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建筑结构设计基本原理
发布人:万博manbetx官网 来源:万博manbetx体育 日期:2020-09-05 10:37

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  建筑结构设计基本原理 1. 结构上的荷载 2. 极限状态设计法 CH.2 建筑结构设计基本原理 2.1 2.1.1 建筑物结构的荷载 基本概念 ? 作用(S)(或荷载) 在结构上的集中或分布荷载,称为作用——直接作用 引起结构外加变形或约束变形的原因——间接作用 ? 作用效应 ——由作用引起的结构或构件的反应 ? 结构抗力(R) ——结构或结构构件承受作用效应的能力 q V M 2.1.2 荷载分类 ? 按时间的变异分类 a.永久荷载 ——在设计基准期内,其值不随时间变化,或其变 化与平均值相比可以忽略不计的荷载。也称恒 荷载或恒载。比如结构自重或土压力等。 b.可变荷载 ——在设计基准期内,其值随时间变化,且其变化 值与平均值相比不可以忽略不计的荷载。也称 活荷载或活载。比如楼面活载、屋面活载、雪 荷载、风荷载、吊车荷载以及稳定变化等。 c.偶然荷载 ——在设计基准期内不一定出现,而一旦出现,其量 值很大且持续时间很短的荷载。比如地震、爆 炸及撞击等。 ? 按空间的变异分类 a. 固定荷载——在结构空间上具有固定的分布,自重等; b. 可动荷载——在结构空间上的一定范围内可以任意分布。 ? 按结构的反应分类 a. 静态荷载——对结构不产生动力效应,或小的可以忽略; b. 动态荷载——对结构产生动力效应,且不可以忽略。 2.1.3 荷载的代表值 ——结构设计时,对于不同的荷载和设计情况,应采用不同的代表值。 a. 永久荷载代表值——只有一个代表值,即它的标准值。 b.可变荷载代表值——应根据不同的设计要求采用不同的荷 载值作为其代表值。 永久荷载的代表值 对于结构自重,可按结构构件的设计尺寸与材料单位体积 的自重计算确定。 对于某些自重变异较大的材料构件,自重的标准值应根据 对结构的不利状态,取上限值或下限值。 可变荷载的代表值 ——应根据设计要求,分别取如下不同的荷载值作为其代表值。 a.荷载标准值 ——荷载基本代表值。指在结构使用期间,在正常情 况下出现具有一定率的最大荷载。 GkorQ k b.组合值 ——当结构同时承受两种或两种以上可变荷载时,除主 导荷载(产生荷载效应最大的荷载)取标准值,其他 Q ? Q c? c k 伴随荷载取小于其标准值的组合值为代表值,即乘以 一个小于或等于1的组合值系数。 c.频遇值 ——作用于结构上时而出现,持续时间较短的较大 小部分。 d.准永久值 ——在设计基准期内经常作用在结构上的可变荷载, 即在整个设计基准期内出现时间较长的那部分 Q ?qQ q? k 荷载值。 可变荷载,其超越的总时间仅为设计基准期的一 Q ?fQ f ? k ? 恒荷载 按构件或材料单位体积(或单位面积)自重平均值确定。见P11 表2-1,即荷规4.1.1条。 ? 楼面及屋面活荷载 1. 民用建筑楼面活载见《规范》。对多、高层,荷载满布且达到 最大值可能性很小,应适当折减。 2. 屋面均布活载分“上人”和“不上人”两类。 3. 雪荷载 S k ?? rS o Sk So ?r ——雪荷载标准值 ——基本雪压,见《荷规》6.1.1条和附录D.4。 ——屋面积雪分布系数,即基本雪压换算为屋面水平 投影面上的雪荷载的换算系数。 4. 风荷载 ? ? ? ? ? k? z s z o ? k ——风荷载标准值 ? s ——风荷载体型系数,+为压 屋面均布活载不与雪荷载同时考虑,设计时取其中较大值。 力,-为吸力 ? o ——基本风压,见《规范》 ? z ——高度z处风振系数 ? z ——风压高度变化系数 2.2 2.2.1 极限状态设计法 结构功能要求 ? 在设计基准期(一般50年,也有100、25和5年)内,满足 功能要求,即安全性(SR),适用性,耐久性。 ?安全性:满足特定的与建筑物功能相适应的承载力极限状态; ?