[2017年整理]2_建筑结构的设计标准和设计方法

《[2017年整理]2_建筑结构的设计标准和设计方法》由会员分享，可在线阅读，更多相关《[2017年整理]2_建筑结构的设计标准和设计方法（34页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、混凝土结构第二章 建筑结构的设计标准和设计方法目 录结构上的作用、作用效应及结构抗力和 功能函数3 3结构的功能要求和极限状态3 2设计基准周期和设计使用年限3 1极限状态设计表达式3 4建筑结构设计的基本内容3 52.1设计基准周期和设计使用年限设计基准周期结构设计所采用的荷载统计参数、与时间有关的材料性能取 值，都需要选定一个时间参数，它就是设计基准周期。1.结构保证其设计可靠度指标的时间期限称为设计基准期， 即在基准期内，结构的可靠度指标完全满足设计要求；2.设计基准期是测算最大荷载重现期的基本期限；3.在超过设计基准期后，并非意味着结构的失效，而是其可 靠度有所降低，因此基准期不能等同

2、于建筑物的使用寿命；4.我国对于多数建筑物的设计基准期均为50年，特殊建筑物 可以除外；2.1设计基准周期和设计使用年限设计使用年限设计使用年限是设计规定的一个时期。类别1234设计使用年限52550100示例临时性建筑易于替换的结 构构件普通房屋和构 筑物纪念性建筑和 特别重要建筑2.2结构的功能要求和极限状态结构的安全等级 规范根据建筑结构的重要性，规模大小，破坏后果严重程度而 将建筑物划分3个设计等级，如表所示。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的建筑物对人员比较集中使用频繁的 影剧院、体育馆等，安全等 级宜按一级设计，对特殊

3、的 建筑物，其设计安全等级可 视具体情况确定。 在近似概率理论的极限状态 设计法中，结构的安全等级 是用结构重要性系数 来 体现的。 Back我国将建筑物的重要程度分为三级，不同级别在计算中取不同的重 要度系数0 ：一级，破坏后果极其严重，属于重要的建筑物；0 =1.1二级，破坏后果比较严重，属于一般的建筑物；0 =1.0三级，破坏后果相对不严重，属于比较次要的建筑物。0 =0.9 如（MMu） 结构在预定的使用期间内（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

4、（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。 安全性2.2结构的功能要求和极限状态2.2.1结构的功能要求 安全性 适用性 耐久性 适用性 如（f f ） 结构在正常使用期间，具有良好的工作性能。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。 耐久性 如（wmax wmax） 结构在正常使用和正常维护条件下，应具有足够的耐久性。即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

5、使用寿命。结构极限状态的概念 结构能够满足功能要求而良好地工作，则称结构为“可靠”或“有效”。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”，即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，此特定状态即为该功能的极限状态。举例如表 所示。结构的功能可 靠极限状态失 效 安全性受弯承载力M Mu适用性挠度变形f f耐久性裂缝宽度wmax wmax表 钢筋混凝土简支梁的可靠、失效和极限状态概念2.2结构的功能要求和极限状态2.2.2结构的极限状态 可靠性安全性、适用性和耐久性的总称。 就是指结构在规定的使用期限内（设计工

6、作寿命 =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。 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。 结构的可靠性 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、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 失及修复的费用结构可靠度理论在规定的时间内（一般为50年），在规定 的条件下（

7、正常设计、正常施工和正常使 用），完成预定功能的概率，称为结构的 可靠度，即可靠概率。以Ps表示安全性、适用性、耐久性a. 结构的可靠度b.失效概率强度/荷载值出 现 概 率0SSSSRRRR失效可靠结构不能完成预定功能的概率，以Pf表示。极限状态结构或构件达到正常使用或耐久性能的某 项规定限值。如过大变形、开裂、振动等 。结构或构件达到最大承载力或产生不适于 继续承载的变形。如倾覆、疲劳破坏、压 屈等。b.正常使用极限状态a.承载能力极限状态我国结构设计是以概率理论为基础的极限状态设计法。整个结构或结构的一部分超过某一特定状态，或 不能满足设计规定的某一功能要求的特定状态。2.2结构的功能要

8、求和极限状 2.2.2结构的极限状态设计方法承载能力极限状态结构或构件达到最大承载力，疲劳破坏或不适于继续承载 的变形状态称为承载能力极限状态。超过该极限状态，结构就 不能满足预定的安全性功能要求，主要包括： 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的塑性铰) 。 结构或构件丧失稳定(如细长受压构件的压曲失稳)。正常使用极限状态结构或构件达到正常使用或耐久性的某项限值规定，称为正常 使用极限状态。超过该极限状态，结构就不能满足预定的适用 性和耐久性的功能要求。

9、主要包括： 过大的变形、侧移，这往往会导致非结构构件受力破坏、 会给人不安全感或导致结构不能正常使用(如吊车梁)等。 过大的裂缝，这往往会导致钢筋锈蚀、给人不安全感或导 致房屋漏水等。 过大的振动，这往往会给人不舒适感。 其他正常使用要求。2.3 结构抗力和功能函数2.3.1结构的抗力及功能函数结构的功能函数：Z=R-S 式中，R结构构件抗力，它与材料的力学指标及材料用量有关；S作用(荷载)效应及其组合，它与作用的性质有关。 R和S均可视为随机变量，Z为复合随机变量，它们之间的运算规则应按概率 理论进行。 当时，结构能够完成预定的功能，处于可靠状态。 当时，结构不能完成预定的功能，处于失效状态

