第2章_混凝土及砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法概述

1、第二章第二章 混凝土及砌體結(jié)構(gòu)混凝土及砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法概述設(shè)計(jì)方法概述主要內(nèi)容主要內(nèi)容結(jié)構(gòu)上的作用結(jié)構(gòu)上的作用兩類極限狀態(tài)兩類極限狀態(tài)荷載效應(yīng)與結(jié)構(gòu)抗力荷載效應(yīng)與結(jié)構(gòu)抗力兩類極限狀態(tài)的設(shè)計(jì)表達(dá)式兩類極限狀態(tài)的設(shè)計(jì)表達(dá)式常用建筑結(jié)構(gòu)規(guī)范常用建筑結(jié)構(gòu)規(guī)范n建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)n建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范n混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范n砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范n鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范n建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)規(guī)范建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)規(guī)范n高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和施工規(guī)程高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和施工規(guī)程n地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范1. 作用的定義：作用的定義：2. 作用的

2、分類：作用的分類： 施加在結(jié)構(gòu)上的集中或分布荷載，以及引起結(jié)構(gòu)外加施加在結(jié)構(gòu)上的集中或分布荷載，以及引起結(jié)構(gòu)外加變形或約束變形（基礎(chǔ)沉降、溫度變化、焊接等）的原因變形或約束變形（基礎(chǔ)沉降、溫度變化、焊接等）的原因的總稱的總稱。(1)(1)按作用形式分類按作用形式分類 直接作用：直接作用：又稱荷載，指施加在結(jié)構(gòu)上的集中或分布又稱荷載，指施加在結(jié)構(gòu)上的集中或分布荷載。荷載。 間接作用間接作用：引起結(jié)構(gòu)外加變形或約束變形的原因。：引起結(jié)構(gòu)外加變形或約束變形的原因。2.1 結(jié)構(gòu)上的作用結(jié)構(gòu)上的作用 (2) (2)按隨時(shí)間的變異性分類按隨時(shí)間的變異性分類永久作用永久作用：在結(jié)構(gòu)使用期間，其值不隨時(shí)間而變

3、化，：在結(jié)構(gòu)使用期間，其值不隨時(shí)間而變化，或其變化值與平均值相比可以忽略不計(jì)，或其變化是或其變化值與平均值相比可以忽略不計(jì)，或其變化是單調(diào)的并能趨于限值的作用。單調(diào)的并能趨于限值的作用。【 例如例如】結(jié)構(gòu)自重，土壓力、預(yù)加力、基礎(chǔ)沉降、焊結(jié)構(gòu)自重，土壓力、預(yù)加力、基礎(chǔ)沉降、焊接、水的浮力、混凝土收縮及徐變作用等。接、水的浮力、混凝土收縮及徐變作用等。 可變作用可變作用：在結(jié)構(gòu)使用期間，其值隨時(shí)間而變化，且：在結(jié)構(gòu)使用期間，其值隨時(shí)間而變化，且其變化值與平均值相比不可以忽略不計(jì)的作用。其變化值與平均值相比不可以忽略不計(jì)的作用。 偶然作用：偶然作用：在結(jié)構(gòu)使用期間，不一定出現(xiàn)，但一旦出在結(jié)構(gòu)使用期

4、間，不一定出現(xiàn)，但一旦出現(xiàn)，其量值很大且持續(xù)時(shí)間較短的作用?，F(xiàn)，其量值很大且持續(xù)時(shí)間較短的作用?！?例如例如】 等安裝荷載、樓面活荷載、吊車荷載、風(fēng)荷等安裝荷載、樓面活荷載、吊車荷載、風(fēng)荷載、雪荷載、汽車荷載、汽車離心力、汽車制動(dòng)力、流載、雪荷載、汽車荷載、汽車離心力、汽車制動(dòng)力、流水壓力、冰壓力、溫度作用。水壓力、冰壓力、溫度作用。【例如例如】 地震作用（地震力和地震加速度等）、爆炸、地震作用（地震力和地震加速度等）、爆炸、船舶或漂流物的撞擊作用、汽車撞擊作用等。船舶或漂流物的撞擊作用、汽車撞擊作用等。 (3)(3)按結(jié)構(gòu)的反應(yīng)分類按結(jié)構(gòu)的反應(yīng)分類 靜態(tài)作用：靜態(tài)作用： 不使結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件產(chǎn)

