程混凝土结构设计方法.pptx

2.1、结构的可靠度结构的可靠度一、一、结构上的作用、作用效应及结构抗力结构上的作用、作用效应及结构抗力结结构构上上的的作作用用：指指施施加加在在结结构构上上的的集集中中力力或或分分布布力力，以以及及引引起起结结构构外外加加变变形形或或约约束束变变形形的的各各种种因因素素（如如地地震震、基基础础差差异异沉沉降降、温温度度变变化、混凝土收缩等）。化、混凝土收缩等）。永永久久作作用用、可可变变作作用用、偶偶然然作作用用为为随机变量和随机过程随机变量和随机过程作作用用效效应应：直直接接作作用用或或间间接接作作用用作作用用在在结结构构构构件件上上，由由此此在在结结构构内内产产生生内内力力和和变变形形（如如轴轴力力、剪剪力力、弯矩、扭矩及挠度、转角、裂缝等）弯矩、扭矩及挠度、转角、裂缝等）。荷载效应一般用荷载效应一般用S表示表示结构力学的主要内容！结构力学的主要内容！结结构构抗抗力力：指指整整个个结结构构可可结结构构构构件件承承受受作作用用效效应应（即即内内力力和和变变形形）的能力，如构件的承载力、刚度等。的能力，如构件的承载力、刚度等。结构抗力一般用结构抗力一般用R表示，为随机变量表示，为随机变量结构或构件承受作用效应的能力，如结构或构件承受作用效应的能力，如受弯承载力受弯承载力Mu、受剪承载力、受剪承载力Vu、容、容许挠度许挠度f、容许裂缝宽度、容许裂缝宽度w。R结构抗力结构抗力R=R(fc,fy,A,h0,As,)本课程的主要内容！本课程的主要内容！可靠性可靠性安全性、适用性和耐久性的总称安全性、适用性和耐久性的总称 指指结结构构在在规规定定的的时时间间内内，在在规规定定的的条条件件下下（正正常常设设计计、正正常常施施工工、正正常常使使用用和和维维护护），完成预定功能的能力。完成预定功能的能力。结结构构的的可可靠靠度度则则是是指指结结构构在在规规定定的的时时间间内内、在规定的条件下完成预定功能的概率。在规定的条件下完成预定功能的概率。结构的可靠性结构的可靠性 reliability2.2、荷载和材料强度、荷载和材料强度建筑结构荷载规范建筑结构荷载规范（GB50009-2001）规定的荷载的基本代表值（按）规定的荷载的基本代表值（按极限状态设计时采用的荷载基本代表极限状态设计时采用的荷载基本代表值）；它是指设计基准期间值）；它是指设计基准期间(统一规定统一规定50年年)，最大荷载概率分布的某一分位，最大荷载概率分布的某一分位值确定。值确定。荷载标准值荷载标准值材料强度标准值材料强度标准值 Rk取值原则取值原则:在符合规定质量的材料强在符合规定质量的材料强度实测值的总体中，标准强度应具有不度实测值的总体中，标准强度应具有不小于小于95%的保证率，即按概率分布的分的保证率，即按概率分布的分位数确定。位数确定。一、结构的极限状态一、结构的极限状态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。实质：结构可靠与失效的界限。分类：承载能力极限状态、正常使用极限状态2.3、极限状态设计法极限状态设计法1、承载能力的极限状态、承载能力的极限状态 这种极限状态对应于结构或构件达到这种极限状态对应于结构或构件达到最大承载能力或达到不适于继续承载的最大承载能力或达到不适于继续承载的变形变形。当结构或构件出现下列状态之一。当结构或构件出现下列状态之一时，应认为超过了承载能力极限状态时，应认为超过了承载能力极限状态。整个结构或结构的一部分作为刚体失去平整个结构或结构的一部分作为刚体失去平 衡（如倾覆）；衡（如倾覆）；结构构件或连接因所受应力超过材料强度而结构构件或连接因所受应力超过材料强度而 破坏（包括疲劳破坏），或者过度变形而不破坏（包括疲劳破坏），或者过度变形而不 适于继续承载；适于继续承载；结构转变变机动体系；结构转变变机动体系；结构或结构构件丧失稳定（如压屈等）；结构或结构构件丧失稳定（如压屈等）；地基丧失承载能力而破坏（如失稳等）地基丧失承载能力而破坏（如失稳等）承载能力极限状态主要考虑有关结构承载能力极限状态主要考虑有关结构安安全性全性的功能，出现的概率应很低。对于的功能，出现的概率应很低。对于任何承载的结构或构件，都需要按承载任何承载的结构或构件，都需要按承载能力极限状态进行设计！能力极限状态进行设计！2、正常使用极限状态、正常使用极限状态 这种极限状态对应于结构或构件达到这种极限状态对应于结构或构件达到正常使用或耐久性能的某项规定限值正常使用或耐久性能的某项规定限值。