2建筑结构的设计标准和设计方法

合集下载
  1. 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
  2. 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
  3. 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。
——可变荷载Qi的准永久值系数。
2. 正常使用极限状态
n
a.标准组合 S SGk SQ1k ci SQik C i2 n
b.频遇组合 S SGk S f 1 Q1k qi SQik C i2 n
c.准永久组合 S SGk qi SQik C i 1
正常使用极限状态设计包括两个方面: 裂缝控制验算 受弯构件挠度验算
➢ 1.结构保证其设计可靠度指标的时间期限称为设计基准期,
即在基准期内,结构的可靠度指标完全满足设计要求;
2.设计基准期是测算最大荷载重现期的基本期限;
3.在超过设计基准期后,并非意味着结构的失效,而是其可 靠度有所降低,因此基准期不能等同于建筑物的使用寿命;
4.我国对于多数建筑物的设计基准期均为50年,特殊建筑物 可以除外;
2.3 结构抗力和功能函数
2.3.1结构的抗力及功能函数
结构的功能函数:
Z=R-S
式中,R——结构构件抗力,它与材料的力学指标及材料用量有关; S——作用(荷载)效应及其组合,它与作用的性质有关。
R和S均可视为随机变量,Z为复合随机变量,它们之间的运算规则应按概 率理论进行。
当Z>0时,结构能够完成预定的功能,处于可靠状态。 当Z<0时,结构不能完成预定的功能,处于失效状态。 当Z=0时,即R=S结构处于临界的极限状态,称为极限状态方程。 保证结构可靠的条件Z=R-S>0,是一非确定性的问题。只有用概率来加以
是用结构重要性系数 0 来
体现的。
安全等级
一级 二级 三级
破坏后果的影响 程度
很严重
建筑物的类型 重要的建筑物
严重
一般的建筑物
不严重
次要的建筑物
Back
2.2结构的功能要求和极限状态
2.2.1结构的功能要求
◆ 安全性 ◎ 如(M≤Mu)
◆ 安全性
◆ 适用性 ◆ 耐久性
◎ 结构在预定的使用期间内(一般为50年),应能承受在正
■ 结构可靠性越高,建设造价投资越大。
■ 如何在结构可靠与经济之间取得均衡,就是设计 方法要解决的问题。
■ 显然这种可靠与经济的均衡受到多方面的影响,如国家 经济实力、设计工作寿命、维护和修复等。
■ 规范规定的设计方法,是这种均衡的最低限度,也是国 家法律。
■ 设计人员可以根据具体工程的重要程度、使用环境和情 况,以及业主的要求,提高设计水准,增加结构的可靠度。
13 设计基准周期和设计使用年限

