课件-钢筋混凝土结构原理-2结构设计基本原理

材料强度的变异性主要是指材质以及工艺、加载、 材料强度的变异性主要是指材质以及工艺、加载、尺寸等因素引起的 主要是指材质以及工艺 材料强度的不确定性。 材料强度的不确定性。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
钢筋强度 —— 正态分布
某钢厂钢材屈服强度统计资料
混凝土强度 —— 正态分布
某预制构件厂对某工程所作使块的统计资料
2.2 荷载和材料强度的取值
2.1 结构可靠度及结构设计方法
第2章 结构设计基本原理
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结构的安全等级(safety class) 结构的安全等级
结构的安全等级根据结构破坏可能产生的后果，即危及人的生命、 结构的安全等级根据结构破坏可能产生的后果，即危及人的生命、造 根据结构破坏可能产生的后果 成的经济损失、产生社会影响等的严重程度确定。 成的经济损失、产生社会影响等的严重程度确定。
上述各种作用作用在结构或结构构件上， 上述各种作用作用在结构或结构构件上，由此在结构内产生的内力和 变形（如轴力、剪力、弯矩以及挠度、转角和裂缝等）称为作用效应 作用效应。 变形（如轴力、剪力、弯矩以及挠度、转角和裂缝等）称为作用效应。
2.1 结构可靠度及结构设计方法
第2章 结构设计基本原理
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2.1 结构可靠度及结构设计方法
第2章 结构设计基本原理
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设计使用年限(design working life)和设计基准期 4 设计使用年限 和设计基准期 （design reference period)
设计使用年限是指设计规定的结构或结构构件不需进行大修即可按其 设计使用年限是指设计规定的结构或结构构件不需进行大修即可按其 预定目的使用的时期，即结构在规定的条件下所应达到的使用年限。 预定目的使用的时期，即结构在规定的条件下所应达到的使用年限。 设计使用年限的概念不同于实际寿命、耐久年限或设计基准期。 设计使用年限的概念不同于实际寿命、耐久年限或设计基准期。《建 的概念不同于实际寿命 筑结构可靠度设计统一标准》规定了各类建筑结构的设计使用年限。 筑结构可靠度设计统一标准》规定了各类建筑结构的设计使用年限。
在设计基准期内不一定出现， 在设计基准期内不一定出现，而 一旦出现其量值很大且持续时间 很短的作用。 很短的作用。 在设计基准期内其量值不随时间 变化，或其变化与平均值相比可 变化， 以忽略不计的作用。 以忽略不计的作用。 在设计基准期内其量值随时间变 化，且其变化与平均值相比不可 忽略的作用。 忽略的作用。
——
如楼面的人员荷载、 如楼面的人员荷载、吊 车荷载等。 车荷载等。
2.1 结构可靠度及结构设计方法
第2章 结构设计基本原理
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1 结构上的作用 结构上的作用(action)和作用效应 和作用效应(effect of an action) 和作用效应
按结构的反应特点可分为二类 （3）按结构的反应特点可分为二类： 按结构的反应特点可分为二类：
2.1 结构可靠度及结构设计方法
第2章 结构设计基本原理
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1 结构上的作用 结构上的作用(action)和作用效应 和作用效应(effect of an action) 和作用效应
按随空间位置的变异可分为二类 （2）按随空间位置的变异可分为二类： 按随空间位置的变异可分为二类：
使结构产生的加速度可以忽略不计的 作用。 作用。 如结构自重、 如结构自重、住宅或办 公楼的楼面活荷载
静态作用 ——
——
动态作用 ——
使结构产生的加速度不可忽略不计的 作用。 作用。在结构分析时一般均应考虑其 动力效应。 动力效应。
——
如吊车荷载、地震作用、 如吊车荷载、地震作用、 大型动力设备的作用、 大型动力设备的作用、 高耸结构上的风荷载等。 高耸结构上的风荷载等。
2 结构抗力 结构抗力(resistance)
