第二章：混凝土結構設計方法 9-12

1、1 混凝土結構設計原理(yunl) 第2章 混凝土結構設計方法 進入(jnr)共二十七頁2混凝土結構設計原理(yunl)第 2 章主 頁目 錄上一章(y zhn)幫 助下一章本章重點了解結構上的作用、作用效應和結構抗力的概念及其隨機特性； 了解混凝土結構設計方法的理論基礎 可靠度理論； 掌握我國規(guī)范的設計方法 概率極限狀 態(tài)設計法。共二十七頁3混凝土結構設計原理(yunl)第 2 章主 頁目 錄上一章(y zhn)幫 助下一章2.1.1 結構上的作用、作用效應及結構抗力（1）定義： 施加在結構上的集中力或分布力，以及引起結構外加變形或約束變形的各種因素，如地震、基礎差異沉降、溫度變化、混凝土收

2、縮等，稱為結構上的作用。直接作用：荷載。（2）分類：間接作用：溫度、收縮、徐變、地基不均勻沉降、 地震等。2.1結構可靠度1、結構上的作用共二十七頁4混凝土結構設計原理(yunl)第 2 章主 頁目 錄上一章(y zhn)幫 助下一章2 、作用效應 定義：作用在結構上產生的效應，如內力、應力、位 移、應變、裂縫等，稱為作用效應。3 、結構抗力 定義：整個結構或結構構件抵抗作用效應的能力，稱 為結構抗力。共二十七頁5混凝土結構設計原理(yunl)第 2 章主 頁目 錄上一章(y zhn)幫 助下一章2.1.2 結構的預定功能及結構可靠度1、預定功能 （1）在正常施工和正常使用時能承受各種作用。

3、（2）在正常使用時不發(fā)生過大的變形和過寬的裂縫。 （3）在正常維護情況下具有足夠的耐久性。 （4）在發(fā)生火災時在規(guī)定的時間內有足夠的承載力。 （5）在遭遇偶發(fā)事件時具有必須的整體穩(wěn)定性。結構的預定功能要求結構在其設計使用年限內具有足夠的可靠性，即：安全性、適用性和耐久性。共二十七頁6混凝土結構設計原理(yunl)第 2 章主 頁目 錄上一章(y zhn)幫 助下一章2、結構的可靠度指結構在規(guī)定的時間內、在規(guī)定的條件下，完成預定功能的概率。規(guī)定的時間指設計使用年限。規(guī)定的條件指正常設計、正常施工、正常使用。預定功能指安全性、適用性、耐久性。結構的可靠度是可靠性的概率度量。共二十七頁7混凝土結構設

4、計原理(yunl)第 2 章主 頁目 錄上一章(y zhn)幫 助下一章3、 結構的設計使用年限類別結構類型結構的設計使用年限（年）臨時性結構5易于替換的結構構件25普通房屋和構筑物50紀念性建筑和特別重要建筑1002.1.3 結構的安全等級按結構的重要性劃分一級：重要建筑二級：一般建筑三級：次要建筑共二十七頁8混凝土結構設計原理(yunl)第 2 章主 頁目 錄上一章(y zhn)幫 助下一章2.2荷載和材料強度2.2.1 荷載1、荷載分類永久荷載(恒荷載)：大小、方向、作用點不隨時間改變 的荷載為永久荷載，如自重、土壓力、預應力等?？勺兒奢d(活荷載) ：大小、方向或作用點隨時間改變而變化的

5、荷載為可變荷載，如樓面和屋面活載、風荷載、雪荷載、吊車荷載等。偶然荷載：結構使用期間可能不出現(xiàn)，一旦出現(xiàn)，其作 用時間短、效應大的荷載為偶然荷載，如爆炸力，撞擊等。 共二十七頁9混凝土結構設計原理(yunl)第 2 章主 頁目 錄上一章(y zhn)幫 助下一章2、荷載代表值 （1）標準值是荷載的基本代表值。是正常使用情況 下可能出現(xiàn)的保證率為95%的偏大值。 是永久荷載的唯一代表值。保證率：95 共二十七頁10混凝土結構設計原理(yunl)第 2 章主 頁目 錄上一章(y zhn)幫 助下一章直升飛機坪：樓面：屋面：不上人屋面 上人屋面 屋頂花園民用建筑樓面活荷載的標準值可查附表12-1，如

