混凝土结构设计的基本原则.ppt

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1、第3章 混凝土结构设计的基本原则 本章主要内容本章主要内容 1 1 结构的功能要求和极限状态结构的功能要求和极限状态 工程结构需要工程结构需要这只有这只有技术技术先进先进才能实现。才能实现。实际实际工工程结构中程结构中存在存在多种多种不确定性不确定性；工工程结构的程结构的基本设计原则基本设计原则就是就是研究研究各种各种不确定性不确定性问题，实现问题，实现可靠性可靠性与与经济性经济性的最佳平衡。的最佳平衡。第3章 混凝土结构设计的基本原则 一、作用的概念：一、作用的概念：使结构产生使结构产生内力内力或或变形变形的原因，分的原因，分直接作用直接作用和和 间接作用间接作用两种。两种。直接作用直接作用

2、：是指施加在结构上的：是指施加在结构上的集中力集中力或或分布力分布力，即即荷载荷载。间接作用间接作用：是指引起结构：是指引起结构外加变形外加变形或或约束变形约束变形的原的原 因（混凝土收缩、温度变化、基础差异因（混凝土收缩、温度变化、基础差异 沉降、地震等）。沉降、地震等）。第3章 混凝土结构设计的基本原则 在结构使用期间，其值不随时间变化，或其变在结构使用期间，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作用。化与平均值相比可以忽略不计的作用。结构自重、土压力、预应力、地基沉降、焊接等。结构自重、土压力、预应力、地基沉降、焊接等。在结构使用期间，其值随时间变化，且其变化在结构使用期间

3、，其值随时间变化，且其变化与平均值相比不可忽略的作用。与平均值相比不可忽略的作用。楼面活荷载、吊车荷载、风荷载、雪荷载、楼面活荷载、吊车荷载、风荷载、雪荷载、汽车荷载汽车荷载、温度变化等。温度变化等。在结构使用期间不一定出现，而一旦出现其量在结构使用期间不一定出现，而一旦出现其量值很大且持续时间很短的作用。值很大且持续时间很短的作用。罕遇地震、爆炸力、撞击力等。罕遇地震、爆炸力、撞击力等。第3章 混凝土结构设计的基本原则 第3章 混凝土结构设计的基本原则 是指由是指由作用作用在结构上引起的在结构上引起的内力内力（如弯（如弯矩、剪力、轴力和扭矩）和矩、剪力、轴力和扭矩）和变形变形（如挠度、裂缝和

4、侧（如挠度、裂缝和侧移）。移）。当作用为当作用为直接作用直接作用时，其效应通常称为时，其效应通常称为荷载效应荷载效应，用用S S 表示。表示。281qlM 如第3章 混凝土结构设计的基本原则 除除弯矩弯矩外，尚有外，尚有剪力剪力、轴力轴力、挠度挠度、裂缝裂缝和和侧移侧移等作用效应。等作用效应。第3章 混凝土结构设计的基本原则 是指结构或结构构件承受是指结构或结构构件承受作用效应作用效应的的能能力力，用，用R R 表示。如构件的表示。如构件的承载力承载力、刚度刚度和和抗裂度抗裂度等。等。混凝土构件混凝土构件抗力的大小抗力的大小是由构件的是由构件的截面尺寸截面尺寸、材材料性能料性能以及以及钢筋的配

5、置方式和数量钢筋的配置方式和数量等决定等决定?uM如第3章 混凝土结构设计的基本原则 第3章 混凝土结构设计的基本原则 是确定是确定可变作用可变作用及及与时间有关的材料与时间有关的材料性能性能等取值而选用的等取值而选用的时间参数时间参数。建筑结构建筑结构的设计基准的设计基准期为期为5050年，年，公路桥涵结构公路桥涵结构的设计基准期为的设计基准期为100100年。年。是设计规定的结构或结构构件是设计规定的结构或结构构件不需不需进行大修进行大修即可即可按其预定目的使用按其预定目的使用的的时期时期，建筑结构的，建筑结构的设计使用年限按下表采用。设计使用年限按下表采用。第3章 混凝土结构设计的基本原

