第二章-建筑结构概率极限状态设计法课件.ppt

1、1第第3 3章章 建筑结构设计方法建筑结构设计方法 内内 容容建筑结构荷载建筑结构荷载建筑结构概率极建筑结构概率极限状态设计法限状态设计法结构功能及结构功能及其极限状态其极限状态极限状态设极限状态设计表达式计表达式提示提示：荷载分类荷载分类荷载代表值荷载代表值2第一节第一节 建筑结构荷载建筑结构荷载执行规范建筑结构荷载规范执行规范建筑结构荷载规范（GB50009-2001）(GBJ9-87）3一一 荷载分类荷载分类荷荷 载载结构自重，土压力，预加应力结构自重，土压力，预加应力楼面活载，风载、雪载、吊车荷载楼面活载，风载、雪载、吊车荷载爆炸力，撞击力爆炸力，撞击力按时间的按时间的变异变异永久荷载

2、（恒载）永久荷载（恒载）可变荷载（活荷载）可变荷载（活荷载）偶然荷载偶然荷载4 二、二、荷载代表值荷载代表值荷载荷载代表值代表值在 设 计在 设 计基 准 期基 准 期内，经内，经常 作 用常 作 用在 结 构在 结 构上 的 可上 的 可变荷载变荷载结 构 在结 构 在使 用 期使 用 期间 在 正间 在 正常 情 况常 情 况下 出 现下 出 现的 最 大的 最 大荷载值荷载值当有两种或两种当有两种或两种以上可变荷载作以上可变荷载作用在结构上时，用在结构上时，除主导荷载外，除主导荷载外，其余荷载取小于其余荷载取小于其标准值作为代其标准值作为代表值表值在结构设计时，应根据不同的设在结构设计时

3、，应根据不同的设计要求采用不同的荷载数值计要求采用不同的荷载数值标准值标准值QK 准永久准永久值值Qq组合组合值值Qc频遇频遇值值5恒荷载标准值恒荷载标准值gk 结构构件设计尺寸结构构件设计尺寸 结构构件单位结构构件单位 体积（或面积）的重量体积（或面积）的重量（一）（一）荷载标准值荷载标准值1、恒荷载标准值的确定、恒荷载标准值的确定6例例1、求求4层层（3000mm层高）层高）240mm厚墙的重量厚墙的重量 （标准值）（标准值）gk解：查荷载规范得：解：查荷载规范得：240mm厚墙单位自重：厚墙单位自重：5.24kNm2则则 gk 43m5.24kNm2.kNm7例例2 求求4层层 400m

4、m400mm（4200mm层高）的层高）的 钢筋砼柱的重量（标准值）钢筋砼柱的重量（标准值）gk解：查荷载规范得：钢筋砼的容重：解：查荷载规范得：钢筋砼的容重：25kNm3则则 gk=40.4m0.4m4.2m25kNm367.2kN8 2、活荷载标准值的确定、活荷载标准值的确定 常用民用建筑活载标准值新旧规范对比（常用民用建筑活载标准值新旧规范对比（kNm2）项次 项目 GB50009-2002 GBJ9-871住宅、宿舍、旅馆、办公楼、医院、病房、托儿所、幼儿园 2.0 1.52 教室、试验室、阅览室、会议室、医院门诊室 2.0 2.0 3 厨房（1）一般的；（2）餐厅的（1）2.0（2）

5、4.0 2.0 4 浴室、原则、盥洗室（1）第1项中的民用建筑（2）其他民用建筑 2.02.5 2.02.5 9屋面荷载标准值新旧规范对比屋面荷载标准值新旧规范对比 GB50009-2001项次 类别 标准值（kNm2）1 不上人的屋面 0.5 2 上人的屋面 2.0 3 屋顶花园 3.0 GBJ9-87序号 项目 活载标准值（kNm2）附注 A 0.3 石棉瓦、瓦楞铁及其他瓦屋面 B 0.5 薄钢承重结构上的钢筋砼屋面 1 不上人屋面 C 0.7 用于钢结构及钢筋砼结构上的钢筋砼屋面、挑檐、雨篷 2 上人的屋面 1.5 101.2m1.2m结构简图二毡三油铺小石子20mm厚水泥砂浆找平60m

6、m厚加气砼保温层120mm厚预制空心砼板20mm厚板底抹灰计算简图l0=3.14gk+qk 屋面板(不上人屋面)例例3、已知：某办公楼屋面采用预制板，计算跨度、已知：某办公楼屋面采用预制板，计算跨度 ，板宽板宽 b=1.2m。屋面作法如图所示。屋面作法如图所示。求：恒载求：恒载gk ，活载活载qk l0=3.1411解 1、恒载标准值gk：0.35kN/m2：20(kN/m3)0.02(m)0.40kN/m2：60(kN/m3)0.06(m)0.36kN/m2：2.00kN/m2：17(kN/m3)0.02(m)0.34kN/m2 3.45 00kN/m2 gk3.451.2 4.14kN/m