6、：其它荷載標準值見荷載規(guī)范。荷載規(guī)范中的荷載值不包括隔墻重量和二次裝修重量。（2）組合值 當有兩個或兩個以上可變荷載同時作用 時的代表值 。組合值 = c 標準值 共二十七頁11混凝土結構設計原理(yunl)第 2 章主 頁目 錄上一章(y zhn)幫 助下一章（3）頻遇值可變荷載可能出現(xiàn)的較大值,但小于標 準值。計算裂縫、變形時用。頻遇值 = f 標準值 （4）準永久值可變荷載中較穩(wěn)定的那一部分值。計 算裂縫、變形時用。準永久值 = q 標準值 永久荷載的代表值：標準值?？勺兒奢d的代表值：標準值、組合值、頻遇值、 準永久值。共二十七頁12混凝土結構設計原理(yunl)第 2 章主 頁目 錄上

7、一章(y zhn)幫 助下一章結構承載力取決于截面尺寸大小和材料強度高低。材料強度分標準值和設計值。1 、材料強度標準值保證率：95 混凝土： ，鋼筋： ，注意：荷載標準值高于平均值，材料強度標準值低于平均值。想一想為什么要這樣？2.2.2 材料強度共二十七頁13混凝土結構設計原理(yunl)第 2 章主 頁目 錄上一章(y zhn)幫 助下一章2 、材料強度設計值混凝土： ,鋼筋： ,式中： 混凝土的材料分項系數，取1.4； 鋼筋的材料分項系數，對延性較好的熱軋 鋼筋取1.1，對500MPa級鋼筋取1.15，對預 應力鋼筋取1.2。共二十七頁14混凝土結構設計原理(yunl)第 2 章主 頁

8、目 錄上一章(y zhn)幫 助下一章定義：整個結構或結構的一部分超過某一特定狀態(tài)就不能滿足設計指定的某一功能要求，這個特定的狀態(tài)稱之為該功能的極限狀態(tài)。承載能力極限狀態(tài)：超過這一極限狀態(tài)時結構將發(fā)生破壞、倒塌或失穩(wěn)等現(xiàn)象。1、 結構極限狀態(tài)的分類正常使用極限狀態(tài)：超過這一極限狀態(tài)時結構將出現(xiàn)過大的變形，開裂或過寬的裂縫，鋼筋嚴重銹蝕，混凝土腐蝕、風化、剝落等現(xiàn)象。2.3極限狀態(tài)設計法共二十七頁15混凝土結構設計原理(yunl)第 2 章主 頁目 錄上一章(y zhn)幫 助下一章2、結構的設計狀況（1）持久設計狀況：在結構使用過程中一 定出現(xiàn)，其持續(xù)時間很長的狀況。（2）短暫設計狀況：在結構

9、使用過程中出 現(xiàn)概率大，持續(xù)時間短的狀況。（3）偶然設計狀況：在結構使用過程中出 現(xiàn)概率小，持續(xù)時間很短的狀況。（4）地震設計狀況：在結構使用過程中遭 受地震作用的狀況。共二十七頁16混凝土結構設計原理(yunl)第 2 章主 頁目 錄上一章(y zhn)幫 助下一章 = - 2-10，結構可靠；= 0，極限狀態(tài)。0，結構失效；正態(tài)分布 變異系數z=z/z3、結構的功能函數共二十七頁17混凝土結構設計原理(yunl)第 2 章主 頁目 錄上一章(y zhn)幫 助下一章式中： 結構抗力的平均值和標準差； 作用效應的平均值和標準差?，F(xiàn)行設計方法以概率理論為基礎，用可靠指標度量，采用多個分項系數表

10、達。設，則可靠指標為： 2-24、 結構的可靠指標共二十七頁18混凝土結構設計原理(yunl)第 2 章主 頁目 錄上一章(y zhn)幫 助下一章按承載能力極限狀態(tài)設計時要求的可靠指標值按正常使用極限狀態(tài)設計時要求的可靠指標值 破壞類型安全等級一級二級三級塑性破壞3.73.22.7脆性破壞4.23.73.2根據其可逆程度可取0 1.5。對應3.2的失效概率為6.910-4，對應3.7的失效概率為1.110 -4。因此，可靠指標是可靠度的另一種表示方法。共二十七頁19混凝土結構設計原理(yunl)第 2 章主 頁目 錄上一章(y zhn)幫 助下一章定義：整個結構或結構的一部分超過某一特定狀態(tài)

