工程結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)第3章.ppt

第三章 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計基本原理,1. 建筑物結(jié)構(gòu)的荷載,2. 極限狀態(tài)設(shè)計法,3.1 建筑物結(jié)構(gòu)的荷載,作用（S）（或荷載）,作用效應(yīng),施加在結(jié)構(gòu)上的集中力或分布力，稱為作用直接作用,引起結(jié)構(gòu)外加變形或約束變形的原因間接作用,由作用引起的結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的反應(yīng),結(jié)構(gòu)抗力（R）,結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件承受效應(yīng)的能力,V,M,3.1.1 基本概念,在結(jié)構(gòu)使用期間，其值不隨時間變化，或其變化與平均值相比可以忽略不計的荷載。也稱恒荷載或恒載。比如結(jié)構(gòu)自重或土壓力等。,在結(jié)構(gòu)使用期間，其值隨時間變化，或其變化與平均值相比不可以忽略不計的荷載。也稱活荷載或活載。比如樓面活載、屋面活載、雪荷載、風(fēng)荷載、吊車荷載等。,在結(jié)構(gòu)使用期間不一定出現(xiàn)，而一旦出現(xiàn),其量值很大而持續(xù)時間較短的荷載。比如爆炸力、撞擊力等。,永久荷載,可變荷載,偶然荷載,3.1.2 荷載分類,按時間變異分類,按空間變異分類,固定荷載在結(jié)構(gòu)空間位置上具有固定的分布； 可動荷載在結(jié)構(gòu)空間位置一定范圍內(nèi)可以任意分布。,靜態(tài)荷載對結(jié)構(gòu)不產(chǎn)生動力效應(yīng)，或小的可以忽略； 動態(tài)荷載對結(jié)構(gòu)產(chǎn)生動力效應(yīng)，且不可以忽略。,按照結(jié)構(gòu)的反應(yīng)分類,結(jié)構(gòu)計算時，需根據(jù)不同的設(shè)計要求采用不同的荷載數(shù)值。,荷載基本代表值。指在結(jié)構(gòu)使用期間，在正常情況下出現(xiàn)具有一定保證率的最大荷載。,當(dāng)結(jié)構(gòu)同時承受兩種或兩種以上可變荷載時，除主導(dǎo)荷載（產(chǎn)生荷載效應(yīng)最大的荷載）取標準值，其他伴隨荷載取小于其標準值的組合值為代表值。,在設(shè)計基準期內(nèi)經(jīng)常作用在結(jié)構(gòu)上的可變荷載。,作用于結(jié)構(gòu)上時而出現(xiàn)，持續(xù)時間較短的較大可變荷載。,荷載標準值,可變荷載組合值,可變荷載準永久值,可變荷載頻遇值,3.1.3 荷載的代表值,恒荷載,按構(gòu)件或材料單位體積（或單位面積）自重平均值確定。見表。,樓面及屋面活荷載,民用建筑樓面活載見規(guī)范。對多、高層，荷載滿布且達到最大值可能性很小，應(yīng)適當(dāng)折減。,屋面均布活載分“上人”和“不上人”兩類。,雪荷載,基本雪壓。見規(guī)范,雪荷載標準值,屋面積雪分布系數(shù)，即基本雪壓換算為屋面水平投影面上的雪荷載的換算系數(shù)。,風(fēng)荷載,風(fēng)荷載標準值,基本風(fēng)壓，見規(guī)范,風(fēng)壓高度變化系數(shù),風(fēng)荷載體型系數(shù)，+為壓力，-為吸力,高度z處風(fēng)振系數(shù),屋面均布活載不與雪荷載同時考慮，設(shè)計時取其中較大值。,民用建筑樓面均布活荷載的各種代表值,3.2 極限狀態(tài)設(shè)計法,3.2.1 結(jié)構(gòu)功能要求,在設(shè)計基準期（一般50年，也有100和25年）內(nèi)，滿足功能要求，即安全性(SR)，適用性，耐久性。