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1、 10 01 第10章 混凝土结构设计的一般原则和方法 10 1建筑结构设计的一般原则 第十章 混凝土结构设计的一般原则和方法 本章说明 本章原标题 按近似概率理论的极限状态设计法 第三版以 前编为第三章 第四版编为第十章 并改名为 混凝土结构设计的 一般原则和方法 本章重点 结构设计方法 荷载如何确定 材料的强度如何确定 10 1 建筑结构设计的一般原则 10 1 1 建筑结构的组成和类型 概率极限状态设计法 结构设计的一般概念 结构设计的量化问题 10 02 地上部分 上部结构 地下部分 下部结构 地基 基础 包括地下室 第10章 混凝土结构设计的一般原则和方法 10 1建筑结构设计的一般
2、原则 10 03 上部结构 水平传力系统 竖向传力系统 楼盖系统 柱 墙 多层建筑设计问题 高层建筑设计问题 主要以竖向荷载为主 困难 大跨度 除了竖向荷载外 还有水平荷载 而且水平 荷载成为控制荷载 困难 抗侧力体系的构 成 第10章 混凝土结构设计的一般原则和方法 10 1建筑结构设计的一般原则 结构类型 按材料分 按结构体系分中册 P 01 10 04 第10章 混凝土结构设计的一般原则和方法 10 2建筑结构设计阶段和内容 10 1 2 建筑结构设计的阶段和内容 工程建设的 主要环节 工程勘察 工程设计 工程施工 工程建设应当遵循 先勘察后设计 先设计后施工的程序 项目立项 申报 立项
3、 项目实施 加拿大谷仓 地基失效导致建筑物倾倒 属于未勘查就设计 概况 该谷仓平面呈矩形 南北向长59 44m 东西向宽23 47m 高31 00m 容积36368立方米 容仓为圆筒仓 每排13个圆仓 共5排65个圆筒仓 谷 仓基础为钢筋混凝土筏板基础 厚度61cm 埋深3 66m 谷仓于1911年动工 1913年完工 空仓自重20000T 相当于装满谷物后满载总重量的42 5 平面示意图 侧立面示意图 10 05 第10章 混凝土结构设计的一般原则和方法 10 2建筑结构设计阶段和内容 1913年9月装谷物 10月17日当 谷仓装到87 5 的谷物时 发现1小时 内竖向沉降达30 5cm 结
4、构物向西倾 斜 并在24小时内谷仓倾斜 倾斜度 离垂线达26 53 谷仓西端下沉7 32m 东端上抬1 52m 上部钢筋混凝土 筒仓坚如磐石 事故原因 谷仓地基土事先未进行调查研究 据邻近结构物基槽开挖试验 结果计算地基承载力为352kPa 应用到此谷仓 1952年经勘察试验与计算 谷仓地基实际承载力为 193 8 276 6 kPa 远小于谷仓破坏时发生的压力 329 4kPa 因此 谷仓地基因超载发生强度破坏而滑动 事后处理 事后在下面做了七十多个支撑于基岩上的混凝土墩 使用388 个50t千斤顶以及支撑系统 才把仓体逐渐纠正过来 但其位置比原来降低了 米 倾倒后的状况 10 06 第10
5、章 混凝土结构设计的一般原则和方法 10 2建筑结构设计阶段和内容 建筑结构 设计阶段 初步设计 施工图设计 技术设计 初步设计 10 07 第10章 混凝土结构设计的一般原则和方法 10 2建筑结构设计阶段和内容 未设计就施工 1 没有设计图纸就施工 2 边设计边施工 10 1 3 建筑结构设计的一般原则 建筑结构设计的一般原则 安全 适用 耐久和经济合理 在保证结构可靠的前提下 设计出经济的 技术先进的 施工方便 的结构 具体的结构设计原则 中册 P 2 10 08 第10章 混凝土结构设计的一般原则和方法 10 2建筑结构荷载 10 2 建筑结构荷载 10 2 1 结构上的作用与荷载 作