5、生加速度，或不使結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件產(chǎn)生加速度，或產(chǎn)生的加速度可以忽略不計(jì)。產(chǎn)生的加速度可以忽略不計(jì)。 動(dòng)態(tài)作用：動(dòng)態(tài)作用： 使結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件產(chǎn)生不可忽略的加速度。使結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件產(chǎn)生不可忽略的加速度?！纠缋纭拷Y(jié)構(gòu)自重、住宅與辦公樓的樓面活荷載等。結(jié)構(gòu)自重、住宅與辦公樓的樓面活荷載等。 【例如例如】地震、吊車荷載、設(shè)備振動(dòng)、作用于高聳結(jié)構(gòu)上地震、吊車荷載、設(shè)備振動(dòng)、作用于高聳結(jié)構(gòu)上 的風(fēng)荷載等。的風(fēng)荷載等。2.2 極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法的基本概念極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法的基本概念結(jié)構(gòu)在規(guī)定的設(shè)計(jì)工作壽命期內(nèi)必須滿足以下結(jié)構(gòu)在規(guī)定的設(shè)計(jì)工作壽命期內(nèi)必須滿足以下各項(xiàng)各項(xiàng)功能要求功能要求n能承受在施工和使用均屬正常的情

6、況下可能出現(xiàn)能承受在施工和使用均屬正常的情況下可能出現(xiàn)的各種作用；的各種作用；n在正常使用時(shí)具有良好的工作性能；在正常使用時(shí)具有良好的工作性能；n在正常維護(hù)下具有足夠的耐久性；在正常維護(hù)下具有足夠的耐久性；n在設(shè)計(jì)規(guī)定的偶然事件發(fā)生時(shí)及發(fā)生后仍能保持在設(shè)計(jì)規(guī)定的偶然事件發(fā)生時(shí)及發(fā)生后仍能保持必需的整體穩(wěn)定性。必需的整體穩(wěn)定性。1.1. 建筑結(jié)構(gòu)的功能建筑結(jié)構(gòu)的功能上述第一、四項(xiàng)指結(jié)構(gòu)的上述第一、四項(xiàng)指結(jié)構(gòu)的安全性安全性，第二項(xiàng)指，第二項(xiàng)指適用適用性性，第三項(xiàng)指，第三項(xiàng)指耐久性耐久性。三者統(tǒng)稱結(jié)構(gòu)的。三者統(tǒng)稱結(jié)構(gòu)的可靠性可靠性。n房屋建筑在正常設(shè)計(jì)、正常施工、正常使用和維護(hù)（必房屋建筑在正常設(shè)計(jì)

7、、正常施工、正常使用和維護(hù)（必要的檢測、防護(hù)和維修）下所應(yīng)達(dá)到的持久年限。要的檢測、防護(hù)和維修）下所應(yīng)達(dá)到的持久年限。n設(shè)計(jì)使用年限按下表采用設(shè)計(jì)使用年限按下表采用n設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期：是指在計(jì)算結(jié)構(gòu)可靠度時(shí)考慮各項(xiàng)基本變設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期：是指在計(jì)算結(jié)構(gòu)可靠度時(shí)考慮各項(xiàng)基本變量與時(shí)間關(guān)系所取用的基準(zhǔn)時(shí)間。設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期為量與時(shí)間關(guān)系所取用的基準(zhǔn)時(shí)間。設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期為50年年類別類別設(shè)計(jì)使用年限設(shè)計(jì)使用年限舉舉 例例15臨時(shí)性結(jié)構(gòu)臨時(shí)性結(jié)構(gòu)225易于替換的結(jié)構(gòu)構(gòu)件易于替換的結(jié)構(gòu)構(gòu)件350一般房屋和普通構(gòu)筑物一般房屋和普通構(gòu)筑物4100紀(jì)念性建筑及其它特殊或重紀(jì)念性建筑及其它特殊或重要建筑結(jié)構(gòu)要建筑結(jié)構(gòu)2. 2. 設(shè)計(jì)