23 结构的功能要求和极限状态
3
结构上的作用、作用效应及结构抗力和 功能函数

43 极限状态设计表达式
53 建筑结构设计的基本内容
2.1设计基准周期和设计使用年限
设计基准周期 结构设计所采用的荷载统计参数、与时间有关的材料性能取 值,都需要选定一个时间参数,它就是设计基准周期。
Qik:其他活荷载的标准值
由可变荷载效应控制的组合:
由永久荷载效应控制的组合:
式中,
——永久荷载的分项系数,当永久荷载效应对结构构件承载力不利
时,由可变荷载控制的组合,取值1.2,由永久荷载控制的组合,取值1.35;当永久荷载效应对
结构构件承载力有利时,一般情况下取值1.0,对结构的倾覆、滑移或漂浮验算,取值0.9;
正常使用极限状态
结构或构件达到正常使用或耐久性的某项限值规定,称为正常 使用极限状态。超过该极限状态,结构就不能满足预定的适用 性和耐久性的功能要求。主要包括: ① 过大的变形、侧移,这往往会导致非结构构件受力破坏、 会给人不安全感或导致结构不能正常使用(如吊车梁)等。 ② 过大的裂缝,这往往会导致钢筋锈蚀、给人不安全感或导 致房屋漏水等。 ③ 过大的振动,这往往会给人不舒适感。 ④ 其他正常使用要求。
柱网布置 定位轴线 剖面设计 支撑布置
高层
平面布置 竖向布置 高宽比限制
多层
柱网布置 承重方案
砌体
墙体布置 圈梁构造柱布置 层高、总高限制
变形缝设置 截面尺寸估算
伸缩缝 沉降缝 抗震缝
梁 板 柱 墙
连续梁 框架梁 连系梁 排架柱 框架柱 承重墙 剪力墙
二、结构分析
•计算简图 •计算理论 •数学方法
2.5 建筑结构设计的基本内容
建筑工程设 计内容
工艺设计 建筑设计 结构设计 给排水设计
暖通设计 电气设计
结构设计过程:
方案设计
结构分析
工程设计基 建 本要求 筑 设 备
构件设计
功能要求 美观要求 经济要求 环保要求
绘施工图
一、方案设计
•结构选型 •结构布置 •尺寸估算
上部结构类型 下部结构选型
, ——第1个和第i个可变荷载分项系数,当可变荷载效应对结构构
件承载力不利时,一般情况下限值1.4,对标准值大于4kN/m2的工业房屋楼面结构的活荷载取值
2.3;
——按永久荷载标准值计算的荷载效应值;
——按可变荷载标准值计算的荷载效应值,其中为诸可变荷载效应
中起控制作用者;
——可变荷载的组合值系数,其值不应大于1.0,按规范有关规定
◆ 耐久性
◎ 如(wmax≤[ wmax]) ◎ 结构在正常使用和正常维护条件下,应具有足够的耐久性。即 在各种因素的影响下(混凝土碳化、钢筋锈蚀),结构的承载力 和刚度不应随时间有过大的降低,而导致结构在其预定使用期间 内丧失安全性和适用性,降低使用寿命。
2.2结构的功能要求和极限状态
2.2.2结构的极限状态
结构极限状态的概念 结构能够满足功能要求而良好地工作,则称结构为“可靠”或“有效”。反之, 则结构为“不可靠”或“失效”。区分结构“可靠”与“失效”的临界工作状 态称为“极限状态”,即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,此特定状态即为该功能的极限状态。举例如表所 示。
常施工、正常使用情况下可能出现的各种荷载、外加变形
(如超静定结构的支座不均匀沉降)、约束变形(如温度和
收缩变形受到约束时)等的作用。
◎ 在偶然事件(如地震、爆炸)发生时和发生后,结构应能 保持整体稳定性,不应发生倒塌或连续破坏而造成生命财产 的严重损失。
◆ 适用性
◎ 如(f ≤[ f ]) ◎ 结构在正常使用期间,具有良好的工作性能。如不发生影响正 常使用的过大的变形(挠度、侧移)、振动(频率、振幅),或 产生让使用者感到不安的过大的裂缝宽度。
定位轴线 构件布置
设置变形缝
水平位置
竖向位置 伸缩缝 沉降缝 防震缝
结构选型 水 平 结 构
上 部 结 构
竖 向 结 构
肋梁楼盖
井式楼盖
无梁楼盖


排架结构
结 构
框架结构
剪力墙结构
框架—剪力墙结构
筒体结构
独立基础 条形基础 十字型基础 片筏基础 箱型基础 桩基础 沉井基础 地下连续墙
结构布置 单厂
结构一的级安,全破坏等后级果极其严重,属于重要的建筑物;γ0 =1.1

