混凝土與砌體結(jié)構(gòu)設計-2設計方法

1、混凝土及砌體結(jié)構(gòu) 1 82519201教授本課方法：開卷只允許帶參考書進入考場。只要你認真聽課，理解最基本的概念，獨立完成作業(yè)，不及格都難!2008-10-112主要內(nèi)容（32學時）緒論（1學時）材料的力學性能（2學時）鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的設計方法（1學時）受彎構(gòu)件正截面承載力（8學時）受彎構(gòu)件斜截面承載力（8學時）第1章第2章第3章第4章第5章第6章第8章截面承載力（2學時）受扭構(gòu)件受壓構(gòu)件正截面承載力（8學時）鋼筋混凝土構(gòu)件裂縫及變形的驗算（2學2008-10-11時）3參考書2008-10-114第2章按近似概率理論極限狀態(tài)設計法2008-10-1152.1 極限狀態(tài)2.1.1 結(jié)構(gòu)上的作用

2、直接作用：荷載間接作用：混凝土的收縮、溫度變化、基礎的差異沉降、等作用在結(jié)構(gòu)上并使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生內(nèi)力（如彎矩、剪力、軸向力、扭矩等）、變形、裂縫等作用稱為作用效應或荷載效應。2008-10-116荷載的分類按作用時間的長短和性質(zhì)，荷載分為三類：1.荷載在結(jié)構(gòu)設計使用年限內(nèi)，其值不隨時間而變化，或其變化與平均值相比可以忽略不計，或其變化是單調(diào)的并能趨于限值的荷載。2.可變荷載在結(jié)構(gòu)設計基準期內(nèi)其值隨時間而變化，其變化與平均值不可忽略的荷載。3.偶然荷載在結(jié)構(gòu)設計基準期內(nèi)不一定出現(xiàn)，但一旦出現(xiàn)其值很大且作用時間很短的荷載。2008-10-117荷載的標準值1.定義將荷載視為隨量，采用數(shù)理統(tǒng)計的方法加以處

3、理而得到的具有一定概率的最大荷載值2.確定a.結(jié)構(gòu)的自重可根據(jù)結(jié)構(gòu)的設計尺寸和材料的重力密度確定；b.可變荷載常與時間有關，在缺少大量統(tǒng)計材料的條件下，可近似按隨量來考慮；2082.1.2 結(jié)構(gòu)的功能要求1.結(jié)構(gòu)的安全等級2008-10-119安全等級破壞后的影響程度建筑物的類型一級很嚴重重要的建筑物二級嚴重一般的建筑物三級不嚴重次要的建筑物2.結(jié)構(gòu)的設計使用年限結(jié)構(gòu)的設計使用年限是指設計規(guī)定的結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件不需要進行大修即可按達到其預定功能的使用時期。設計年限可按建筑結(jié)構(gòu)可靠度設計標準確定，也可經(jīng)過主管部門的批準按業(yè)主的要求確定。一般建筑結(jié)構(gòu)的設計使用年限為50年。注意：區(qū)別建筑物的設計使用

4、年限與建筑物的使用2008-10-11。103. 結(jié)構(gòu)的功能安全性如（MMu）結(jié)構(gòu)在預定的使用期間內(nèi)（一般為50年），應能承受在正常施工、正常使用情況下可能出現(xiàn)的各種荷載、外加變形（如超靜定結(jié)構(gòu)的支座不均勻沉降）、約束變形（如溫度和收縮變形受到約束時）等的作用。在偶然事件（如、）發(fā)生時和發(fā)生后，結(jié)構(gòu)應能保持整體穩(wěn)定性，不應發(fā)生倒塌或連續(xù)破壞而造成生命的嚴重損失。2008-10-1111適用性 如（f f）結(jié)構(gòu)在正常使用期間，具有良好的工作性能。如不發(fā)生影響正常使用的過大的變形（撓度、側(cè)移）、振動（頻率、振幅），或產(chǎn)生讓使用者感到不安的過大的裂縫寬度。耐久性 如（wmaxwmax）結(jié)構(gòu)在正常使用

5、和正常條件下，應具有足夠的耐久性。即在各種的影響下（混凝土碳化、鋼筋銹蝕），結(jié)構(gòu)的承載力和剛度不應隨時間有過大的降低，而導致結(jié)構(gòu)在其預定使用期間內(nèi)喪失安全性和適用性，降低使用。2008-10-1112結(jié)構(gòu)的可靠性可靠性安全性、適用性和耐久性的總稱就是指結(jié)構(gòu)在規(guī)定的使用期限內(nèi)（設計工作=50年），在規(guī)定的條件下（正常設計、正常施工、正常使用和），完成預定結(jié)構(gòu)功能的能力。結(jié)構(gòu)可靠性越高，建設造價投資越大。如何在結(jié)構(gòu)可靠與經(jīng)濟之間取得均衡，就是設計方法要解決。2008-10-1113顯然這種可靠與經(jīng)濟的均衡受到多方面的影響，如國家經(jīng)濟實力、設計工作、和修復等。規(guī)范規(guī)定的設計方法，是這種均衡的最低限度