适用性:结构在正常使用中时具有良好工作性能; ?耐久性:结构的承载力的持续时间与适应度; ? 功能函数:Z=R-S=g(X1,X2,X3….Xn) ? 结果分析 Z=R-S0: 处于结构可靠状态; ? Z=R-S0: 处于不可靠状态,即结构失效; ? ? Z=R-S=0: 处于极限状态,此方程称极限状态方程 2.2.3 结构可靠度理论 安全性、适用性、耐久性 a. 结构的可靠度——在的时间内(一般为50年),在 的条件下(正常设计、正常施工和正常使 用),完成预定功能的概率,称为结构的 可靠度,即可靠概率。以Ps表示 b.失效概率 ——结构不能完成预定功能的概率,以Pf表示。 Pf ? Ps ? 出 现 概 率 ? ? 0 ?? f ( z ) dz f ( z ) dz μS σS P f ?P s ?1 μR ?? 0 σS σR σR γ0[S] 失效 可靠 [R] 强度/荷载值 承载能力极限状态设计表达式 2.2.3 建筑物的重要度与基准期 ? 我国将建筑物的重要程度分为,不同级别在计算中取不同的重 要度系数γ0 : 一级,后果极其严重,属于重要的建筑物;γ0 =1.1 二级,后果比较严重,属于一般的建筑物;γ0 =1.0 ,后果相对不严重,属于比较次要的建筑物。γ0 =0.9 ? 结构的设计基准期 1.结构其设计可靠度指标的时间期限成为设计基准期,即在基准期 内,结构的可靠度指标完全满足设计要求; 2.设计基准期是测算最大荷载重现期的基本期限; 3.在超过设计基准期后,并非意味着结构的失效,而是其可靠度有所降 低,因此基准期不能等同于建筑物的使用寿命; 4.我国对于多数建筑物的设计基准期均为50年,特殊建筑物可以除外; 2.2.4 极限状态设计法 ? 极限状态 ——整个结构或结构的一部分超过某一特定状态,就 不能满足设计的某一功能要求的特定状态。 a.承载能力极限状态——结构或构件达到最大承载力或产生不适于 继续承载的变形。如倾覆、疲劳、压 屈等。 b.正常使用极限状态——结构或构件达到正常使用或耐久性能的某 项限值。如过大变形、开裂、振动等。 我国建筑结构设计是以概率理论为基础的极限状态设计法, 但钢桥和疲劳仍采用容许应力设计方法。 ? 极限状态设计表达式 1. 承载能力极限状态表达式 a.由可变荷载控制的效应组合 ? ?? ? n ? ? ? ? S ? S ? S ? S ? R , f , a ? ? ? ? ? o o G Gk Q 1 Q 1 k? Qi ci Qi k R k k ? ? i ? 2 ? ? ? ? ? b.由永久荷载控制的效应组合 n ? ? ? ? ? S ? ? ? S ? ? ? S ? R ? , f , a ? ? ? ? ? ? o o G Gk Qi c i Qik R k k ? ? i ? 1 ? ? ? G &? Qi ——永久荷载和可变荷载分项系数,详见《建筑结构荷 载规范》GB50009-2001的3.2.5节。 式中: S :荷载效应, γG:恒荷载的荷载效应系数,γQ:荷载分项 系数, Gk:恒荷载标准值, Q1k :最大的活荷载的标准值, :其他活荷载的组合系数 Qik:其他活荷载的标准值 基本组合中可变荷载效应控制的组合 基本组合中永久荷载效应控制的组合 基本组合中荷载分项系数的取值 2.正常使用极限状态 a.标准组合 S ? S ? S ? S ? C ? Gk Q 1 k? ci Qik i ? 2 n b.频遇组合 c.准永久组合 S ? S ? ? S ? ? S ? C ? Gk f 1 Q 1 k qi Qi k i ? 2 n S?S ? ? S ? C ? Gk qi Qik i? 1 n ? 正常使用极限状态设计包括两个方面: 裂缝控制验算:见P16表2-5,即《砼规》3.2.4; 受弯构件挠度验算:见P17表2-6,即《砼规》3.2.4。 正常使用极限状态 裂缝控制验算 受弯构件扰度验算 The End 下一章

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