当结构或构件出现下列状态之一时，应当结构或构件出现下列状态之一时，应认为超过了正常使用极限状态认为超过了正常使用极限状态。影响正常使用或外观的变形，如吊车梁变形过大影响正常使用或外观的变形，如吊车梁变形过大 使吊车不能平稳行驶，梁挠度过大影响使吊车不能平稳行驶，梁挠度过大影响 外观；外观；影响正常使用或耐久性能的局部损坏（包括影响正常使用或耐久性能的局部损坏（包括 裂缝），如水池开裂漏水不能正常使用，裂缝），如水池开裂漏水不能正常使用，裂缝宽度过宽致使钢筋锈蚀；裂缝宽度过宽致使钢筋锈蚀；影响正常作用的振动，如因机器振动而导致的振影响正常作用的振动，如因机器振动而导致的振 幅超过按正常使用要求所规定的限值；幅超过按正常使用要求所规定的限值；影响正常使用的其他特定状态，如相对沉降量过影响正常使用的其他特定状态，如相对沉降量过 大等。大等。正常使用极限状态主要考虑有关结构正常使用极限状态主要考虑有关结构适适用性和耐久性用性和耐久性的功能，对财产和生命的的功能，对财产和生命的危害较小，故出现的概率允许稍高一些，危害较小，故出现的概率允许稍高一些，但仍予以足够的重视。但仍予以足够的重视。通常对结构构件先承载能力极限状态进通常对结构构件先承载能力极限状态进行行承载能力计算承载能力计算，然后根据使用要求按，然后根据使用要求按正常使用极限状态进行变形、裂缝宽度正常使用极限状态进行变形、裂缝宽度或抗裂等或抗裂等验算验算！可靠度：可靠度：结构在规定时间内，在规定的条件结构在规定时间内，在规定的条件下，完成预定功能的概率。是结构可靠性的下，完成预定功能的概率。是结构可靠性的概率度量概率度量可靠概率：可靠概率：结构能完成预定功能的概率。结构能完成预定功能的概率。Ps失效概率：失效概率：结构不能完成预定功能的概率。结构不能完成预定功能的概率。Pf结构的功能函数和极限状态方程结构的功能函数和极限状态方程Z=R-S0 时，时，结构能够完成预定的功能，处于可结构能够完成预定的功能，处于可 靠状态；靠状态；Z=R-S=0时，时，结构达到极限状态；结构达到极限状态；Z=R-SR)=P(Z R)目标可靠度：目标可靠度：设计规范所规定的、作为设计设计规范所规定的、作为设计结构或结构构件时所应达到的可靠指标，称结构或结构构件时所应达到的可靠指标，称为设计或目标可靠度。为设计或目标可靠度。（3）目标（设计）可靠度）目标（设计）可靠度b b目标可靠度与失效概率的关系目标可靠度与失效概率的关系 50年后并不是结构就失效，而是失效概率增年后并不是结构就失效，而是失效概率增加。同时，结构失效也并不表示结构倒塌。加。同时，结构失效也并不表示结构倒塌。我国对于一般工程结构，当为延性破坏时，我国对于一般工程结构，当为延性破坏时，其可靠指标取其可靠指标取b b=3.2，对脆性破坏取，对脆性破坏取b b=3.7。对于重要的工程结构，应提高可靠指标。对于重要的工程结构，应提高可靠指标。安全等级：安全等级：根据建筑物的重要性不同，根据建筑物的重要性不同，即一旦结构发生破坏时对生命财产的即一旦结构发生破坏时对生命财产的危害程度及社会影响的不同，将建筑危害程度及社会影响的不同，将建筑物分为三个安全等级。物分为三个安全等级。（4）安全等级）安全等级一级：一级：破坏后果很严重的重要建筑物；破坏后果很严重的重要建筑物；二级：二级：破坏后果严重的一般工业与民用破坏后果严重的一般工业与民用建筑物；建筑物；三级：三级：破坏后果不严重的次要建筑物；破坏后果不严重的次要建筑物；对于承载力极限状态，其相应的目标对于承载力极限状态，其相应的目标可靠指标见下表可靠指标见下表破坏类型破坏类型安全等级安全等级一级一级二级二级三级三级延性破坏延性破坏脆性破坏脆性破坏3.74.23.23.72.73.2 2.4、极限状态设计表达式极限状态设计表达式混凝土结构设计规范混凝土结构设计规范（GB50010-2002）3.3.1 本规范采用以概率理论为基础的本规范采用以概率理论为基础的极限状态设计方法，以可靠指标度极限状态设计方法，以可靠指标度量结构的可靠度，采用分项系数表量结构的可靠度，采用分项系数表达式进行设计达式进行设计 2.4、极限状态设计表达式极限状态设计表达式混凝土结构设计规范（混凝土结构设计规范（GB50010-2002）3.2.1建筑结构设计应根据使用过程中在建筑结构设计应根据使用过程中在结构上要能同时出现的荷载，按承载结构上要能同时出现的荷载，按承载能力极限状态和正常作用极限状态分能力极限状态和正常作用极限状态分别进行荷载（效应组合），并应取各别进行荷载（效应组合），并应取各自的最不利的效应组合进行设计！