6、，也是國家法律。設計可以根據(jù)具體工程的重要程度、使用環(huán)境和情況，以及業(yè)主的要求，提高設計水準，增加結(jié)構(gòu)的可靠度。經(jīng)濟的概念不僅包括第一次建設費用，還應考慮維修，損失及修復的費用2008-10-11142.1.3 結(jié)構(gòu)功能的極限狀態(tài)結(jié)構(gòu)能夠滿足功能要求而良好地工作，則稱結(jié)構(gòu)是“可靠”的或“有效”的。反之，則結(jié)構(gòu)為“不可靠”或“失效”。區(qū)分結(jié)構(gòu)“可靠”與“失效”的臨界工作狀態(tài)稱為“極限狀鋼筋混凝土的可靠、失效和極限狀態(tài)概念2008-10-1115結(jié)構(gòu)的功能可靠極限狀態(tài)失效安全性受彎承載力M Mu適用性撓度變形f f耐久性裂縫寬度wmax wmax承載力能力極限狀態(tài)超過該極限狀態(tài)，結(jié)構(gòu)就不能滿足預定

7、的安全性功能要求結(jié)構(gòu)或構(gòu)件達到最大承載力（包括疲勞）結(jié)構(gòu)整體或其中一部分作為剛體失去平衡（如傾覆、滑移）結(jié)構(gòu)塑性變形過大而不適于繼續(xù)使用結(jié)構(gòu)形成幾何可變體系（超靜定結(jié)構(gòu)中出現(xiàn)足夠多塑性鉸）結(jié)構(gòu)或構(gòu)件喪失穩(wěn)定（如細長受壓構(gòu)件的壓曲失穩(wěn)）2008-10-1116正常使用極限狀態(tài)超過該極限狀態(tài)，結(jié)構(gòu)就不能滿足預定的適用性和耐久性的功能要求。過大的變形、側(cè)移（影響非結(jié)構(gòu)構(gòu)件、不安全感、不能正常使用（吊車）等）；過大的裂縫（鋼筋銹蝕、不安全感、漏水等）；過大的振動（不舒適）；其他正常使用要求。2008-10-1117S R可靠極限狀態(tài)失效2.1.4極限狀態(tài)方程S荷載效應結(jié)構(gòu)上的各種作用（如荷載、不均勻沉

8、降、溫度變等）產(chǎn)生的效應總和（如彎矩M、軸形、收縮變形、力N、剪力V、扭矩T、撓度S = S(Q)R結(jié)構(gòu)抗力f、裂縫寬度w等）結(jié)構(gòu)抵抗作用效應的能力，如受彎承載力Mu、受剪承載力Vu、容許撓度f、容許裂縫寬度wR = R(fc, fy, A, h0, As, )2008-10-1118結(jié)構(gòu)的極限狀態(tài)可用下面的極限狀態(tài)函數(shù)表示：Z=R-S對應的：Z=R-S0時，結(jié)構(gòu)處于可靠狀態(tài)；結(jié)構(gòu)達到極限狀態(tài)；結(jié)構(gòu)處于失效（破壞）狀態(tài)。Z=R-S=0時，Z=R-S R)f(Z)結(jié)構(gòu)功能函數(shù) Z = R - SzPf =P (S R) =P(Z 0)PfzZ = R - S 可靠指標2008-10-1124 值

9、2.73.23.74.2失效概率 Pf3.5 10-36.9 10-41.1 10-41.3 10-5P Z fZ極限狀態(tài)設計表達式承載能力極限狀態(tài)表達式 0 S R 0S結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)；結(jié)構(gòu)作用效應基本組合設計值，根據(jù)具體情況確定；R 結(jié)構(gòu)構(gòu)件抗力設計值。2008-10-1125（1）結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)建筑結(jié)構(gòu)的安全等級和重要性系數(shù)（2）荷載效應組合2008-10-1126安全等級破壞建筑物類別重要性系數(shù)一級二級三級很嚴重嚴重 不嚴重重要的房屋一般的房屋次要的房屋1.11.00.9a.由可變荷載控制的效應組合nQk iS G GSkS1ciQiki1式中 荷載分項系數(shù)，具體取值如下：G當其效應對

10、結(jié)構(gòu)不利時，對由可變荷載效應控制的組合取1.2，對由取1.35；荷載效應控制的組合當其效應對結(jié)構(gòu)有利時，一般情況下取1.0，對結(jié)構(gòu)的傾覆、滑移或漂浮驗算取0.9；2008-10-1127 Qi第 i 個可變荷載的分項系數(shù)，其中 Q1為第一個可變荷載 Q1的分項系數(shù)，一般應取1.4，對標準值大于4kN/m2 的工業(yè)建筑樓面活荷載應取1.3；SGkSQik按荷載標準值Gk 計算的荷載效應值；按可變荷載標準值Qik計算的荷載效應值其中為諸多可變荷載效應中起控制作用者； ci 可變荷載的組合系數(shù)；n2008-10-11參與組合的可變荷載數(shù)。28b.由荷載控制的效應組合nSGkQiS GSciQiki1（3）結(jié)構(gòu)構(gòu)件的抗力結(jié)構(gòu)構(gòu)件的抗力是指結(jié)構(gòu)構(gòu)件承受作用效R應的能力。一般用表示。R Rk R( fck, fsk, a )kRcs影響結(jié)構(gòu)構(gòu)件抗力的主要有：材料性能（強度、變形）、構(gòu)件截面幾何特性（寬度、高度、面積、慣性矩等）、計算模式的精確性。2008-10-11292. 正常使用極限狀態(tài)表達式S C正常使用極限狀態(tài)