混凝土结构设计的一般原则和方法.ppt

第第 10 10 章章 混凝土结构设计的一般原则和方法混凝土结构设计的一般原则和方法教学要求教学要求 了解建筑结构的组成和类型；了解建筑结构设计了解建筑结构的组成和类型；了解建筑结构设计的步骤、内容和一般原则的步骤、内容和一般原则 理解建筑结构上的作用与荷载的定义、荷载分类理解建筑结构上的作用与荷载的定义、荷载分类及其四种代表值；掌握竖向荷载、雪荷载与风荷及其四种代表值；掌握竖向荷载、雪荷载与风荷载的计算方法载的计算方法 理解建筑结构的功能要求和极限状态理解建筑结构的功能要求和极限状态 理解建筑结构近似概率极限状态设计法的思路及理解建筑结构近似概率极限状态设计法的思路及其实用表达式。其实用表达式。10.1 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 10.1.1 建筑结构的组成和类型建筑结构的组成和类型 1.1.组成组成 (1)(1)上部结构：上部结构：水平结构体系（楼、屋盖）水平结构体系（楼、屋盖）竖向结构体系竖向结构体系 (2)(2)下部结构：下部结构：主要由地下室和基础等组成。主要由地下室和基础等组成。（把上部结构的力传给地基）2.2.类型类型 (1)(1)按结构材料分：按结构材料分：砌体结构、混凝土结构、钢结构、砌体结构、混凝土结构、钢结构、组合结构和混合结构等。组合结构和混合结构等。（2 2）按竖向结构体系分：）按竖向结构体系分：排架结构、框架结构、剪力排架结构、框架结构、剪力墙结构、框架墙结构、框架剪力墙结构和筒体结构等。剪力墙结构和筒体结构等。承受并传递竖向荷载承受并传递水平力 10.1 10.1 建筑结构设计的一般原则建筑结构设计的一般原则 10.1.2 10.1.2 建筑结构设计的阶段和内容建筑结构设计的阶段和内容 1.1.工程建设三个主要环节工程建设三个主要环节 (1)(1)工程勘察：工程勘察：(2)(2)工程设计工程设计（建筑设计、（建筑设计、结构设计结构设计、设备设计）、设备设计）(3)(3)工程施工：工程施工：程序：先勘察后设计，先设计后施工程序：先勘察后设计，先设计后施工 2.2.建筑结构设计的三个阶段建筑结构设计的三个阶段 (1)(1)初步设计：初步设计：方案设计，提出多个设计方案，对关方案设计，提出多个设计方案，对关键问题提出解决措施键问题提出解决措施 (2)(2)技术设计：技术设计：结构平面、竖向布置，进行荷载效应结构平面、竖向布置，进行荷载效应分析，对特殊部分进行结构分析分析，对特殊部分进行结构分析 (3)(3)施工图设计：施工图设计：给出完整的结构平面图，给出配筋给出完整的结构平面图，给出配筋和构造图，给出施工说明提交设计图纸和构造图，给出施工说明提交设计图纸 10.1 10.1 建筑结构设计的一般原则建筑结构设计的一般原则 10.1.3 10.1.3 建筑结构设计的一般原则建筑结构设计的一般原则 1.1.一般原则一般原则 安全、适用、耐久和经济合理。安全、适用、耐久和经济合理。三性：三性：安全性：安全性：正常情况下能够承受可能会出现的作用正常情况下能够承受可能会出现的作用适用性：适用性：具有良好的工作性能，不能出现过大裂缝、变形具有良好的工作性能，不能出现过大裂缝、变形耐久性：耐久性：在规定的年限内，不能失效在规定的年限内，不能失效考虑：功能要求与经济性之间的均衡（考虑：功能要求与经济性之间的均衡（在保证结构可靠的前提下，在保证结构可靠的前提下，设计出经济的、技术先进的、施工方便的结构设计出经济的、技术先进的、施工方便的结构）二二.