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1、單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式,,單擊此處編輯母版文本樣式,,第二級,,第三級,,第四級,,第五級,,,,*,,,,,,第,3,章,,,混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計基本原理,,一、結(jié)構(gòu)的作用、作用效應(yīng)及結(jié)構(gòu)抗力,,,結(jié)構(gòu)上的作用是指,施加在結(jié)構(gòu)上的各種力,(直接作用)以及,引起結(jié)構(gòu)變形的各種原因,(間接作用)。,1,、按時間的變異分,類,:,永久作用、可變作用、偶然作用,,2,、按結(jié)構(gòu)的反應(yīng)分類:,靜態(tài)作用、動態(tài)作用,作用的分類:,,(一)作用,3.1,結(jié)構(gòu)可靠度及設(shè)計方法,(二)作用效應(yīng),S,,施加在結(jié)構(gòu)上的作用產(chǎn)生的內(nèi)力(彎矩、剪力、軸力、扭矩等)和變形(撓度、轉(zhuǎn)角、裂縫等 )稱為作用效應(yīng)。,S = cQ,,
2、作用為荷載,Q,,在結(jié)構(gòu)上產(chǎn)生的效應(yīng)為荷載效應(yīng),S,為,:,c,–––,荷載效應(yīng)系數(shù),;,Q,–––,荷載,.,,,例:,簡支梁在均布荷載作用下跨中彎矩,:,簡支梁在跨中一集中荷載作用下跨中彎矩:,(,荷載效應(yīng)系數(shù),為 ),(,荷載效應(yīng)系數(shù),為 ),(三)結(jié)構(gòu)抗力,R,,結(jié)構(gòu)抗力是指結(jié)構(gòu)或構(gòu)件承受作用效應(yīng)的能力。如結(jié)構(gòu)構(gòu)件承載力、抵抗變形、抗裂性等。,,結(jié)構(gòu)抗,力,的影響因素,:,,材料性能的不確定性,材料幾何參數(shù)的不確定性,計算模式的不確定性,,本課程主要講述各種構(gòu)件的結(jié)構(gòu)抗力的計算,作用效應(yīng)的計算在結(jié)構(gòu)力學(xué)課程中已講述。,Z,> 0,,,即,R>S,,結(jié)構(gòu)可靠,Z,= 0
3、,,,即,R=S,結(jié)構(gòu)處于極限狀態(tài)。,,即,R
4、能滿足預(yù)定功能要求,,如材料的風(fēng)化、老化、腐蝕等不超過一定的限度,。,,,安全性、適用性、耐久性總稱為結(jié)構(gòu)的,可靠性,。,,結(jié)構(gòu)的,可靠度,是指結(jié)構(gòu)在規(guī)定的時間內(nèi),(設(shè)計使用年限),,在規(guī)定的條件下,(正常的設(shè)計、施工和使用,),,,完成預(yù)定功能的概率。,,結(jié)構(gòu)可靠度是結(jié)構(gòu)可靠性的概率度量。,結(jié)構(gòu)可靠度越高,建設(shè)造價投資越大。,因此,如何在結(jié)構(gòu)可靠與經(jīng)濟(jì)之間取得均衡,是設(shè)計方法要解決的問題。,,,建筑的設(shè)計使用年限見表,3-1,,如無特殊說明,一般為,50,年,。,,三、,結(jié)構(gòu)的安全等級,,根據(jù)結(jié)構(gòu)破壞可能產(chǎn)生的各種后果的嚴(yán)重性(危及人的生命、造成經(jīng)濟(jì)損失、產(chǎn)生社會影響等)來劃分建筑的安全等級
5、。,,建筑結(jié)構(gòu)的安全等級共劃分為,三級,,見表,3-2,。,,建筑物中各類結(jié)構(gòu)構(gòu)件的安全等級,宜于整個結(jié)構(gòu)的安全等級相同。,一、荷載標(biāo)準(zhǔn)值,,1,、永久荷載標(biāo)準(zhǔn)值:,G,k,,,按構(gòu)件的設(shè)計尺寸和材料重度(或單位面積的自重),,平均值計算。 各種材料重度見,《,建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范,》,。,,,混凝土:,25KN/m,3,,,水泥砂漿:,20KN/m,3,,,石灰砂漿和混合砂漿:,17KN/m,3,,實例:,梁截面尺寸為,250,×,600,mm,,計算其自重標(biāo)準(zhǔn)值。,3.2,荷載和材料強(qiáng)度的取值,,2,、可變荷載標(biāo)準(zhǔn)值,:,Q,K,,,主要類型有:,,(,1,)樓(屋)面活荷載標(biāo)準(zhǔn)值:,,(,2
6、,)風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值:,,(,3,)雪荷載標(biāo)準(zhǔn)值:,,各類可變,荷載標(biāo)準(zhǔn)值,見,《,建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范,》,,。,,,如:,辦公樓、住宅樓面均布活荷載標(biāo)準(zhǔn)值為,2.0KN/m,2,,,走道、樓梯間均布活荷載標(biāo)準(zhǔn)值為,2.5KN/m,2,,,,,,二、材料強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值,,1,、鋼筋的強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值:,,對有明顯屈服點的熱軋鋼筋,取屈服強(qiáng)度;,,對無明顯屈服點的鋼筋、鋼絲及鋼絞線,取,0.85,?,b,,,各類鋼筋、鋼絲、和鋼絞線的強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值見附表,1,、,2,。,,2,、混凝土的強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值:,,,混凝土強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值見附表,9,。,,,,,,材料強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值:,材料強(qiáng)度概率分布中具有,95%,保證率的材料強(qiáng)度值。
