建筑结构设计基本原则

新疆建设职业技术学院XINJIANGCONSTRUCTIONVOCATIONALTECHNOLOGYCOLLEGE建筑结构建筑结构精品课BUILDINGSTRUCTUREEXCELLENTCOURSES新疆建设职业技术学院土木工程系第二章建筑结构设计的基本原则•2.1建筑结构设计理论发展简史•2.2结构的功能和极限状态建筑结构精品课BUILDINGSTRUCTUREEXCELLENTCOURSES新疆建设职业技术学院土木工程系•2.2.1结构的功能要求能承受正常施工和使用时的各种作用，以及偶然事件发生时，仍能保持整体稳定性。在正常使用时，能保证具有良好的工作性能，不出现过大的变形和裂缝。在正常使用及维护下，具有足够的耐久性能，不发生锈蚀和风化现象。＊安全性＊适用性＊耐久性例如，不会出现影响正常使用的过大变形或振动；不会产生使使用者感到不安的裂缝宽度等。例如，结构材料不致出现影响功能的损坏，钢筋混凝土构件的钢筋不致因保护层过薄或裂缝过宽而锈蚀等。即结构仅产生局部的损坏而不致发生连续倒塌。建筑结构精品课BUILDINGSTRUCTUREEXCELLENTCOURSES新疆建设职业技术学院土木工程系极限状态承载能力极限状态正常使用极限状态2.2.2结构的极限状态整个结构或结构的一部份，超过某一特定状态就不能满足设计规定的某一功能（安全性、适用性、耐久性）要求，该特定状态称为该功能的极限状态。建筑结构精品课BUILDINGSTRUCTUREEXCELLENTCOURSES新疆建设职业技术学院土木工程系•承载能力极限状态——这种极限状态对应于结构或结构构件达到最大承载能力或不适于继续承载的变形。承载能力极限状态主要考虑关于结构安全性的功能。当结构或结构构件出现下列状态之一时，即认为超过了承载能力极限状态：建筑结构精品课BUILDINGSTRUCTUREEXCELLENTCOURSES新疆建设职业技术学院土木工程系•结构构件或连接因材料强度不够而破坏；•整个结构或结构的一部分作为刚体失去平衡（如倾覆等）；•结构转变为机动体系；•结构或结构构件丧失稳定（如柱子被压曲等）。建筑结构精品课BUILDINGSTRUCTUREEXCELLENTCOURSES新疆建设职业技术学院土木工程系•正常使用极限状态——正常使用极限状态对应于结构或结构构件达到正常使用或耐久性能的某项规定限值。这一状态对应于适用性或耐久性的功能。建筑结构精品课BUILDINGSTRUCTUREEXCELLENTCOURSES新疆建设职业技术学院土木工程系当结构或结构构件出现下列状态之一时，即认为超过了正常使用极限状态：•影响正常使用或外观的变形；•影响正常使用或耐久性能的局部损坏（包括裂缝）；•影响正常使用的振动；•影响正常使用的其他特定状态等。建筑结构精品课BUILDINGSTRUCTUREEXCELLENTCOURSES新疆建设职业技术学院土木工程系第二章建筑结构设计的基本原则•作用的分类：•2.3结构的可靠度和极限状态方程•2.3.1作用效应和结构抗力•2.3.1.1作用效应和结构抗力的概念•“作用”——能使结构或构件产生效应（内力、变形、裂缝等）的各种原因的总称。•作用分为：直接作用，间接作用。建筑结构精品课BUILDINGSTRUCTUREEXCELLENTCOURSES新疆建设职业技术学院土木工程系•作用效应——结构上的各种作用，在结构内产生的内力（轴力、弯矩、剪力、扭矩等）和变形（如挠度、转角、裂缝等）的总称，用S表示。由直接作用产生的效应，通常称为荷载效应。•结构抗力——结构或构件承受作用效应的能力，如构件的承载力、刚度、抗裂度等，用R表示。结构抗力是结构内部固有的，其大小主要取决于材料性能、构件几何参数及计算模式的精确性等。建筑结构精品课BUILDINGSTRUCTUREEXCELLENTCOURSES新疆建设职业技术学院土木工程系•2.3.2结构的可靠性和可靠度•结构的可靠性是指结构在规定的时间内，规定的条件下完成预定功能的可能性。•结构的可靠度是指结构在规定的时间内、规定的条件下完成预定功能的概率。建筑结构精品课BUILDINGSTRUCTUREEXCELLENTCOURSES新疆建设职业技术学院土木工程系•2.3.3设计基准期和设计使用年限•2.3.3.1设计基准期•2.3.3.2设计使用年限类别设计使用年限（年）示例15临时性结构225易于替换的结构构件350普通房屋和构筑物4100纪念性建筑和特别重要的建筑结构•即结构在正常设计、正常施工、正常使用和维护下所应达到的使用年限。建筑结构精品课BUILDINGSTRUCTUREEXCELLENTCOURSES新疆建设职业技术学院土木工程系•2.3.4极限状态方程•结构的功能函数•实际工程中，可能出现以下三种情况SRRSgZ),(建筑结构精品课BUILDINGSTRUCTUREEXCELLENTCOURSES新疆建设职业技术学院土木工程系第二章建筑结构设计的基本原则•2.4极限状态设计表达式•2.4.1承载能力极限状态设计表达式RS0建筑结构精品课BUILDINGSTRUCTUREEXCELLENTCOURSES新疆建设职业技术学院土木工程系•对于基本组合，荷载效应组合的设计值S应从由可变荷载效应控制的组合和由永久荷载效应控制的组合中取最不利值确定。