建筑結(jié)構(gòu)的設計標準和設計方法

第二章建筑構(gòu)造的設計規(guī)范和設計方法本章的主要內(nèi)容：設計基準期和設計運用年限構(gòu)造的功能要求、作用和抗力構(gòu)造可靠度實際和極限形狀設計法構(gòu)造構(gòu)件設計的普通內(nèi)容規(guī)范及設計實際常用的規(guī)范混凝土構(gòu)造設計規(guī)范建筑構(gòu)造荷載規(guī)范建筑地基根底設計規(guī)范建筑抗震設計規(guī)范高層建筑混凝土構(gòu)造技術(shù)規(guī)程構(gòu)造設計共性問題◆荷載大小確定◆構(gòu)造的功能要求◆構(gòu)造抗力確定◆制定規(guī)范設計基準期——進展構(gòu)造可靠性分析時，所采用的荷載的統(tǒng)計參數(shù)、與時間有關(guān)的資料性能取值，都需求選定一個時間參數(shù)，稱之為設計基準期。普通橋梁構(gòu)造的設計基準期為100年建筑構(gòu)造的設計基準期為50年一.設計基準期第一節(jié)設計基準期和設計運用年限第一節(jié)設計基準期和設計運用年限二、設計運用年限設計規(guī)定的構(gòu)造或構(gòu)造構(gòu)件不需進展大修即可按其預定目的運用的時期。<建筑構(gòu)造可靠度設計一致規(guī)范>〔GB50068〕明確提出，將構(gòu)造的設計運用年限分為四個類別。普通鋼筋混凝土構(gòu)造的設計運用年限為50年。構(gòu)造設計的目的是要使所設計的構(gòu)造在規(guī)定的設計運用年限內(nèi)能完成預期的全部功能要求。一、構(gòu)造的功能要求第二節(jié)構(gòu)造的功能要求、作用和抗力建筑構(gòu)造在規(guī)定的設計運用年限內(nèi)應滿足平安性、適用性和耐久性三項功能要求。◆平安性◎構(gòu)造在預定的運用期間內(nèi)，應能接受在正常施工、正常運用情況下能夠出現(xiàn)的各種作用。荷載、外加變形〔如超靜定構(gòu)造的支座不均勻沉降〕、約束變形〔如溫度和收縮變形遭到約束時〕等的作用?！蛟谂紶柺录踩绲卣稹⒈ā嘲l(fā)生時和發(fā)生后，構(gòu)造應能堅持整體穩(wěn)定性，不應發(fā)生倒塌或延續(xù)破壞而呵斥生命財富的嚴重損失。第三章混凝土構(gòu)造根本設計原那么◆適用性◎構(gòu)造在正常運用期間，具有良好的任務性能。◆耐久性◎構(gòu)造在正常運用和正常維護條件下，應具有足夠的耐久性。耐久性設計包括的內(nèi)容：1、確定構(gòu)造所處的環(huán)境類別2、提出資料的耐久性質(zhì)量要求3、確定構(gòu)件中鋼筋的混凝土維護層厚度4、在不利環(huán)境下應采取的措施5、滿足耐久性要求的相應的技術(shù)措施6、提出構(gòu)造運用階段的維護與檢測要求間接作用直接作用施加在構(gòu)造上的荷載，如構(gòu)造自重、汽車荷載等。引起構(gòu)造外加變形和約束變形的緣由作用二、作用和作用效應◆作用◎直接作用：◎間接作用：二、作用和作用效應◆作用的分類按時間的變異分類永久作用：可變作用：偶爾作用：自重土壤壓力根底沉降焊接變形樓面活荷載雪荷載風荷載地震爆炸撞擊二、作用和作用效應按隨空間位置的變異分類固定作用：自在作用：自重人群荷載吊車荷載按構(gòu)造的反響特點分類靜態(tài)作用：動態(tài)作用：自重樓面人群荷載屋面雪荷載地震吊車荷載振動設備二、作用和作用效應作用效應：由作用引起的構(gòu)造或構(gòu)造構(gòu)件的反響，例如內(nèi)力、變形和裂痕等。〔隨機性〕荷載效應：荷載引起的構(gòu)造的內(nèi)力和變形。〔隨機性〕抗力：構(gòu)造或構(gòu)造構(gòu)件接受作用效應的才干。與構(gòu)造的幾何參數(shù)和資料性能有關(guān)。〔隨機性〕一、可靠性與可靠度功能要求平安性、適用性和耐久性可靠性可靠度構(gòu)造在規(guī)定的時間內(nèi)，規(guī)定的條件下完成預定功能的概率概率度量第三節(jié)構(gòu)造可靠度實際和極限形狀設計法構(gòu)造在規(guī)定的時間內(nèi)，規(guī)定的條件下完成預定功能的才干一、構(gòu)造的可靠性和可靠度〔一〕構(gòu)造的可靠性定義：才干〔二〕構(gòu)造的可靠度定義：概率二、可靠度實際第三節(jié)構(gòu)造可靠度實際和極限形狀設計法構(gòu)造的可靠概率和失效概率1、構(gòu)造的功能函數(shù)：Z=R-SR—構(gòu)造抗力S—作用效應第三節(jié)構(gòu)造可靠度實際和極限形狀設計法可靠的根本條件：構(gòu)造的功能函數(shù)：Z=R-S>0可靠度失效概率〔二〕構(gòu)造的可靠概率和失效概率2、可靠概率和失效概率第三節(jié)構(gòu)造可靠度實際和極限形狀設計法失效概率Pf可靠概率PsPf+PS=1可靠概率失效概率可靠度：即可以用可靠概率來衡量，也可以用實效概率來衡量；當失效概率小于某個值時，人們因構(gòu)造失效的能夠性很小而即可以為構(gòu)造設計是可靠的。該失效概率限值稱為允許失效概率[Pf]。延性破壞：允許失效概率[Pf]=6.9×10-4脆性破壞：允許失效概率[Pf]=1.1×10-4〔三〕按可靠目的的設計準那么1、可靠目的：失效概率衡量可靠度計算很復雜，故引入可靠目的，詳細度量構(gòu)造的可靠性。β與Pf關(guān)系β2.73.23.74.2Pf3.5×10-36.9×10-41.1×10-41.3×10-5〔三〕按可靠目的的設計準那么2、按可靠目的的設計準那么定義：建筑構(gòu)造設計時，根據(jù)建筑物的平安等級，按規(guī)定的可靠目的進展設計的設計準那么，稱為按可靠目的的設計準那么。建筑構(gòu)造的平安等級

