第2章结构设计方法.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第,2,章 结构设计方法,2.1,结构设计的基准期和设计使用年限,第二章 结构设计方法,结构设计所采用的荷载统计参数以及与时间有关的材料性能取值，都需要选定一个时间参数,设计基准期,。,我国所采用的设计基准期为,50,年。,一、设计基准期,第,2,章 结构设计方法,1.,设计使用年限是指设计规定的一个时期。在这一规定时期内，房屋建筑在正常设计、正常施工、正常使用和维护下不需要进行大修就能按其预定目的使用。,二、设计使用年限,2.,结构的设计使用年限应按下表确定。,类别,1,2,3,4,设计使用年限,/,年,5,25,50,100,示例,临时性结构,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的建筑结构,2.2,结构的,功能要求、作用效应和结构抗力,第,2,章 结构设计方法,1.,结构安全性要求,2.,结构适用性要求,3.,结构耐久性要求,一、结构的功能要求,结构在规定的设计使用年限内，应满足下列各项功能要求。,二、,作用与作用效应,第,2,章 结构设计方法,1.,作用及其分类,作用是指施加在结构上的集中力或分布力,(,称为直接作用，即通常所说的荷载,),以及引起结构外加变形或约束变形的原因,(,称为间接作用,),。,结构上的各种作用，可按不同的性质进行分类。,第,2,章 结构设计方法,（,1,）按时间的变异分类,（,3,）按结构的反应特点分类,（,2,）按空间位置的变异分类,可分为,固定作用,和,自由作用,可分为,静态作用,和,动态作用,第,2,章 结构设计方法,2.,作用的随机性,同一时间可能有多种结果，但事先不能确定哪一种一定发生,(,不确定性,),，而事后有唯一结果的性质称为,作用的随机性,。,3.,作用效应,由作用引起的结构或结构构件的反应，例如，内力、变形和裂缝等，称为,作用效应,。,三、,结构抗力,第,2,章 结构设计方法,结构或结构构件承受作用效应的能力称为,结构抗力。,影响结构抗力的主要因素是,结构的几何参数和所用材料的性能。,由于结构构件的制作误差和安装误差会引起结构几何参数的变异，,结构材料因材质和生产工艺等的影响，其强度和变形性能也会有差,别,(,即使是同一工地按同一配比制作的同一强度等级的混凝土、或是,同一钢厂生产的同一种钢材，其强度和变形性能也不会完全相同,),，,因此,结构抗力也具有随机性。,2.3,极限状态设计方法,第,2,章 结构设计方法,1.,极限状态,一、极限状态的定义和分类,整个结构或结构的一部分超过不能满足设计规定的某一功能要求时的某一特定状态。极限状态实质上就是,结构可靠,(,有效,),或不可靠,(,失效,),的界限,。,第,2,章 结构设计方法,2.,极限状态的分类,（,1,）承载能力极限状态,当结构或结构构件出现下列状态之一时，应认为其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衡,(,如倾覆、滑移等,),；,结构构件或其连接部因材料强度不够而破坏,(,包括疲劳破坏,),，或因 过度的塑性变形而不适于继续承载；,结构转变为机动体系。,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,),。,承载能力极限状态是指对应于结构、结构构件达到最大承载能力或出现不适于继续承载的变形或变位的状态,第,2,章 结构设计方法,承载能力极限状态举例,第,2,章 结构设计方法,（,2,）正常使用极限状态,正常使用极限状态是指对应于结构、结构构件达到正常使用或耐久性的某项规定的限值的状态。,当结构或结构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：,影响正常使用或外观的变形；,影响正常使用或耐久性的局部损坏,(,包括裂缝,),；,影响正常使用的振动；,影响正常使用的其他特定状态。