第二章混凝土结构设计方法2

1混凝土结构设计原理第2章混凝土结构设计方法2混凝土结构设计原理第2章主页目录上一章帮助下一章本章重点了解结构上的作用、作用效应和结构抗力的概念及其随机特性；了解混凝土结构设计方法的理论基础—可靠度理论；掌握我国规范的设计方法—概率极限状态设计法。34混凝土结构设计原理第2章主页目录上一章帮助下一章2.1.1结构上的作用、作用效应及结构抗力（1）定义：施加在结构上的集中力或分布力，以及引起结构外加编写或约束变形的各种因素，如地震、基础差异沉降、温度变化、混凝土收缩等，称为结构上的作用。直接作用：荷载。（2）分类：按时间、空间位置、结构反应和产生原因等分类。间接作用：温度、收缩、徐变、地基不均匀沉降、地震等。§2.1结构可靠度1、结构上的作用5混凝土结构设计原理第2章主页目录上一章帮助下一章6混凝土结构设计原理第2章主页目录上一章帮助下一章7混凝土结构设计原理第2章主页目录上一章帮助下一章8混凝土结构设计原理第2章主页目录上一章帮助下一章9混凝土结构设计原理第2章主页目录上一章帮助下一章2、作用效应定义：作用在结构上产生的效应，如内力、应力、位移、应变、裂缝等，称为作用效应。10混凝土结构设计原理第2章主页目录上一章帮助下一章3、结构抗力定义：整个结构或结构构件抵抗作用效应的能力，称为结构抗力。11混凝土结构设计原理第2章主页目录上一章帮助下一章2.1.2结构的预定功能及结构可靠度1、预定功能（1）在正常施工和正常使用时能承受各种作用。（2）在正常使用时不发生过大的变形和过宽的裂缝。（3）在正常维护情况下具有足够的耐久性。（4）在发生火灾时在规定的时间内有足够的承载力。（5）在遭遇偶发事件时具有必须的整体稳定性。结构的预定功能要求结构在其设计使用年限内具有足够的可靠性，即：安全性、适用性和耐久性。12混凝土结构设计原理第2章主页目录上一章帮助下一章13混凝土结构设计原理第2章主页目录上一章帮助下一章2、结构的可靠度指结构在规定的时间内、在规定的条件下，完成预定功能的概率。规定的时间指设计使用年限。规定的条件指正常设计、正常施工、正常使用。预定功能指安全性、适用性、耐久性。结构的可靠度是可靠性的概率度量。14混凝土结构设计原理第2章主页目录上一章帮助下一章15混凝土结构设计原理第2章主页目录上一章帮助下一章§2.2荷载和材料强度2.2.1荷载1、荷载分类永久荷载(恒荷载)：大小、方向、作用点不随时间改变的荷载为永久荷载，如自重、土压力、预应力等。可变荷载(活荷载)：大小、方向或作用点随时间改变而变化的荷载为可变荷载，如楼面和屋面活载、风荷载、雪荷载、吊车荷载等。偶然荷载：结构使用期间可能不出现，一旦出现，其作用时间短、效应大的荷载为偶然荷载，如爆炸力，撞击等。16混凝土结构设计原理第2章主页目录上一章帮助下一章2、荷载代表值（1）标准值——是荷载的基本代表值。是正常使用情况下可能出现的保证率为95%的偏大值。是永久荷载的唯一代表值。保证率：95％1.645KPP17混凝土结构设计原理第2章主页目录上一章帮助下一章2kN/m0.5直升飞机坪：楼面：2kN/m0.2屋面：不上人屋面上人屋面屋顶花园2kN/m5.02kN/m0.22kN/m0.3民用建筑楼面活荷载的标准值可查附表12-1，如：其它荷载标准值见荷载规范。荷载规范中的荷载值不包括隔墙重量和二次装修重量。（2）组合值——当有两个或两个以上可变荷载同时作用时的代表值。组合值=ψc×标准值18混凝土结构设计原理第2章主页目录上一章帮助下一章（3）频遇值——可变荷载可能出现的较大值,但小于标准值。计算裂缝、变形时用。频遇值=ψf×标准值（4）准永久值——可变荷载中较稳定的那一部分值。计算裂缝、变形时用。准永久值=ψq×标准值永久荷载的代表值：标准值。可变荷载的代表值：标准值、组合值、频遇值、准永久值。1920混凝土结构设计原理第2章主页目录上一章帮助下一章结构承载力取决于截面尺寸大小和材料强度高低。材料强度分标准值和设计值。1、材料强度标准值保证率：95％645.1f'混凝土：，ckftkf钢筋：，ykfykf注意：荷载标准值高于平均值，材料强度标准值低于平均值。想一想为什么要这样？2.2.2材料强度2122混凝土结构设计原理第2章主页目录上一章帮助下一章2、材料强度设计值混凝土：,钢筋：,cckcffctktffsykyffsykyff''式中：–––混凝土的材料分项系数，取1.4；–––钢筋的材料分项系数，对延性较好的热轧钢筋取1.1，对500MPa级钢筋取1.15，对预应力钢筋取1.2。cs23混凝土结构设计原理第2章主页目录上一章帮助下一章定义：整个结构或结构的一部分超过某一特定状态就不能满足设计指定的某一功能要求，这个特定的状态称之为该功能的极限状态。承载能力极限状态：超过这一极限状态时结构将发生破坏、倒塌或失稳等现象。1、结构极限状态的分类正常使用极限状态：超过这一极限状态时结构将出现过大的变形，开裂或过宽的裂缝，钢筋严重锈蚀，混凝土腐蚀、风化、剥落等现象。