具体结构设计原则具体结构设计原则1 1、把建筑场地的水文、地质资料作为设计的依据、把建筑场地的水文、地质资料作为设计的依据2 2、把国家、地方和行业的现行设计法规、标准、把国家、地方和行业的现行设计法规、标准、规范和规程作为设计依据，遵守有关规定，特规范和规程作为设计依据，遵守有关规定，特别是别是“强制性条文强制性条文”的规定的规定3 3、采用高性能的结构材料、先进的科学技术、先、采用高性能的结构材料、先进的科学技术、先进的设计计算方法和施工方法进的设计计算方法和施工方法4 4、结合工程的具体情况，尽可能采用并正确选择、结合工程的具体情况，尽可能采用并正确选择标准图标准图5 5、宜有利于建筑工业化和装配式整体结构、宜有利于建筑工业化和装配式整体结构6 6、与其他工种的设计相互协调、与其他工种的设计相互协调 10.2 10.2 建筑结构荷载建筑结构荷载 10.2.1 10.2.1 结构上的作用、作用效应结构上的作用、作用效应 1.1.结构上的作用结构上的作用 使结构产生内力或变形的原因称为使结构产生内力或变形的原因称为“作用作用”，分直接作，分直接作用和间接作用两种。用和间接作用两种。(1)(1)直接作用：直接作用：荷载荷载 (2)(2)间接作用：间接作用：混凝土的收缩、温度变化、基础的差异混凝土的收缩、温度变化、基础的差异沉降、地震等。间接作用不仅与外界因素有关，还与结构沉降、地震等。间接作用不仅与外界因素有关，还与结构本自身的特性有关。例如，地震对结构物的作用，不仅与本自身的特性有关。例如，地震对结构物的作用，不仅与地震加速度有关，还与结构自身的动力特性有关，所以不地震加速度有关，还与结构自身的动力特性有关，所以不能把地震作用称为能把地震作用称为“地震荷载地震荷载”。2.2.作用效应作用效应S S 结构上的作用使结构产生的内力结构上的作用使结构产生的内力（如弯矩、剪力、轴向如弯矩、剪力、轴向力、扭矩等）、变形、裂缝等统称为作用效应或荷载效应。力、扭矩等）、变形、裂缝等统称为作用效应或荷载效应。荷载与荷载效应之间通常按某种关系相联系。荷载与荷载效应之间通常按某种关系相联系。按作用时间的长短和性质，荷载可分为三类：按作用时间的长短和性质，荷载可分为三类：1)1)永久荷载永久荷载 在结构设计使用期间，其值不随时间而在结构设计使用期间，其值不随时间而变化，或其变化与平均值相比可以忽略不计，或其变化是变化，或其变化与平均值相比可以忽略不计，或其变化是单调的并能趋于限值的荷载。例如，结构的自身重力、土单调的并能趋于限值的荷载。例如，结构的自身重力、土压力、预应力等荷载，永久荷载又称恒荷载。压力、预应力等荷载，永久荷载又称恒荷载。2)2)可变荷载可变荷载 在结构设计使用期内其值随时间而变化，在结构设计使用期内其值随时间而变化，其变化与平均值相比不可忽略的荷载。例如，楼面活荷载、其变化与平均值相比不可忽略的荷载。例如，楼面活荷载、吊车荷载、风荷载、雪荷载等，可变荷载又称活荷载。吊车荷载、风荷载、雪荷载等，可变荷载又称活荷载。3)3)偶然荷载偶然荷载 在结构设计使用期内不一定出现，一旦在结构设计使用期内不一定出现，一旦出现，其值很大且持续时间很短的荷载。例如，爆炸力、出现，其值很大且持续时间很短的荷载。例如，爆炸力、撞击力等。撞击力等。10.2.2 10.2.2 荷载的分类荷载的分类 按随空间位置的变异，荷载可分为二类：按随空间位置的变异，荷载可分为二类：1)1)固定荷载固定荷载 固定设备、水箱等固定设备、水箱等 2)2)移动荷载移动荷载 楼面上的人群荷载、吊车荷载、车辆荷楼面上的人群荷载、吊车荷载、车辆荷载等载等 按结构对荷载的反应性质，荷载可分为二类：按结构对荷载的反应性质，荷载可分为二类：1)1)静力荷载静力荷载 结构自重、楼面雪荷载等结构自重、楼面雪荷载等 2)2)动力荷载动力荷载 设备振动、吊车荷载、风荷载、车辆刹设备振动、吊车荷载、风荷载、车辆刹车、撞击力和爆炸力等车、撞击力和爆炸力等 建筑结构荷载规范建筑结构荷载规范设计基准期的规定设计基准期的规定确定可变荷载的标准值选用的时域一般是结构设计使用年限确定可变荷载的标准值选用的时域一般是结构设计使用年限5050年，作为设计基准期。年，作为设计基准期。10.2.2 10.2.2 荷载的分类荷载的分类荷载的标准值荷载的标准值荷载标准值是荷载的基本代表值。其他代表值乘以系数荷载标准值是荷载的基本代表值。