8、使用年限設(shè)計(jì)使用年限3. 3. 建筑結(jié)構(gòu)的安全等級(jí)建筑結(jié)構(gòu)的安全等級(jí)n建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)根據(jù)結(jié)構(gòu)破壞可能建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)根據(jù)結(jié)構(gòu)破壞可能產(chǎn)生的產(chǎn)生的后果后果的嚴(yán)重性，采用不同的安全的嚴(yán)重性，采用不同的安全等級(jí)等級(jí)安全等級(jí)安全等級(jí) 破壞后果破壞后果建筑結(jié)構(gòu)類型示例建筑結(jié)構(gòu)類型示例一級(jí)一級(jí)很嚴(yán)重很嚴(yán)重重要的建筑結(jié)構(gòu)重要的建筑結(jié)構(gòu)二級(jí)二級(jí)嚴(yán)重嚴(yán)重一般的建筑結(jié)構(gòu)一般的建筑結(jié)構(gòu)三級(jí)三級(jí)不嚴(yán)重不嚴(yán)重不重要的建筑結(jié)構(gòu)不重要的建筑結(jié)構(gòu)4. 4. 兩類極限狀態(tài)兩類極限狀態(tài)n整個(gè)結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)的某一部分超過某一特定狀態(tài)整個(gè)結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)的某一部分超過某一特定狀態(tài)就不能滿足設(shè)計(jì)規(guī)定的某一功能要求，此特定就不能滿足設(shè)計(jì)規(guī)定

9、的某一功能要求，此特定狀態(tài)就稱為該功能的狀態(tài)就稱為該功能的極限狀態(tài)極限狀態(tài)。n有效和失效有效和失效極限狀態(tài)為有效和失效的極限狀態(tài)為有效和失效的分界分界n根據(jù)不同的功能要求，極限狀態(tài)可分為根據(jù)不同的功能要求，極限狀態(tài)可分為承載能力極限狀態(tài)承載能力極限狀態(tài)正常使用極限狀態(tài)正常使用極限狀態(tài)承載能力極限狀態(tài)承載能力極限狀態(tài)對(duì)應(yīng)于結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件對(duì)應(yīng)于結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件達(dá)到最大承載能力或不適于繼續(xù)承達(dá)到最大承載能力或不適于繼續(xù)承載的變形載的變形時(shí)的狀態(tài)。時(shí)的狀態(tài)。n結(jié)構(gòu)構(gòu)件或連接因材料強(qiáng)度不足而破壞（包括疲勞破結(jié)構(gòu)構(gòu)件或連接因材料強(qiáng)度不足而破壞（包括疲勞破壞），或因過度的變形而不適于繼續(xù)承載；壞），或因過度的

10、變形而不適于繼續(xù)承載；n結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件喪失穩(wěn)定（如壓屈等）；結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件喪失穩(wěn)定（如壓屈等）；n結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)動(dòng)體系；結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)動(dòng)體系；n整個(gè)結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)的某一部分作為剛體失去平衡（如傾整個(gè)結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)的某一部分作為剛體失去平衡（如傾覆等）；覆等）；1.地基喪失承載能力而破壞（如失穩(wěn)等）；地基喪失承載能力而破壞（如失穩(wěn)等）；正常使用極限狀態(tài)正常使用極限狀態(tài)對(duì)應(yīng)于結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件對(duì)應(yīng)于結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件達(dá)到正常使用或耐久性能的某項(xiàng)規(guī)達(dá)到正常使用或耐久性能的某項(xiàng)規(guī)定限值定限值的狀態(tài)。的狀態(tài)。n影響正常使用及外觀過大的變形；影響正常使用及外觀過大的變形；n影響適用性或耐久性能的局部損壞（包括裂縫）；影響適用

