工程结构基础(第3章)课件.ppt

1、第三章建筑结构设计基本原理1. 1. 建筑物结构的荷载建筑物结构的荷载2. 2. 极限状态设计法极限状态设计法3.1 3.1 建筑物结构的荷载建筑物结构的荷载作用（作用（S S）（或荷载）（或荷载）作用效应作用效应施加在结构上的集中力或分布力，称为作用施加在结构上的集中力或分布力，称为作用直接作用直接作用引起结构外加变形或约束变形的原因引起结构外加变形或约束变形的原因间接作用间接作用由作用引起的结构或构件的反应由作用引起的结构或构件的反应结构抗力（结构抗力（R R）结构或结构构件承受效应的能力结构或结构构件承受效应的能力qVM3.1.1 3.1.1 基本概念基本概念在结构使用期间在结构使用期间

2、，其值，其值不随时间变化，或其变不随时间变化，或其变化与平均值相比可以忽略不计化与平均值相比可以忽略不计的荷载。也称的荷载。也称恒恒荷载荷载或或恒载恒载。比如结构自重或土压力等。比如结构自重或土压力等。在结构使用期间在结构使用期间，其值，其值随时间变化，或其变化随时间变化，或其变化与平均值相比不可以忽略不计与平均值相比不可以忽略不计的荷载。也称的荷载。也称活活荷载荷载或或活载活载。比如楼面活载、屋面活载、雪荷。比如楼面活载、屋面活载、雪荷载、风荷载、吊车荷载等。载、风荷载、吊车荷载等。在结构使用期间在结构使用期间不一定出现不一定出现，而，而一旦出现一旦出现, ,其量其量值很大而持续时间较短值很

3、大而持续时间较短的荷载。比如爆炸力、的荷载。比如爆炸力、撞击力等。撞击力等。a.a.永久荷载永久荷载b.b.可变荷载可变荷载c.c.偶然荷载偶然荷载3.1.2 3.1.2 荷载分类荷载分类按时间变异分类按时间变异分类按空间变异分类按空间变异分类a.固定荷载固定荷载在结构空间位置上具有在结构空间位置上具有固定的分布固定的分布；b.可动荷载可动荷载在结构空间位置在结构空间位置一定范围内可以任意分布一定范围内可以任意分布。a.静态荷载静态荷载对结构对结构不产生动力效应不产生动力效应，或小的可以忽略；，或小的可以忽略；b.动态荷载动态荷载对结构对结构产生动力效应产生动力效应，且不可以忽略。，且不可以忽

4、略。按照结构的反应分类按照结构的反应分类结构计算时，需根据不同的设计要求采用不同的荷载数值。结构计算时，需根据不同的设计要求采用不同的荷载数值。荷载基本代表值。指在结构使用期间，在正常情荷载基本代表值。指在结构使用期间，在正常情况下出现况下出现具有一定保证率具有一定保证率的的最大荷载最大荷载。当结构同时承受两种或两种以上可变荷载时，当结构同时承受两种或两种以上可变荷载时，除主导荷载（产生荷载效应最大的荷载）取除主导荷载（产生荷载效应最大的荷载）取标准值，标准值，其他伴随荷载取小于其标准值的组其他伴随荷载取小于其标准值的组合值为代表值合值为代表值。在在设计基准期设计基准期内经常作用在结构上的内经

5、常作用在结构上的可变可变荷载荷载。kccQQ kqqQQ kkorQG作用于结构上作用于结构上时而出现时而出现，持续时间较短持续时间较短的的较大较大可变荷载可变荷载。kffQQ a.a.荷载标准值荷载标准值b.b.可变荷载组合值可变荷载组合值c.c.可变荷载准永久值可变荷载准永久值d.d.可变荷载频遇值可变荷载频遇值3.1.3 3.1.3 荷载的代表值荷载的代表值恒荷载恒荷载按构件或材料单位体积（或单位面积）自重平均值确定。见表。按构件或材料单位体积（或单位面积）自重平均值确定。见表。楼面及屋面活荷载楼面及屋面活荷载1.1. 民用建筑楼面活载见民用建筑楼面活载见规范规范。对多、高层，荷载满布且

6、达到。对多、高层，荷载满布且达到最大值可能性很小，应适当折减。最大值可能性很小，应适当折减。2.2. 屋面均布活载分屋面均布活载分“上人上人”和和“不上人不上人”两类。两类。3.3. 雪荷载雪荷载orkSS基本雪压。见基本雪压。见规范规范kS雪荷载标准值雪荷载标准值oSr屋面积雪分布系数，即基本雪压换算为屋面水平屋面积雪分布系数，即基本雪压换算为屋面水平投影面上的雪荷载的换算系数。投影面上的雪荷载的换算系数。4.4. 风荷载风荷载ozszkkzosz风荷载标准值风荷载标准值基本风压，见基本风压，见规范规范风压高度变化系数风压高度变化系数风荷载体型系数，风荷载体型系数，+ +为压为压力，力，-

7、-为吸力为吸力高度高度z z处风振系数处风振系数屋面均布活载不与雪荷载同时考虑，设计时取其中较大值。屋面均布活载不与雪荷载同时考虑，设计时取其中较大值。民用建筑楼面均布活荷载的各种代表值类别标准值(kN/m2)组合值系数c频遇值系数f准永久值系数q住宅、宿舍、办公楼教室、实验室、会议室2.00.70.50.60.40.5食堂、餐厅2.50.70.60.5礼堂、剧场、影院3.00.70.50.5商店、车站、机场大厅3.50.70.60.3健身房、舞厅4.00.70.60.5书库、档案库5.00.90.90.83.2 3.2 极限状态设计法极限状态设计法3.2.1 3.2.1 结构功能要求结构功能

