混凝土结构设计原理(沈蒲生)课件2-第二章：荷载与结构设计方法

混凝土结构设计原理(FundamentalsforDesignofConcreteStructures)中南林业科技大学土木工程与力学学院混凝土结构设计原理湖南大学混凝土结构设计原理.第二章第二章结构设计方法（Chapter2StructuresDesignMethod）湖南大学混凝土结构设计原理.第二章一．结构上的作用、作用效应与结构抗力(一)结构上的作用1.定义：凡能使结构产生内力、应力、位移、应变、裂缝的因素，都称之为结构上的作用。2.分类：●直接作用：荷载●间接作用：温度、收缩、徐变、地基不均匀沉降、地震等。(二)作用效应指作用在结构上产生的内力、应力、位移、应变、裂缝等。(三)结构抗力结构抵抗作用效应的能力。湖南大学混凝土结构设计原理.第二章二．荷载分类●永久荷载(恒荷载)：大小、方向、作用点不随时间改变的荷载，如自重，土压力，预应力等；●可变荷载(活荷载)：大小、方向、作用点随时间改变的荷载，如楼面和屋面活载，风荷载、雪荷载、吊车荷载、车辆荷载等；●偶然荷载：结构使用期间可能不出现，一旦出现，时间短、效应大的荷载，如爆炸力，撞击等。湖南大学混凝土结构设计原理.第二章三．荷载代表值永久荷载：标准值—结构使用期间可能出现的最大值。可变荷载：标准值—结构使用期间可能出现的最大值，也是可变荷载的基本代表值。组合值(c标准值)—当有两个或两个以上可变荷载同时作用时的代表值。频遇值(,1.0/Ttf标准值)—常遇值，计算变形、裂缝时用。准永久值(,5.0/Ttq标准值)—可变荷载中较稳定的那一部分值，计算变形、裂缝时用。偶然荷载：按使用特点定(t为设计基准期内荷载达到和超过该值的总持续时间，T为设计基准期)湖南大学混凝土结构设计原理.第二章四．楼面和屋面活荷载标准值查荷载规范。●楼面：2kN/m2●屋面：不上人屋面2kN/m5.0上人屋面2kN/m2屋顶花园2kN/m3●直升飞机坪：2kN/m5荷载规范中的荷载值不包括隔墙重和二次装修重。湖南大学混凝土结构设计原理.第二章当计算主要承重结构时0zszkww(1)式中z—高度z处的风振系数；s—体型系数；z—风压高度变化系数，按地面粗糙程度A、B、C、D四级定，A—海岸、湖岸；B—农村、市郊；C—一般城市市区；D—有密集高层建筑市区；0w—50年一遇的基本风压(2kN/m)。n1050100长沙地区0w(2kN/m)0.250.350.40五．风荷载湖南大学混凝土结构设计原理.第二章0rkss(2)式中r—屋面积雪分布系数；0s—50年一遇的基本雪压(2kN/m)。n1050100长沙地区0s(2kN/m)0.300.450.50六．雪荷载湖南大学混凝土结构设计原理.第二章类别结构类型设计使用年限（年）1临时性结构52易于替换的结构构件253普通房屋和构筑物504纪念性建筑和特别重要建筑100（二）结构的安全等级按结构的重要性别划分为三个安全等级：一级：重要建筑；二级：一般建筑；三级：次要建筑。七．结构的设计使用年限及安全等级(一）结构的设计使用年限湖南大学混凝土结构设计原理.第二章定义：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，这个特定的状态称之为该功能的极限状态。分类：1．承载能力极限状态：超过这一极限状态时结构将发生破坏、倒塌或失稳等现象。2．正常使用极限状态：超过这一极限状态时结构将出现过大的变形、过宽的裂缝或出现钢筋严重锈蚀、混凝土腐蚀、风化、剥落等现象。八．结构的极限状态及其分类湖南大学混凝土结构设计原理.第二章九．结构可靠性和可靠度结构的可靠性：指结构的安全性、适用性、耐久性。