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1、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
2、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
3、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
4、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
5、.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
6、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
7、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
8、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
9、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3.18
10、m，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
11、，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
12、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
13、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。,
