混凝土结构设计原理ch3设计方法

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1、混凝土结构设计原理第3章 混凝土结构设计方法 2013 TY昆明理工大学建工学院本章要点第第3 3章章 混凝土结构设计方法混凝土结构设计方法 （The Design Approach） 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法。混凝土结构设计原理第3章 混凝土结构设计方法 2013 TY昆明理工大学建工学院3.1 概 述进行工程结构设计的目的是保证其安全可靠、经济合 理，满足实际使用的各种要求;然而，在实际工程结构中存在多种不确定性因素（荷载作用、结构尺寸、材料强度；计算简图、计算理论与实

2、 际情况；人为错误等），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；结构设计方法就是研究工程设计中的各种不确定性问题，掌握结构尺寸、材料强度等的变异情况，以便科学合 理的选定结构可靠度，取得安全可靠与经济合理之间的均 衡。混凝土结构设计原理第3章 混凝土结构设计方法 2013 TY昆明理工大学建工学院1. 1. 现行规范的设计方法3.2 混凝土结构设计的基本规定设计基准期是为确定可变作用及与与时间有关的材料性能等取值而选用的时间参数（如，风、雪；最小保护层等）。混 凝土结构设计规范取用的设计基准期为50年，公路钢筋混 凝土及预应力混凝土桥涵

3、设计规范取用的设计基准期为100年。2. 2. 设计基准期我国现行混凝土结构设计规范GB 50010-2010、公路 钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范JTG D62-2004均采 用“以概率论为基础的极限状态设计法”。分别依据建筑结构 可靠度设计统一标准 及工程结构可靠性设计统一标准的原则制定。混凝土结构设计原理第3章 混凝土结构设计方法 2013 TY昆明理工大学建工学院3. 建筑结构的设计使用年限100纪纪念性建筑和特别别重要建筑50普通房屋和构筑物25易于替换换的结结构构件5临时临时 性结结构结结构的设计设计 使用年 限（年）结结构类类型类类 别别4. 结构的安全等级 结构的安全等级

4、表示房屋的重要性程度一级：大型公共建筑等 二级：一般住宅和办公楼 三级：小型和临时性建筑建筑结构的安全等级：桥涵结构的安全等级：一级：特大桥、重要大桥二级：大桥、中桥、重要小桥 三级：小桥、涵洞混凝土结构设计原理第3章 混凝土结构设计方法 2013 TY昆明理工大学建工学院结构能承受在正常施工、正常使用情况下可能出现的各种作用（如荷载、温度和收缩变形、基础不均 匀沉降）,构件不发生破坏；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, 防止出现结构的连续倒塌， 如火灾发生时，结构在规定的时 间内可保持足够的承载力。1 1、安全性 Safety 3.3 结构的功能要求 Funct

5、ions of Structure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、振动，或产生让 使用者感到不安的过大的裂缝宽度。2 2、 适用性 Serviceability 混凝土结构设计原理第3章 混凝土结构设计方法 2013 TY昆明理工大学建工学院结构在正常使用和正常维护条件下，在设计使用 年限内，在指定的工作环境中满足既定功能要求的性 能。结构要具有足够的耐久性能，应要求结构材料的 风化、腐蚀和老化不超过一定限度。3 3、耐久性 Durability4 4、 结构的可靠性 reliability可靠性安全性、适用性和耐久性的总称。可靠性：结构在规定的使用期限

6、内，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。混凝土结构设计原理第3章 混凝土结构设计方法 2013 TY昆明理工大学建工学院可靠度：结构在规定的使用期限内，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 构功能的概率。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主要 问题。3.4 结构的极限状态 Limit State混凝土结构设计原理第3章 混凝土结构设计方法 2013 TY昆明理工大学建工学院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“

7、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 ，此特定状态称为该功能的极限状态。极限状态的分类：承载能力极限状态正常使用极限状态混凝土结构设计原理第3章 混凝土结构设计方法 2013 TY昆明理工大学建工学院1.承载力能力极限状态 Ultimate Limit State结构或结构构件达到最大承载力、出现疲劳破坏、发生不适于继续承载的变形或因结构局部破坏而引发的连续倒塌。承载力极限状态设计包括以下内容：（1）结构构件应进行承载力（包括失稳）计算；（2）直接承受重复荷载的构件应进行疲劳验算；（3）有抗震设防要求时，应进行抗震承载力计算；（4）必要时尚应进行结构的

8、倾覆、滑移、漂浮验算；（5）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，宜进行防连续倒塌设计。混凝土结构设计原理第3章 混凝土结构设计方法 2013 TY昆明理工大学建工学院超过该极限状态，结构就不能满足预定的安全性功能要求。结构构件或连接因所受应力超过材料强度而破坏，或因过度变形而不适于继续承载；结构整体或其中一部分作为刚体失去平衡（如倾覆、滑移）结构形成机动体系（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；地基丧失承载能力而破坏；结构或构件的疲劳破坏（如由于多次重复荷载而破坏）。1.承载力能力极限状态 Ultim

