1.3 建筑结构设计方法

1.3建筑结构设计方法以概率理论为基础的极限状态设计法结构设计方法的发展1、容许应力设计法fK存在的问题：（1）、钢筋混凝土结构的受力性能是非弹性的；（2）、结构中一点达到容许应力，结构并未失效；（3）、容许应力分别受控于钢筋和混凝土两种材料，无法得出截面和构件承载力的安全度究竟是多少；（4）、没有考虑结构功能的多样性；（5）、安全系数凭经验确定，缺乏科学依据。2、破损阶段设计法3、极限状态设计法4、以概率理论为基础的极限状态设计法uMMK存在的问题：（1）、安全系数凭经验确定；（2）、没有考虑结构功能的多样性。0()(,,,,...)ckskqiikuscsffMkqMAbhkkffPP1.3.1极限状态设计原则•建筑结构的功能要求1.安全性建筑结构在其设计使用年限内应能够承受可能出现的各种作用。且在设计规定的偶然事件发生时及发生后，结构应能保持必需的整体稳定性，不致倒塌。2.适用性建筑结构在其设计使用年限内应能满足预定的使用要求，有良好的工作性能，其变形、裂缝或振动等性能均不超过规定的限度等。3.耐久性建筑结构在其设计使用年限内应有足够的耐久性。例如保护层厚度不得过薄、裂缝不得过宽而引起钢筋锈蚀等。1.3.2结构可靠度和安全等级•结构可靠性是指结构在规定的时间内(即设计使用年限)，在规定的条件下(结构正常的设计、施工、使用和维修条件)，完成预定功能(如承载力、刚度、稳定性、抗裂性、耐久性和动力性能等)的能力。•结构可靠度是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，即结构可靠度是结构可靠性的概率度量。结构的设计使用年限是指设计规定的结构或结构构件不需进行大修即可按其预定目的使用的时期。50年建筑结构的安全等级在进行建筑结构的设计时，应根据结构破坏可能产生的各种后果(危及人的生命、造成经济损失、产生社会影响等)的严重性，采用不同的安全等级。01.1,1.0,0.91.3.3结构的极限状态•结构的极限状态是指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规定的某一功能要求，此特定状态称为该功能的极限状态。•《建筑结构可靠度设计统一标准》将结构的极限状态分为两类：承载能力极限状态及正常使用极限状态。•承载能力极限状态——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。(1)整个结构或结构的一部分作为刚体失去平衡，如雨篷压重不足而倾覆、烟囱抗风不足而倾倒、挡土墙抗滑不足在土压力作用下而整体滑移等。(2)结构构件或其连接因超过材料强度而破坏(包括疲劳破坏)，如轴心受压构件中混凝土达到了轴心抗压强度、构件的钢筋因锚固长度不足而被拔出等；或因变形过大而不适于继续承受荷载。(3)结构转变为机动体系，如构件发生三铰共线而形成机动体系，丧失承载能力。(4)结构或构件丧失稳定，如细长柱到达临界荷载后压屈失稳而破坏。•正常使用极限状态——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。(1)影响正常使用或外观的变形，如吊车梁变形过大导致吊车不能正常行驶、梁挠度过大影响外观等。(2)影响正常使用或耐久性能的局部损坏，如水池池壁开裂漏水不能正常使用、如裂缝过宽导致钢筋锈蚀等。(3)影响正常使用的振动，如由于机器振动而导致结构的振幅超过按正常使用要求所规定的限位等。(4)影响正常使用的其它特定状态，如相对沉降量过大等。1.3.4结构的极限状态方程•结构极限状态方程（功能函数）可写为：•Z=R—S=0当Z＞0时，结构处于可靠状态，当Z＝0时，结构处于极限状态，当Z＜0时，结构处于失效状态。1.3.5概率统计极限状态设计方法•一、可靠度、失效概率、可靠指标结构在规定的时间内，在规定的条件下，完成预定的功能的概率，称为结构可靠度。用Ps表示。结构不能完成预定功能，即Z＜0或R＜S的概率即为失效概率。用Pf表示。Ps+Pf=1β称为可靠指标Skf(S)，f(R)S，RRk二、目标可靠指标《标准》对一般工业与民用建筑结构所规定的、作为设计依据的可靠指标，称为目标可靠指标[β]1.3.6极限状态设计表达式1承载能力极限状态设计表达式S——承载能力极限状态的荷载效应(内力)组合的设计值。对于承载能力极限状态，结构构件应按荷载效应的基本组合进行计算，必要时尚应按荷载效应的偶然组合进行计算。对于基本组合，其内力组合设计值可按以下两公式中最不利值确定：)(21100niQikciQikQQGkGSSSS)(100niQikciQiGkGSSS对于一般排架和框架结构，可采用下列简化公式：)(100niQikQiGkGSSS2正常使用极限状态设计表达式•Sd≤CC——设计对变形、裂缝等规定的相应限值。Sd——变形、裂缝等荷载效应设计值。标准组合：准永久组合:频遇组合：niQikcikQGkdSSSS21niQikqiGkdSSS1niQikqikQfGkdSSSS211例题1排架结构简图如图，在左边柱柱底截面A处，屋面和恒载、柱自重、吊车梁重的永久荷载标准值产生的弯矩为－2.08kN.m(正号表示左侧受拉)，屋面活荷载标准值产生的弯矩为－0.11kN.m,左来风荷载标准值产生的弯矩为35.35kN.m,吊车最大轮压作用于A柱时荷载标准值产生的总弯矩20.70kN.m,试求该截面在这些荷载作用下1的弯矩组合设计值。[解]:将各可变荷载在截面A产生的弯矩值比较后可知，左来风标准值产生的弯矩值最大，因此有MGK=－2.08kN.m,MQ1K=35.35kN.mMQ2K=－0.11kN.m,MQ3K=20.70kN.m查表3－1，γG=1.2,γQ1=γQ2=γQ3=1.4,ψQ1=1.0,ψQ2=ψQ3=0.717.67)7.2011.0(7.04.135.354.1)08.2(2.133322211KQQQKQQQKQQGKGMMMMM