建筑结构设计方法.ppt

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1、第七章第七章 建筑结构设计方法建筑结构设计方法第七章 建筑结构设计方法7.1 7.1 结构的功能结构的功能 如（MMu）结构在预定的使用期间内（一般为50年），应能承受在正常施工、正常使用情况下可能出现的各种荷载、外加变形（如超静定结构的支座不均匀沉降）、约束变形（如温度和收缩变形受到约束时）等的作用。在偶然事件（如地震、爆炸）发生时和发生后，结构应能保持整体稳定性，不应发生倒塌或连续破坏而造成生命财产的严重损失。安全性第七章 建筑结构设计方法 如（f f）结构在正常使用期间，具有良好的工作性能。如不发生影响正常使用的过大的变形（挠度、侧移）、振动（频率、振幅），或产生让使用者感到不安的过大的

2、裂缝宽度。耐久性 如（wmax wmax）结构在正常使用和正常维护条件下，应具有足够的耐久性。即在各种因素的影响下（混凝土碳化、钢筋锈蚀），结构的承载力和刚度不应随时间有过大的降低，而导致结构在其预定使用期间内丧失安全性和适用性，降低使用寿命。适用性适用性第七章 建筑结构设计方法 可靠性安全性、适用性和耐久性的总称。就是指结构在规定的使用期限内（设计工作寿命=50年），在规定的条件下（正常设计、正常施工、正常使用和维护），完成预定结构功能的能力。结构可靠性越高，建设造价投资越大。如何在结构可靠与经济之间取得均衡，就是设计方法要解决的问题。结构的可靠性结构的可靠性第七章 建筑结构设计方法显然这种

3、可靠与经济的均衡受到多方面的影响，如国家经济实力、设计工作寿命、维护和修复等。规范规定的设计方法，是这种均衡的最低限度，也是国家法律。设计人员可以根据具体工程的重要程度、使用环境和情况，以及业主的要求，提高设计水准，增加结构的可靠度。经济的概念不仅包括第一次建设费用，还应考虑维修，损失及修复的费用第七章 建筑结构设计方法7.2 7.2 极限状态极限状态结构能够满足功能要求而良好地工作，则称结构是结构能够满足功能要求而良好地工作，则称结构是“可靠可靠”的或的或“有有效效”的。反之，则结构为的。反之，则结构为“不可靠不可靠”或或“失效失效”。区分结构区分结构“可靠可靠”与与“失效失效”的临界工作状

4、态称为的临界工作状态称为“极限状态极限状态”第七章 建筑结构设计方法承载力能力极限状态承载力能力极限状态 超过该极限状态，结构就不能满足预定的安全性功能要求超过该极限状态，结构就不能满足预定的安全性功能要求 结构或构件达到最大承载力（包括疲劳）结构或构件达到最大承载力（包括疲劳）结构整体或其中一部分作为刚体失去平衡（如倾覆、滑移）结构整体或其中一部分作为刚体失去平衡（如倾覆、滑移）结构塑性变形过大而不适于继续使用结构塑性变形过大而不适于继续使用 结构形成几何可变体系（超静定结构中出现足够多塑性铰）结构形成几何可变体系（超静定结构中出现足够多塑性铰）结构或构件丧失稳定（如细长受压构件的压曲失稳）

5、结构或构件丧失稳定（如细长受压构件的压曲失稳）第七章 建筑结构设计方法正常使用极限状态正常使用极限状态 超过该极限状态，结构就不能满足预定的适用性和耐久性超过该极限状态，结构就不能满足预定的适用性和耐久性的功能要求。的功能要求。过大的变形、侧移（影响非结构构件、不安全感、不能过大的变形、侧移（影响非结构构件、不安全感、不能正常使用（吊车）等）；正常使用（吊车）等）；过大的裂缝（钢筋锈蚀、不安全感、漏水等）；过大的裂缝（钢筋锈蚀、不安全感、漏水等）；过大的振动（不舒适）；过大的振动（不舒适）；其他正常使用要求。其他正常使用要求。第七章 建筑结构设计方法结构功能的表达结构功能的表达S R 失效失效

6、结构力学的主要内容结构力学的主要内容本课程的主要内容本课程的主要内容第七章 建筑结构设计方法7.3 7.3 结构设计方法结构设计方法 由于结构工程中的不确定性，为取得安全可靠与经济由于结构工程中的不确定性，为取得安全可靠与经济合理的均衡，在设计中需要考虑这些不确定性的影响。结合理的均衡，在设计中需要考虑这些不确定性的影响。结构设计方法就是处理这种安全可靠与经济合理的矛盾。构设计方法就是处理这种安全可靠与经济合理的矛盾。第七章 建筑结构设计方法以概率理论为基础的极限状态设计法以概率理论为基础的极限状态设计法 由于实际结构中的不确定性，因此无论如何设计结构，都会由于实际结构中的不确定性，因此无论如