规范二根级据,建破坏筑后结果构比的较重严重要,性属,于规一模般的大建小筑,物破;坏γ0后=果1.0严重程度而 将建三筑级物,划破坏分后3个果相设对计不等严级重,,属如于表比所较示次。要的建筑物。γ0 =0.9
对人员比较集中使用频繁的 影剧院、体育馆等,安全等 级宜按一级设计,对特殊的 建筑物,其设计安全等级可 视具体情况确定。 在近似概率理论的极限状态 设计法中,结构的安全等级
■ 经济的概念不仅包括第一次建设费用,还应考虑维修, 损失及修复的费用
结构可靠度理论
安全性、适用性、耐久性
a. 结构的可靠度——在规定的时间内(一般为50年),在规定 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 可靠度,即可靠概率。以Ps表示
b.失效概率 ——结构不能完成预定功能的概率,以Pf表示。
解决。
2.4荷载代表值和材料性能标准值
2.4.3承载能力极限状态表达式
承载能力极限状态设计表达式为:
0S R
➢ 我 0国—将—建结筑构物重的要重性要系程度数分,为对三安级全,等不级同为级一别级在或计算设中计取使不用同年的限重为 要1设0度计0年系使及数用γ以年0上限:的为结50构年构的件结,构不构应件小,于不1应.1小;于对1安.0全;等对级安为全二等级级或 为三级一级或,设破计坏使后用果极年其限严为重5,年属及于以重下要的的建结筑构物构;件γ0,=不1.1应小于0.9; 在抗震二级设,计破中坏,后不果比考较虑严结重构,构属于件一的般重的要建性筑物系;数γ。0 =1.0
S——三荷级载,效破坏应后组果合相的对设不严计重值,。属于比较次要的建筑物。γ0 =0.9 R——结构构件抗力的设计值。
➢ 极限状态设计表达式
1. 承载能力极限状态表达式
a.由可变荷载控制的效应组合
oS
o G SGk
Q1SQ1k
n
Qi ci SQik
i2
R
R,
fk ,ak
b.由永久荷载控制的效应组合
表 钢筋混凝土简支梁的可靠、失效和极限状态概念
结构的功能
安全性
受弯承载力
适用性
挠度变形
可靠 M < Mu f < [f]
极限状态 M =Mu f=[f]
失效 M > Mu f > [f]
耐久性
裂缝宽度
wmax< [wmax]
wmax= [wmax]
wmax> [wmax]
◆ 结构的可靠性
■ 可靠性——安全性、适用性和耐久性的总称。 ■ 就是指结构在规定的使用期限内(设计工作寿命 =50年),在规定的条件下(正常设计、正常施工、 正常使用和维护),完成预定结构功能的能力。
a.承载能力极限状态——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 屈等。
b.正常使用极限状态——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。
我国结构设计是以概率理论为基础的极限状态设计法。
承载能力极限状态
结构或构件达到最大承载力,疲劳破坏或不适于继续承载 的变形状态称为承载能力极限状态。超过该极限状态,结构就 不能满足预定的安全性功能要求,主要包括: ① 结构或构件达到最大承载力(包括疲劳)。 ② 结构整体或其中一部分作为刚体失去平衡(如倾覆、滑移)。 ③ 结构塑性变形过大而不适于继续使用。 ④ 结构形成几何可变体系(超静定结构中出现足够多的塑性铰)。 ⑤ 结构或构件丧失稳定(如细长受压构件的压曲失稳)。
o S o G SGk n Qi ci SQik R R , fk , ak
i 1
G & Qi ——永久荷载和可变荷载分项系数。见《规范》。
式中:
S :荷载效应, γG:恒荷载的荷载效应系数,γQ:荷载分项 系数,
Gk:恒荷载标准值, Q1k :最大的活荷载的标准值, Ψ:其他活荷载的组合系数
2.1设计基准周期和设计使用年限
设计使用年限 设计使用年限是设计规定的一个时期。
类别
1
2
3
4
设计使用年限 示例
5 临时性建筑
25
易于替换的结 构构件
50
普通房屋和构 筑物
100
纪念性建筑和 特别重要建筑
➢ 我2国.将2建结筑构物的的重要功程能度分要为三求级和,不极同限级别状在计态算中取不同的重 要度系数γ0 :
2.4荷载代表值和材料性能标准值
2.4.4正常使用极限状态表达式
对于正常使用极限状态,应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,并应按下列设计表达式进行设计:
S C 式中,C——结构或结构构件达到正常使用要求的规定限值,例如变形、裂缝、 振幅、加速度、应力等的限值,应按各有关建筑结构设计规范另行规定。 式中, ——可变荷载Q1的频遇值系数;
0
Pf f (z)dz Pf Ps 1
Ps 0 f (z)dz
μR

μS

概 率
σS σS
σR σR
γ0[S]
失效
[R] 可靠
强度/荷载值
2.2结构的功能要求和极限状
2.2.2结构的极限状态设计方法 ➢ 极限状态 ——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。
尽可能反映实际受力特性
简化三原则
偏于安全
线弹性 塑性 非线性 解析解
简单
材料非线性 几何非线性
数值解
三、构件设计 •截面设计 •节点设计
取用;一般取0.7
——参与组合的可变荷载数。
2.4荷载代表值和材料性能标准值
2.4.3承载能力极限状态表达式 对于工程中常用的一般排架、框架结构,可采用简化规则,并应按 下列组合值中取最不利值确定。 由可变荷载效应控制的组合
由永久荷载效应控制的组合仍按上页公式采用。 对于偶然组合,荷载效应组合的设计值宜按下列规定确定:偶然荷 载的代表值不乘分项系数;与偶然荷载同时出现的其他荷载可根据 观察资料和工程经验采用适当的代表值。各种情况下荷载效应的设 计公式,可由有关规范另行规定。
相关文档
最新文档