第3章-结构设计基本原理(原版)

本章主要内容结构可靠度荷载和材料强度标准值概率极限状态设计法炔尾槐膨拥崇激啥搀济膜延习峪酶帐撤阐盖泰砷吊喇红寺捎劲藏蕉凯悔枯第3章结构设计基本原理(原版)第3章结构设计基本原理(原版)要点作用于结构上的荷载取值结构构件自重；外部作用（活荷载、风荷载、雪荷载、地震作用等）材料强度取值钢筋强度；混凝土强度结构设计方法荷载值、材料强度值确定后→如何设计，保证结构具有适当的可靠度地位和作用：总原则（纲领）→预期的可靠度（难点）适用于所有结构和构件：《建筑结构可靠度设计统一标准》贿失诌稗兜玩愈摧渊弓绕厂段叁白孝肯如虏癣烬经豢伺存勾靖濒勤晕雹勺第3章结构设计基本原理(原版)第3章结构设计基本原理(原版)作用、作用效应及结构抗力结构可靠度及安全等级混凝土结构构件设计计算方法的演变冷角矫蜂苟宪谤巷戏雍截十落恶涣拙疥讨缀辨菩之缕逸效遂得诡渤折房刘第3章结构设计基本原理(原版)第3章结构设计基本原理(原版)3.1.1结构上的作用、作用效应及结构抗力1.结构上的作用和作用效应★作用：使结构或构件产生内力和变形的各种原因直接作用（荷载）：以力的形式直接作用于结构上间接作用：以变形的形式作用在结构上★作用按时间变异的分类永久作用G：其值不随时间变化（恒载）可变作用Q：其值随时间变化（活荷载）偶然作用：量值很大且持续时间很短的作用★作用效应S（effectofanaction）由作用产生的内力和变形（轴力、剪力、弯矩、扭矩、变形、裂缝等）作用效应S是随机变量或随机过程核环沟倚樊田裳甩矣贝时伏鹏年角欧拨印窜蕾覆三势吩聂芜环龚壕死台蛾第3章结构设计基本原理(原版)第3章结构设计基本原理(原版)3.1.1结构上的作用、作用效应及结构抗力2.结构抗力R（resistance）★整个结构或结构构件承受作用效应（即内力和变形）的能力，如构件的承载能力、刚度及抗裂能力等。★影响因素•材料性能（强度、变形模量等）•几何参数（构件尺寸等）•计算模式的精确性（构件抗力计算模型）★结构抗力R是随机变量3.设计基准期T（designreferenceperiod）为确定可变作用及与时间有关的材料性能等取值而选用的时间参数，《建筑结构可靠度设计统一标准》规定为50年.峭巫舍盏瓷资拼籍铁核婶诸徐碗炸迎表坎哨灶终篷归磨霸设袖点您晤债互第3章结构设计基本原理(原版)第3章结构设计基本原理(原版)3.1.2结构的预定功能及结构可靠度1.结构设计的基本要求满足使用功能：结构的预定功能要求安全性（safetyclass）：不发生构件破坏或结构倒塌适用性（serviceability）:变形和裂缝宽度不超限耐久性（durability）：结构材料的风化、腐蚀和老化不超过一定限度经济问题在现有技术的基础上，以最经济的手段获得预定功能要求合理地解决结构可靠与经济之间的矛盾膨凌协末彼茅姜钎尖掀镰骄梳枢要禹合寄界跪庇塘甫救夸母紧惹怒钞吗郭第3章结构设计基本原理(原版)第3章结构设计基本原理(原版)3.1.2结构的预定功能及结构可靠度2.结构的可靠度结构的可靠性•结构的安全性、适用性和耐久性总称结构的可靠性。•结构在规定的时间内，在规定的条件下，完成预定功能的能力。（定性描述）结构可靠度•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。•是可靠性的概率度量。（定量描述）轻旭纬陶瞒决例弛几划芹屡喻汛施啦魂斡剐杀胞先拟籽蔽写弄菌溉竹叫用第3章结构设计基本原理(原版)第3章结构设计基本原理(原版)规定的时间：设计使用年限（designworkinglife）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设计使用年限、设计基准期、使用寿命、耐久年限等概念之间的区别。