6、则 建筑结构的设计使用年限建筑结构的设计使用年限类别类别设计使用年限设计使用年限（年）（年）示示 例例15临时性结构临时性结构225易于替换的结构构件易于替换的结构构件350普通房屋和构筑物普通房屋和构筑物4100标志性建筑和特别重要的建筑结构标志性建筑和特别重要的建筑结构第3章 混凝土结构设计的基本原则 （包括（包括安全性安全性、适应性适应性和和耐久性耐久性）结构在结构在设计规定的使用年限设计规定的使用年限内，能承受在正常施工内，能承受在正常施工和正常使用时可能出现的和正常使用时可能出现的各种作用各种作用。在设计规定的。在设计规定的偶然偶然事件事件发生时及发生后，仍能保持必需的发生时及发生后

7、，仍能保持必需的整体稳定性。整体稳定性。一般为一般为50年年。指荷载、外加变形和约束变形（如温度和收缩变指荷载、外加变形和约束变形（如温度和收缩变形受到约束时）；形受到约束时）；如地震、爆炸、火灾、撞击等；如地震、爆炸、火灾、撞击等；指建筑结构仅产生局部的损坏而不致发生连续指建筑结构仅产生局部的损坏而不致发生连续倒塌。倒塌。第3章 混凝土结构设计的基本原则 结构在设计规定的使用年限内，在结构在设计规定的使用年限内，在正常使用正常使用时具时具有有良好的工作性能良好的工作性能。指不发生影响正常使用的过大的变形、振指不发生影响正常使用的过大的变形、振动，或产生让使用者感到不安的过大的裂缝宽度等。动，

8、或产生让使用者感到不安的过大的裂缝宽度等。结构在设计规定的使用年限内，在结构在设计规定的使用年限内，在正常维护正常维护下具有下具有足够的足够的耐久性能耐久性能。指在各种因素（指在各种因素（混凝土碳化混凝土碳化、钢筋锈蚀钢筋锈蚀等）的影等）的影响下，结构的响下，结构的承载力承载力和和刚度刚度不应随时间有过大的降低，而降低不应随时间有过大的降低，而降低使用寿命。使用寿命。第3章 混凝土结构设计的基本原则 结构能够满足功能要求而良好地工作，则称结构为结构能够满足功能要求而良好地工作，则称结构为可靠可靠（或有效）。反之，则结构为（或有效）。反之，则结构为不可靠不可靠（或失效）。（或失效）。区分结构区分

9、结构“可靠可靠”与与“失效失效”的的临界工作状态临界工作状态称为称为“极限极限状态状态”整个结构或结构的一部分超过某一特定状态就不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规定的某一功能要求，能满足设计规定的某一功能要求，此特定状态为该功此特定状态为该功能的极限状态。能的极限状态。承载能力承载能力极限状态与极限状态与正常使用正常使用极限状态。极限状态。第3章 混凝土结构设计的基本原则 承载能力极限状态对应于结构或结构构承载能力极限状态对应于结构或结构构件件达到最大承载力达到最大承载力或或不适于继续承载的变形不适于继续承载的变形，或结构，或结构的连续倒塌。的连续倒塌。-安全性安全性。第

10、3章 混凝土结构设计的基本原则 整个结构或结构的一部分作为整个结构或结构的一部分作为刚体失去平衡刚体失去平衡（如倾覆、滑移）（如倾覆、滑移）。结构构件或连接因超过材料强度而破坏结构构件或连接因超过材料强度而破坏（包括疲劳（包括疲劳 破坏）破坏）或因过度变形而不适于继续承载。或因过度变形而不适于继续承载。结构转变为机动体系结构转变为机动体系（超静定结构中出现足够多塑（超静定结构中出现足够多塑 性铰）性铰）。结构或结构构件丧失稳定结构或结构构件丧失稳定（如细长受压构件的压曲（如细长受压构件的压曲 失稳）失稳）。地基丧失承载能力而破坏。地基丧失承载能力而破坏。结构因局部破坏而发生连续倒塌。结构因局部

11、破坏而发生连续倒塌。第3章 混凝土结构设计的基本原则 正常使用极限状态对应于结构或结构正常使用极限状态对应于结构或结构构件达到构件达到正常使用正常使用或或耐久性能耐久性能的的某项规定限值某项规定限值。对。对应于结构的应于结构的适应性和耐久性适应性和耐久性。第3章 混凝土结构设计的基本原则 影响正常使用或外观的变形；影响正常使用或外观的变形；影响正常使用或影响正常使用或耐久性能的局部损坏耐久性能的局部损坏（包括裂（包括裂缝、钢筋锈蚀、漏水等）；缝、钢筋锈蚀、漏水等）；影响正常使用的振动；影响正常使用的振动；影响正常使用的其他特定状态。影响正常使用的其他特定状态。第3章 混凝土结构设计的基本原则（