,第,2,章 结构设计方法,二、承载能力极限状态设计,承载能力极限状态的设计表达式为,0,S,R,0,结构重要参数；,安全等级为一级，不应小于,1.1,；,安全等级为二级，不应小于,1.0,；,安全等级为三级，不应小于,0.9,；,S,荷载效应组合的设计值,R,结构构件抗力的设计值,第,2,章 结构设计方法,1.,基本组合的荷载效应组合设计值,（,2,）由永久荷载效应控制的组合,（,1,）由可变荷载效应控制的组合,第,2,章 结构设计方法,2.,荷载偶然组合的效应设计值,（,2,）用于偶然事件发生后受损结构整体稳固性验算的效应设计值,（,1,）用于承载力极限状态计算的效应设计值,第,2,章 结构设计方法,三、正常使用极限状态设计,式中,C,结构或结构构件达到正常使用要求的规定限值，,如变形、裂缝、振幅等限值。,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。其设计表达式为,S,d,C,第,2,章 结构设计方法,1.,荷载组合,（,1,）标准组合,（,2,）频遇组合,（,3,）准永久组合,第,2,章 结构设计方法,2.,具体内容设计,（,1,）裂缝控制验算,根据所处环境类别和结构类别，首先选用相应的裂缝控制等级及最大裂缝宽度限值,lim,。裂缝控制等级共分为三级，详见下表,结构构件的裂缝控制等级及最大裂缝宽度限值,(mm),环境类别,钢筋混凝土结构,预应力混凝土结构,裂缝控制等级,lim,裂缝控制等级,lim,一,三,0.3(0.4),三,0.20,二,a,0.2,0.10,二,b,二,三,a,，三,b,一,注：括号内数值用于年平均相对湿度小于,60%,的受弯构件。,对处于四、五类环境下的结构构件，另见专门标准规定。,表中最大裂缝宽度限值用于验算荷载作用引起的最大裂缝宽度。,一类环境下的屋架、托架、需进行疲劳验算的吊车梁，取,lim=0.2 mm,，一类环境下的预应力屋面梁、托架、屋架、屋面板和楼板，按二级裂缝控制等级进行验算。,第,2,章 结构设计方法,（,2,）受弯构件的挠度验算,计算受弯构件的最大挠度时，应按荷载效应标准组合并考虑荷载长期作用的影响。其计算值不超过下表规定的挠度限值,受弯构件的挠度限值,注：,l,0,为构件的计算跨度，对悬臂构件，按实际悬臂长度的,2,倍取用。,括号内数值适用于使用上对挠度有较高要求的构件。,若构件预先起拱且使用上允许，则在计算挠度时可将计算值减去起拱值，预应力构件尚可减去预加力产生的反拱值。,构件类型,楼盖、屋盖及楼梯构件,吊车梁,l,0,9 m,手动吊车,电动吊车,挠度限值,l,0,/200(,l,0,/250),l,0,/250(,l,0,/300),l,0,/300(,l,0,/400),l,0,/500,l,0,/600,四、按极限状态设计时材料强度和荷载的取值,1,材料强度指标的取值,由上述极限状态设计表达式可知，材料的强度指标有两种：标准值和设计值。,在建筑结构中，材料强度标准值系按标准试验方法测得的具有不小于,95%,保证率的强度值 。,式中,为材料强度的标准值和平均值；,分别为材料强度的均方差。,为材料强度的平均值；,材料强度设计值系由强度标准值除以相应的材料分项系数确定，即,材料强度设计值；,材料分项系数。,材料分项系数及其强度设计值主要是通过对可靠指标的分析及工程经验标准确定。,四、,按极限状态设计时材料强度和荷载的取值,2,.,荷载代表值,荷载的代表值是设计中用以验算极限状态所采用的荷载量值，主要是标准值、组合值和准永久值,、,频遇值等,。,荷载的标准值是荷载的基本代表值，为设计基准期内最大荷载统计分布的特征值。,建筑结构荷载规范,规定，对于结构自身重力可以根据结构的设计尺寸和材料的重度确定。可变荷载应由设计基准期内最大荷载统计分布，取其某一分位值作为该荷载的代表值。,对可变荷载，使组合后的荷载效应在设计基准期内的超越概率，能与该荷载单独出现时的相应概率趋于一致的荷载值；或使组合后的结构具有统一规定的可靠指标的荷载值，称为可变荷载的组合值。,对可变荷载，在设计基准期内，其超越的总时间约为设计基准期一半的荷载值，称为可变荷载准准永久值。,对可变荷载，在设计基准期内，其超越的总时间为规定的较小比率或超越频率为规定频率的荷载值，称为可变荷载准频遇值。,本章结束,第,2,章 结构设计方法,