自的最不利的效应组合进行设计！一、承载能力极限状态设计表达式一、承载能力极限状态设计表达式1 1、基本表达式、基本表达式 安全等级为一级或设计使用年限为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取年及以上的结构构件取0=1.1；安全等级为二级或设计使用年限为安全等级为二级或设计使用年限为50年的结构构件取年的结构构件取0=1.0；安全等级为三级或设计使用年限为安全等级为三级或设计使用年限为5年的结构构件取年的结构构件取0=0.9。结构重要性系数结构重要性系数0荷载设计值：荷载效应的标准值与荷载设计值：荷载效应的标准值与荷载分项系数（荷载分项系数（1.0）的乘积。）的乘积。抗力设计值：结构抗力标准值与抗力设计值：结构抗力标准值与抗力分项系数（抗力分项系数（1）的乘积。）的乘积。由由可变荷载效应控制的组合可变荷载效应控制的组合：2、荷载效应组合的设计值、荷载效应组合的设计值S 由由永久荷载效应控制的组合永久荷载效应控制的组合：SGk：在基本组合中起控制作用的一个：在基本组合中起控制作用的一个可变荷载标准值的效应；可变荷载标准值的效应；ci：第：第i个可变荷载的组合系数，风个可变荷载的组合系数，风 荷载取荷载取0.6；其他可变荷载取；其他可变荷载取0.7；当永久荷载效应对结构不利时，对由可当永久荷载效应对结构不利时，对由可 变荷载效应控制的组合一般变荷载效应控制的组合一般G=1.2；对由永久荷载效应控制的组合取对由永久荷载效应控制的组合取1.35；当；当永久荷载效应对结构有利时，取永久荷载效应对结构有利时，取G=1.0；Q1、Qi、：可变荷载的分项系数：可变荷载的分项系数Q1=Qi=1.4；G：永久荷载分项系数。永久荷载分项系数。Q1、Qi、：可变荷载的分项系数：可变荷载的分项系数一般一般Q1=Qi=1.4；对工业建筑楼面；对工业建筑楼面结构，当活荷载标准值大于结构，当活荷载标准值大于4kN/m2时，时，从经济效果考虑，应取从经济效果考虑，应取1.3。对于一般排架、框架结构简化公式对于一般排架、框架结构简化公式由由可变荷载效应控制的组合可变荷载效应控制的组合对于一般排架、框架结构简化公式对于一般排架、框架结构简化公式由由永久荷载效应控制的组合，同上永久荷载效应控制的组合，同上采用荷载的组合值、准永久值及频遇值采用荷载的组合值、准永久值及频遇值如：构件的变形、抗裂度及裂缝宽度；如：构件的变形、抗裂度及裂缝宽度；二、正常使用极限状态设计表达式二、正常使用极限状态设计表达式对于对于标准组合，荷载效应组合值标准组合，荷载效应组合值Sk对于准永久组合，对于准永久组合，荷载效应组合值荷载效应组合值Sk荷载效应的频遇组合设计值荷载效应的频遇组合设计值可变荷载的频遇值系数可变荷载的频遇值系数有一使用年限为有一使用年限为100年的办公楼顶层柱，经计算，年的办公楼顶层柱，经计算，已知在永久荷载标准值、屋面活荷载标准值、风荷已知在永久荷载标准值、屋面活荷载标准值、风荷载标准值分别作用下引起的该柱轴向压力标准值分载标准值分别作用下引起的该柱轴向压力标准值分别为别为NGK=40kN，NQK=12kN，NWK=4kN。屋面活。屋面活荷载、风荷载的组合系数分荷载、风荷载的组合系数分0.7，0.6，试分别确定，试分别确定该柱在按承载能力和正常使用极限状态组合时的轴该柱在按承载能力和正常使用极限状态组合时的轴向压力设计值。向压力设计值。习题习题1 1有一使用年限为有一使用年限为5年的临时办公楼的简支梁，其计年的临时办公楼的简支梁，其计算跨度为算跨度为10m，由永久荷载标准值产生的梁上线荷，由永久荷载标准值产生的梁上线荷载为载为10kN/m,由楼面均布活荷载标准值产生的梁上由楼面均布活荷载标准值产生的梁上线荷载线荷载8kN/m，由此算得该梁跨中弯矩设计值及边，由此算得该梁跨中弯矩设计值及边支座的剪力？另外其正常使用极限状态的跨中弯矩支座的剪力？另外其正常使用极限状态的跨中弯矩标准值及支座剪力？标准值及支座剪力？习题习题2 2有一档案库的楼面悬臂梁，其悬挑计算跨度有一档案库的楼面悬臂梁，其悬挑计算跨度为为5m，该梁上由永久荷载标准值产生的线荷，该梁上由永久荷载标准值产生的线荷载为载为30kN/m，由楼面活荷载标准值产生的线，由楼面活荷载标准值产生的线荷载为荷载为2kN/m，试计算该梁的梁端弯矩设计，试计算该梁的梁端弯矩设计值。若安全等级为一级又如何考虑。值。若安全等级为一级又如何考虑。习题习题3 3