建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計方法

1.荷載分類；2.荷載代表值；3.構(gòu)造功能的極限形狀；4.構(gòu)造上的作用、作用效應(yīng)和構(gòu)造抗力；5.概率極限形狀設(shè)計法適用設(shè)計表達式。第2章建筑構(gòu)造設(shè)計方法本章主要內(nèi)容1.了解掌握荷載分類、荷載代表值的概念及種類；2.了解構(gòu)造的功能及其極限形狀的含義；3.能確定永久荷載、可變荷載的代表值。教學(xué)目的：重點1、荷載分類；荷載代表值；2、構(gòu)造的功能；構(gòu)造功能的極限形狀；3、構(gòu)造上的作用、作用效應(yīng)和構(gòu)造抗力。難點構(gòu)造上的作用、作用效應(yīng)和構(gòu)造抗力。2.1建筑構(gòu)造的功能要求和極限形狀建筑構(gòu)造在規(guī)定的設(shè)計運用年限內(nèi)〔普通按50年思索〕，應(yīng)滿足以下功能要求：〔1〕平安性〔2〕適用性〔3〕耐久性2.1.1建筑構(gòu)造的功能構(gòu)造的功能要求能接受正常施工和運用時的各種作用，以及偶爾事件發(fā)生時，仍能堅持整體穩(wěn)定性。在正常運用時，能保證具有良好的任務(wù)性能，不出現(xiàn)過大的變形和裂痕。在正常運用及維護下，具有足夠的耐久性能，不發(fā)生銹蝕和風(fēng)化景象。＊平安性＊適用性＊耐久性例如，不會出現(xiàn)影響正常運用的過大變形或振動；不會產(chǎn)生使運用者感到不安的裂痕寬度等。例如，構(gòu)造資料不致出現(xiàn)影響功能的損壞，鋼筋混凝土構(gòu)件的鋼筋不致因維護層過薄或裂痕過寬而銹蝕等。即構(gòu)造僅產(chǎn)生部分的損壞而不致發(fā)生延續(xù)倒塌。構(gòu)造的平安性、適用性和耐久性是構(gòu)造可靠的標志，總稱為構(gòu)造的可靠性。構(gòu)造的可靠度是構(gòu)造可靠性的概率度量，即對構(gòu)造可靠性的定量描畫。構(gòu)造可靠性的定義是，構(gòu)造在規(guī)定時間內(nèi)，規(guī)定條件下，完成預(yù)定功能的才干。當構(gòu)造的運用年限超越設(shè)計運用年限后，并不意味著構(gòu)培育要報廢，但其可靠度將逐漸降低?！?〕定義整個構(gòu)造或構(gòu)造的一部份，超越某一特定形狀就不能滿足設(shè)計規(guī)定的某一功能〔平安性、適用性、耐久性〕要求，該特定形狀稱為該功能的極限形狀。極限形狀承載力極限形狀正常運用極限形狀2.1.2建筑構(gòu)造極限形狀〔2〕分類1〕承載才干極限形狀——這種極限形狀對應(yīng)于構(gòu)造或構(gòu)造構(gòu)件到達最大承載才干或不適于繼續(xù)承載的變形。承載才干極限形狀主要思索關(guān)于構(gòu)造平安性的功能。當構(gòu)造或構(gòu)造構(gòu)件出現(xiàn)以下形狀之一時，即以為超越了承載才干極限形狀：●構(gòu)造構(gòu)件或銜接因資料強度不夠而破壞；●整個構(gòu)造或構(gòu)造的一部分作為剛體失去平衡〔如傾覆等〕；●構(gòu)造轉(zhuǎn)變?yōu)闄C動體系；●構(gòu)造或構(gòu)造構(gòu)件喪失穩(wěn)定〔如柱子被壓曲等〕。2〕正常運用極限形狀——正常運用極限形狀對應(yīng)于構(gòu)造或構(gòu)造構(gòu)件到達正常運用或耐久性能的某項規(guī)定限值。這一形狀對應(yīng)于適用性或耐久性的功能。當構(gòu)造或構(gòu)造構(gòu)件出現(xiàn)以下形狀之一時，即以為超越了正常運用極限形狀：●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〔包括裂痕〕；●影響正常運用的振動；●影響正常運用的其他特定形狀等。2.2.1荷載分類及荷載代表值1.永久荷載永久荷載亦稱恒荷載，是指在構(gòu)造運用期間，其值不隨時間變化，或者其變化與平均值相比可忽略不計的荷載，如構(gòu)造自重、土壓力、預(yù)應(yīng)力等。2.可變荷載可變荷載也稱為活荷載，是指在構(gòu)造運用期間，其值隨時間變化，且其變化值與平均值相比不可忽略的荷載，如樓面活荷載、屋面活荷載、風(fēng)荷載、雪荷載、吊車荷載等。3.偶爾荷載在構(gòu)造運用期間不一定出現(xiàn)，而一旦出現(xiàn)，其量值很大且繼續(xù)時間很短的荷載稱為偶爾荷載，如爆炸力、撞擊力等。2.2.1荷載分類及荷載代表值常用資料單位體積的自重〔單位kN/m3〕