7、2、活载标准值qk查屋面活载（不上人屋面）得：qk=0.71.2=0.84kN/m)0(7.02gmkN12 可变荷载可变荷载准永久值准永久值qQ KqqQQ QK 可变荷载标准值可变荷载标准值 准永久值系数准永久值系数q（二）（二）13可变荷载可变荷载组合值组合值CQKCCQQQK可变荷载标准值可变荷载标准值 可变荷载组合值系数可变荷载组合值系数当风荷载与其它可变荷载组合时当风荷载与其它可变荷载组合时0.6其它情况其它情况 1.0 C（三）（三）14可可 靠靠 性性结构的功能结构的功能安全性安全性适用性适用性耐久性耐久性可可 靠靠 度度第二节第二节 建筑结构概率极限状态设计法建筑结构概率极限

8、状态设计法一一 结构的功能及其极限状态结构的功能及其极限状态（一）结构的功能（一）结构的功能15建筑结构可靠度设计统一标准建筑结构可靠度设计统一标准（GB50068-2001）16失效状态失效状态极限状态极限状态可靠状态可靠状态承载能力承载能力极限状态极限状态正常使用正常使用极限状态极限状态 分分 类类当结构或结构当结构或结构构件达到最大构件达到最大承载力，或达承载力，或达到不适于继续到不适于继续承载的变形状承载的变形状态时态时结构或结构结构或结构构件达到正构件达到正常使用或耐常使用或耐久性能的某久性能的某项规定限值项规定限值的状态的状态（二）结构功能的极限状态（二）结构功能的极限状态17、超

9、过承载能力极限状态的情况、超过承载能力极限状态的情况（1）整个结构或结构的一部分作为刚体失去平衡）整个结构或结构的一部分作为刚体失去平衡18（2）结构构件或连接因材料强度不足而破坏（包括疲劳破坏），）结构构件或连接因材料强度不足而破坏（包括疲劳破坏），或因过度的塑性变形而不适于继续承受荷载。或因过度的塑性变形而不适于继续承受荷载。19（3）结构变为机动体系。）结构变为机动体系。204、结构或结构构件丧失稳定。、结构或结构构件丧失稳定。21、超过正常使用极限状态的情况、超过正常使用极限状态的情况（1）影响正常使用或外观的变形；）影响正常使用或外观的变形；（2）影响正常使用或耐久性的局部破坏；）影

10、响正常使用或耐久性的局部破坏；（3）影响正常使用的振动；）影响正常使用的振动；（4）影响正常使用的其他特定状态。）影响正常使用的其他特定状态。22 值值结构构件的承载力设计结构构件的承载力设计荷载的内力效应设计值荷载的内力效应设计值结构重要性系数结构重要性系数RTVMNSO)(RS 0 二二 极限状态设计表达式极限状态设计表达式（一）（一）承载能力极限状态设计表达式承载能力极限状态设计表达式23安全等级 破坏后果 建筑物类型 o 一级 二级 三级 很严重 严重 不严重 重要建筑物 一般建筑物 次要建筑物 1.1 1.0 0.9 表表 建筑结构的安全等级建筑结构的安全等级讨论讨论o1、的确定的确

11、定24Q Qi iK Ki ic cn n2 2i iQ Qi iQ Q1 1K KQ Q1 1G GK KG GS SS SS SS S 0.16.0 其其余余时时当当风风载载与与其其它它活活载载组组合合2、关于荷载的内力效应设计值、关于荷载的内力效应设计值SGG恒载分项系数，一般情况下，取恒载分项系数，一般情况下，取 =1.2SGK 恒载标准值在计算截面上产生的内力标准值；恒载标准值在计算截面上产生的内力标准值；SQiK活载标准值在计算截面上产生的内力标准值。活载标准值在计算截面上产生的内力标准值。Ci荷载组合系数荷载组合系数QiQi第第i个活载分项系数，一般情况下，取个活载分项系数，一般

12、情况下，取 =1.4 第第1个活载分项系数，一般情况下，取个活载分项系数，一般情况下，取 =1.41Q 1Q 25影响影响R的因素的因素 3、关于结构构件的承载力设计值、关于结构构件的承载力设计值R结构的受力状态结构的受力状态材料的力学性能材料的力学性能截面的几何尺寸和形状截面的几何尺寸和形状R=R（fc、fs、）k 26 :裂缝验算裂缝验算f ff f:挠度验算挠度验算R RS Smaxmaxmaxmax（二）（二）正常使用极限状态表达式正常使用极限状态表达式S荷载的变形效应荷载的变形效应R允许的变形值允许的变形值maxmax,f分别表示构件的最大计算挠度和最大的分别表示构件的最大计算挠度和