结构的可靠度：指结构在规定时间内、规定条件下完成预定功能的概率，是结构可靠性的概率度量。正态分布：三个特征值：Z—平均值；Z—标准差；Z—变异系数，ZZZ。SRZ3）0Z，结构可靠；0Z，结构失效；0Z，极限状态。湖南大学混凝土结构设计原理.第二章十．结构的可靠指标现行设计方法以概率理论为基础，用可靠指标度量，采用多个分项系数表达。设zz则2S2RSRzz4）式中R、R—结构抗力的平均值和标准差；S、S—作用效应的平均值和标准差。●按承载力极限状态设计时：安全等级破坏类型一级二级三级塑性破坏3.73.22.7脆性破坏4.23.73.2●按正常使用极限状态设计时：根据其可逆程度宜取5.1~0。湖南大学混凝土结构设计原理.第二章(一)计算公式RS0(5)式中0—结构重要性系数；安全等级为一级或使用年限为100年时，1.10；安全等级为二级或使用年限为50年时，0.10；安全等级为三级或使用年限为5年时，9.00。S—荷载效应组合的设计值，用基本组合或偶然组合；R—结构构件抗力设计值。十一．按承载力极限状态的设计方法及其荷载组合湖南大学混凝土结构设计原理.第二章(二)荷载效应组合1.基本组合(1)一般结构构件：选下列计算中较大者。由可变荷载控制时niSSSS2QikciQiQ1kQ1GkG(5)由永久荷载控制时niSSS1QikciQiGkG(6)式中G—荷载分项系数，当其效应对结构不利时，公式(6)中的2.1G，公式(7)中的35.1G；当其效应对结构有利时，一般情况下取0.1，验算倾覆、滑移或漂浮时取9.0；Qi—活载分项系数，一般情况下取4.1，当活载标准值大于24kN/m的工业房屋楼面结构取3.1；GkS—恒载标准值所产生的内力；kQiS—活载标准值所产生的内力，i=1的活荷载为主导活荷载。湖南大学混凝土结构设计原理.第二章(2)一般排架、框架结构：选下列计算中较大者。由可变荷载控制时niSSS1QikQiGkG(8)由永久荷载控制时niSSS1QikciQiGkG(9)式中—简化式中的荷载组合系数，一般情况下取9.0，只有一个活载时取0.1。G和Qi的取值与式(6)、(7)相同。2.偶然组合偶然荷载的代表值不乘分项系数；与偶然荷载同时出现的其它荷载采用适当的代表值；各种情况下荷载效应的设计值公式由有关规范另定。湖南大学混凝土结构设计原理.第二章(三)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与设计值。1.材料强度标准值砼：ckf，tkf钢筋：ykf保证率95%，645.1f。2.材料强度设计值砼：cckcff，ctktff钢筋：sykyff式中c—砼的材料分项系数，建筑工程取1.4；公路桥涵工程中取1.45。s—钢筋的材料分项系数，建筑工程中对热轧钢筋取1.1，对钢丝、钢绞线、热处理钢筋取1.2；公路桥涵工程中对热轧钢筋取1.2，对钢丝、钢绞线和热处理钢筋取1.25。混凝土的强度设计值见附表1.2或10.2。钢筋的强度设计值见附表2.3和2.4或10.6和10.7。湖南大学混凝土结构设计原理.第二章十二．按正常使用极限状态的设计方法及其对应的荷载组合(一)设计方法CS(10)式中S—正常使用极限状下的荷载效应组合值；C—达正常使用要求时的变形、裂缝、应力等的限值。(二)荷载效应组合值●标准组合：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害的情况niSSSS2QikciQ1kGk(11)●频遇组合：主要用于当一个极限状态被超越时将产生局部损害、较大变形或短暂振动等情况niSSSS2QikqiQ1kf1Gk(12)●准永久组合：主要用于当长期效应是决定性因素的一些情况niSSS1QikqiGk(13)