混凝土22~24，

鋼筋混凝土24~25，

水泥砂漿20，

石灰砂漿、混合砂漿17，

普通磚18，

普通磚〔機器制〕19，

漿砌普通磚砌體18，

漿砌機磚砌體19。荷載規(guī)范值〔1〕永久荷載規(guī)范值按構(gòu)件尺寸和構(gòu)件單位體積自重的規(guī)范值來確定。2.2.1荷載分類及荷載代表值〔1〕可變荷載規(guī)范值〔民用樓面均布活荷載規(guī)范值按下表采用〕民用建筑樓面均布活荷載標準值及其組合值、頻偶值和永久值系數(shù)項次類別標準值(kN/m2)組合值系Ψc頻偶值系Ψf準永久值系數(shù)Ψq1（1）住宅、宿舍、旅館、辦公樓、醫(yī)院病房、托兒所、幼兒園（2）教室、實驗室、閱覽室、會議室、醫(yī)院門診室2.00.70.50.60.40.52食堂、辦公樓中的一般資料檔案室2.50.70.60.53（1）禮堂、劇場、影院、有固定座位的看臺（2）公共洗衣房3.03.00.70.70.50.60.30.54（1）商店、展覽廳、車站、港口、機場大廳及其旅客等候室（2）無固定座位的看臺3.53.50.70.70.60.50.50.32.2.1荷載分類及荷載代表值5（1）健身房、演出舞臺（2）舞廳4.04.00.70.70.60.60.50.36（1）書庫、檔案室、儲藏室（2）密集柜書庫5.012.00.90.90.87通風(fēng)機房、電梯機房7.00.90.90.88汽車通道及停車庫（1）單向板樓蓋（板跨不小于2m）客車消防車（2）雙向板樓蓋和無梁樓蓋（柱網(wǎng)尺寸不小于6m×6m）客車消防車4.035.02.520.00.70.70.70.70.70.70.70.70.60.60.60.6〔1〕可變荷載規(guī)范值〔民用樓面均布活荷載規(guī)范值按下表采用〕2.2.1荷載分類及荷載代表值9廚房（1）一般的（2）餐廳2.04.00.70.70.60.70.50.710浴室、廁所、盥洗室：（1）第1項中的民用建筑（2）其他民用建筑2.02.50.70.70.50.60.40.511走廊、門廳、樓梯：（1）宿舍、旅館、醫(yī)院病房、托兒所、幼兒園、住宅（2）辦公樓、教室、餐廳、醫(yī)院門診部（3）消防疏散樓梯、其他民用建筑2.02.53.50.70.70.70.50.60.50.40.50.312陽臺：（1）一般情況（2）當人群有可能密集時2.53.50.70.60.5注：①本表所列各項活荷載適用于普通運用條件，當運用荷載大時，應(yīng)按實踐情況采用。②本表各項荷載不包括隔墻自重和二次裝修荷載?！?〕可變荷載規(guī)范值〔民用樓面均布活荷載規(guī)范值按下表采用〕2.2.2作用效應(yīng)作用效應(yīng)——構(gòu)造上的各種作用，在構(gòu)造內(nèi)產(chǎn)生的內(nèi)力〔軸力、彎矩、剪力、扭矩等〕和變形〔如撓度、轉(zhuǎn)角、裂痕等〕的總稱，用S表示。由直接作用產(chǎn)生的效應(yīng)，通常稱為荷載效應(yīng)。荷載效應(yīng)可由力學(xué)方法求得。例如，一簡支梁梁長為l0，接受的垂直均布線荷載為q〔已包括梁自重〕，梁的抗彎剛度為B。那么梁跨中由荷載q產(chǎn)生的彎矩為M=1/8ql02，跨中撓度f=5ql04/(384B)，支座處剪力V=1/2ql0。構(gòu)造抗力——構(gòu)造或構(gòu)件接受作用效應(yīng)的才干，如構(gòu)件的承載力、剛度、抗裂度等，用R表示。構(gòu)造抗力是構(gòu)造內(nèi)部固有的，其大小主要取決于資料性能、構(gòu)件幾何參數(shù)及計算方式的準確性等。2.2.2構(gòu)造抗力2.3建筑構(gòu)造概率極限形狀設(shè)計法建筑結(jié)構(gòu)的安全等級安全等級破壞后果建筑物類型一級很嚴重重要的房屋二級嚴重一般的房屋三級不嚴重次要的房屋第2章建筑構(gòu)造設(shè)計方法<建筑構(gòu)造可靠度設(shè)計一致規(guī)范>GB50068-2001〔以下簡稱<一致規(guī)范>〕規(guī)定，建筑構(gòu)造設(shè)計時，應(yīng)根據(jù)構(gòu)造破壞能夠產(chǎn)生的后果〔危及人的生命、呵斥經(jīng)濟損失、產(chǎn)生社會影響等〕的嚴重性，采用不同的平安等級。設(shè)計運用年限，是指設(shè)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(yù)定目的運用的時期。結(jié)構(gòu)的設(shè)計使用年限分類設(shè)計使用年限示例5臨時性結(jié)構(gòu)25易于替換的結(jié)構(gòu)構(gòu)件50普通房屋和構(gòu)筑物100紀念性建筑和特別重要的建筑結(jié)構(gòu)2.3建筑構(gòu)造概率極限形狀設(shè)計法第2章建筑構(gòu)造設(shè)計方法構(gòu)造的功能函數(shù)〔1〕作用效應(yīng)S作用〔荷載〕對構(gòu)造產(chǎn)生的各種效應(yīng)，

