1版：第10章 混凝土结构设计的一般原则和方法

§10.1建筑结构设计的一般原则§10.1建筑结构设计的一般原则§10.2建筑结构荷载§10.2建筑结构荷载§10.3结构的功能要求和极限状态§10.3结构的功能要求和极限状态§10.4按近似概率的极限状态设计法§10.4按近似概率的极限状态设计法§10.5实用设计表达式§10.5实用设计表达式第10章设计方法§10.1建筑结构设计的一般原则建筑结构设计的一般原则10.1.1建筑结构的组成和类型10.1.1建筑结构的组成和类型建筑结构上部结构下部结构基础地下室水平结构体系——楼屋盖竖向结构体系——抗侧力结构体系砌体结构混凝土结构钢结构组合结构——如型钢-混凝土组合结构混合结构——如钢-混凝土混合结构，砌体-混凝土混合结构§10.1结构类型（按结构材料分）第10章设计方法排架结构框架结构剪力墙结构框架-剪力墙结构筒体结构结构类型（按竖向结构体系分）建筑结构的组成和类型10.1.1第10章设计方法结构施工图纸10.1.2建筑结构设计的阶段和内容10.1.2建筑结构设计的阶段和内容工程建设主要环节：工程勘察、工程设计和工程施工。上、下部结构设计方案技术经济比较结构平面布置、竖向布置结构设计计算书结构整体荷载效应分析、技术措施一般工程第一、二阶段可合并二阶段设计10.1.3建筑结构设计的一般原则10.1.3建筑结构设计的一般原则结构设计的一般原则——安全、适用、耐久和经济合理。初步设计技术设计施工图设计结构设计§10.1建筑结构设计的一般原则结构设计三阶段：第10章设计方法§10.2建筑结构荷载10.2.1结构上的作用与荷载10.2.1结构上的作用与荷载建筑结构荷载作用——使结构产生内力、变形、应力、应变、裂缝的原因。直接作用——施加在结构上的集中力或分布力，如荷载间接作用——引起结构外加变形或约束的原因，如地震、基础差异沉降、混凝土收缩、温度变化等地震作用地震荷载。作用§10.2作用(action)间接作用不仅与外界因素有关，还与结构本身的特性有关。第10章设计方法作用效应(effectofaction)作用效应——由作用引起的结构或构件的反应。如内力（轴力、弯矩、剪力、扭矩）、变形（位移、挠度、转角）、裂缝、应力、应变等。荷载效应(loateffect)：作用为荷载时的作用效应。地震效应：作用为地震时的作用效应。作用和效应之间通常按某种关系相联系。力学解决的问题结构上的作用与荷载10.2.1第10章设计方法10.2.2荷载的分类10.2.2荷载的分类荷载按随时间的变化分类在设计基准期内其量值不随时间变化，或其量值变化与平均值相比可以忽略不计，或其变化是单调的并趋于某个限值的荷载如结构自重、土压力、预应力、地基沉降、焊接等在设计基准期内其量值随时间变化，且其变化与平均值相比不可忽略的荷载如楼屋面活荷载、吊车荷载、风荷载、雪荷载、温度变化等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如爆炸力、撞击力等①永久荷载②可变荷载（活荷载、活载）（恒荷载、恒载、静载）③偶然荷载————————————(DeadLoad)(LiveLoad)(AccidentalLoad)建筑结构荷载§10.2第10章设计方法荷载按结构的反应特点分类：①静力荷载；②动力荷载荷载按随空间位置的变化分类：①固定荷载；②移动荷载设计基准期(designreferenceperiod)荷载的分类10.2.2结构的设计基准期是为确定可变作用及与时间有关的材料性能等的取值而选用的时间参数。《工程结构可靠性设计统一标准》和《建筑结构荷载规范》所采用的设计基准期为50年。统一采用一般结构的设计使用年限50年作为规定荷载昀大值的时域（也称之为设计基准期），即荷载的统计参数都是按设计基准期为50年确定的。设计基准期不等同于设计使用年限。