7、,,整個結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)的一部分超過某一特定狀態(tài),(如承載力、變形、裂縫寬度等超過某一限值),就不能滿足設(shè)計規(guī)定的某一功能要求,(安全、適用或耐久),,,此特定狀態(tài)稱為該功能的,極限狀態(tài)。,,極限狀態(tài)分為,承載能力極限狀態(tài),和,正常使用極限狀態(tài)。,一、結(jié)構(gòu)的極限狀態(tài),3.3,概率極限狀態(tài)設(shè)計方法,1,、承載能力極限狀態(tài),,,結(jié)構(gòu)或構(gòu)件達(dá)到最大承載力、出現(xiàn)疲勞破壞、發(fā)生不適于繼續(xù)承載的變形或因結(jié)構(gòu)局部破壞而引發(fā)的連續(xù)倒塌。,,,結(jié)構(gòu)或構(gòu)件出現(xiàn)下列情形之一時,認(rèn)為超過了承載能力極限狀態(tài),: (,1,)應(yīng)力超過材料強(qiáng)度而破壞,或因過度變形不適于繼續(xù)承載; (,2,)作為剛體失去平衡;,,(,3,)轉(zhuǎn)變?yōu)?/p>
8、機(jī)動體系;,,(,4,),喪失穩(wěn)定;,,(,5,)因局部破壞而發(fā)生連續(xù)倒塌;,,(,6,)地基喪失承載能力而破壞;,,(,7,)疲勞破壞。,,承載能力極限狀態(tài)主要考慮結(jié)構(gòu)有關(guān),安全性,的功能,,所有的結(jié)構(gòu)構(gòu)件都需按,承載能力極限狀態(tài)進(jìn)行設(shè)計。,2,、正常使用極限狀態(tài),,結(jié)構(gòu)或構(gòu)件達(dá)到正常使用或耐久性的某項規(guī)定限值。,,結(jié)構(gòu)或構(gòu)件出現(xiàn)下列情形之一時,認(rèn)為超過了承載能力極限狀態(tài),:,,,(,1,)影響正常使用或外觀的變形(,變形過大,),;,,,(,2,)影響正常使用或耐久性能的局部損壞(,裂縫過寬,),;,,,(,3,)影響正常使用的振動(,振幅過大等,);,,(,4,)影響正常使用的其他特定狀
9、態(tài),如沉降量過大等。,,正常使用極限狀態(tài)主要考慮結(jié)構(gòu)有關(guān),適用性和耐久性,的功能,允許出現(xiàn)的概率稍高一些,但也應(yīng)引起足夠的重視。,,,通常對結(jié)構(gòu)構(gòu)件,先按承載能力極限狀態(tài)進(jìn)行計算,,按后根據(jù)使用要求,按正常使用極限狀態(tài)進(jìn)行驗算。,,二、結(jié)構(gòu)的設(shè)計狀況,結(jié)構(gòu)設(shè)計時,應(yīng)區(qū)分以下四種設(shè)計狀況:,,,1,、持久設(shè)計狀況,,,2,、短暫設(shè)計狀況,,,3,、偶然設(shè)計狀況,,,4,、地震設(shè)計狀況,,,以上,4,種設(shè)計狀況,均應(yīng)進(jìn)行承載能力極限狀態(tài)設(shè)計,以確保,,結(jié)構(gòu)的安全。,對,持久設(shè)計,狀況,尚應(yīng)進(jìn)行正常使用極限狀態(tài)設(shè)計,,,以確保結(jié)構(gòu)的適用和耐久;對,短暫設(shè)計狀況和地震設(shè)計狀況,,可根,,據(jù)需要進(jìn)行正常
10、使用極限狀態(tài)設(shè)計;對于,偶然設(shè)計狀況,,可不進(jìn)行,,正常使用極限狀態(tài)設(shè)計。,Z,> 0,,,即,R>S,,結(jié)構(gòu)可靠,Z,= 0,,,即,R=S,結(jié)構(gòu)處于極限狀態(tài)。,,即,R
11、.)/,?,Rd,,?,0,–––,結(jié)構(gòu),重要性系數(shù),;,在持久設(shè)計狀況和短暫設(shè)計狀況下,,對,安全,,等級為,一、二、三級,的結(jié)構(gòu)構(gòu)件,,分別,不應(yīng)小于,1.1, 1.0, 0.9,,,,,對地震設(shè)計狀況性下應(yīng)取,1.0,;,S,–––,承載能力極限狀態(tài)下作用,組合,的效應(yīng),設(shè)計值,;,對持久設(shè)計狀,,況和短暫設(shè)計狀況按作用的基本組合計算;對地震設(shè)計狀況,,按作用的地震組合計算;,R,,–––,結(jié)構(gòu)構(gòu)件,的抗,力設(shè)計值,。,,?,Rd,–––,結(jié)構(gòu)構(gòu)件的抗力模型不定性;,靜力設(shè)計取,1.0,,對不確定性,,較大的結(jié)構(gòu)構(gòu)件根據(jù)具體情況取大于,1.0,的數(shù)值;抗震設(shè)計,,用承載力抗震調(diào)整系數(shù),?