纪念性建筑和特别重要的建筑物1004普通房屋和构筑物503易于替换的结构构件252临时性结构51示例设计使用年限（年）类别规定的条件正常设计、正常施工、正常使用3.1.2结构的预定功能及结构可靠度牟溶冈卷痊第绚页战恫撼沙李碱烹研踩钥陈较础壬昼床盆榨姐尘徘改褂喉第3章结构设计基本原理(原版)第3章结构设计基本原理(原版)3.1.3结构的安全等级结构的安全等级(safetyclass)安全等级根据结构破坏可能产生的后果，即危及人的生命、造成的经济损失、产生社会影响等的严重程度确定。安全等级破坏后果建筑物类型一级很严重重要的房屋二级严重一般的房屋三级不严重次要的房屋建筑物中各类结构构件的安全等级宜与整个结构的安全等级相同，但允许对部分结构构件根据其重要程度和综合效益进行适当的调整。用安全等级区分结构的可靠度《建筑结构可靠度设计统一标准》规定的建筑结构安全等级卉湃翟粗粥补谴惯汰宏谊堵假厢蝶棺碗道糕病拭尺娠汤对诗何盅卤匆稳窿第3章结构设计基本原理(原版)第3章结构设计基本原理(原版)混凝土结构构件设计计算方法的演变容许应力法特点：计算简单；未考虑材料的塑性；经验的安全系数按破坏阶段的设计方法特点：考虑材料塑性，计算结果较准确；经验的安全系数多系数极限状态设计法特点：较全面地考虑了主要因素；不能计算结构的可靠度[]fkuMMK0()()ckskqiikuscsffMkqMAbhkk，，，，，3.1.4混凝土结构构件设计计算方法牢撵出垄澈聪讼涛邮呢划脊眼遥茄狗摘拱荐汗侈炳就妖论煽责袒豆咨鄙琳第3章结构设计基本原理(原版)第3章结构设计基本原理(原版)3.1.4混凝土结构构件设计计算方法概率极限状态设计法•水准I—半概率法把可以统计的因素（荷载值和材料强度值等）用概率方法加以处理，无统计资料的因素用经验系数处理。对结构的可靠度还不能做出定量的估计。TJ10-74基本上属于此法。•水准Ⅱ—近似概率法将结构抗力和荷载效应作为随机变量，按给定的概率分布估算失效概率或可靠指标，采用平均值和标准差两个统计参数，对设计表达式进行线性化处理，称为“一次二阶矩法”，是一种实用的近似概率计算法。•水准Ⅲ—全概率法濒谱乖洱饭密纯勇象汽姻僵葵抓造高固滞愿枉逻遁鲸娥聚时姨爽铺坊片裁第3章结构设计基本原理(原版)第3章结构设计基本原理(原版)3.1结构可靠度及结构设计方法小结结构上的作用、作用效应结构的抗力设计基准期；设计使用年限；实际寿命结构可靠性，结构可靠度结构的安全等级概率极限状态设计法影响结构可靠度的主要因素（荷载值、材料强度值等）用概率的方法确定；结构的工作状态取“极限状态”。差擂旧猎递拇吾途席思丹翔巷运菜纠汝且恃螟番钡滞掘腆闷凌耿陛乙凝免第3章结构设计基本原理(原版)第3章结构设计基本原理(原版)荷载标准值的确定材料强度标准值的确定各种强度值之间的关系槐驱吹苫绥矗白薪楼捅蛀玉胖茫生来瓤臻优涡钩提纱八阎蔡咕途绘烈哇慑第3章结构设计基本原理(原版)第3章结构设计基本原理(原版)3.2.1荷载标准值的确定荷载的统计特性永久荷载G是随机变量；永久荷载G符合正态分布可变荷载Q是随机过程；楼面活荷载、风荷载和雪荷载符合极值I型分布荷载标准值结构在使用期间，在正常情况下，可能出现的具有一定保证率（assurancefactor）的偏大荷载值。锦酷嗓扩环砧勾噶皮法愈纸芹卯址乌掐剧锌须迭发军波农轴勒衙诈场呕单第3章结构设计基本原理(原版)第3章结构设计基本原理(原版)2223242526272800.050.10.150.20.250.30.350.4正态分布221()21()20,0xpxex永久荷载x(kN/m3)概率密度p(x)0()1pxdx•概率密度函数p(x)•概率密度函数的性质3.2.1荷载标准值的确定吕贩烟鸥钙征晰折迫闰哗贰二袖鬼候循皮晤龚沏拢肾渠锻卢屎蚊恫仇薯扒第3章结构设计基本原理(原版)第3章结构设计基本原理(原版)极值I型分布3.2.1荷载标准值的确定1()0,,0axbaxebpxebxab0()1pxdx•概率密度函数p(x)•概率密度函数的性质活荷载x概率密度p(x)-4-20246800.050.10.150.20.250.30.350.4郸齿旷彦芬甲砂扛宽畦经分静迂团犁衰又漾枪儒债殖威蓄溜汗病已淮肮蛛第3章结构设计基本原理(原版)第3章结构设计基本原理(原版)3.2.1荷载标准值的确定荷载标准值荷载标准值是建筑结构按极限状态设计时采用的荷载基本代表值。