7、何设计结构，都会有失效的可能性存在，只是可能性大小不同而已。有失效的可能性存在，只是可能性大小不同而已。为了科学定量的表示结构可靠性的大小，采用概率方法是比为了科学定量的表示结构可靠性的大小，采用概率方法是比较合理的。较合理的。失效概率越小，表示结构可靠性越大。因此，可以用失效失效概率越小，表示结构可靠性越大。因此，可以用失效概率来定量表示结构可靠性的大小。概率来定量表示结构可靠性的大小。结构可靠性的概率度量结构可靠性的概率度量称为称为结构可靠度结构可靠度。当失效概率当失效概率Pf小于某个值时，人们因结构失效的可能性很小于某个值时，人们因结构失效的可能性很小而不再担心，即可认为结构设计是可靠的

8、。该失效概率限小而不再担心，即可认为结构设计是可靠的。该失效概率限值称为值称为容许失效概率容许失效概率Pf。失效概率失效概率Pf=P(S R)f(Z)zzPfZ=R-S第七章 建筑结构设计方法结构功能函数结构功能函数 Z=R-SPf=P(S R)=P(Z 0)ZZfP值2.73.23.74.2失效概率 Pf3.510-36.910-41.110-41.310-5 可靠指标可靠指标第七章 建筑结构设计方法 根据统计，触电的年死亡率为根据统计，触电的年死亡率为610-6=3.7时，时，Pf=1.110-4，按设计基准期，按设计基准期50年考虑，年考虑，年失效概率为年失效概率为1.110-4/50=

9、2.210-6 50年后并不是结构就失效，而是失效概率增加。年后并不是结构就失效，而是失效概率增加。同时，结构失效也并不表示结构倒塌，结构倒塌同时，结构失效也并不表示结构倒塌，结构倒塌也不一定造成人员伤亡。也不一定造成人员伤亡。我国对于一般工程结构，当为延性破坏时，其可我国对于一般工程结构，当为延性破坏时，其可靠指标取靠指标取=3.2，对脆性破坏取，对脆性破坏取=3.7。对于重要的工程结构，应提高可靠指标。对于重要的工程结构，应提高可靠指标。第七章 建筑结构设计方法作用效应标准值作用效应标准值Sk 作用效应作用效应S的不确定性就主要取决于结构上作用的不确定性就主要取决于结构上作用Q的不确定性的

10、不确定性QCS11QCGCSQG永久荷载永久荷载G可变荷载可变荷载Q偶然荷载（作用）偶然荷载（作用）不同的荷载，其变异情况不同。根据统计分析可以确定一个不同的荷载，其变异情况不同。根据统计分析可以确定一个具有一定保证率（如具有一定保证率（如95%）的上限荷载分位值，该特征值称）的上限荷载分位值，该特征值称为荷载标准值（符号为荷载标准值（符号Gk，Qik）。）。按荷载标准值确定的荷载效应，称为荷载效应标准值按荷载标准值确定的荷载效应，称为荷载效应标准值Sk 有多个可变荷载同时作用的情况，考虑到它们同时达到标准有多个可变荷载同时作用的情况，考虑到它们同时达到标准值的可能性较小，考虑荷载组合系数值的

11、可能性较小，考虑荷载组合系数y y，nikQiQikQkGkQiCQCGCS211y第七章 建筑结构设计方法结构抗力标准值结构抗力标准值Rk)(0，hbAffRRsskckkfck、fsk分别为混凝土和钢筋的强度标准值，截面尺寸分别为混凝土和钢筋的强度标准值，截面尺寸b、h0和配筋和配筋As取设计值。取设计值。Rk的具体表达形式是本课程的主要内容。的具体表达形式是本课程的主要内容。f(S)SSk f(R)RRk第七章 建筑结构设计方法*RS ffPP kSSS*作用效应设计值，作用效应设计值，S作用效应分项系数作用效应分项系数RkRR*结构抗力设计值，结构抗力设计值，R结构抗力分项系数结构抗力分项系数nikQiQiQikQQkGGkSQiCQCGCSS2111*y)(*0，hbAffRRRssskcckRk第七章 建筑结构设计方法)(102110，hbAffRQiCQCGCsskccknikQiQiQikQQkGGy规范设计表达式规范设计表达式 0 结构重要性系数结构重要性系数正常使用极限状态正常使用极限状态，可靠度要求可适当降低，所有分项系，可靠度要求可适当降低，所有分项系数取数取1.0第七章 建筑结构设计方法材料强度设计值材料强度设计值cckcffsykyff