) ;可变均布荷载 ,准永久值系数 。试计算:正常使用极限状态下荷载效应标准组合和准永久组合的弯矩设计值。,
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