建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)基本原理

主要內(nèi)容掌握結(jié)構(gòu)的作用、作用效應(yīng)、結(jié)構(gòu)抗力了解荷載的分類掌握荷載的代表值（難點(diǎn)）掌握結(jié)構(gòu)功能要求了解結(jié)構(gòu)的可靠度理論掌握極限狀態(tài)設(shè)計(jì)方法（難點(diǎn)）第1頁(yè)/共22頁(yè)

結(jié)構(gòu)（structure）1.建筑結(jié)構(gòu)是指在建筑物（包括構(gòu)筑物）中，由建筑材料做成用來承受各種荷載或者作用，以起骨架作用的空間受力體系。建筑結(jié)構(gòu)因所用的建筑材料不同，可分為混凝土結(jié)構(gòu)、砌體結(jié)構(gòu)、鋼結(jié)構(gòu)、輕型鋼結(jié)構(gòu)、木結(jié)構(gòu)和組合結(jié)構(gòu)等。2.建筑結(jié)構(gòu)是指在建筑物（包括構(gòu)筑物）中，由建筑材料做成用來承受各種荷載或者作用，以起骨架作用的空間受力體系。建筑結(jié)構(gòu)因所用的建筑材料不同，可分為混凝土結(jié)構(gòu)、砌體結(jié)構(gòu)、鋼結(jié)構(gòu)、輕型鋼結(jié)構(gòu)、木結(jié)構(gòu)和組合結(jié)構(gòu)等。第2頁(yè)/共22頁(yè)

作用（action）作用：使結(jié)構(gòu)或構(gòu)件產(chǎn)生內(nèi)力或變形的原因。直接作用：結(jié)構(gòu)自重、樓面恒荷載、樓面活荷載、屋面雪荷載、風(fēng)荷載等間接作用：地震、基礎(chǔ)沉降、混凝土收縮等第3頁(yè)/共22頁(yè)作用效應(yīng)（effectofanaction）

作用效應(yīng)：由作用引起的結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的內(nèi)力、變形、裂縫、沉降等指標(biāo)。第4頁(yè)/共22頁(yè)結(jié)構(gòu)抗力（resistance）結(jié)構(gòu)抗力：結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件承受作用效應(yīng)（即內(nèi)力和變形）的能力。影響抗力的主要因素有：材料性能的不確定性幾何尺寸的不確定性計(jì)算模式的不確定性

第5頁(yè)/共22頁(yè)永久荷載（恒載）可變荷載偶然荷載在設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)其值隨時(shí)間變化，且其變化與平均值相比不可忽略的荷載。如結(jié)構(gòu)自重等。在設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)不一定出現(xiàn)，而一旦出現(xiàn)其值很大且持續(xù)時(shí)間很短的荷載。在設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)其值不隨時(shí)間變化，或其變化與平均值相比可以忽略不計(jì)的荷載。如樓面活荷載、吊車荷載、風(fēng)荷載、雪荷載、等。如爆炸力、撞擊力、罕遇的地震等?！奢d分類按時(shí)間的變異分類第6頁(yè)/共22頁(yè)固定荷載可動(dòng)荷載在結(jié)構(gòu)上具有固定分布的荷載。其特點(diǎn)是在結(jié)構(gòu)上出現(xiàn)的空間位置固定不變，但其值可能具有隨機(jī)性。在結(jié)構(gòu)上一定范圍內(nèi)可以任意分布的荷載。如房屋建筑樓面上位置固定的設(shè)備荷載、屋蓋上的水箱等。如樓面的人員荷載、吊車荷載等。————————荷載分類按空間位置的變異分類：第7頁(yè)/共22頁(yè)靜態(tài)荷載動(dòng)態(tài)荷載使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的加速度可以忽略不計(jì)的荷載。使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的加速度不可忽略不計(jì)的荷載。在結(jié)構(gòu)分析時(shí)一般均應(yīng)考慮其動(dòng)力效應(yīng)。如結(jié)構(gòu)自重、住宅或辦公樓的樓面活荷載如吊車荷載、地震作用、大型動(dòng)力設(shè)備的作用、高聳結(jié)構(gòu)上的風(fēng)荷載等?！奢d分類

按結(jié)構(gòu)的反應(yīng)特點(diǎn)分類：第8頁(yè)/共22頁(yè)荷載代表值代表值：設(shè)計(jì)中根據(jù)不同的要求采用的值。對(duì)永久荷載采用標(biāo)準(zhǔn)值為代表值。對(duì)可變荷載根據(jù)設(shè)計(jì)要求分別采用標(biāo)準(zhǔn)值、頻遇值、準(zhǔn)永久值或組合值為代表值。第9頁(yè)/共22頁(yè)荷載代表值標(biāo)準(zhǔn)值：正常情況下可能出現(xiàn)的最大荷載。頻遇值：準(zhǔn)永久值：組合值：第10頁(yè)/共22頁(yè)結(jié)構(gòu)功能要求結(jié)構(gòu)可靠性是指結(jié)構(gòu)在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)，在規(guī)定的條件下，完成預(yù)定功能的能力。規(guī)定的時(shí)間是指設(shè)計(jì)使用年限。規(guī)定的條件是指正常設(shè)計(jì)、正常施工和正常使用的條件。預(yù)定功能指滿足結(jié)構(gòu)的安全性、適用性和耐久性要求。第11頁(yè)/共22頁(yè)結(jié)構(gòu)構(gòu)件的可靠性具有足夠的承載力安全性適用性耐久性在使用荷載下不產(chǎn)生過大的裂縫和變形在一定時(shí)期內(nèi)維持其安全性和適用性的能力承載能力極限狀態(tài)

