混凝土结构设计的一般原则和方法

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,*,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,*,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,：,建筑结构,上部结构,水平结构体系：各层楼盖、顶层屋盖,竖向结构体系：柱子、墙,下部结构,地下室、基础,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,10.1.3,建筑结构设计的一般原则,第,10,章,10.1,安全性、适用性、耐久性,（,1,）详细阅读和领会工程地质勘测报告，把建筑场地的水文、地质资料作,为设计的依据。,（,2,）把国家、地方和行业的现行设计法规、标准、规范和规程等作为设计,的依据，切实遵守有关规定，特别是,“,强制性条文,”,的规定。,（,3,）采用高性能的结构材料、先进的科学技术、先进的设计计算方法和施,工方法。,（,4,）结合工程的具体情况，尽可能采用并正确选择标准图。,（,5,）宜优先采用有利于建筑工业化装配式结构和装配整体式结构。,（,6,）与其他工种的设计，诸如建筑设计、给水排水设计、电气设计、空气,调节与通风设计等互相协调配合。,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,类别,结构类型,年限（年）,临时性结构,易于替换的结构构件,普通房屋和构筑物,1,2,4,3,纪念性建筑和特别重要建筑,5,25,100,50,2,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 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,破坏类型,安全等级,一级,塑性破坏,脆性破坏,二级,三级,3.7,3.2,2.7,4.2,3.7,3.2,2.,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。,