第10章设计方法10.2.3荷载代表值10.2.3荷载代表值建筑结构荷载§10.2荷载代表值——极限状态设计所采用的荷载作用值。荷载代表值永久荷载代表值——标准值Gk为永久荷载的唯一代表值。可变荷载代表值①标准值Qk——基本代表值②组合值Qc＝cQk③频遇值Qf＝fQk④准永久值Qq＝qQk式中c、f、q分别为可变荷载组合值系数、频遇值系数、准永久值系数，查《建筑结构荷载规范》表5.1.1等。偶然荷载代表值——应根据有关的标准或具体情况确定。第10章设计方法荷载标准值——在结构的使用期间可能出现的昀大荷载值。荷载标准值是由设计基准期内昀大荷载概率分布的某一分位值确定的荷载值，如下图中Pk；也就是具有一定概率（如95%的保证率）、设计基准期内可能出现的昀大荷载值。荷载标准值材料重力密度寸构件或构造层的设计尺永久荷载标准值10.2.3荷载代表值第10章设计方法荷载代表值10.2.3组合值——对≥两种可变荷载同时作用，使组合后的荷载效应在设计基准期内的超越概率与该可变荷载单独作用时的相应超越概率趋于一致的荷载值；或使组合后的结构具有统一规定的可靠指标的荷载值。可变荷载标准值：可根据昀大荷载的统计分布按一定保证率取上限分位值作为标准值。统计困难时，可根据长期工程经验取协议值作为标准值。频遇值——在设计基准期内，其超越的总时间占设计基准期的比率为规定的较小比率的荷载值；或超越频率为规定频率的荷载值。组合值、频遇值、准永久值第10章设计方法可变荷载组合值与永久荷载组合，用于结构承载力计算可变荷载频遇值与永久荷载组合，用于结构振动变形的验算可变荷载准永久值与永久荷载组合，用于结构长期变形和裂缝宽度的计算准永久值——在设计基准期内，其超越的总时间约为设计基准期一半的荷载值。10.2.3荷载代表值第10章设计方法10.2.4竖向荷载10.2.4竖向荷载（1）民用建筑楼面均布活荷载（1）民用建筑楼面均布活荷载楼、屋面的荷载1§10.2建筑结构荷载楼、屋面的荷载竖向恒荷载：其标准值按上述方法计算竖向活荷载：按下述方法确定民用建筑楼面均布活荷载的标准值及其组合值系数、频遇值系数和准永久值系数，按《建筑结构荷载规范》GB50009-2012（以下简称《荷载规范》）表5.1.1采用。第10章设计方法1）第1（1）项当楼面梁从属面积（按梁两侧各延伸二分之一梁间距的范围内的实际面积确定）超过25m2时，应取0.9；2）第1（2）～7项当楼面梁从属面积超过50m2时，应取0.9；3）第8项对单向板楼盖的次梁和槽形板的纵肋应取0.8，对单向板楼盖的主梁应取0.6，对双向板楼盖的梁应取0.8；4）第9～13项应采用与所属房屋类别相同的折减系数。设计楼面梁时，《荷载规范》表5.1.1中楼面活荷载标准值的折减系数取值不应小于下列规定：10.2.4竖向荷载第10章设计方法2）第1（2）～7项应采用与其楼面梁相同的折减系数；3）第8项的客车，对单向板楼盖应取0.5，对双向板楼盖和无梁楼盖应取0.8；4）第9～13项应采用与所属房屋类别相同的折减系数。设计墙、柱及基础时，《荷载规范》表5.1.1中楼面活荷载标准值的折减系数取值不应小于下列规定：1）第1（1）项应按《荷载规范》表5.1.1或教材表10-1规定采用；10.2.4竖向荷载第10章设计方法（2）工业建筑楼面均布活荷载（2）工业建筑楼面均布活荷载工业建筑楼面在生产使用或安装检修时，由设备、管道、运输工具及可能拆移的隔墙产生的局部荷载，均应按实际情况考虑，可采用等效均布活荷载代替。工业建筑楼面堆放原料或成品的一般情况，可按均布活荷载或等效均布活荷载考虑。对于一般金工车间、仪器仪表生产车间、半导体器件车间、轮胎厂准备车间和粮食加工车间的楼面等效均布活荷载，当缺乏资料时，可按《荷载规范》附录D采用。楼面等效均布活荷载，包括计算次梁、主梁和基础时的楼面活荷载，可分别按《荷载规范》附录C的规定确定。设计生产中有大量排灰的厂房及其邻近建筑时，屋面积灰荷载应按《荷载规范》第5.4节的规定采用。