文档介绍：建筑结构设计基本原理
1. 建筑物结构的荷载
2. 极限状态设计法
建筑结构设计基本原理
建筑物结构的荷载
作用(S)(或荷载)
作用效应
施加在结构上的集中力或分布力,称为作用——直接作用
引起结构外加变形或约束变形的原因——间接作用
——由作用引起的结构或构件的反应
结构抗力(R)
——结构或结构构件承受效应的能力
q
V
M
基本概念
——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荷载。也称恒荷载或恒载。比如结构自重或土压力等。
——在结构使用期间,其值随时间变化,或其变化与平均值相比不可以忽略不计的荷载。也称活荷载或活载。比如楼面活载、屋面活载、雪荷载、风荷载、吊车荷载等。
——在结构使用期间不一定出现,而一旦出现,其量值很大而持续时间较短的荷载。比如爆炸力、撞击力等。
永久荷载
可变荷载
偶然荷载
荷载分类
按时间变异分类
按空间变异分类
固定荷载——在结构空间位置上具有固定的分布;
可动荷载——在结构空间位置一定范围内可以任意分布。
静态荷载——对结构不产生动力效应,或小的可以忽略;
动态荷载——对结构产生动力效应,且不可以忽略。
按照结构的反应分类
——结构计算时,需根据不同的设计要求采用不同的荷载数值。
——荷载基本代表值。指在结构使用期间,在正常情况下出现具有一定保证率的最大荷载。
——当结构同时承受两种或两种以上可变荷载时,除主导荷载(产生荷载效应最大的荷载)取标准值,其他伴随荷载取小于其标准值的组合值为代表值。
——在设计基准期内经常作用在结构上的可变荷载。
——作用于结构上时而出现,持续时间较短的较大可变荷载。
荷载标准值
可变荷载组合值
可变荷载准永久值
可变荷载频遇值
荷载的代表值
恒荷载
按构件或材料单位体积(或单位面积)自重平均值确定。见P11 表2-1。
楼面及屋面活荷载
民用建筑楼面活载见《规范》。对多、高层,荷载满布且达到最大值可能性很小,应适当折减。
屋面均布活载分“上人”和“不上人”两类。
雪荷载
——基本雪压。见《规范》
——雪荷载标准值
——屋面积雪分布系数,即基本雪压换算为屋面水平投影面上的雪荷载的换算系数。
风荷载
——风荷载标准值
——基本风压,见《规范》
——风压高度变化系数
——风荷载体型系数,+为压力,-为吸力
——高度z处风振系数
屋面均布活载不与雪荷载同时考虑,设计时取其中较大值。
极限状态设计法
结构功能要求
在设计基准期(一般50年,也有100和25年)内,满足功能要求,即安全性(S<R),适用性,耐久性。
安全性:满足特定的与建筑物功能相适应的承载力极限状态
适用性:保证结构在日常使用中满足要求
耐久性:保证结构的承载力的持续时间与环境适应度
功能函数:Z=R-S=g(X1,X2,X3….Xn)
结果分析
Z=R-S>0:
Z=R-S<0:
Z=R-S=0:
处于可靠状态;
处于不可靠状态,即失效;
处于极限状态,此方程称极限状态方程
结构可靠度理论
——在规定的时间内(一般为50年),在规定的条件下(正常设计、正常施工和正常使用),完成预定功能的概率,称为结构的可靠度,即可靠概率。以Ps表示
安全性、适用性、耐久性
结构的可靠度
失效概率
强度/荷载值
出现概率
γ0[S]
μS
σS
σS
[R]
μR
σR
σR
失效
可靠
——结构不能完成预定功能的概率,以Pf表示。
建筑物的重要度与基准期
我国将建筑物的重要程度分为三级,不同级别在计算中取不同的重要度系数γ0 :
一级,破坏后果极其严重,属于重要的建筑物;γ0 =
二级,破坏后果比较严重,属于一般的建筑物;γ0 =
三级,破坏后果相对不严重,属于比较次要的建筑物。γ0 =
结构的设计基准期
,即在基准期内,结构的可靠度指标完全满足设计要求;
;
,并非意味着结构的失效,而是其可靠度有所降低,因此基准期不能等同于建筑物的使用寿命;
,特殊建筑物可以除外;
极限状态
——结构或构件达到正常使用或耐久性能的某项规定限值。如过大变形、开裂、振动等。
——结构或构件达到最大承载力或产生不适于继续承载的变形。如倾覆、疲劳破坏、压屈等。
正常使用极限状态
承载能力极限状态
我国结构设计是以概率理论为基础的极限状态设