第二章：混凝土结构设计方法.ppt

1、1研制单位：湖南大学高等教育出版社高等教育出版社高等教育电子音像出版社高等教育电子音像出版社 混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理 第第第第2 2 2 2章章章章 混凝土结构设计方法混凝土结构设计方法混凝土结构设计方法混凝土结构设计方法 2混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理第 2 章主主页页目目录录上一章上一章帮帮助助下一章下一章本章重点本章重点了解结构上的作用、作用效应和结构抗力了解结构上的作用、作用效应和结构抗力的概念及其随机特性；的概念及其随机特性；了解了解混凝土结构设计方法的理论基础混凝土结构设计方法的理论基础可靠度理论；可靠度理论；掌握掌握我国规范的设计方法我国规范的设计方法 概率

2、极限状概率极限状态设计法。态设计法。3混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理第 2 章主主页页目目录录上一章上一章帮帮助助下一章下一章2.1.1 2.1.1 结构上的作用、作用效应及结构抗力结构上的作用、作用效应及结构抗力（1 1）定义：）定义：施加在结构上的集中力或分布力，以及引施加在结构上的集中力或分布力，以及引 起结构外加变形或约束变形的各种因素，如地震、起结构外加变形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，称为基础差异沉降、温度变化、混凝土收缩等，称为 结构上的作用。结构上的作用。直接作用：荷载直接作用：荷载。（2 2）分类：）分类：间接作用：温度、收缩、徐变

3、、地基不均匀沉降、间接作用：温度、收缩、徐变、地基不均匀沉降、地震等。地震等。2.1结构可靠度结构可靠度结构可靠度结构可靠度1 1、结构上的作用、结构上的作用4混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理第 2 章主主页页目目录录上一章上一章帮帮助助下一章下一章2 2、作用效应、作用效应 定义：定义：作用在结构上产生的效应，如内力、应力、位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。移、应变、裂缝等，称为作用效应。3 3、结构抗力、结构抗力 定义：定义：整个整个结构或结构构件抵抗作用效应的能力，称结构或结构构件抵抗作用效应的能力，称 为结构抗力。为结构抗力。5混凝土结构设

4、计原理混凝土结构设计原理第 2 章主主页页目目录录上一章上一章帮帮助助下一章下一章2.1.22.1.2 结构的预定功能及结构可靠度结构的预定功能及结构可靠度1 1、预定功能、预定功能 （1 1）在正常施工和正常使用时能承受各种作用。）在正常施工和正常使用时能承受各种作用。（2 2）在正常使用时不发生过大的变形和过宽的）在正常使用时不发生过大的变形和过宽的裂缝。裂缝。（3 3）在正常维护情况下具有足够的耐久性。）在正常维护情况下具有足够的耐久性。（4 4）在发生火灾时在规定的时间内有足够的承）在发生火灾时在规定的时间内有足够的承载力。载力。（5 5）在遭遇偶发事件时具有必须的整体稳定性。）在遭遇

5、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。足够的可靠性，即：安全性、适用性和耐久性。6混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理第 2 章主主页页目目录录上一章上一章帮帮助助下一章下一章2 2、结构的可靠度、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。预定功能的概率。规定的时间指设计使用年限。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。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

6、性、适用性、耐久性。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。结构的可靠度是可靠性的概率度量。7混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理第 2 章主主页页目目录录上一章上一章帮帮助助下一章下一章3 3、结构的设计使用年限结构的设计使用年限类类别别结构类型结构类型结构的设计使用结构的设计使用年限（年）年限（年）临时性结构临时性结构5易于替换的结构构件易于替换的结构构件25普通房屋和构筑物普通房屋和构筑物50纪念性建筑和特别重要建筑纪念性建筑和特别重要建筑1002.1.32.1.3 结构的安全等级结构的安全等级按结构的按结构的重要性重要性划分划分一级：一级：重要建筑重要建筑二级

