第二章-建筑结构设计的基本原则

建筑结构安徽建筑大学城建学院土木工程系授课教师—曹蕊目录01绪论02建筑结构设计的基本原则03钢筋混凝土结构04砌体结构05钢结构06建筑结构抗震设计基础知识07高层钢筋混凝土结构08地基与基础09大跨度及其他类型建筑结构简介PartTwo建筑结构设计的基本原则02PartTwo建筑结构设计的基本原则设计计算方法：概率极限状态设计法《建筑结构可靠度统一标准》（GB50068-2001）我国建筑结构的设计基准期：50年结构的可靠度—规定时间内在规定条件下完成预定功能的概率2.1设计基准期和设计使用年限设计使用年限—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。类别设计使用年限（年）结构类型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物设计使用年限分类设计基准期—设计时所考虑荷载和作用的统计参数按基准期确定02PartTwo建筑结构设计的基本原则2.2结构的可靠性和极限状态结构的可靠性—安全性、适用性、耐久性结构的极限状态02PartTwo建筑结构设计的基本原则极限状态是区分结构工作状态可靠或失效的标志02PartTwo建筑结构设计的基本原则➢过大变形会造成房屋内部粉刷层剥落、填充墙、隔断墙开裂及屋面积水等后果；➢水池、油罐等结构开裂会引起渗漏现象；➢过大裂缝会影响结构耐久性；➢过大变形和裂缝也将会使用户心里上产生不安全；➢过大晃动或振动引起人们心里上的不安，无法正常学习和工作。02PartTwo建筑结构设计的基本原则02PartTwo建筑结构设计的基本原则02作用效应S（需求）由于直接作用或间接作用作用于结构构件上，在结构内产生的内力和变形(如轴力、弯矩、剪力、扭矩；挠度、转角和裂缝等)。结构抗力R（能力）结构或结构构件承受内力和变形的能力(如构件的承载能力、刚度等)。2.3结构的可靠度和极限状态方程PartTwo建筑结构设计的基本原则结构上的作用：直接作用荷载间接作用沉降、温度、地震按随时间变异性分类永久作用-基本不变，如结构自重、土压力、预加应力可变作用-随时间变化，如楼面活荷载、风荷载、雪荷载偶然作用-不一定出现但量值大时间短，地震、爆炸、撞击按随空间位置的变异性分类固定作用-固定分布，如结构自重、设备荷载自由作用-一定范围内可任意分布，如人员荷载、吊车荷载按随结构反应特点分类静态作用-结构加速度忽略不计，如结构自重、楼面活荷载动态作用-加速度不能忽略，如地震、吊车荷载、设备振动02PartTwo建筑结构设计的基本原则结构的可靠度结构和构件在规定的时间、规定的条件下完成预定功能的概率，是对结构可靠性的概率度量。规定的条件正常的设计、施工、使用和维护预定功能安全性、适用性和耐久性作用效应S结构抗力R：可靠状态作用效应S结构抗力R：失效状态可靠概率+失效概率=1极限状态方程当功能函数中仅包括作用效应S和结构抗力R两个基本变量时，可得：当时，结构处于可靠状态当时，结构处于失效状态当时，结构处于极限状态0Z0Z0Z失效概率（2-2）02PartTwo建筑结构设计的基本原则2.4可靠指标和目标可靠指标b值2.73.23.74.2失效概率Pf3.5×10-36.9×10-41.1×10-41.3×10-5根据式2-2求出失效概率有困难，因此《统一标准》采用了可靠指标b来代替结构的失效概率。可靠性指标与失效概率的对应关系目标可靠指标结构的最优失效概率或作为设计依据的可靠指标（达到安全与经济的最佳平衡）根据建筑物的重要性，即根据结构破坏可能产生的后果（生命、财产损失、社会影响等）的严重性，将建筑物划分为三个安全等级。02PartTwo建筑结构设计的基本原则2.4可靠指标和目标可靠指标建筑结构的安全等级建筑类型破坏后果安全等级重要房屋很严重一级一般房屋严重二级次要房屋不严重三级破坏类型安全等级一级二级三级延性破坏3.73.22.7脆性破坏4.23.73.2结构构件承载力极限状态的目标可靠指标02PartTwo建筑结构设计的基本原则2.5极限状态设计表达式S荷载效应组合的设计值R结构构件抗力的设计值结构重要性系数γ0的确定≥1.1,安全等级为一级或设计使用年限≥100≥1.0,安全等级为二级或设计使用年限=50≥0.9，安全等级为三级或设计使用年限≤5承载能力极限状态设计表达式结构构件的承载能力极限状态设计应根据荷载效应的基本组合或偶然组合进行，并以内力和承载力的设计值来表达，其设计表达式为：(2-5)02PartTwo建筑结构设计的基本原则2.5极限状态设计表达式基本组合（用于持久和短暂设计状况）其内力组合值：由永久荷载控制的效应组合由可变荷载控制的效应组合。