9、ate Limit State任何承载的结构和构件都需要按承载力极限状态进行设计混凝土结构设计原理第3章 混凝土结构设计方法 2013 TY昆明理工大学建工学院2.正常使用极限状态 Serviceability Limit State结构或结构构件达到正常使用的某项规定的限值或耐久性能的某种规定状态。正常使用极限状态设计包括以下内容：（1）对需要控制变形的构件，应进行变形验算；（2）对不允许出现裂缝的构件，应进行混凝土拉应力验算；（3）对允许出现裂缝的构件，应进行受力裂缝宽度验算；（4）对舒适度有要求的楼盖结构，应进行竖向自振频率验算。混凝土结构设计原理第3章 混凝土结构设计方法 2013 T

10、Y昆明理工大学建工学院2.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性的功能要求。影响正常使用或外观变形（如吊车梁变形过大导致吊车不能平稳开行等）；影响正常使用或耐久性的局部损坏（包括裂缝）（钢筋锈蚀、不安全感、水池漏水等）；影响正常使用的振动（如过大的振动，不舒适）；影响正常使用其他特定状态。（如相对沉降量过大）先承载力极限状态设计然后据使用要求进行正常使用极限状态设计混凝土结构设计原理第3章 混凝土结构设计方法 2013 TY昆明理工大学建工学院3.5 结构上的作用、作用效应S与结构抗力R 3.5.1 结构上的作用

11、（Action ）1. 定义：凡能使结构产生内力、应力、位移、应变、裂缝的 因素，都称为结构上的作用。直接作用：荷载；2. 分类：间接作用：温度、收缩、徐变、地基不均匀沉降、 地震等。3.5.2 作用效应 S （Action Effect S）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。可用下式表达：S = S(Q)结构力学的主要内容如均布荷载q作用下的简 支梁，跨中弯矩为：混凝土结构设计原理第3章 混凝土结构设计方法 2013 TY昆明理工大学建工学院3.5.3 结构抗力 R （Resistant）定义：结构抵抗作用效应的能力，称为结构抗力。如受弯承载力M

12、u、受剪承载力Vu、容许挠度 f lim、容许裂 缝宽度 w lim。结构抗力R与结构材料、截面尺寸、配筋情况等有关，可用下式表达：R = R（fc, fs, ak, ）本课程的主要内容如钢筋混凝土适筋梁 的受弯承载力为：混凝土结构设计原理第3章 混凝土结构设计方法 2013 TY昆明理工大学建工学院 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 fy 和 fc 的离散性；截面尺寸h0和 b 的施工误差；应力-应变关系参数 k1 和 k2。不一定绝对安全（可靠）3.5.4 结构设计中的不确定性 Undetermi

13、ned Factors in Design如对于钢筋混凝土简支梁：S为跨中弯矩：R为梁受弯承载力：g+ql混凝土结构设计原理第3章 混凝土结构设计方法 2013 TY昆明理工大学建工学院3.6 荷载及其代表值3.6.1 荷载分类永久荷载（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；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，撞击等。 混凝土结构设计原理第3章 混凝土结构设

14、计方法 2013 TY昆明理工大学建工学院3.6.2 荷载代表值 1.标准值荷载标准值是建筑结构按极限状态设计时采用的荷载基本 代表值。由设计基准期最大概率分布的上限荷载分位值确定 ，该特征值称为荷载标准值（永久荷载Gk，可变荷载Qik）。按荷载标准值确定的荷载效应，称为荷载效应标准值Sk。保证率：95 混凝土结构设计原理第3章 混凝土结构设计方法 2013 TY昆明理工大学建工学院 直升飞机坪： 楼面： 屋面：不上人屋面上人屋面屋顶花园楼面和屋面荷载的标准值可查荷载规范得到，如：荷载规范中的 荷载值不包括隔 墙重量和二次装 修重量。 永久荷载标准值Gk可变荷载标准值Qik永久荷载标准值Gk可

15、按结构设计规定的尺寸和荷载规范规定的材料容重平均值确定。风荷载基本风压：空旷、平坦地面、离地10m、50年一遇、 10分钟平均最大风速。雪荷载基本雪压：空旷、平坦地面、50年一遇最大雪压。混凝土结构设计原理第3章 混凝土结构设计方法 2013 TY昆明理工大学建工学院3. 频遇值结构上时而出现的较大值，但小于标准值。计算裂缝变形时用。（建筑结构现没有采用，用在桥梁结构上） 频遇值 = f 标准值 t / T R 失效3.8极限状态方程结构功能函数 Z = R - SZ 0（R S) 可靠 Z = 0 （R =S)极限状态Z 0可靠 Z R)=1Ps（Ps为可靠概率）混凝土结构设计原理第3章 混凝土结构设计方法 2013 TY昆明理工大学建工学院正态分布变异系数z=z/z结构功能函数 Z = R - SZ 0（R S） 可靠 Z = 0 （R =S）极限状态Z 0 （R S） 失效混凝土结构设计原理第3章 混凝土结构设计方法 2013 TY昆明理工大学建工学院b 可靠指标 reliability index3.9.2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。 ，则可靠指 标为： 结构抗力的平均值和标准值； 作用效应的平均值和标准值。结构可靠度设计方法要求结构设计时应满足z混凝土结构设计原理