文档介绍：◆工程结构的设计需要保证安全可靠、经济合理
◆由于实际工程结构中存在多种不确定性
◆结构设计方法就是研究工程设计中的各种不确定性问题,取得安全可靠与经济合理之间的均衡
第2章混凝土结构设计方法
结构上的作用、作用效应及结构抗力
结构上的作用:施加在结构上的集中力或分布力,以及引起结构外加变形或约束变形的各种因素(如地震、基础差异沉降、温度变化、混凝土收缩等)
直接作用: (以力的形式作用在结构上)荷载;
分类:
间接作用: (以变形的形式作用在结构上)温度、收缩、徐变、地基不均匀沉降于结构、地震等。
结构可靠度
结构可靠度
结构上的作用按随时间的变化,分为三类:
永久作用:在结构使用期间,其值不随时间变化,或者变化与平均值相比可以忽略不计,或者变化是单调的并能趋于限值的作用,如自重、土压力、预应力等;通常称为永久荷载或恒荷载
可变作用:在结构使用期间,其值随时间变化且变化与平均值相比不可忽略的作用,如楼面和屋面活载、风荷载、雪荷载、吊车荷载、车辆荷载等;如果是直接作用,通常可称为可变荷载(活荷载)
偶然作用:结构使用期间不一定出现,一旦出现,其量值很大且持续时间很短的作用,如地震、爆炸力,撞击等。这种作用多为间接作用,若为直接作用,可称为偶然荷载。
结构可靠度
S 直接作用或间接作用在结构构件上,由此在结构内产生内力和变形(如轴力N、剪力V、弯矩M、扭矩T及挠度f、裂缝ω等),称为作用效应。当为荷载时,其效应也称为荷载效应,用S表示
2. 结构抗力 R
整个结构或结构构件承受作用效应(内力和变形)的能力,如构件的受弯承载力Mu、受剪承载力Vu、容许挠度[f]、容许裂缝宽度[ω]等
设计基准期: 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称为设计基准期。《统一标准》为50年
结构可靠度
R ≥ S
结构的预定功能及结构可靠度
◎结构在预定的使用期间内(一般为50年),应能承受在正常施工、正常使用情况下可能出现的各种作用,如荷载、外加变形(如超静定结构的支座不均匀沉降)、约束变形(如温度和收缩变形受到约束时)。
◎结构在正常使用期间,具有良好的工作性能。如不发生影响正常使用的过大的变形(挠度、侧移)、振动(频率、振幅),或产生让使用者感到不安的过大的裂缝宽度。
结构可靠度
《统一标准》明确规定了结构在规定的设计使用年限内应满足下列功能要求:
结构的可靠性
■可靠性——安全性、适用性和耐久性的总称
就是指结构在规定的使用期限内(design life=50年),在规定的条件下(正常设计、正常施工、正常使用和维护),完成预定结构功能的能力。
可靠度——指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,即结构可靠度是结构可靠性的概率度量。
■结构可靠性越高,建设造价投资越大。
■如何在结构可靠与经济之间取得均衡,就是设计方法要解决的问题。
结构可靠度
■显然这种可靠与经济的均衡受到多方面的影响,如国家经济实力、设计工作寿命、维护和修复等。
■规范规定的设计方法,是这种均衡的最低限度,也是国家法律。
■设计人员可以根据具体工程的重要程度、使用环境和情况,以及业主的要求,提高设计水准,增加结构的可靠度。
■经济的概念不仅包括第一次建设费用,还应考虑维修,损失及修复的费用,乃至可能对社会和经济所造成的影响
结构可靠度
结构的设计使用年限
类别
结构类型
结构的设计使用年限(年)
1
临时性结构
5
2
易于替换的结构构件
25
3
普通房屋和构筑物
50
4
纪念性建筑和特别重要建筑
100
结构的安全等级
按结构的重要性划分
一级:重要建筑
二级:一般建筑
三级:次要建筑
荷载和材料强度
荷载和材料强度
荷载标准值的确定
1、荷载的统计特性
★永久荷载G
永久荷载是根据构件的体积和材料重力密度确定的。永久荷载这一随机变量符合正态分布。
★可变荷载Q
建筑结构的楼面活荷载、风荷载和雪荷载等属于可变荷载,。可认为是极值Ⅰ型分布