7、：二级：一般建筑一般建筑三级：三级：次要建筑次要建筑8混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理第 2 章主主页页目目录录上一章上一章帮帮助助下一章下一章2.2荷载和材料强度荷载和材料强度荷载和材料强度荷载和材料强度2.2.1 2.2.1 荷载荷载1 1、荷载分类、荷载分类永久荷载永久荷载(恒荷载恒荷载)：大小、方向、作用点不随时间改变大小、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、预的荷载为永久荷载，如自重、土压力、预 应力等。应力等。可变荷载可变荷载(活荷载活荷载)：大小、方向或作用点随时间改变而大小、方向或作用点随时间改变而变化的荷载为可变荷载，如楼面和屋面活变化的荷载为可变

8、荷载，如楼面和屋面活 载、风荷载、雪荷载、吊车荷载等。载、风荷载、雪荷载、吊车荷载等。偶然荷载：偶然荷载：结构使用期间可能不出现，一旦出现，其作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，用时间短、效应大的荷载为偶然荷载，如爆炸力，撞击等。撞击等。9混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理第 2 章主主页页目目录录上一章上一章帮帮助助下一章下一章2 2、荷载代表值荷载代表值 （1 1）标准值）标准值是荷载的基本代表值。是正常使用情况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下可能出现的保证率为95%95%的偏大值。的偏大值。是永久荷载的唯一代表

9、值。是永久荷载的唯一代表值。保证率：保证率：9510混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理第 2 章主主页页目目录录上一章上一章帮帮助助下一章下一章直升飞机坪：直升飞机坪：楼面：楼面：屋面：屋面：不上人屋面不上人屋面上人屋面上人屋面屋顶花园屋顶花园民用建筑楼面活荷载的标准值可查附表民用建筑楼面活荷载的标准值可查附表12-112-1，如：，如：其它荷载标准值见荷载规范。荷载规范中的荷载值不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。包括隔墙重量和二次装修重量。（2 2）组合值）组合值 当有两个或两个以上可变荷载同时作用当有两个或两个以上可变荷载同时作用 时的代表值时的

10、代表值。组合值组合值=c 标准值标准值 11混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理第 2 章主主页页目目录录上一章上一章帮帮助助下一章下一章（3 3）频遇值）频遇值可变荷载可能出现的较大值可变荷载可能出现的较大值,但小于标但小于标 准值。计算裂缝、变形时用。准值。计算裂缝、变形时用。频遇值频遇值=f标准值标准值 （4 4）准永久值）准永久值可变荷载中较稳定的那一部分值。计可变荷载中较稳定的那一部分值。计 算裂缝、变形时用。算裂缝、变形时用。准永久值准永久值=q标准值标准值永久荷载的代表值：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、可变荷载的代表值：标准值、组合值

11、、频遇值、准永久值。准永久值。12混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理第 2 章主主页页目目录录上一章上一章帮帮助助下一章下一章结构承载力取决于截面尺寸大小和材料强度高低。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。材料强度分标准值和设计值。1 1 、材料强度标准值材料强度标准值保证率：保证率：95混凝土：混凝土：，钢筋：钢筋：，注意：注意：荷载标准值高于平均值，材料强度标准值低于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？平均值。想一想为什么要这样？2.2.22.2.2 材料强度材料强度13混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理第 2 章主主页

12、页目目录录上一章上一章帮帮助助下一章下一章2 2 、材料强度设计值材料强度设计值混凝土：混凝土：,钢筋：钢筋：,式中：式中：混凝土的材料分项系数，取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的材料分项系数，对延性较好的热轧钢筋取钢筋取1.1，对，对500MPa级钢筋取级钢筋取1.15，对预，对预应力钢筋取应力钢筋取1.2。14混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理第 2 章主主页页目目录录上一章上一章帮帮助助下一章下一章定义：定义：整个结构或结构的一部分超过某一特定状态就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，这个特定的状不能满足设计