结构抗力是指整个结构或结构构件承受作用效应（即内力和变形） 结构抗力是指整个结构或结构构件承受作用效应（即内力和变形）的 是指整个结构或结构构件承受作用效应 能力。 能力。 影响抗力的主要因素有 影响抗力的主要因素有： 材料性能的不确定性 —— 强度、变形模量等 强度、 几何参数的不确定性 —— 构件尺寸等 计算模式的不确定性 —— 抗力计算所采用的基本假设 和计算公式不够精确等
材料强度标准值的概率含义
第2章 结构设计基本原理
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主要内容： 主要内容：
结构可靠度及结构设计方法 荷载和材料强度的取值 概率极限状态设计法 极限状态设计表达式
重点： 重点：
结构可靠度及结构设计方法 荷载和材料强度的取值 概率极限状态设计法
本章主要内容与重点
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可变荷载标准值
{
楼面活荷载标准值 风荷载标准值 雪荷载标准值
荷载标准值的概率含义
在结构设计中，各类可变荷载标准值及各种材料容重可由《荷载规范》 在结构设计中，各类可变荷载标准值及各种材料容重可由《荷载规范》 查取。 查取。
2.2 荷载和材料强度的取值
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材料强度的变异性及统计特性(variability and statistical 3 材料强度的变异性及统计特性 characteristic of material strength )
2.1 结构可靠度及结构设计方法
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混凝土结构构件设计计算方法(calculation method for design) 混凝土结构构件设计计算方法
最早的计算理论，沿用弹性理论假设。 容 许 应 力 法：最早的计算理论，沿用弹性理论假设。 破 坏 阶 段 法：与容许应力法的主要区别是在考虑材料塑性性能 的基础上，按破坏阶段计算构件截面的承载能力。 的基础上，按破坏阶段计算构件截面的承载能力。 明确规定结构按三种极限状态进行设计， 极 限 状 态 设 计 法：明确规定结构按三种极限状态进行设计，是工程 结构设计理论的重大发展。 结构设计理论的重大发展。 概率极限状态设计法： 概率极限状态设计法：在极限状态设计法的基础上考虑结构的可靠 概率，按发展阶段，该法可分为三个水准。 概率，按发展阶段，该法可分为三个水准。
2.1 结构可靠度及结构设计方法
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3 结构可靠性 结构可靠性(reliability)及可靠度 及可靠度(degree of reliability) 及可靠度
结构可靠性是指结构在规定的时间内，在规定的条件下， 结构可靠性是指结构在规定的时间内，在规定的条件下，完成预定功 是指结构在规定的时间内 能的能力。 能的能力。 结构可靠度就是结构在规定的时间内，在规定的条件下， 结构可靠度就是结构在规定的时间内，在规定的条件下，完成预定功 就是结构在规定的时间内 能的概率。即结构可靠度是结构可靠性的概率度量。 能的概率。即结构可靠度是结构可靠性的概率度量。 规定的时间是指设计使用年限。 规定的时间是指设计使用年限。 是指设计使用年限 规定的条件是指正常设计、正常施工和正常使用的条件。 规定的条件是指正常设计、正常施工和正常使用的条件。 是指正常设计 预定功能指满足结构的安全性、适用性和耐久性要求。 预定功能指满足结构的安全性、适用性和耐久性要求。 指满足结构的安全性
1 结构上的作用 结构上的作用(action)和作用效应 和作用效应(effect of an action) 和作用效应
结构上的作用是指施加在结构上的集中力或分布力，以及引起结构外加 结构上的作用是指施加在结构上的集中力或分布力， 是指施加在结构上的集中力或分布力 变形或约束变形的原因（地震、基础差异沉降、温度变化、混凝土收缩等）。 变形或约束变形的原因（地震、基础差异沉降、温度变化、混凝土收缩等）。 结构上的作用可按下列性质分类： 结构上的作用可按下列性质分类： 按随时间的变异可分为三类 （1）按随时间的变异可分为三类： 按随时间的变异可分为三类： 永久作用 ——