6、用 使结构产生内力与变形的原因 1 直接原因 荷载 力 2 间接原因 温度变形 收缩变形 基础的不均匀沉降 地震 10 2 2 荷载的分类 荷载分类 按作用时间的长短和性质分 按空间位置的变异 按作用的方向分 按结构对荷载的反应性质 水平 竖向荷载 固定 移动荷载 静荷载 动荷载 10 09 第10章 混凝土结构设计的一般原则和方法 10 2建筑结构荷载 1 永久荷载 又称恒载 按荷载作用时间的长短和性质分 是指在设计使用期内 其值不随时间变化 或其变化与平均值相比 可以忽略不计 或其变化是单调的并能趋于限值的荷载 例如 结构自重 土压力 预应力等 2 可变荷载 又称活载 是指在设计基准期内其
7、值随时间变化 其变化与平均值相比不可忽 略的荷载 例如 楼面活荷载 吊车荷载 预应力等 3 偶然荷载 是指在设计基准期内不一定出现 一旦出现 其值很大且持续时间 很短的荷载 例如 爆炸力 撞击力 10 10 第10章 混凝土结构设计的一般原则和方法 10 2建筑结构荷载 10 2 3 荷载代表值 关于荷载的取值 1 荷载的不确定性 恒载由施工偏差引起 活荷载 偶然荷载 2 多荷载相遇 荷载组合 确定随机变量大小的方法 3 计算 分析情况的复杂 例如强度计算和变形验算 荷载代表值的提出 荷载代表值 荷载标准值 荷载组合值 荷载准永久值 荷载频遇值 10 11 第10章 混凝土结构设计的一般原则和
8、方法 10 2建筑结构荷载 荷载标准值 荷载组合值 荷载频遇值 荷载准永久 值 是荷载的基本代表值 是指在结构的使用期间 一般结构 的设计基准期为50年 可能出现的最大值 是指对于有两种和两种以上可变荷载同时作用时 使组合 后的荷载效应在设计基准期内的超越概率能与荷载单独作 用时相应超越概率趋于一致的荷载值 是指在设计基准期内 其超越的总时间为规定的较小比率 或超越概率为规定概率的荷载值 是指在设计基准期内 其超越的总时间约为设计基准期一 半的荷载值 恒载标准值活荷载标准值 10 12 第10章 混凝土结构设计的一般原则和方法 10 2建筑结构荷载 10 2 4 竖向荷载 1 楼面 屋面荷载
9、楼面 屋面 荷载 恒荷载 活荷载 结构竖向恒荷载包括结构自重和附加在结构上的荷 载 可以按构件的设计尺寸与材料表观密度计算确 定 民用建筑楼面均布活荷载 工业建筑楼面均布活荷载 屋面活荷载 建筑结构荷载规范 根据大量调查和统计分析 考虑可 能出现的短期荷载 按等效均布荷载方法给出一般各类民 用建筑的楼面均布活荷载标准值及其有关代表值系数 见 附录5 房屋建筑屋面水平投影面上的均布活荷载 应按表10 2采 用 屋面均布活荷载不应与雪荷载同时组合 10 13 第10章 混凝土结构设计的一般原则和方法 10 2建筑结构荷载 2 雪荷载 屋面水平投影面上的雪荷载标准值 基本雪压 kN m2 一般是根据
10、年最大雪压进行统计分析确定 在我国 是以一般空旷平坦地面上统计的50年一遇重现期的最 大积雪自重给出的 屋面积雪分布系数 它是屋面水平投影面积上的雪荷载与基本雪 压的比值 它与屋面形式 朝向及风力等均有关 通常情况下 屋面积雪分布系数应根据不同类别的屋面形式确定 P 6 表10 3 雪荷载组合值系数可取0 7 频遇值系数可取0 6 准永久值系数按 和 分区不同 分别取0 5 0 2 0 武汉属于 分区 设计建筑结构及屋面的承重构件时 可按下列规定采用积雪的分布 情况 P 7 对雪荷载敏感的结构 基本雪压应适当提高 并应由有关的结构 设计规范具体规定 10 2 5 风荷载 1 风荷载的特点 10
11、 14 第10章 混凝土结构设计的一般原则和方法 10 2建筑结构荷载 风荷载是风吹到建筑物表面所形成的压力或吸力 它具有如下特点 风 荷 载 风 建筑物 同一地面 离开地面的高度不同 风速不同 同一位置 地面的粗糙度不同 风速不同 体型 高度 刚度 近地风 建筑物表面风压分布示意图 P 7 图10 1 风荷载包括由顺风向的平均风引起的静力风荷 载和与平均风方向一致的的顺风向脉动风荷载 与平均风方向垂直的横风向脉动风荷载 2 风荷载的标准值 10 15 第10章 混凝土结构设计的一般原则和方法 10 2建筑结构荷载 结构在风荷载作用下的瞬时响应最大值与风荷载时程有关 对一般工 程设计 风荷载可