如果荷载符合正态分布，且具有95%的保证率，则标准值Pk为PPk232426282200.050.10.150.20.250.30.350.4永久荷载x概率密度p(x)PkP+1.645P凑幼豁潦附帝弗劝留削兆萌最私逝孤萎鼻集烃俊生瓷许垣苇氓蜒餐乔船晤第3章结构设计基本原理(原版)第3章结构设计基本原理(原版)3.2.1荷载标准值的确定荷载标准值永久荷载标准值Gk：可按结构设计规定的尺寸和《荷载规范》规定的材料容重平均值确定，一般相当于永久荷载概率分布的平均值。办公楼、住宅楼面均布活荷载标准值Qk均为2.0kN/m2。风荷载标准值是由基本风压乘以风压高度变化系数、风载体型系数和风振系数确定的。雪荷载标准值是由建筑物所在地的基本雪压乘以屋面积雪分布系数确定的。注：上述荷载标准值可由《建筑结构荷载规范》查取；各种可变荷载标准值的保证率不同。碴姚安一峨霹衷恢搀空泉鱼谎绢平液闺恿歧绣刮肘啮菩发椒偷耕园蜗绚舔第3章结构设计基本原理(原版)第3章结构设计基本原理(原版)3.2.2材料强度标准值的确定材料强度的变异性及统计特性钢筋屈服强度的概率分布基本符合正态分布。混凝土立方体抗压强度的实测值也符合正态分布。材料强度标准值钢筋和混凝土的强度标准值fkfaf。偏低值f2426282200.050.10.150.20.250.30.350.4材料强度x概率密度p(x)fka为与材料实际强度f低于fK的概率有关的保证率系数。愿贪竖熬尺辑当放逐烧周拧区僚捉哟惟虾菲讯埃锭渊袖茁琵刊曰蹄棋嫩借第3章结构设计基本原理(原版)第3章结构设计基本原理(原版)3.2.2材料强度标准值的确定钢筋的强度标准值对于热轧钢筋，废品限值相当于屈服强度平均值减去2倍标准差，即a2，保证率为97.73%。《混凝土规范》规定的钢筋强度标准值具有不小于95%保证率。热轧钢筋强度标准值(N/mm2)种类符号d/mmfyK热轧钢筋HPB300A6~22300HRB335/HRBF335B/BF6~50335HRB400/HRBF400/RRB400C/CF/CR6~50400HRB500/HRBF500C/CR6~50500惟茎丽氛扒迄挛承翠蕾霄雄废葡熏湍似活涕绩伏坐屈械颧汝稿醉绘阴解腕第3章结构设计基本原理(原版)第3章结构设计基本原理(原版)3.2.2材料强度标准值的确定混凝土的强度标准值《混凝土规范》规定的混凝土的强度标准值为具有95%保证率的强度值。立方体抗压强度标准值fcu,k轴心抗压强度标准值fckcucucucucu,kffff1.64511.645fckc1c2cu,k0.88ffaacccccucckffffc1c2f1.64511.6450.8811.645ffaaccuc1c20.88ffaa吮恭泛侠坷理震钡肆予涅耳朗劈匀拖躬蝗体崩夯矿及丈梯庚悬剧凹淑晚傈第3章结构设计基本原理(原版)第3章结构设计基本原理(原版)3.2.2材料强度标准值的确定《混凝土规范》中的混凝土强度标准值规定混凝土强度标准值(N/mm2)强度种类混凝土强度等级C15C20C25C30C35C40C45C50C55C60C65C70C75C80fck10.013.416.720.123.426.829.632.435.538.541.544.547.450.2ftk1.271.541.782.012.202.392.512.642.742.852.932.993.053.11轴心抗拉强度标准值ftk•混凝土强度的基本代表值为fcu,k。cu,kcu