取两种组合的最不利值（与数值大小无关）内力组合设计值S考虑永久性荷载和可变荷载共同作用所得的结构内力值称为结构的内力组合值。02PartTwo建筑结构设计的基本原则2.5极限状态设计表达式由可变荷载控制的效应组合。（1）永久荷载的分项系数：当其效应对结构不利时——对由可变荷载效应控制的组合，取=1.2；——对由永久荷载效应控制的组合，取=1.35。——一般情况下，取=1.0；——对结构的倾覆、滑移或漂浮验算，取=0.902PartTwo建筑结构设计的基本原则2.5极限状态设计表达式由可变荷载控制的效应组合（2）可变荷载的分项系数：——一般情况下，=1.4；——对标准值大于4kN/m2（400kg）的工业房屋楼面结构的活荷载，取=1.3。式（2-5）中在本书中用内力设计值（N、M、V等）表示各种荷载的具体组合规则，应符合现行国家标准《建筑结构荷载规范》（GB50009-2001）的规定，如考虑地震作用时应按《建筑抗震设计规范》（GB50011-2001）确定。02PartTwo建筑结构设计的基本原则2.5极限状态设计表达式正常使用极限状态设计表达式由于达到或超过正常使用极限状态时的危害程度不如承载力不足引起的破坏严重，因此未考虑结构重要度系数和荷载分项系数。对于正常使用极限状态，应根据不同的设计要求，采用荷载的标准组合、频遇组合和准永久组合进行设计，使变形、裂缝、振幅、基底应力等荷载效应的组合值符合下式的要求：S≤C12nGkQkciQikiSSSS1nGkciQikiSSS（2）对于准永久组合（长期）：（1）对于标准组合（短期）：02PartTwo建筑结构设计的基本原则2.6结构抗力设计值R取决于截面尺寸大小和材料强度高低材料强度分为标准值和设计值fck混凝土抗压强度标准值ftk混凝土抗拉强度标准值fyk钢筋屈服强度标准值102PartTwo建筑结构设计的基本原则2.6结构抗力设计值R材料强度设计值202PartTwo建筑结构设计的基本原则练习题1已知由永久荷载产生的弯矩标准值Mgk=11kN·m，起控制作用的可变荷载产生的弯矩标准值Mqk=16kN·m，安全等级为二级，求弯矩设计值。【解】本例中，γ0=1.0，γG=1.2,γQ1=1.4SGk=Mgk=11kN·mSQ1k=Mqk=16kN·m则弯矩设计值M=γ0(γGSGk+γQ1SQ1k）=1.0×(1.2×11+1.4×16)kN·m=35.6kN·m弯矩设计值为35.6kN·m。02PartTwo建筑结构设计的基本原则练习题2某教学楼楼面采用预制板，计算跨度l0=5.70m，板宽0.9m，板自重2.2kN/m2。楼面采用水磨石地面（10mm厚面层，20mm厚水泥砂浆打底），板底20mm厚抹灰。楼面活荷载标准值为2.0kN/m2。试求：①板的跨中截面弯矩设计值M;②标准组合荷载效应组合的设计值M；③频遇组合荷载效应组合的设计值M；④准永久组合荷载效应组合的设计值M。【解】(1)荷载标准值①永久荷载水磨石地面0.65kN/m220mm板底抹灰17×0.02=0.34kN/m202PartTwo建筑结构设计的基本原则练习题2板自重2.2kN/m2作用在板上的永久荷载线荷载标准值为gk=(0.65+0.34+2.2)×0.9=2.871kN/m②可变活荷载qk=2.0×0.9=1.8kN/m(2)板的跨中截面弯矩设计值永久荷载产生的弯矩标准值Mgk=1/8gkl02=11.66kN·m可变荷载产生的弯矩标准值Mqk=1/8qkl02=7.31kN·m02PartTwo建筑结构设计的基本原则练习题2由可变荷载效应控制的组合γG=1.2，γQ=1.4M=γGMgk+γQMqk=24.22kN·m由永久荷载效应控制的组合γG=1.35，γQ=1.4,ψci=0.7M=γGMgk+γQψciMqk=22.90kN·m由计算知，楼板荷载效应组合值由可变荷载效应控制。故板跨中截面的弯矩设计值为24.22kN·m。02PartTwo建筑结构设计的基本原则练习题2(3)标准组合荷载效应组合的设计值MM=Mgk+Mqk=11.66+7.31=18.97kN·m(4)频遇组合荷载效应组合的设计值Mψf1=0.6M=SGk+ψf1SQ1k=Mgk+ψf1Mqk=16.05kN·m(5)准永久组合荷载效应组合的设计值Mψq1=0.5M=SGk+ψq1SQ1k=Mgk+ψq1Mqk＝15.32kN·mTHANKYOUFORWATCHING授课老师：曹蕊