一級建筑類型破壞后果

二級

平安等級很嚴重

三級嚴重不嚴重重要的房屋普通的房屋次要的房屋〔三〕按可靠目的的設計準那么2、按可靠目的的設計準那么延性破壞指構(gòu)造構(gòu)件在破切前有明顯的變形或其他預兆。脆性破壞指構(gòu)造構(gòu)件在破切前無明顯的變形或其他預兆。

延性破壞三級二級一級

脆性破壞

平安等級破壞類型3.73.22.74.23.73.2建筑構(gòu)造目的可靠目的——<建筑構(gòu)造可靠度設計一致規(guī)范>〔GB50068-2001〕三、概率極限形狀設計法一．極限形狀：當整個構(gòu)造或構(gòu)造的一部分超越某一特定形狀而不能滿足設計規(guī)定的某一功能要求時，那么此特定形狀稱為該構(gòu)造的極限形狀。構(gòu)造的極限形狀也是構(gòu)造處于可靠形狀與失效形狀的臨界形狀。正常運用極限形狀承載才干極限形狀極限形狀2、極限形狀的分類承載才干極限形狀——對應于構(gòu)造或構(gòu)件到達最大承載才干或不適于繼續(xù)承載的變形。承載才干極限形狀構(gòu)造構(gòu)件或銜接處因超越資料強度而破壞構(gòu)造轉(zhuǎn)變成機動體系整個構(gòu)造或構(gòu)造的一部分作為剛體失去平衡〔滑動、倒塌〕構(gòu)造或構(gòu)造構(gòu)件喪失穩(wěn)定〔柱的壓曲失穩(wěn)〕43215地基喪失承載才干穩(wěn)定〔失穩(wěn)〕正常運用極限形狀——對應于構(gòu)造或構(gòu)件到達正常運用或耐久性能的某項規(guī)定限值。影響正常運用或外觀的變形影響正常運用或耐久性能的部分損壞影響正常運用的振動影響正常運用的其它特定形狀正常運用極限形狀1、設計原那么：作用效應最不利組合(根本組合)設計值必需小于或等于構(gòu)造抗力的設計值?！惨运苄詫嶋H為根底〕：2、根本表達式:二、承載才干極限形狀形狀設計●荷載效應根本組合設計值①可變荷載效應起控制造用的組合永久荷載效應分項系數(shù)可變荷載效應分項系數(shù)△住宅、宿舍、商店…等絕大多數(shù)樓面活載0.7△書庫、檔案庫、電梯機房…0.9△高爐臨近建筑屋面積灰荷載1.0可變荷載Qi的組合值系數(shù)②由永久荷載效應起控制造用的組合當以豎向永久荷載效應起控制造用的組合時，可變荷載只思索豎向荷載。由可變荷載效應控制的組合③根本組合簡化由永久荷載效應控制的組合仍按原式計算例題1一鋼筋砼屋面簡支梁，跨度為6m，截面尺寸為250mm×500mm，梁的負荷寬度為3.6m，知屋面板自重規(guī)范值為3kN/m2，上人屋面活荷載規(guī)范值為2kN/m2，雪荷載規(guī)范值為0.5kN/m2，可變荷載組合系數(shù)0.7,試求梁跨中彎矩設計值和支座邊緣截面剪力設計值。