10.2.4竖向荷载第10章设计方法（3）屋面活荷载（3）屋面活荷载设计屋面板、檩条、钢筋混凝土挑檐、雨篷和预制小梁时，应考虑施工或检修集中荷载，按《荷载规范》第5.5.1条规定采用。房屋建筑的屋面，其水平投影面上的屋面均布活荷载的标准值及其组合值系数、频遇值系数和准永久值系数的取值，不应小于《荷载规范》表5.3.1的规定。不上人的屋面均布活荷载，可不与雪荷载和风荷载同时组合。10.2.4竖向荷载第10章设计方法竖向荷载（10-1）式中sk——雪荷载标准值；μr——屋面积雪分布系数，查取《荷载规范》表7.2.1；s0——基本雪压（kN/m2)，按《荷载规范》附录E中表E.5全国各城市雪压重现期R为50年的值采用，或按附图E.6.1全国基本雪压分布图确定。雪荷载的组合值系数c=0.7；频遇值系数f=0.5；准永久值系数q按《建筑结构荷载规范》图E.6.2q分区图确定。屋面水平投影面上的雪荷载标准值，应按下式计算：雪荷载210.2.40rksss0是空旷平坦地面上统计的50年重现期(50年一遇)的昀大雪压。第10章设计方法10.2.5风荷载10.2.5风荷载空气运动风结构内力、变形和振动压力——迎风面吸力——背风面横风向干扰力——两侧风对建筑物风荷载顺风向的静力风荷载顺风向的脉动风荷载横风向的脉动风荷载——工程中一般不考虑风荷载风荷载的特点1风荷载分布不均匀，且随建筑物体型、面积和高度的不同而变化。§10.2建筑结构荷载第10章设计方法式中wk——风荷载标准值（kN/m2）；z——高度z处的风振系数，按式（10-5）计算；z——风压高度变化系数，按《荷载规范》表8.2.1确定；s——风荷载体型系数，按《荷载规范》表8.3.1或由风洞试验确定；w0——基本风压（kN/m2），按《荷载规范》附录E中表E.5全国各城市风压重现期R为50年的值采用，或按附图E.6.3全国基本风压分布图确定，或按式（10-3）确定，但不得小于0.3kN/m2。（10-2）风荷载标准值wk2风荷载0zszkww10.2.5垂直于建筑物表面上的风荷载标准值wk按下式计算：第10章设计方法风荷载的组合值系数、频遇值系数和准永久值系数可分别取0.6、0.4和0。高层建筑风荷载应按《高层建筑混凝土结构技术规程》确定。基本风压w0是以当地空旷平坦地面上10m高处概率统计计算所得的50年重现期（即50年一遇）10分钟平均昀大风速（基本风速）v0为标准确定的风压值，按下式计算：20021vw（10-3）式中——空气密度（t/m3）。对于高层建筑、高耸结构以及对风荷载比较敏感的其他结构，基本风压w0的取值应适当提高，并应符合有关结构设计规范的规定。10.2.5风荷载第10章设计方法风荷载高度越大，则风速越大，风荷载越大；地面越粗糙，则风速越小，风荷载越小。风压高度变化系数z310.2.5地面粗糙度分为四类：对于平坦或稍有起伏的地形，风压高度变化系数z应根据地面粗糙度类别按《荷载规范》表8.2.1确定。A类指近海海面和海岛、海岸、湖岸及沙漠地区；B类指田野、乡村、丛林、丘陵以及房屋比较稀疏的乡镇；C类指有密集建筑群的城市市区；D类指有密集建筑群且房屋较高的城市市区。风荷载第10章设计方法风荷载体型系数s4风荷载体型系数s——风作用在建筑物表面上所引起的实际压力（或吸力）与基本风压的比值。s描述的是建筑物表面在稳定风压作用下的静态压力分布规律，主要与建筑物的体型和尺度有关，也与周围环境和地面粗糙度有关。风荷载体型系数s可按下列规定采用：①房屋和构筑物与《荷载规范》表8.3.1的体型类同时，可按表8.3.1的规定采用；②房屋和构筑物与《荷载规范》表8.3.1的体型不同时，可按有关资料采用；当无资料时，宜由风洞试验确定；③对重要且体型复杂的房屋和构筑物，应由风洞试验确定。10.2.5风荷载第10章设计方法风振系数z5高度大于30m且高宽比大于1.5的房屋、基本自振周期T1大于0.2