11、就不能滿足設計指定的某一功能要求，這個特定的狀態(tài)稱之為該功能的極限狀態(tài)。承載能力極限狀態(tài)：超過這一極限狀態(tài)時結構將發(fā)生破壞、倒塌或失穩(wěn)等現(xiàn)象。2.6.1 結構極限狀態(tài)的分類正常使用極限狀態(tài)：超過這一極限狀態(tài)時結構將出現(xiàn)過大的變形，開裂或過寬的裂縫，鋼筋嚴重銹蝕，混凝土腐蝕、風化、剝落等現(xiàn)象。2.4極限狀態(tài)設計表達式共二十七頁20混凝土結構設計原理(yunl)第 2 章主 頁目 錄上一章(y zhn)幫 助下一章1、承載能力極限狀態(tài)的設計方法 2-3 結構重要性系數； 安全等級為一級的結構構件， 安全等級為二級的結構構件， 安全等級為三級的結構構件， 承載力極限狀態(tài)下作用組合的效應設計值， 對持

12、久設計狀況和短暫設計狀況應按作用 的基本組合計算。 計算公式2.6極限狀態(tài)設計表達式共二十七頁21混凝土結構設計原理(yunl)第 2 章主 頁目 錄上一章(y zhn)幫 助下一章 結構構件的抗力設計值。 R = R（fc , fs , ak , .）/ RD式中， RD 是結構構件的抗力模型不定性調整系數：靜力設計取1.0，對不確定性較大的結構構件根據具體情況取大于1.0的數值；抗震設計應用承載力抗震調整系數RE代替RD。 fc , fs , ak式分別為混凝土的強度設計值、鋼筋的強度設計值和截面尺寸的標準值。共二十七頁22混凝土結構設計原理(yunl)第 2 章主 頁目 錄上一章(y z

13、hn)幫 助下一章 荷載組合計算方法一般結構構件：選下列計算中較大者。 由可變荷載控制時 由永久荷載控制時 2-4 2-5承載力計算采用基本組合，按下面方法計算：共二十七頁23混凝土結構設計原理(yunl)第 2 章主 頁目 錄上一章(y zhn)幫 助下一章式中： 恒載分項系數，當其效應對結構不利時， 公式 2-4 中的 ，公式 2-5 中的 ；當其效應對結構有利時，應取1.0； 活載分項系數，一般情況下取1.4，當活 載標準值大于 的工業(yè)房屋樓面結 構取1.3； 恒載標準值所產生的內力； 活載標準值所產生的內力，i=1的活荷載 為主導活荷載； 第i個可變荷載的組合系數。共二十七頁24混凝土

14、結構設計原理(yunl)第 2 章主 頁目 錄上一章(y zhn)幫 助下一章一般排架、框架結構：選下列計算中較大者 由可變荷載控制時 由永久荷載控制時 2-6 2-7式中： 簡化式中的荷載組合系數；一般情況下 取 ，只有一個活荷載取 。 和 的取值與式 2-4、2-5 相同。共二十七頁25混凝土結構設計原理(yunl)第 2 章主 頁目 錄上一章(y zhn)幫 助下一章 設計方法 2-8式中： 正常使用極限狀態(tài)下荷載效應組合值; 達正常使用要求時的變形、裂縫、應力 等的限值。2、 按正常使用極限狀態(tài)的設計方法注意：實際設計方法中，為了符合我國設計人員以往的設計習慣，使設計方便起見，已將可靠

15、指標轉化成用荷載分項系數、材料強度分項系數等多個分項系數表示。因此： 可靠度失效概率可靠指標多個分項系數共二十七頁26混凝土結構設計原理(yunl)第 2 章主 頁目 錄上一章(y zhn)幫 助下一章 荷載組合值計算方法標準組合：主要用于當一個極限狀態(tài)被超越時將產生嚴重的永久性損壞的情況。頻遇組合：主要用于當一個極限狀態(tài)被超越時將產生局部損壞、較大變形或短暫震動等的情況。準永久組合：主要用于當長期效應是決定性因素的一些情況。 2-9 2-10 2-11正常使用階段計算采用標準組合、頻遇組合或準永久組合。按下面方法計算。共二十七頁內容摘要1。（1）在正常施工和正常使用時能承受各種作用。紀念性建筑和特別重要建筑。（1）標準值是荷載的基本代表值。屋面：不上人屋面