13、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。态称之为该功能的极限状态。承载能力极限状态：承载能力极限状态：超过这一极限状态时结构将发超过这一极限状态时结构将发生破坏、倒塌或失稳等现象。生破坏、倒塌或失稳等现象。1 1、结构极限状态的分类结构极限状态的分类正常使用极限状态：正常使用极限状态：超过这一极限状态时结构将出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，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。混凝土腐蚀、风化、剥落等现象。2.3极限状态设计法极限状态设计法极限状态设计法极限状态设计法15混凝土结构设计原理混凝土结

14、构设计原理第 2 章主主页页目目录录上一章上一章帮帮助助下一章下一章2 2、结构的设计状况、结构的设计状况（1 1）持久设计状况：）持久设计状况：在结构使用过程中一在结构使用过程中一 定出现，其持续时间很长的状况。定出现，其持续时间很长的状况。（2 2）短暂设计状况：）短暂设计状况：在结构使用过程中出在结构使用过程中出 现概率大，持续时间短的状况。现概率大，持续时间短的状况。（3 3）偶然设计状况：）偶然设计状况：在结构使用过程中出在结构使用过程中出 现概率小，持续时间很短的状况。现概率小，持续时间很短的状况。（4 4）地震设计状况：）地震设计状况：在结构使用过程中遭在结构使用过程中遭 受地震

15、作用的状况。受地震作用的状况。16混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理第 2 章主主页页目目录录上一章上一章帮帮助助下一章下一章=-2-10 0，结构可靠；，结构可靠；=0=0，极限状态。，极限状态。0 0，结构失效；，结构失效；正态分布正态分布 变异系数变异系数z=z/z3 3、结构的功能函数、结构的功能函数17混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理第 2 章主主页页目目录录上一章上一章帮帮助助下一章下一章式中：式中：结构抗力的平均值和标准差；结构抗力的平均值和标准差；作用效应的平均值和标准差。作用效应的平均值和标准差。现行设计方法以概率理论为基础，用可靠指标度量，采现行设计方法以概率理论为基

16、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：用多个分项系数表达。设，则可靠指标为：2-24 4、结构的可靠指标结构的可靠指标18混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理第 2 章主主页页目目录录上一章上一章帮帮助助下一章下一章按承载能力极限状态设计时要求的可靠指标值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按正常使用极限状态设计时要求的可靠指标值 破坏类型破坏类型安全等级安全等级一级一级二级二级三级三级塑性破坏塑性破坏3.73.22.7脆性破坏脆性破坏4.23.73.2根据其可逆程度可取根据其可逆程度可取01.5。对应对应3.2的失效概率为的失

17、效概率为6.910-4，对应，对应3.7的失效概的失效概率为率为1.110-4。因此，可靠指标是可靠度的另一。因此，可靠指标是可靠度的另一种表示方法。种表示方法。19混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理第 2 章主主页页目目录录上一章上一章帮帮助助下一章下一章定义：定义：整个结构或结构的一部分超过某一特定状态就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。态称之为该功能的极限状态。承载能力极限状态：承载能力极限状态：超过这一极限状态时结构将发超过这一极限状态时结构将发生破坏、倒塌或失稳等

18、现象。生破坏、倒塌或失稳等现象。2.6.1 2.6.1 结构极限状态的分类结构极限状态的分类正常使用极限状态：正常使用极限状态：超过这一极限状态时结构将出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，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。混凝土腐蚀、风化、剥落等现象。2.4极限状态设计表达式极限状态设计表达式极限状态设计表达式极限状态设计表达式20混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理第 2 章主主页页目目录录上一章上一章帮帮助助下一章下一章1 1、承载能力极限状态的设计方法承载能力极限状态的设计方法2-3结构重要性系数；结构重要性