梁計算簡圖屋面平面簡圖負荷寬度解：計算gk梁自重0.25×0.5×25=3.125kN/m板自重3×3.6=10.8kN/mgk=13.93kN/mq1k=2×3.6=7.2kN/mq2k=0.5×3.6=1.8kN/m跨中彎矩設計值支座邊緣截面剪力設計值同理C—構(gòu)造或構(gòu)造構(gòu)件到達正常運用要求的規(guī)定限值，例如變形、裂痕、振幅、加速度、應力等的限值，應按各有關(guān)建筑構(gòu)造設計規(guī)范的規(guī)定采用。◆三正常運用極限形狀可靠度要求低于承載才干極限形狀。對于正常運用極限形狀，應根據(jù)不同的設計要求，采用荷載的規(guī)范組合、準永久組合進展設計，使變形、裂痕、振幅、基底應力等荷載效應的組合值符合下式的要求：S≤C〔1〕對于規(guī)范組合，荷載效應組合的設計值S按下式計算：2.3.2.2正常運用極限形狀設計表達式〔2〕對于準永久組合，荷載效應組合的設計值S按下式計算：【例2.1】知由永久荷載產(chǎn)生的彎矩規(guī)范值Mgk=11kN·m，起控制造用的可變荷載產(chǎn)生的彎矩規(guī)范值Mqk=16kN·m，平安等級為二級，求彎矩設計值?！窘狻勘纠校肎=1.2,γQ1=1.4SGk=Mgk=11kN·mSQ1k=Mqk=16kN·m那么彎矩設計值M=γGSGk+γQ1SQ1k=1.2×11+1.4×16=35.6kN·m彎矩設計值為35.6kN·m。【例2.2】某教學樓樓面采用預制板，計算跨度l0=5.70m，板寬0.9m，板自重2.2kN/m2。樓面采用水磨石地面〔10mm厚面層，20mm厚水泥砂漿打底〕，板底20mm厚抹灰。樓面活荷載規(guī)范值為2.0kN/m2。試求：①板的跨中截面彎矩設計值M;②荷載效應規(guī)范組合設計值M；③荷載效應準永久組合設計值M?！窘狻?1)荷載規(guī)范值①永久荷載水磨石地面0.65kN/m220mm板底抹灰17×0.02=0.34kN/m2板自重2.2kN/m2作用在板上的永久荷載線荷載規(guī)范值為gk=(0.65+0.34+2.2)×0.9=2.871kN/m②可變活荷載qk=2.0×0.9=1.8kN/m(2)板的跨中截面彎矩設計值永久荷載產(chǎn)生的彎矩規(guī)范值Mgk=1/8gkl02=11.66kN·m可變荷載產(chǎn)生的彎矩規(guī)范值Mqk=1/8qkl02=7.31kN·mγG=1.2，γQ=1.4M=γGMgk+γQMqk=24.22kN·m

(2)規(guī)范組合荷載效應組合的設計值MM=Mgk+Mqk=11.66+7.31=18.97kN·m

(3)準永久組合荷載效應組合的設計值Mψq1=0.5M=SGk+ψq1SQ1k=Mgk+ψq1Mqk＝15.32kN·m2、詳細設計內(nèi)容〔1〕裂痕控制驗算根據(jù)所處環(huán)境類別和構(gòu)造類別，選用裂痕控制等級和最大裂痕寬度限值，見表2—6裂痕等級分三級：一級嚴厲要求不出現(xiàn)，按荷載效應規(guī)范組合計算時，構(gòu)件受拉邊緣混凝土不應產(chǎn)生拉應力；二級要求普通不出現(xiàn)裂痕，按荷載效應規(guī)范組合時，構(gòu)件受拉邊緣混凝土拉應力不應大于軸心抗壓強