12、,RE,代替,?,Rd,,。,,,(二)荷載效應(yīng)組合的設(shè)計值,S,(只有一種可變荷載),S,GK,–––,永久,作用,標(biāo)準(zhǔn)值,G,K,的效應(yīng);,,S,QK,——,可變作用,標(biāo)準(zhǔn)值,Q,K,的效應(yīng),。,1,、由可變荷載效應(yīng)控制的組合,2,、由永久荷載效應(yīng)控制的組合,對持久和短暫設(shè)計狀況,應(yīng)采用,基本組合:,?,G,–––,永久荷載分項系數(shù),。,按以下規(guī)定取值:,,,1,、當(dāng)其效應(yīng)對結(jié)構(gòu)不利時:,,對由可變荷載效應(yīng)控制的組合,取,1.2,;,,對由永久荷載效應(yīng)控制的組合,取,1.,35,;,,,2,、,當(dāng)其效應(yīng)對結(jié)構(gòu)有利時:,一般情況下,取1.0,。,?,Q,–––,可變,荷載分項系數(shù)。,,,一般
13、情況取,1.4,;,當(dāng)樓面活荷載標(biāo)準(zhǔn)值大于4,kN/m,2,,,取,1.3,。,–––,可變荷載組合值系數(shù),,查,《,荷載規(guī)范,》,。,,風(fēng)荷載為,0.6,,大部分可變荷載為,0.7,。,荷載分項系數(shù)、可變荷載組合值系數(shù),實例:,,一辦公樓的設(shè)計使用年限為,50,年,樓蓋中的一簡支梁作用均布荷載,跨度為,6,米,作用其上的永久,荷,載標(biāo)準(zhǔn)值,g,k,=3kN/m,;可變,荷載標(biāo)準(zhǔn)值,q,k,=6kN/m,,,可變,荷載,組合值,系數(shù),?,C,,= 0.7,。,計算,該梁按承載能力極限狀態(tài)計算的荷載,基本,效應(yīng),組合,的設(shè)計值(,跨中彎矩、支座剪力,),,。,,,,二、正常使用極限狀態(tài)設(shè)計表達(dá)式
14、,,結(jié)構(gòu)或構(gòu)件超過正常使用極限狀態(tài)時所造成的財產(chǎn)和生命損失要小于超過承載力極限狀態(tài)的后果,故其可靠度指標(biāo)要低一些。,,正常使用極限狀態(tài)常采用荷載效應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)組合、頻遇組合或準(zhǔn)永久組合,其表達(dá)式如下:,,S,?,C,S,–––,正常使用極限狀態(tài)的荷載效應(yīng)的設(shè)計值;如變形、裂縫寬度等;,,C,——,結(jié)構(gòu)構(gòu)件達(dá)到正常使用要求所規(guī)定的變形、裂縫寬度等的限值。,,見 附表,14,、,16,。,正常使用極限狀態(tài),荷載組合,效應(yīng),設(shè)計值,S,(,只有一種可變荷載,),S,GK,–––,由,永久荷載,的,標(biāo)準(zhǔn)值,G,K,計算的荷載效應(yīng)值,。,,S,QK,——,,由可變,荷載,的,標(biāo)準(zhǔn)值,Q,K,計算的荷載效應(yīng)值,。,1,、標(biāo)準(zhǔn)組合:,2,、頻遇組合:,3,、準(zhǔn)永久組合:,–––,–––,可變荷載的頻遇值系數(shù)。,可變荷載的準(zhǔn)永久值系數(shù)。,本講結(jié)束,