10、。 当=时，即R=S结构处于临界的极限状态，称为极限状态方程。 保证结构可靠的条件Z=R-S0，是一非确定性的问题。只有用概率来加以 解决。2.4荷载代表值和材料性能标准值2.4.承载能力极限状态表达式承载能力极限状态设计表达式为：结构重要性系数，对安全等级为一级或设计使用年限为 100年及以上的结构构件，不应小于1.1；对安全等级为二级或 设计使用年限为50年的结构构件，不应小于1.0；对安全等级 为三级或设计使用年限为5年及以下的结构构件，不应小于0.9 ；在抗震设计中，不考虑结构构件的重要性系数。 S荷载效应组合的设计值。 R结构构件抗力的设计值。 我国将建筑物的重要程度分为三级，不同级

11、别在计算中取不同的重 要度系数0 ：一级，破坏后果极其严重，属于重要的建筑物；0 =1.1二级，破坏后果比较严重，属于一般的建筑物；0 =1.0三级，破坏后果相对不严重，属于比较次要的建筑物。0 =0.91. 承载能力极限状态表达式极限状态设计表达式b.由永久荷载控制的效应组合a.由可变荷载控制的效应组合永久荷载和可变荷载分项系数。见规范。式中： S ：荷载效应， G：恒荷载的荷载效应系数，Q：荷载分项 系数， Gk：恒荷载标准值， Q1k ：最大的活荷载的标准值， ：其他活荷载的组合系数 Qik：其他活荷载的标准值由可变荷载效应控制的组合：由永久荷载效应控制的组合：式中， 永久荷载的分项系数

12、，当永久荷载效应对结构构件承载力不利 时，由可变荷载控制的组合，取值1.2，由永久荷载控制的组合，取值1.35；当永久荷载效应对 结构构件承载力有利时，一般情况下取值1.0，对结构的倾覆、滑移或漂浮验算，取值0.9；, 第1个和第个可变荷载分项系数，当可变荷载效应对结构构件 承载力不利时，一般情况下限值1.4，对标准值大于4kN/m的工业房屋楼面结构的活荷载取值2.3 ；按永久荷载标准值计算的荷载效应值；按可变荷载标准值计算的荷载效应值，其中为诸可变荷载效应 中起控制作用者；可变荷载的组合值系数，其值不应大于1.0，按规范有关规定 取用；一般取0.7参与组合的可变荷载数。2.4荷载代表值和材料

13、性能标准值2.4.承载能力极限状态表达式 对于工程中常用的一般排架、框架结构，可采用简化规则，并应按 下列组合值中取最不利值确定。 由可变荷载效应控制的组合由永久荷载效应控制的组合仍按上页公式采用。 对于偶然组合，荷载效应组合的设计值宜按下列规定确定：偶然荷 载的代表值不乘分项系数；与偶然荷载同时出现的其他荷载可根据 观察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 计公式，可由有关规范另行规定。2.4荷载代表值和材料性能标准值2.4.4正常使用极限状态表达式对于正常使用极限状态，应根据不同的设计要求，采用荷载的标准组合、频 遇组合或准永久组合，并应按下列设计表达式进行设计：式中，C

14、结构或结构构件达到正常使用要求的规定限值，例如变形、裂缝、振幅、加速度、应力等的限值，应按各有关建筑结构设计规范另行规定。 式中， 可变荷载Q1的频遇值系数；可变荷载Qi的准永久值系数。2. 正常使用极限状态a.标准组合b.频遇组合c.准永久组合u正常使用极限状态设计包括两个方面：裂缝控制验算受弯构件挠度验算2.5 建筑结构设计的基本内容建筑工程设 计内容建筑设计结构设计给排水设计暖通设计电气设计工程设计基 本要求功能要求美观要求经济要求环保要求结构设计过程：方案设计结构分析构件设计绘施工图建筑设备工艺设计结构选型上部结构类型下部结构选型结构布置定位轴线构件布置设置变形缝一、方案设计尺寸估算水

15、平位置竖向位置 伸缩缝沉降缝防震缝结构选型上部结构水平结构竖向结构肋梁楼盖井式楼盖无梁楼盖排架结构框架结构剪力墙结构框架剪力墙结构筒体结构下部结构独立基础片筏基础箱型基础十字型基础条形基础桩基础沉井基础地下连续墙单厂柱网布置定位轴线支撑布置多层柱网布置承重方案高层平面布置竖向布置高宽比限制结构布置剖面设计砌体墙体布置圈梁构造柱布置层高、总高限制伸缩缝沉降缝抗震缝变形缝设置柱梁墙框架梁板连系梁排架柱框架柱截面尺寸估算连续梁承重墙剪力墙计算简图二、结构分析简化三原则尽可能反映实际受力特性偏于安全简单数学方法解析解数值解计算理论线弹性塑性非线性材料非线性几何非线性截面设计节点设计三、构件设计四、绘制施工图正确规范简洁美观承载能力极 限状态组合正常使用极 限状态组合基本组合简化组合由活载控制由恒载控制标准组合频遇组合准永久组合荷载组合由活载控制由恒载控制考虑一项活荷载，以标准值作为代表值；所有活荷载均 以组合值作为代表值，简化组合系数取0.9水平构件竖向构件最大弯矩（扭矩）及相应的剪力最大剪力及相应的弯矩最大轴力及相应的弯矩和剪力（最小轴力及相应的弯矩和剪力）最大弯矩及相应的剪力和轴力内力组合承载能力极 限状态计算承载力(强度、稳定）倾覆滑移漂浮正常使用极 限状态计算变形（挠度、侧移）抗裂和裂缝宽度耐久性疲劳柱梁墙板构件种类混凝土整浇梁钢梁混凝土