19、系数；安全等级为一级的结构构件，安全等级为一级的结构构件，安全等级为二级的结构构件，安全等级为二级的结构构件，安全等级为三级的结构构件，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，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。的基本组合计算。n 计算公式计算公式2.6极限状态设计表达式极限状态设计表达式极限状态设计表达式极限状态设计表达式21混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理第 2 章主主页页目目录录上一章上一章帮帮助助下一章下一章结构构件的抗力设计值。结构构件的抗力设计值。R=R（fc,fs

20、,ak,.）/RD式中，式中，RD是结是结构构件构构件的抗力模型不定性调整的抗力模型不定性调整系数：静力设计取系数：静力设计取1.0，对不确定性较大的结构，对不确定性较大的结构构件根据具体情况取大于构件根据具体情况取大于1.0的数值；抗震设计的数值；抗震设计应用承载力抗震调整系数应用承载力抗震调整系数RE代替代替RD。fc,fs,ak式分别为混凝土的强度设计值、钢筋的强度设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。计值和截面尺寸的标准值。22混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理第 2 章主主页页目目录录上一章上一章帮帮助助下一章下一章n荷载组合计算方法荷载组合计算方法一般

21、结构构件：选下列计算中一般结构构件：选下列计算中较大较大者。者。由可变荷载控制时由可变荷载控制时由永久荷载控制时由永久荷载控制时2-42-5承载力计算采用基本组合，按下面方法计算：承载力计算采用基本组合，按下面方法计算：23混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理第 2 章主主页页目目录录上一章上一章帮帮助助下一章下一章式中：式中：恒载分项系数，当其效应对结构不利时，恒载分项系数，当其效应对结构不利时，公式公式2-4中的中的，公式，公式2-5中的中的；当其效应对结构有利时，应取；当其效应对结构有利时，应取1.0；活载分项系数，一般情况下取活载分项系数，一般情况下取1.4，当活，当活载标准值大于载标

22、准值大于的工业房屋楼面结的工业房屋楼面结构取构取1.3；恒载标准值所产生的内力；恒载标准值所产生的内力；活载标准值所产生的内力，活载标准值所产生的内力，i=1的活荷载的活荷载为主导活荷载；为主导活荷载；第第i个可变荷载的组合系数。个可变荷载的组合系数。24混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理第 2 章主主页页目目录录上一章上一章帮帮助助下一章下一章一般排架、框架结构：选下列计算中一般排架、框架结构：选下列计算中较大较大者者由可变荷载控制时由可变荷载控制时由永久荷载控制时由永久荷载控制时2-62-7式中：式中：简化式中的荷载组合系数；一般情况下简化式中的荷载组合系数；一般情况下取取，只有一个活荷

23、载取，只有一个活荷载取。和和的取值与式的取值与式2-4、2-5相同。相同。25混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理第 2 章主主页页目目录录上一章上一章帮帮助助下一章下一章n设计方法设计方法2-8式中：式中：正常使用极限状态下荷载效应组合值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、应力达正常使用要求时的变形、裂缝、应力等的限值。等的限值。2 2、按正常使用极限状态的设计方法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的设计习惯，使设计方便起见，已将可靠

24、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：表示。因此：可靠度可靠度失效概率失效概率可靠指标可靠指标多个分项系数多个分项系数26混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理第 2 章主主页页目目录录上一章上一章帮帮助助下一章下一章n荷载组合值计算方法荷载组合值计算方法1.1.标准组合：标准组合：主要用于当一个极限状态被超越时将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。产生严重的永久性损坏的情况。2.2.频遇组合：频遇组合：主要用于当一个极限状态被超越时将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。产生局部损坏、较大变形或短暂震动等的情况。3.3.准永久组合：准永久组合：主要用于当长期效应是决定性因素主要用于当长期效应是决定性因素的一些情况。的一些情况。2-92-102-11正常使用阶段计算采用标准组合、频遇组合或准永久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。组合。按下面方法计算。