《混凝土结构设计原理》课件03 设计方法

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,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、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=1/8*ql,2,，则荷载效应系数,C= 1/8*,l,2,。,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（,MM,u,）,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（,w,max,w,max,）,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 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,”,。,区分结构,“,可靠,”,与,“,失效,”,的临界工作状态称为,“,极限状态,”,适用性,耐久性,正常使用极限状态,不适用性,不耐久性,安全性,鲁棒性,承载能力极限状态,不安全,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）；,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 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,安全性,承载能力极限状态,不安全,适用性,耐久性,正常使用极限状态,不适用性,不耐久性,Z=R-S,=0,极限状态,Z=R-S,0,可靠,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、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,M,u,、受剪承载力,V,u,、容许挠度,f,、容许裂缝宽度,w,R,=,R,(,f,c,f,y,A, h,0,A,s, ),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,f,y,和,f,c,的离散,截面尺寸,h,0,和,b,的施工误差,应力,-,应变关系参数,k,1,和,k,2,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,P,f,小于某个值时，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,P,f,。,失效概率,failure probability,P,f,=,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,f,(S),，,f,(R),S,，,R,S,R,P.59,图,4-5,设计验算点,S,*=,R,*,P,f,= ,P,f,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,P,f,=,P,(,S,R,) =,P,(,Z,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,Q,f,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,：,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）的使用功能的极限状态采用,频遇组合。,桥梁设计中,应用较多。,验算内容,荷载效应组合类型,最大挠度,钢筋混凝土受弯构件,准永久,组合并考虑荷载长期作用,预应力凝土受弯构件,标准,组合并考虑荷载长期作用,正截面受力的裂缝控制,一级,钢筋混凝土、预应力凝土受弯构件,标准,组合,二级,钢筋混凝土、预应力凝土受弯构件,标准,组合,三级,钢筋混凝土构件,准永久,组合并考虑荷载长期作用,预应力混凝土构件,其他环境,标准,组合并考虑荷载长期作用,2a,类环境,标准,组合并考虑荷载长期作用,准永久,组合并考虑荷载长期作用,第三章 结构设计方法,3.4,结构设计方法,作用效应标准值,S,k,按,正常使用极限状态设计,时，作用效应,S,k,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,S,k,按,正常使用极限状态设计,时，作用效应,S,k,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,S,k,按,正常使用极限状态设计,时，作用效应,S,k,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,S,k,按,正常使用极限状态设计,时，作用效应,S,k,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,S,k,按,正常使用极限状态设计,时，作用效应,S,k,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,S,d,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,对由,可变荷载,效应控制的组合,建筑结构,S,Q,1,:,主导可变荷载,;,S,Q,i,:,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,类别,设计使用年限,示,例,1,5,临时性建筑结构,2,25,易替换的结构构件,3,50,普通房屋和构造物,4,100,标志性建筑和特别重要的建筑结构,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：,类别,设计使用年限,示,例,1,5,临时性建筑结构,2,25,易替换的结构构件,3,50,普通房屋和构造物,4,100,标志性建筑和特别重要的建筑结构,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,d,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,对由,永久荷载,效应控制的组合,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,结构设计方法,作用效应设计值,S,d,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,S,d,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,S,d,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，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,适用性,耐久性,正常使用极限状态,不适用性,不耐久性,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,SS,k, RR,k,?,R,k,:,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.90),3.4,结构设计方法,安全等级,破坏后果,建筑类型,0,承载能力极限状态,设计,可靠指标,一 级,很严重,主要,1.1,3.7,4.2,二 级,严 重,一般,1.0,3.2,3.7,三 级,不严重,次要,0.9,2.7,3.2,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,安全等级,破坏后果,建筑类型,0,一 级,很严重,主要,1.1,二 级,严 重,一般,1.0,三 级,不严重,次要,0.9,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,f,ck,、,f,sk,分别为混凝土和钢筋的强度,标准值,，,f,ck,/,c,、,f,sk,/,s,分别为混凝土和钢筋的强度,设计值,f,c,、,f,s,，,b,、,h,0,、,A,s,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,。,f,ck,、,f,sk,分别为混凝土和钢筋的强度,标准值,，,f,ck,/,c,、,f,sk,/,s,分别为混凝土和钢筋的强度,设计值,f,c,、,f,y,，,b,、,h,0,、,A,s,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/m,2,，后浇混凝土层厚,40mm,，板底抹灰厚,20mm,，可变荷载,2.0kN/m,2,，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：,自重,40mm,后浇面层,20mm,板底抹灰,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,7.86,kN.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,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,裂缝控制验算,自振频率验算,耐久性设计,耐久性设计内容：,确定结构所处的环境类别；,提出材料的耐久性质量要求；,确定构件中钢筋的混凝土保护层厚度；,在不利的环境条件下应采取的防护措施；,满足耐久性要求相应的技术措施；,提出结构使用阶段的维护与检测要求。,第三章 结构设计方法,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,裂缝控制验算,自振频率验算,耐久性设计,耐久性设计内容：,确定结构所处的环境类别；,提出材料的耐久性质量要求；,确定构件中钢筋的混凝土保护层厚度；,在不利的环境条件下应采取的防护措施；,满足耐久性要求相应的技术措施；,提出结构使用阶段的维护与检测要求。,第三章 结构设计方法,3.4,结构设计方法,荷载超过某水平,Q,x,的表示方法,:,超过的总持续时间,T,x,=,t,i,与设计基准期,T,的比率,x,= T,x,/ 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,Q,x,的表示方法,:,单位时间内平均超过的次数,荷载频遇值系数（,f,）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,公路桥涵设计,P.312,1,、使用规范：,建筑：,混凝土结构设计规范,GB50010-2002,近似概率,公路桥涵,: ,公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范,JTJ023-85,半概率,2,、设计表达式及符号,3,、抗剪,(P.333,式,11-46),、抗扭计算公式,(P.333,式,11-60),、,第三章 结构设计方法,3.4,结构设计方法,桥规：,第三章 结构设计方法,3.4,结构设计方法,公路桥涵设计,P.312,按,承载能力极限状态设计,时，作用效应,S*,应考虑下列作用效应的组合：,1,、当结构重力产生的效应与汽车荷载产生的效应,同号,时：,S,Q1k,：基本可变荷载中汽车、人群产生的效应标准值；,S”,Q1k,：基本可变荷载中平板挂车或履带车产生的效应标准值；,S,Q2k,：其它可变荷载中一种或几种产生的效应标准值；,S,Gk,：永久荷载效应标准值；,第三章 结构设计方法,3.4,结构设计方法,公路桥涵设计,P.313,按,承载能力极限状态设计,时，作用效应,S*,应考虑下列作用效应的组合：,2,、当结构重力产生的效应与汽车荷载产生的效应,异号,时：,S,Q1k,：基本可变荷载中汽车、人群产生的效应标准值；,S”,Q1k,：基本可变荷载中平板挂车或履带车产生的效应标准值；,S,Q2k,：其它可变荷载中一种或几种产生的效应标准值；,S,Gk,：永久荷载效应标准值；,第三章 结构设计方法,3.4,结构设计方法,公路桥涵设计,P.377,按,正常使用极限状态设计,时，作用效应,S,应考虑下列作用效应的组合：,按荷载组合原则简单叠加，不带任何荷载系数！,S,Q1k,：基本可变荷载中汽车、人群产生的效应标准值；,S”,Q1k,：基本可变荷载中平板挂车或履带车产生的效应标准值；,S,Q2k,：其它可变荷载中一种或几种产生的效应标准值；,S,Gk,：永久荷载效应标准值；,