11、性或耐久性能的局部損壞（包括裂縫）；n影響正常使用的振動(dòng)；影響正常使用的振動(dòng)；1.影響正常使用的其他特定狀態(tài)。影響正常使用的其他特定狀態(tài)。2.3 荷載效應(yīng)與結(jié)構(gòu)抗力荷載效應(yīng)與結(jié)構(gòu)抗力 荷載引起的結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的內(nèi)力、應(yīng)力、變形、荷載引起的結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的內(nèi)力、應(yīng)力、變形、裂縫等的總稱。裂縫等的總稱。n荷載的標(biāo)準(zhǔn)值：荷載的標(biāo)準(zhǔn)值：在正常使用期間可能出現(xiàn)（具有在正常使用期間可能出現(xiàn)（具有足夠的概率保證率）的荷載最大值。足夠的概率保證率）的荷載最大值。n永久荷載準(zhǔn)值可根據(jù)尺寸按材料的容重計(jì)算；永久荷載準(zhǔn)值可根據(jù)尺寸按材料的容重計(jì)算；n可變荷載標(biāo)準(zhǔn)值可按標(biāo)可變荷載標(biāo)準(zhǔn)值可按標(biāo)荷載規(guī)范荷載規(guī)范提供的數(shù)提供的數(shù)值

12、取用。值取用。1.1. 荷載效應(yīng)荷載效應(yīng) 荷載的代表值有四種：標(biāo)準(zhǔn)值、組合值、頻荷載的代表值有四種：標(biāo)準(zhǔn)值、組合值、頻遇值和準(zhǔn)永久值。遇值和準(zhǔn)永久值。n荷載的組合值：荷載的組合值：考慮多個(gè)可變荷載作用在結(jié)構(gòu)考慮多個(gè)可變荷載作用在結(jié)構(gòu)上的情況。上的情況。n荷載的準(zhǔn)永久值：荷載的準(zhǔn)永久值：在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)，其超在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)，其超越的總時(shí)間占設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期一半的荷載值。越的總時(shí)間占設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期一半的荷載值。n荷載的頻遇值：荷載的頻遇值：在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)，其超越在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)，其超越的總時(shí)間僅占設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期的一小部分。的總時(shí)間僅占設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期的一小部分。kqqQQ kffQQ kccQQ 2.2.

13、 結(jié)構(gòu)抗力結(jié)構(gòu)抗力n結(jié)構(gòu)構(gòu)件對(duì)抵抗各種作用的承載力，以及對(duì)變結(jié)構(gòu)構(gòu)件對(duì)抵抗各種作用的承載力，以及對(duì)變形、裂縫等的抵抗能力。形、裂縫等的抵抗能力。n影響抗力大小的因素主要是結(jié)構(gòu)構(gòu)件的幾何尺影響抗力大小的因素主要是結(jié)構(gòu)構(gòu)件的幾何尺寸、所用材料的性能（強(qiáng)度、彈性模量、變形寸、所用材料的性能（強(qiáng)度、彈性模量、變形模量等）、計(jì)算模式。模量等）、計(jì)算模式。n結(jié)構(gòu)抗力也是一個(gè)隨機(jī)變量結(jié)構(gòu)抗力也是一個(gè)隨機(jī)變量1. 1. 分項(xiàng)系數(shù)、結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)分項(xiàng)系數(shù)、結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)一般結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以荷載效應(yīng)不大于結(jié)構(gòu)抗力為設(shè)計(jì)準(zhǔn)則。不過，荷載的量值與材料強(qiáng)度等都是不定值。因此，采用挖概率理論來研究它們的變化規(guī)律，從而指導(dǎo)設(shè)計(jì)，