§2.3极限状态设计法24混凝土结构设计原理第2章主页目录上一章帮助下一章2、结构的设计状况（1）持久设计状况：在结构使用过程中一定出现，其持续时间很长的状况。（2）短暂设计状况：在结构使用过程中出现概率大，持续时间短的状况。（3）偶然设计状况：在结构使用过程中出现概率小，持续时间很短的状况。（4）地震设计状况：在结构使用过程中遭受地震作用的状况。2526混凝土结构设计原理第2章主页目录上一章帮助下一章Ｚ=Ｒ-Ｓ…2-1Ｚ＞0，结构可靠；Ｚ=0，极限状态。Ｚ＜0，结构失效；平均值μzf(z)反弯点zpspr可靠概率失效概率Z＞0Z＜0失效可靠标准差正态分布变异系数δz=μz/σz3、结构的功能函数2728混凝土结构设计原理第2章主页目录上一章帮助下一章式中：–––结构抗力的平均值和标准差；–––作用效应的平均值和标准差。RR、ss、现行设计方法以概率理论为基础，用可靠指标度量，采用多个分项系数表达。设，则可靠指标为：zz…2-22s2RsRzz4、结构的可靠指标29混凝土结构设计原理第2章主页目录上一章帮助下一章按承载能力极限状态设计时要求的可靠指标值按正常使用极限状态设计时要求的可靠指标值破坏类型安全等级一级二级三级塑性破坏3.73.22.7脆性破坏4.23.73.2根据其可逆程度可取0~1.5。对应3.2的失效概率为6.9×10-4，对应3.7的失效概率为1.1×10-4。因此，可靠指标是可靠度的另一种表示方法。3031混凝土结构设计原理第2章主页目录上一章帮助下一章定义：整个结构或结构的一部分超过某一特定状态就不能满足设计指定的某一功能要求，这个特定的状态称之为该功能的极限状态。承载能力极限状态：超过这一极限状态时结构将发生破坏、倒塌或失稳等现象。2.4.1结构极限状态的分类正常使用极限状态：超过这一极限状态时结构将出现过大的变形，开裂或过宽的裂缝，钢筋严重锈蚀，混凝土腐蚀、风化、剥落等现象。§2.4极限状态设计表达式323334混凝土结构设计原理第2章主页目录上一章帮助下一章1、承载能力极限状态的设计方法…2-3RS0–––结构重要性系数；安全等级为一级的结构构件，安全等级为二级的结构构件，安全等级为三级的结构构件，–––承载力极限状态下作用组合的效应设计值，对持久设计状况和短暂设计状况应按作用的基本组合计算。01.100.109.00S计算公式§2.4极限状态设计表达式35混凝土结构设计原理第2章主页目录上一章帮助下一章–––结构构件的抗力设计值。RR=R（fc,fs,ak,...）/γRD式中，γRD是结构构件的抗力模型不定性调整系数：静力设计取1.0，对不确定性较大的结构构件根据具体情况取大于1.0的数值；抗震设计应用承载力抗震调整系数γRE代替γRD。fc,fs,ak式分别为混凝土的强度设计值、钢筋的强度设计值和截面尺寸的标准值。36混凝土结构设计原理第2章主页目录上一章帮助下一章荷载组合计算方法一般结构构件：选下列计算中较大者。由可变荷载控制时由永久荷载控制时…2-4kQc2QQ1kQ1GkGiiniiSSSS…2-5kQc1QGkGiiniiSSS承载力计算采用基本组合，按下面方法计算：37混凝土结构设计原理第2章主页目录上一章帮助下一章式中：–––恒载分项系数，当其效应对结构不利时，公式2-4中的，公式2-5中的；当其效应对结构有利时，应取1.0；–––活载分项系数，一般情况下取1.4，当活载标准值大于的工业房屋楼面结构取1.3；–––恒载标准值所产生的内力；–––活载标准值所产生的内力，i=1的活荷载为主导活荷载；–––第i个可变荷载的组合系数。2.1G35.1G2kN/m4iQGGkSkQiSci38混凝土结构设计原理第2章主页目录上一章帮助下一章一般排架、框架结构：选下列计算中较大者由可变荷载控制时由永久荷载控制时…2-6kQ1QGkGiniiSSS…2-7kQc1QGkGiiniiSSS式中：–––简化式中的荷载组合系数；一般情况下取，只有一个活荷载取。和的取值与式2-4、2-5相同。9.00.1GiQ39404142混凝土结构设计原理第2章主页目录上一章帮助下一章设计方法…2-8CS式中：–––正常使用极限状态下荷载效应组合值;–––达正常使用要求时的变形、裂缝、应力等的限值。SC2、按正常使用极限状态的设计方法注意：实际设计方法中，为了符合我国设计人员以往的设计习惯，使设计方便起见，已将可靠指标转化成用荷载分项系数、材料强度分项系数等多个分项系数表示。因此：可靠度→失效概率→可靠指标→多个分项系数43混凝土结构设计原理第2章主页目录上一章帮助下一章荷载组合值计算方法1.标准组合：主要用于当一个极限状态被超越时将产生严重的永久性损坏的情况。…2-9kQ2cQ1kGkiniiSSSS正常使用阶段计算采用标准组合、频遇组合或准永久组合。按下面方法计算。44混凝土结构设计原理第2章主页目录上一章帮助下一章2.频遇组合：主要用于当一个极限状态被超越时将产生局部损坏、较大变形或短暂震动等的情况。3.准永久组合：主要用于当长期效应是决定性因素的一些情况。…2-10kQ2qQ1kf1GkiniiSSSS…2-11kQ1qGkiniiSSS4546