8、要求在在设计基准期（设计基准期（一般一般5050年年，也有，也有100100和和2525年年）内，满足功）内，满足功能要求，即能要求，即安全性安全性( (SR)S0：uZ=R-S0：uZ=R-S=0：处于可靠状态；处于不可靠状态，即失效；处于极限状态，此方程称极限状态方程3.2.3 3.2.3 结构可靠度理论结构可靠度理论在规定的时间内（一般为在规定的时间内（一般为5050年），在规定年），在规定的条件下（正常设计、正常施工和正常使的条件下（正常设计、正常施工和正常使用），完成预定功能的概率，称为结构的用），完成预定功能的概率，称为结构的可靠度，即可靠概率。以可靠度，即可靠概率。以P Ps s

9、表示表示安全性、适用性、耐久性安全性、适用性、耐久性a.a. 结构的可靠度结构的可靠度b.b.失效概率失效概率1 sfPP结构不能完成预定功能的概率，以结构不能完成预定功能的概率，以P Pf f表示。表示。3.2.3 3.2.3 建筑物的重要度与基准期建筑物的重要度与基准期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要度系数0 0 ：一级，破坏后果极其严重，属于重要的建筑物；一级，破坏后果极其严重，属于重要的建筑物；0 0 =1.1 =1.1二级，破坏后果比较严重，属于一般的建筑物；二级，破坏后果比较严重，属于一般

10、的建筑物；0 0 =1.0 =1.0三级，破坏后果相对不严重，属于比较次要的建筑物。三级，破坏后果相对不严重，属于比较次要的建筑物。0 0 =0.9 =0.9结构的设计基准期结构的设计基准期1.1.结构保证其设计可靠度指标的时间期限成为结构保证其设计可靠度指标的时间期限成为设计基准期设计基准期，即在基准期，即在基准期内，结构的可靠度指标完全满足设计要求；内，结构的可靠度指标完全满足设计要求；2.2.设计基准期是测算最大荷载重现期的基本期限；设计基准期是测算最大荷载重现期的基本期限；3.3.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在超过设计基准期后，并非意味着结构的失效，而是

11、其可靠度有所降低，因此基准期不能等同于建筑物的使用寿命；低，因此基准期不能等同于建筑物的使用寿命；4.4.我国对于多数建筑物的我国对于多数建筑物的设计基准期均为设计基准期均为5050年年，特殊建筑物可以除外；，特殊建筑物可以除外；极限状态极限状态结构或构件达到正常使用或耐久性能的某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。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、压继续承载的变形。如倾覆、疲劳破坏、压屈等。屈等。b.b.正常使用极限状态正常使用极限状态a.a.承

12、载能力极限状态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。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。不能满足设计规定的某一功能要求的特定状态。3.2.4 3.2.4 极限状态设计法极限状态设计法1.1. 承载能力极限状态表达式承载能力极限状态表达式极限状态设计表达式极限状态设计表达式b.b.由永久荷载控制的效应组合由永久荷载控制的效应组合a.a.由可变荷载控制的效应组合由可变荷载控制的效应组合 kkRniQikciQikQQGkGooafRSS

13、SS,211 kkRniQikciQiGkGooafRSSS, 1QiG&永久荷载和可变荷载分项系数。见永久荷载和可变荷载分项系数。见规范规范。式中：式中：S S ：荷载效应，：荷载效应， G G：恒荷载的荷载效应系数，：恒荷载的荷载效应系数，Q Q：荷载分项：荷载分项系数，系数，G Gk k：恒荷载标准值，：恒荷载标准值， Q Q1k1k ：最大的活荷载的标准值，：最大的活荷载的标准值，：其他活荷载的组合系数：其他活荷载的组合系数Q Qikik：其他活荷载的标准值：其他活荷载的标准值荷载分项系数和材料强度分项系数荷载分项系数和材料强度分项系数 永久荷载分项系数永久荷载分项系数G 当永久荷载效

14、应对结构构件的承载能力不利且可变荷载当永久荷载效应对结构构件的承载能力不利且可变荷载起控制作用时起控制作用时,取取1.2; 当永久荷载效应对结构构件的承载能力不利且永久荷载当永久荷载效应对结构构件的承载能力不利且永久荷载起控制作用时起控制作用时,取取1.35; 当永久荷载效应对结构构件的承载能力有利时当永久荷载效应对结构构件的承载能力有利时,不应大不应大于于1.0。 可变荷载分项系数可变荷载分项系数Q 一般情况取一般情况取1.4，当可变荷载效应对结构构件承载能力有，当可变荷载效应对结构构件承载能力有利时，取利时，取0。混凝土材料强度分项系数混凝土材料强度分项系数CC=1.4ckccff钢筋材料强度分项系数钢筋材料强度分项系数SS=1.1 1.2skssff2.2. 正常使用极限状态正常使用极限状态a.a.标准组合标准组合b.b.频遇组合频遇组合c.c.准永久组合准永久组合CSSSSniQikcikQGk 21 CSSSniQikqiGk 1 CSSSSniQikqikQfGk 211 u正常使用极限状态设计包括两个方面：正常使用极限状态设计包括两个方面：裂缝控制验算：见表裂缝控制验算：见表受弯构件挠度验算：见表受弯构件挠度验算：见表