,安全性：滿足特定的與建筑物功能相適應(yīng)的承載力極限狀態(tài) 適用性：保證結(jié)構(gòu)在日常使用中滿足要求 耐久性：保證結(jié)構(gòu)的承載力的持續(xù)時間與環(huán)境適應(yīng)度,功能函數(shù)：Z=R-S=g(X1,X2,X3.Xn),結(jié)果分析,Z=R-S0： Z=R-S0： Z=R-S=0：,處于可靠狀態(tài)；,處于不可靠狀態(tài)，即失效；,處于極限狀態(tài)，此方程稱極限狀態(tài)方程,3.2.3 結(jié)構(gòu)可靠度理論,在規(guī)定的時間內(nèi)（一般為50年），在規(guī)定的條件下（正常設(shè)計、正常施工和正常使用），完成預(yù)定功能的概率，稱為結(jié)構(gòu)的可靠度，即可靠概率。以Ps表示,安全性、適用性、耐久性,結(jié)構(gòu)的可靠度,失效概率,結(jié)構(gòu)不能完成預(yù)定功能的概率，以Pf表示。,3.2.3 建筑物的重要度與基準期,我國將建筑物的重要程度分為三級，不同級別在計算中取不同的重要度系數(shù)0 ： 一級，破壞后果極其嚴重，屬于重要的建筑物；0 =1.1 二級，破壞后果比較嚴重，屬于一般的建筑物；0 =1.0 三級，破壞后果相對不嚴重，屬于比較次要的建筑物。0 =0.9,結(jié)構(gòu)的設(shè)計基準期 1.結(jié)構(gòu)保證其設(shè)計可靠度指標的時間期限成為設(shè)計基準期，即在基準期內(nèi)，結(jié)構(gòu)的可靠度指標完全滿足設(shè)計要求； 2.設(shè)計基準期是測算最大荷載重現(xiàn)期的基本期限； 3.在超過設(shè)計基準期后，并非意味著結(jié)構(gòu)的失效，而是其可靠度有所降低，因此基準期不能等同于建筑物的使用壽命； 4.我國對于多數(shù)建筑物的設(shè)計基準期均為50年，特殊建筑物可以除外；,極限狀態(tài),結(jié)構(gòu)或構(gòu)件達到正常使用或耐久性能的某項規(guī)定限值。如過大變形、開裂、振動等。,結(jié)構(gòu)或構(gòu)件達到最大承載力或產(chǎn)生不適于繼續(xù)承載的變形。如傾覆、疲勞破壞、壓屈等。,正常使用極限狀態(tài),承載能力極限狀態(tài),我國結(jié)構(gòu)設(shè)計是以概率理論為基礎(chǔ)的極限狀態(tài)設(shè)計法。,整個結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)的一部分超過某一特定狀態(tài)，或不能滿足設(shè)計規(guī)定的某一功能要求的特定狀態(tài)。,3.2.4 極限狀態(tài)設(shè)計法,承載能力極限狀態(tài)表達式,極限狀態(tài)設(shè)計表達式,由永久荷載控制的效應(yīng)組合,由可變荷載控制的效應(yīng)組合,永久荷載和可變荷載分項系數(shù)。見規(guī)范。,式中： S ：荷載效應(yīng)， G：恒荷載的荷載效應(yīng)系數(shù)，Q：荷載分項系數(shù)， Gk：恒荷載標準值， Q1k ：最大的活荷載的標準值， ：其他活荷載的組合系數(shù) Qik：其他活荷載的標準值,荷載分項系數(shù)和材料強度分項系數(shù),永久荷載分項系數(shù)G 當(dāng)永久荷載效應(yīng)對結(jié)構(gòu)構(gòu)件的承載能力不利且可變荷載起控制作用時,取1.2; 當(dāng)永久荷載效應(yīng)對結(jié)構(gòu)構(gòu)件的承載能力不利且永久荷載起控制作用時,取1.35; 當(dāng)永久荷載效應(yīng)對結(jié)構(gòu)構(gòu)件的承載能力有利時,不應(yīng)大于1.0。 可變荷載分項系數(shù)Q 一般情況取1.4，當(dāng)可變荷載效應(yīng)對結(jié)構(gòu)構(gòu)件承載能力有