12、近似按静力风荷载并用动力放大系数考虑脉动风的动力 效应 对主要承重结构 垂直于建筑物表面上的风荷载标准值wk应按下式 计算 风荷载标准值 kN m2 基本风压 kN m2 风荷载体型系数 风压高度变化系数 高度z处的风振系数 以当地空旷平坦地面上10m 高处10min的平均风速观测数据 经概率统计得到的50年一遇的 最大风速v0 按下式计算 基本风压 风荷载组合值 频遇值和准永久系数可分别取0 6 0 4和0 3 风压高度变化系数 4 风荷载体型系数 5 风振系数 10 16 第10章 混凝土结构设计的一般原则和方法 10 2建筑结构荷载 表 10 4 查表注意区分地面粗糙度类别 建筑结构荷载
13、规范 列出了一般建筑物的 s 风振系数是考虑脉动风对结构产生动力效应的放大系数 结构风振动力效应与房屋的自振周期 结构阻尼特性以及风脉动性能 等因素有关 刚度较大的钢筋混凝土多层建筑 由风荷载引起的振动很小 通常忽略不计 对较柔的高层建筑和大跨度桥梁结构 当基本周期较长 时 在风荷载作用下发生的动力效应不能忽略 10 17 第10章 混凝土结构设计的一般原则和方法 10 3结构的功能要求和极限状态 对于高耸结构以及高度大于30m且高宽比大于1 5的高柔房屋 在高度 z处的风振系数可按以下简化公式计算 10 3 结构的功能要求和极限状态 概率极限状态设计法的概念 结构 建筑物的骨架 在建筑物中起
14、着承受荷载 支撑建 筑物的作用 对结构的认识 10 18 第10章 混凝土结构设计的一般原则和方法 10 3结构的功能要求和极限状态 结构的三个基本功能 1 安全性功能 控制标准 应能承受正常施工和正常使用条件下可能出现的各种荷载和变形 在偶然事件 如地震 爆炸等 发生时及发生后结构仍保持必需的整体 稳定性 不致发生倒塌 2 适用性功能 结构在正常使用过程中应具有良好的工作性能 例如 吊车梁 装饰材料 3 耐久性功能 在正常维护条件下 达到设计所规定的年限 一般为50年 国家的技术经济政策 安全适用 经济合理 技术先进 确保质量 怎样满足功能要求 取极限状态函数判别 Z R S Z 0 能完成
15、预定功能的状态 结构可靠 Z 0 临界状态 极限状态 Z 0 不能完成预定功能的状态 结构失效 R 抗力 S 荷载效应 10 19 第10章 混凝土结构设计的一般原则和方法 10 3结构的功能要求和极限状态 对应3种功能提出了两类极限状态 第一类 承载能力极限状态 第二类 正常使用极限状态 概率论实现的方法 密度函数 计算概率 怎样保证公式的可靠性 半经验半概率 近似概率法 全概率法 1 非概率论的方法经验系数法 单一系数 多系数法 2 概率论的方法 定义 详教材中册P 12 10 20 第10章 混凝土结构设计的一般原则和方法 10 3结构的功能要求和极限状态 建筑结构的功能 设计的结构和结
16、构构件在规定的设计使用年限内 在正常维护条 件下 应能保持其使用功能 而不需要进行大修加固 10 3 1 结构的功能要求 建筑结构的三个 基本功能 安全性 适用性 耐久性 结构可能还会有其它附加功能要求 例如考虑突发事件对结构提出的抗 倒塌性功能要求 结构安全等级 虽然结构都必须具备三个基本功能 但是不同用途的建筑物 其要 求的程度可能不同 例如 电信大楼 普通民宅 10 21 第10章 混凝土结构设计的一般原则和方法 10 3结构的功能要求和极限状态 我国 按照建筑结构破坏时可能产生的后果严重与否 将建筑结构分 为三个等级 安全等级破坏后果的影响程度建筑物的类型 一级很严重重要的建筑物 二级严重一般的建筑物 三级不严重次要建筑物 在近似概率极限状态设计法中 结构安全等级是用结构重要性系数 0 来体现的 结构设计使用年限 是指设计规定的结构或构件不需要进行大修即可按其预定目的使 用的年限 设计基准期 结构设计使用年限 结构使用寿命 注意区分 这三个名 词的含义 为确定可变荷载代表值而选用的时间参数 或者 结构设计使用年限是指计 算结构可靠度所依据的年限 10 22 第10章 混凝土结构