其他代表值乘以系数对永久荷载采用标准值作为代表值对永久荷载采用标准值作为代表值可变荷载随时间具有变异性，设计时很难直接考虑其变可变荷载随时间具有变异性，设计时很难直接考虑其变异过程，这时可根据不同的设计要求以及不同的极限异过程，这时可根据不同的设计要求以及不同的极限状态和荷载效应组合的要求，规定不同的荷载代表值：状态和荷载效应组合的要求，规定不同的荷载代表值：标准值、组合值、频遇值和准永久值标准值、组合值、频遇值和准永久值10.2.3 10.2.3 荷载代表值荷载代表值建筑结构荷载规范建筑结构荷载规范给出了四种荷载代表值：给出了四种荷载代表值：标准值、组合值、频遇值和准永久值。标准值、组合值、频遇值和准永久值。可变荷载：可变荷载：标准值标准值在设计使用年限内最大荷载概率在设计使用年限内最大荷载概率分布按一定的保证率的某个分位值确定。分布按一定的保证率的某个分位值确定。组合值：两种可变荷载同时达到最大值的概率很小，组合值：两种可变荷载同时达到最大值的概率很小，两种荷载组合后的超越概率与单独作用时相应的两种荷载组合后的超越概率与单独作用时相应的概率趋于一致概率趋于一致准永久值：在设计基准期内，其超越时间为设计基准永久值：在设计基准期内，其超越时间为设计基准期的一半的荷载值（可认为由两部分组成）准期的一半的荷载值（可认为由两部分组成）频遇值：在设计基准期内，其超越总时间为规定较频遇值：在设计基准期内，其超越总时间为规定较小比率小比率荷载标准值荷载标准值是指在结构的使用期间可能出现的最大荷载值规范表规范表4.1.1（续）（续）10.2.4 10.2.4 竖向荷载竖向荷载1.楼、屋面的荷载：楼、屋面的荷载：竖向恒荷载竖向恒荷载和和竖向活荷载竖向活荷载两种类型两种类型竖向恒荷载竖向恒荷载:附加在结构上的恒荷载（自重）附加在结构上的恒荷载（自重）竖向活荷载：竖向活荷载：（1）民用建筑楼面均布活荷载（附录）民用建筑楼面均布活荷载（附录5）根据调查分析，考虑可能会出现的短期荷载，按等效均布根据调查分析，考虑可能会出现的短期荷载，按等效均布荷载方法给出一般各类民用建筑的楼面均布荷载标准值及荷载方法给出一般各类民用建筑的楼面均布荷载标准值及有关代表值系数。有关代表值系数。楼面活荷载大小和位置的改变，实际工程中，不可能同时楼面活荷载大小和位置的改变，实际工程中，不可能同时满布所有楼面，设计梁、柱和基础时应予以折减。满布所有楼面，设计梁、柱和基础时应予以折减。（2 2）工业建筑楼面活荷载）工业建筑楼面活荷载对工业建筑楼面产生的局部荷载可采用等效均布对工业建筑楼面产生的局部荷载可采用等效均布荷载处理荷载处理（建筑结构荷载规范附录（建筑结构荷载规范附录B B）进行确定）进行确定（3 3）屋面活荷载）屋面活荷载均布活荷载按照（表均布活荷载按照（表10-210-2）采用）采用2.2.雪荷载：雪荷载：屋面积雪分布系数屋面积雪分布系数基本雪压的规定：根据年最大雪压进行统基本雪压的规定：根据年最大雪压进行统计分析确定计分析确定建筑结构荷载规范附录建筑结构荷载规范附录D D10.2.5 10.2.5 风荷载风荷载风是空气流动产生的，遇到结构阻挡时，结构表面就产生风是空气流动产生的，遇到结构阻挡时，结构表面就产生风压，使结构产生变形和振动。风压，使结构产生变形和振动。1.风荷载的特点：风荷载的特点：u压力、吸力和横风向干扰力及其合力构成了建筑物上的压力、吸力和横风向干扰力及其合力构成了建筑物上的风荷载。风荷载。u风荷载是不均匀分布在结构物表面的，随建筑物体型、风荷载是不均匀分布在结构物表面的，随建筑物体型、面积和高度变化面积和高度变化2、风荷载包括：顺风向静力风荷载、顺风向脉动风荷载、风荷载包括：顺风向静力风荷载、顺风向脉动风荷载、垂直方向的横风向脉动风荷载。垂直方向的横风向脉动风荷载。2.2.风荷载的标准值：风荷载的标准值：wowo基本风压以当地空旷平坦地面上基本风压以当地空旷平坦地面上10m10m高处高处10min10