13、最大的计算裂缝宽度。计算裂缝宽度。,f分别表示构件允许挠度和允许裂缝宽度。分别表示构件允许挠度和允许裂缝宽度。27讨论：关于讨论：关于S 的表达式的表达式1、荷载的短期效应组合、荷载的短期效应组合QiKniiCkQSS 21 SS=SGK+SS荷载短期效应组合值荷载短期效应组合值282、荷载的长期效应组合、荷载的长期效应组合SL =SGK+QiKniiqS 1 SL荷载长期效应组合值荷载长期效应组合值荷载的准永久值系数荷载的准永久值系数i8291.2m1.2m结构简图二毡三油铺小石子20mm厚水泥砂浆找平60mm厚加气砼保温层120mm厚预制空心砼板20mm厚板底抹灰计算简图l0=3.14gk

14、+qk 屋面板(不上人屋面)例例3、已知：某办公楼屋面采用预制板，计算跨度、已知：某办公楼屋面采用预制板，计算跨度 ，板，板 宽宽 b=1.2m。屋面作法如图所示。屋面作法如图所示。求：求：M、Ms、ll0=3.14m30一、求荷载效应（一、求荷载效应（S=M）的设计值的设计值QKQGKGSSSM 其中，；则2.1 G 4.1 Q 2081lCCQG )(57.714.3)84.04.114.42.1(81)4.12.1(81220mkNlqgMKK解解 由前面求解得由前面求解得:恒载恒载gk4.14kN/m，qk=0.7 1.2=0.84kN/m31)(10.514.314.48181)0(

15、)(14.614.3)84.014.4(81)(81220220mkNlggCSMmkNlqgSMKKGqllKKss 二、求二、求Ms、MlQKniiCS 1 SS=SGK+SLSGK+QiKniiqS 1 32例例2 支承在砖墙上的钢筋砼外伸梁，计算跨度支承在砖墙上的钢筋砼外伸梁，计算跨度l1=7m和和l2=1.86m，上档面传来的上档面传来的g1(设计值设计值)34.32kN/m，q1(设设计值计值)30kN/m，q2(设计值设计值)=100kN/m。试求试求(1)AB跨跨内的最大弯矩设计值内的最大弯矩设计值M1,max和支座和支座B的最大弯矩设计值的最大弯矩设计值MB,max。1860

16、185 185185 1857000l1=7000l2=1860g=g1+g2(梁自重)解 一、截面尺寸确定2502003505.310.21700700101bhbhlh，取由，则取由33二、荷载计算 梁自重的设计值（包括梁两侧厚为15mm的抹灰）g2=1.20.2 50.725+(1.20.0150.717)2 =5.68kN/m 故梁的恒载g=g1+g2=34.32+5.68=40kN/m 三、活载的最不利位置使弯矩产生最大值ABCCAB(c)(d)q1q2q2q1gABCCAB(a)(b)结论：(1)欲使AB跨内弯矩最大，则为(a)+(b)(2)欲使支座B产生的负弯矩最大，则为(a)+

17、(d)(3)在外伸梁中，欲使支座的-MB=-MB,max，其实与 AB跨内有无q1毫无关系(为什么)？故可为(a)+(c)34作业作业1、某办公楼楼面采用预应力砼七孔板。安全等级定为二级。、某办公楼楼面采用预应力砼七孔板。安全等级定为二级。板长板长3.3m，计算跨度计算跨度3.18m。板宽板宽0.9m。七孔板自重七孔板自重 2.04 ，后浇砼层厚后浇砼层厚40mm，板底摸灰层厚板底摸灰层厚20mm，活荷载活荷载1.5 ，准永久值系数为，准永久值系数为0.4。试计算按承载能力极限状态和正常使用极限状态设计时试计算按承载能力极限状态和正常使用极限状态设计时 的截面弯矩设计值。的截面弯矩设计值。2mkN2mkN352、某办公楼楼面永久荷载引起的楼板弯矩标准、某办公楼楼面永久荷载引起的楼板弯矩标准 值值 。楼面可变荷载引起。楼面可变荷载引起 的楼板弯矩标准值的楼板弯矩标准值 ，建筑结构安全等级为二级。建筑结构安全等级为二级。试求楼板的弯矩设计值，短期弯矩组合和长期试求楼板的弯矩设计值，短期弯矩组合和长期 弯矩组合。弯矩组合。mkNMGK.23.13 mkNMLK.80.3