•由可变荷载效应控制的组合•由永久荷载效应控制的组合)(k2k11k0iQciniiQQQGGSSSS)(10QikciniQiGkGSSS建筑结构精品课BUILDINGSTRUCTUREEXCELLENTCOURSES新疆建设职业技术学院土木工程系γ0：结构构件的重要性系数γG：永久荷载分项系数；SGk：永久荷载标准值Gk计算的荷载效应值；γQi：第i个可变荷载的分项系数；SQik：按可变荷载标准值Qi计算的荷载效应值;ψci：可变荷载Qi的组合值系数，民用建筑楼面均布活荷载、屋面均布活荷载的组合值系数；建筑结构精品课BUILDINGSTRUCTUREEXCELLENTCOURSES新疆建设职业技术学院土木工程系荷载分项系数的取值荷载特性荷载分项系数永久荷载永久荷载效应对结构不利由可变荷载效应控制的组合1.2由永久荷载效应控制的组合1.35永久荷载效应对结构有利1.0倾覆、滑移或飘浮验算0.9可变荷载一般情况1.4对标准值大于4kN/m2的工业房屋楼面结构的活荷载取1.3建筑结构精品课BUILDINGSTRUCTUREEXCELLENTCOURSES新疆建设职业技术学院土木工程系•【例】某办公楼钢筋混凝土矩形截面简支梁，安全等级为二级，截面尺寸b×h=200mm×400mm，计算跨度=5m，净跨度=4.86m。承受均布线荷载：活荷载标准值7kN/m，恒荷载标准值10kN/m（不包括自重）。试计算按承载能力极限状态设计时的跨中弯矩设计值和支座边缘截面剪力设计值。建筑结构精品课BUILDINGSTRUCTUREEXCELLENTCOURSES新疆建设职业技术学院土木工程系【解】由表1.1.1查得活荷载组合值系数=0.7。安全等级为二级，则结构重要性系数=1.0。钢筋混凝土的重度标准值为25kN/m3，故梁自重标准值为25×0.2×0.4=2kN/m。总恒荷载标准值gk=10+2=12kN/m恒载产生的跨中弯矩标准值和支座边缘截面剪力设计值分别为：Mgk=gkl02/8=12×52/8=37.5kN·mVgk=gkln/2=12×4.86/2=29.16kN建筑结构精品课BUILDINGSTRUCTUREEXCELLENTCOURSES新疆建设职业技术学院土木工程系活荷载产生的跨中弯矩标准值和支座边缘截面剪力标准值分别为：Mqk=qkl02/8=7×52/8=21.875kN·mVgk=qkln/2=7×4.86/2=17.01kN本例只有一个活荷载，即为第一可变荷载。故计算由活载弯矩控制的跨中弯矩设计值时，=1.2，=1.4。由式（1.2.3）得由活荷载弯矩控制的跨中弯矩设计值和支座边缘截面剪力标准值分别为：G1QQ）（k11k0qQgGMM）（kk0qQgGMM建筑结构精品课BUILDINGSTRUCTUREEXCELLENTCOURSES新疆建设职业技术学院土木工程系=1.0×（1.2×37.5+1.4×21.875）=75.625kN·m计算由恒载弯矩控制的跨中弯矩设计值时，=1.35，=1.4，=0.7。得由恒载弯矩控制的跨中弯矩设计值和支座边缘截面剪力标准值分别为：==1.0×（1.35×37.5+0.7×1.4×21.875）=72.063kN·m==1.0×（1.35×29.16+0.7×1.4×17.01）=56.036kN）（k11k0qQgGVV）（kk0qQgGVVQcG）kck0(qQgGMM）kck0(qQgGMM建筑结构精品课BUILDINGSTRUCTUREEXCELLENTCOURSES新疆建设职业技术学院土木工程系•取较大值得跨中弯矩设计值M=75.625kN·m，支座边缘截面剪力设计值V=58.806kN。建筑结构精品课BUILDINGSTRUCTUREEXCELLENTCOURSES新疆建设职业技术学院土木工程系•C—结构构件达到正常使用要求所规定的限值，如变形、裂缝宽度等。•2.4.2正常使用极限状态设计表达式•对于正常使用极限状态，应根据不同的设计要求，采用荷载效应的标准组合、频遇组合或准永久组合，按下列设计表达式进行设计：S≤C•式中S—变形、裂缝等荷载效应的设计值；建筑结构精品课BUILDINGSTRUCTUREEXCELLENTCOURSES新疆建设职业技术学院土木工程系•1）对于标准组合，其荷载效应组合的表达式为:2)对于频遇组合，其荷载效应组合的表达式为:k2k1kiQniciQGSSSSkQ2qk11fkiniiQGSSSS建筑结构精品课BUILDINGSTRUCTUREEXCELLENTCOURSES新疆建设职业技术学院土木工程系•3）对于准永久组合，荷载效应组合的表达式为:QikniqiGkSSS1建筑结构精品课BUILDINGSTRUCTUREEXCELLENTCOURSES新疆建设职业技术学院土木工程系•谢谢大家！