正常使用極限狀態(tài)

結(jié)構(gòu)功能要求第12頁(yè)/共22頁(yè)

結(jié)構(gòu)的安全等級(jí)(safetyclass)

結(jié)構(gòu)的安全等級(jí)根據(jù)結(jié)構(gòu)破壞可能產(chǎn)生的后果，即危及人的生命、造成的經(jīng)濟(jì)損失、產(chǎn)生社會(huì)影響等的嚴(yán)重程度確定。安全等級(jí)破壞后果建筑物類型一級(jí)很嚴(yán)重重要的房屋二級(jí)嚴(yán)重一般的房屋三級(jí)不嚴(yán)重次要的房屋建筑結(jié)構(gòu)的安全等級(jí)第13頁(yè)/共22頁(yè)

結(jié)構(gòu)的極限狀態(tài)(limitstate)

整個(gè)結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)的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，此特定狀態(tài)稱為該功能的極限狀態(tài)。極限狀態(tài)實(shí)質(zhì)上是區(qū)分結(jié)構(gòu)可靠與失效的界限。

極限狀態(tài)分為兩類：

承載能力極限狀態(tài)

正常使用極限狀態(tài)——安全性——適用性、耐久性

通常對(duì)結(jié)構(gòu)構(gòu)件先按承載能力極限狀態(tài)進(jìn)行承載能力計(jì)算，然后根據(jù)使用要求按正常使用極限狀態(tài)進(jìn)行變形、裂縫寬度或抗裂等驗(yàn)算。第14頁(yè)/共22頁(yè)當(dāng)結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件出現(xiàn)下列狀態(tài)之一時(shí)，應(yīng)認(rèn)為超過了承載能力極限狀態(tài)整個(gè)結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)的一部分作為剛體失去平衡（如傾覆、滑移等）；結(jié)構(gòu)構(gòu)件或其連接部因材料強(qiáng)度不夠而破壞（包括疲勞破壞），或因過度的塑性變形而不適于繼續(xù)承載；結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)動(dòng)體系；結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件喪失穩(wěn)定（如壓屈等）。

第15頁(yè)/共22頁(yè)當(dāng)結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件出現(xiàn)下列狀態(tài)之一時(shí)，應(yīng)認(rèn)為超過了正常使用極限狀態(tài)：

影響正常使用或外觀的變形；影響正常使用或耐久性的局部損壞（包括裂縫）；影響正常使用的振動(dòng)；影響正常使用的其他特定狀態(tài)。

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結(jié)構(gòu)的功能函數(shù)(performancefunction)

按極限狀態(tài)方法設(shè)計(jì)建筑結(jié)構(gòu)時(shí)，要求所設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)具有一定的預(yù)定功能，這可用包括各有關(guān)變量在內(nèi)的結(jié)構(gòu)功能函數(shù)來表達(dá)，即

當(dāng)時(shí)，結(jié)構(gòu)處于可靠狀態(tài)

當(dāng)時(shí)，

當(dāng)時(shí)，結(jié)構(gòu)處于失效狀態(tài)結(jié)構(gòu)處于極限狀態(tài)——功能函數(shù)結(jié)構(gòu)的狀態(tài)第17頁(yè)/共22頁(yè)承載能力極限狀態(tài)設(shè)計(jì)表達(dá)式

按荷載效應(yīng)的基本組合或偶然組合，采用下列極限狀態(tài)設(shè)計(jì)表達(dá)式：——結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)；——結(jié)構(gòu)構(gòu)件抗力的設(shè)計(jì)值；荷載效應(yīng)組合的設(shè)計(jì)值?！?8頁(yè)/共22頁(yè)

基本組合：荷載效應(yīng)組合的設(shè)計(jì)值應(yīng)從下列組合中取最不利值確定：可變荷載效應(yīng)控制組合永久荷載效應(yīng)控制組合承載能力極限狀態(tài)設(shè)計(jì)表達(dá)式

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承載能力極限狀態(tài)設(shè)計(jì)表達(dá)式

荷載設(shè)計(jì)值：荷載分項(xiàng)系數(shù)與荷載標(biāo)準(zhǔn)值的乘積。荷載分項(xiàng)系數(shù)：荷載可能超載，考慮必要的安全儲(chǔ)備，在承載力極限狀態(tài)的計(jì)算中，將荷載標(biāo)準(zhǔn)值乘以大于1的荷載分項(xiàng)系數(shù)，得到該荷載的設(shè)計(jì)值。第20頁(yè)/共22頁(yè)例題某宿舍走道簡(jiǎn)化為簡(jiǎn)支梁模型，l0=2.4m；板自重、水磨石地面、涂料粉刷板底層組成永久荷載標(biāo)準(zhǔn)值gK＝3.5KN/m2,樓走道可變荷載qK＝？，求可變荷載效應(yīng)控制的跨中截面彎矩設(shè)計(jì)值。第21頁(yè)/共22頁(yè)

正常使用極限狀態(tài)設(shè)計(jì)表達(dá)式

按荷載效應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)組合、頻遇組合