在结构上具有固定分布的作 用。其特点是在结构上出现 的空间位置固定不变， 的空间位置固定不变，但其 量值可能具有随机性。 量值可能具有随机性。
固定作用 ——
——
如房屋建筑楼面上位置 固定的设备荷载、 固定的设备荷载、屋盖 上的水箱等。 上的水箱等。
自由作用 ——
在结构上一定范围内可以任 意分布的作用。 意分布的作用。
设计使用年限分类 类别 1 2 3 4 设计使用年限（ 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物
设计基准期指为确定可变作用及与时间有关的材料性能等取值而选用的 设计基准期指为确定可变作用及与时间有关的材料性能等取值而选用的 时间参数。 统一标准》规定设计基准期为50年 时间参数。《统一标准》规定设计基准期为 年。
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材料强度标准值(characteristic value of a material strength) 材料强度标准值
钢筋和混凝土的强度标准值是钢筋混凝土结构按极限状态设计时采用 钢筋和混凝土的强度标准值是钢筋混凝土结构按极限状态设计时采用 的材料强度基本代表值。 的材料强度基本代表值。材料强度标准值应根据符合规定质量的材料强度的 概率分布的某一分位值确定。 概率分布的某一分位值确定。
水准Ⅰ 水准Ⅰ — 半概率法
水准Ⅱ 水准Ⅱ — 近似概率法
水准Ⅲ 水准Ⅲ — 全概率法
2.1 结构可靠度及结构设计方法
第2章 结构设计基本原理
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荷载的统计特性(statistical characteristic of a load) 荷载的统计特性
我国对建筑结构的各种恒载、民用房屋楼面活荷载、 我国对建筑结构的各种恒载、民用房屋楼面活荷载、风荷载和雪荷载 进行了大量的调查和实测工作。对所取得的资料应用概率统计方法处理后， 进行了大量的调查和实测工作。对所取得的资料应用概率统计方法处理后， 得到了这些荷载的概率分布统计参数。 得到了这些荷载的概率分布统计参数。 永久荷载 —— 正态分布 可变荷载随时间的变异可统一用随 机过程来描述。 机过程来描述。对可变荷载随机过 极值Ⅰ 可变荷载 —— 程的样本函数处理后可得到可变荷 —— 极值Ⅰ型分布 载在任意时点的概率分布和在设计 基准期内的最大值的概率分布。 基准期内的最大值的概率分布。
2.2 荷载和材料强度的取值
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荷载标准值(characteristic value of a load) 荷载标准值 )
荷载标准值是建筑结构按极限状态设计时采用的荷载基本代表值。 荷载标准值是建筑结构按极限状态设计时采用的荷载基本代表值。荷 是建筑结构按极限状态设计时采用的荷载基本代表值 载标准值可由设计基准期最大荷载概率分布的某一分位值确定， 载标准值可由设计基准期最大荷载概率分布的某一分位值确定，若为正态分 布，则如图中的 Pk 。 永久荷载标准值——按结构设计 永久荷载标准值 按结构设计 规定的尺寸和材料容重平均值确定。 规定的尺寸和材料容重平均值确定。
建筑结构的安全等级 安全等级 一级 二级 三级 破坏后果 很严重 严 重 不严重 建筑物类型 重要的房屋 一般的房屋 次要的房屋
建筑物中各类结构构件的安全等级宜与整个结构的安全等级相同， 结构构件的安全等级宜与整个结构的安全等级相同 建筑物中各类结构构件的安全等级宜与整个结构的安全等级相同，但 允许对部分结构构件根据其重要程度和综合效益进行适当的调整。 对部分结构构件根据其重要程度和综合效益进行适当的调整 允许对部分结构构件根据其重要程度和综合效益进行适当的调整。
——
如结构自重、土压力、 如结构自重、土压力、 预应力、地基沉降、 预应力、地基沉降、焊 接等。 接等。 如楼面活荷载、吊车荷 如楼面活荷载、 载、风荷载、雪荷载、 风荷载、雪荷载、 温度变化等。 温度变化等。
可变作用 ——
——
偶然作用 ——
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如爆炸力、撞击力、 如爆炸力、撞击力、罕 遇的地震等。 遇的地震等。