12、1 1）持久设计状况）持久设计状况 在结构使用过程中在结构使用过程中一定一定出现，其出现，其持续期持续期一般与一般与设计使用年限设计使用年限为为同一数量级同一数量级。如使用期间房屋结构承受如使用期间房屋结构承受家具家具和和正常人员正常人员荷载荷载的状况、以及桥梁结构承受的状况、以及桥梁结构承受车辆荷载车辆荷载的状况等属持的状况等属持久设计状况。久设计状况。应进行应进行承载能力极限状态承载能力极限状态和和正常使用极限状态正常使用极限状态设计。设计。第3章 混凝土结构设计的基本原则（2 2）短暂设计状况）短暂设计状况 在结构施工和使用过程中出现在结构施工和使用过程中出现概率较大概率较大，而，而持持

13、续期很短续期很短的设计状况。的设计状况。如结构如结构施工和维修施工和维修时承受时承受堆料荷载堆料荷载的状况属短的状况属短暂设计状况。暂设计状况。应进行应进行承载能力极限状态承载能力极限状态设计，可根据需要进设计，可根据需要进行行正常使用极限状态正常使用极限状态设计。设计。第3章 混凝土结构设计的基本原则（3 3）偶然设计状况）偶然设计状况 在结构使用过程中出现在结构使用过程中出现概率很小概率很小，且，且持续期很持续期很短短的设计状况。的设计状况。如结构遭受如结构遭受火灾火灾、爆炸爆炸和和撞击撞击等作用的状况属等作用的状况属偶然设计状况。偶然设计状况。应进行应进行承载能力极限状态承载能力极限状态

14、设计，可不进行设计，可不进行正常正常使用极限状态使用极限状态设计。设计。第3章 混凝土结构设计的基本原则（4 4）地震设计状况）地震设计状况 结构遭受结构遭受地震地震时的状况。在时的状况。在地震设防区地震设防区必须考必须考虑地震设计状况。虑地震设计状况。应进行应进行承载能力极限状态承载能力极限状态设计，可根据需要进设计，可根据需要进行行正常使用极限状态正常使用极限状态设计。设计。第3章 混凝土结构设计的基本原则 Z 0 可靠可靠 Z=0 极限状态极限状态Z S。但在但在重叠区重叠区（阴影段内）（阴影段内）仍仍有可能有可能出现出现RS是不可能的。是不可能的。第3章 混凝土结构设计的基本原则 f(

15、Z)zzPfZ=R-S dzZfZPfP00fZZP 可见，可见，Pf 越小，越小，越大越大第3章 混凝土结构设计的基本原则 第3章 混凝土结构设计的基本原则 SRz2S2Rz平均值平均值：标准差标准差：两者均为统计值两者均为统计值 值值 2.7 3.2 3.7 4.2 失失 效效 概概 率率Pf 3.47 10-3 6.87 10-4 1.08 10-4 1.33 10-5 详见详见P49表表3-2当当Pf 小于某个值时，人们不再担心。该失效概率称小于某个值时，人们不再担心。该失效概率称为为容许失效概率容许失效概率Pf。第3章 混凝土结构设计的基本原则 破破 坏坏 类类 型型安安 全全 等等

16、 级级一一 级级二二 级级三三 级级延延 性性 破破 坏坏3.73.22.7脆脆 性性 破破 坏坏4.23.73.2 安全等级安全等级破坏后果破坏后果建筑物类型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 对于对于正常使用极限状态正常使用极限状态的目标可靠指标，根据其的目标可靠指标，根据其作用效应的作用效应的可逆程度可逆程度宜取宜取0 01.51.5。第3章 混凝土结构设计的基本原则 破破 坏坏 类类 型型安安 全全 等等 级级一一 级级二二 级级三三 级级延延 性性 破破 坏坏4.74.23.7脆脆 性性 破破 坏坏5.24.74.2第3章 混凝土结构设计的基本原则 的代表值有的代表值有标准值标准值、组合值组合值、频遇值频遇值和和准永久值准永久值4种；种；代表值只有代表值只有标准值标准值。第3章 混凝土结构设计的基本原则 是荷载的是荷载的基本代表值基本代表值，为设计基准期内，为设计基准期内最大荷载最大荷载统计分布的统计分布的特征值特征值（例如均值、众值、中值或（例如均值、众值、中值或某个分位值）。某个分位值）。按按设计尺寸设计尺寸与与材料重力密度材料重力密度的