如彎矩、剪力、軸力、變形、裂痕等

MVNfw構(gòu)造構(gòu)件抵抗各種作用效應(yīng)的才干。

如抗彎、抗剪、抗壓、抗拉、抗扭承載力

以及抗變形、抗裂痕的才干?！?〕構(gòu)造抗力R2.3建筑構(gòu)造概率極限形狀設(shè)計法第2章建筑構(gòu)造設(shè)計方法 有一農(nóng)夫，能肩挑300斤

當給他300斤的擔(dān)子時，

效應(yīng)剛好等于抗力；

當給他100斤的擔(dān)子時，

效應(yīng)小于抗力；

當給他400斤的擔(dān)子時，

效應(yīng)大于抗力。挑擔(dān)子與構(gòu)造功能函數(shù)

2.3建筑構(gòu)造概率極限形狀設(shè)計法第2章建筑構(gòu)造設(shè)計方法構(gòu)造的功能函數(shù)當Ｚ＞0即R＞S時，構(gòu)造處于可靠形狀；

當Ｚ＜0即R＜S時，構(gòu)造處于失效形狀；

當Ｚ=0即R=S時，構(gòu)造處于極限形狀。關(guān)系式ｇ(S，R)＝R－S＝0稱為極限形狀方程?！獦?gòu)造構(gòu)件重要性系數(shù)一級=1.1、二級=1.0、三級=0.9按承載才干極限形狀設(shè)計的適用表達式實踐工程中，能夠出現(xiàn)以下三種情況2.3建筑構(gòu)造概率極限形狀設(shè)計法第2章建筑構(gòu)造設(shè)計方法按永久荷載規(guī)范值計算的荷載效應(yīng)值按可變荷載規(guī)范值

計算的荷載效應(yīng)值可變荷載效應(yīng)

中的最大值永久荷載分項系數(shù)第i個可變荷載

的分項系數(shù)第1個可變荷載

的分項系數(shù)可變荷載的組合值系數(shù)1〕由可變荷載效應(yīng)控制的組合2.3建筑構(gòu)造概率極限形狀設(shè)計法第2章建筑構(gòu)造設(shè)計方法2〕由永久荷載效應(yīng)控制的組合恒荷載

效應(yīng)設(shè)計值活荷載

效應(yīng)設(shè)計值荷載分項系數(shù)的取值荷載特性分項系數(shù)永久

荷載永久荷載效應(yīng)對結(jié)構(gòu)不利由可變荷載效應(yīng)控制的組合1.2由永久荷載效應(yīng)控制的組合1.35永久荷載效應(yīng)對結(jié)構(gòu)有利1.0傾覆、滑移或飄浮驗算0.9可變

荷載一般情況1.4對標準值大于4kN/m2的工業(yè)房屋樓面結(jié)構(gòu)的活荷載取1.3【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(shè)計值?！窘狻勘纠?，γ0=1.0，γG=1.2,γQ1=1.4SGk=Mgk=11kN·mSQ1k=Mqk=16kN·m那么彎矩設(shè)計值M=γ0(γGSGk+γQ1SQ1k〕=1.0×(1.2×11+1.4×16)kN·m=35.6kN·m彎矩設(shè)計值為35.6kN·m。第2章建筑構(gòu)造設(shè)計方法混凝土強度設(shè)計值=

混凝土強度規(guī)范值÷砼資料分項系數(shù)γc鋼筋強度設(shè)計值=

鋼筋強度規(guī)范值÷鋼筋資料分項系數(shù)γs永久荷載設(shè)計值=永久荷載規(guī)范值×永久荷載分項系數(shù)γg可變荷載設(shè)計值=可變荷載規(guī)范值×可變荷載分項系數(shù)γq設(shè)計值與規(guī)范值的關(guān)系第一章建筑構(gòu)造計算根本原那么2.1什么是荷載代表值？永久荷載、可變荷載的代表值分別是什么？2.2建筑構(gòu)造應(yīng)滿足哪些功能要求？其中最重要的一項為哪一項什么？2.3什么是構(gòu)造功能的極限形狀？承載才干極限形狀和正常運用極限形狀的含義分別是什么？2.4試用構(gòu)造功能函數(shù)描畫構(gòu)造所處的形狀。