14、被稱為概率極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法。兩類極限狀態(tài)的設(shè)計(jì)表達(dá)式兩類極限狀態(tài)的設(shè)計(jì)表達(dá)式2.4該設(shè)計(jì)法將影響結(jié)構(gòu)安全的因素（荷載、材料、幾何尺寸、計(jì)算方法）視為隨機(jī)變量，應(yīng)用數(shù)理統(tǒng)計(jì)的概率方法進(jìn)行分析，將荷載和材料強(qiáng)度的標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行放大或折減，形成“分項(xiàng)系數(shù)分項(xiàng)系數(shù)”。分項(xiàng)系數(shù)等價(jià)于考慮目標(biāo)可靠指標(biāo)（1 1）荷載分項(xiàng)系數(shù)荷載分項(xiàng)系數(shù)G、Q荷載的設(shè)計(jì)值與荷載標(biāo)準(zhǔn)值的比值，一般情況下大于荷載的設(shè)計(jì)值與荷載標(biāo)準(zhǔn)值的比值，一般情況下大于1。（2 2）材料分項(xiàng)系數(shù)材料分項(xiàng)系數(shù)R材料強(qiáng)度的標(biāo)準(zhǔn)值與材料強(qiáng)度的設(shè)計(jì)值的比值，其值大材料強(qiáng)度的標(biāo)準(zhǔn)值與材料強(qiáng)度的設(shè)計(jì)值的比值，其值大于于1。（3 3）結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)0

15、考慮結(jié)構(gòu)安全等級(jí)而引入的調(diào)整系數(shù)?？紤]結(jié)構(gòu)安全等級(jí)而引入的調(diào)整系數(shù)。2. 2. 承載力極限狀態(tài)設(shè)計(jì)表達(dá)式承載力極限狀態(tài)設(shè)計(jì)表達(dá)式0 S RR = R() = R(fck/c , fsk /s , k , )式中：S 荷載效應(yīng)組合的設(shè)計(jì)值；R 結(jié)構(gòu)構(gòu)件抗力的設(shè)計(jì)值，應(yīng)按各有關(guān)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范的規(guī)定確定；為混凝土和鋼筋強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值(fck 、fsk)、分項(xiàng)系數(shù)(c 、s )、幾何尺寸標(biāo)準(zhǔn)值以及其它參數(shù)的函數(shù)。結(jié)構(gòu)構(gòu)件承載力極限狀態(tài)設(shè)計(jì)表達(dá)式：0 結(jié)構(gòu)構(gòu)件的重要性系數(shù)，與安全等級(jí)對(duì)應(yīng)，對(duì)安全等級(jí)為一級(jí)或設(shè)計(jì)使用年限為100年級(jí)以上的結(jié)構(gòu)構(gòu)件不應(yīng)小于1.1；對(duì)安全等級(jí)為二級(jí)或設(shè)計(jì)使用年限為50年的結(jié)構(gòu)構(gòu)件不應(yīng)小于1.0；對(duì)安全等級(jí)為三級(jí)或設(shè)計(jì)使用年限為5年的結(jié)構(gòu)構(gòu)件不應(yīng)小于0.9；在抗震設(shè)計(jì)中，不考慮結(jié)構(gòu)構(gòu)件的重要性系數(shù)；用三個(gè)分項(xiàng)系數(shù)表示為：用三個(gè)分項(xiàng)系數(shù)表示為：RksRS0結(jié)構(gòu)或構(gòu)件在持續(xù)荷載作用下，其裂縫和變結(jié)構(gòu)或構(gòu)件在持續(xù)荷載作用下，其裂縫和變形會(huì)隨時(shí)間推移而增長，因此討論其荷載效應(yīng)時(shí)形會(huì)隨時(shí)間推移而增長，因此討論其荷載效應(yīng)時(shí)應(yīng)考慮標(biāo)準(zhǔn)組合、頻遇組合和準(zhǔn)永久組合來進(jìn)行應(yīng)考慮標(biāo)準(zhǔn)組合、頻遇組合和準(zhǔn)永久組合來進(jìn)行設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)。承載能力極限狀態(tài)為計(jì)算；而正常使用極限承載能力極限狀態(tài)為計(jì)算；而正常使用極限狀態(tài)為驗(yàn)算。狀態(tài)為驗(yàn)算。3. 3. 正常使用極限狀態(tài)的驗(yàn)算表達(dá)式正