2极限状态设计法.ppt
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1、1,第二章 建筑结构的设计法,2,教学目标,1. 了解掌握荷载分类、荷载代表值的概念及种类; 2. 理解结构的功能及其极限状态的含义; 3. 能确定永久荷载、可变荷载的代表值。,重 点,1、荷载分类;荷载代表值; 2、结构的功能;结构功能的极限状态; 3、结构上的作用、作用效应和结构抗力。,难 点,结构上的作用、作用效应和结构抗力。,3,一、结构的功能要求 1.安全性 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)等的作用。 且在偶然事件(如地震、爆炸)发生时和发生后
2、,结构应能保持必要的整体稳定性,不致发生倒塌或连续破坏而造成生命财产的严重损失。 如(MMu),第一节 结构的极限状态,4,2.适用性 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。 如(f f ) 3.耐久性 结构在正常使用和正常维护条件下,应具有足够的耐久性。即在各种因素的影响下(混凝土碳化、钢筋锈蚀),结构的承载力和刚度不应随时间而有过大的降低,而导致结构在其预定使用期间内丧失安全性和适用性,降低使用寿命。 如(wmax wmax),5,1)设计基准期:荷载统计、材料性能取值的时间参数。
3、满足预定的结构功能的要求,是指在一定的时期内而言的。我国目前规定的是50年。 2)设计使用年限:(design reference period) 结构的设计使用年限是指设计规定的结构或结构构件不需进行大修即可按其预定目的使用的时期。,1)设计基准期:,设计使用年限分类,附:若建设单位提出更高的要求,也可以按建设单位要求确定。,6, 结构能够满足功能要求而良好地工作,则称结构是“可靠”的或“有效”的。反之,则结构为“不可靠”或“失效”。 区分结构“可靠”与“失效”的临界工作状态称为“极限状态”,二、结构的可靠性和安全等级,7,1.结构可靠性:,1.结构可靠性:是指结构在规定的时间内,在规定的条
4、件下,完成预定功能的能力,即安全性、适用性和耐久性。 结构可靠度:是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。用Ps表示。,结构不能完成预定功能,即Z0或RS的概率即为失效概率。用Pf表示。 Ps +Pf =1,8,建筑结构的安全等级:根据结构破坏可能产生的各种后果的严重程度划分安全等级。,9,定义:是指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,此特定状态称为该功能的极限状态。 建筑结构可靠度设计统一标准将结构的极限状态分为两类:,承载能力极限状态 正常使用极限状态,三、结构的极限状态:,10,一)承载能力极
5、限状态 :,定义:结构或结构构件达到最大承载能力或不适于继续承载的变形。,下列状态认为超过了承载力极限状态 : (1) 整个结构或结构的一部分作为刚体失去平衡; (2) 结构构件或其连接因超过材料强度而破坏(包括疲劳破坏); (3) 结构转变为机动体系; (4) 结构或构件丧失稳定; (5)由于材料的塑性或徐变变形过大,或由于截面开裂而引起过大的几何变形等,致使结构或结构不再能继续承载和使用。 (6)地基丧失承载力而破坏:液化,11,二)正常使用极限状态:,定义:结构或结构构件达到正常使用或耐久性能的某项规定限值。这一状态对应于适用性或耐久性的功能。 当结构或构件出现下列状态之一时,即认为超过
6、了正常使用极限状态 : (1) 影响正常使用或外观的变形; (2) 影响正常使用或耐久性能的局部损坏; (3) 影响正常使用的振动; (4) 影响正常使用的其它特定状态;,12,四、结构上的作用、作用效应及结构的抗力,1.结构上的作用使结构产生内力、变形、应力、应变的所有原因的总称。 1)按作用形式分:,永久作用,偶然作用,2)按时间的变异分:,直接作用,间接作用,可变作用,4)按结构反应特点分:,固定作用,可动作用,3)按空间位置分:,静态作用,动态作用,结构上的作用是随机变量,13,2.作用效应,作用效应由作用引起的结构或构件的反应。用S表示。 荷载效应:由直接作用产生的效应。 作用效应是
7、随机变量,14,1永久荷载的代表值 荷载标准值:将荷载视为随机变量,采用数理统计的方法加以处理而得到的具有一定概率的最大荷载值。 永久荷载标准值:即结构自重。例如结构自重、土压力、预应力等 。 对于常用材料的构件,单位体积的自重可由我国国家标准建筑结构荷载规范GB 500092011附录A查得。 例如, 素混凝土 2224kNm3 钢筋混凝土 2425kNm3 水泥砂浆 20kNm3 石灰砂浆 17kNm3 普通砖 19kNm3,(三)荷载的代表值:,15,(1)标准值 :是可变荷载的基本代表值。如楼面活荷载、屋面活荷载和积灰荷载、吊车荷载、风荷载、雪荷载等(Qk q。设计时可查用规范。 (2
8、)组合值:两种或两种以上可变荷载同时达到最大值的可能性较小,将它们的标准值乘以一个小于或等于1的荷载组合系数。这种将可变荷载标准值乘以荷载组合系数以后的数值,称为可变荷载的组合值。 (3)频遇值: 对可变荷载,在设计基准期内,其超越的总时间仅为设计基准期一小部分的作用值,或在设计基准期内其超越频率为某一给定频率的作用值,称为可变荷载的频遇值。 可变荷载频遇值Qf = Qk f(频遇值系数) (4)准永久值:可变荷载中在整个设计基准期内出现时间较长(可理解为总的持续时间不低于25年)的那部分荷载值,称为该可变荷载的准永久值。 可变荷载准永久值Qq = Qk q(准永久值系数),2可变荷载的代表值
9、,16,荷载分项系数的取值,17,民用建筑楼面 均布活荷载标准值及其组合值、频遇值和准永久值系数,18,19,20,荷载代表值总结,荷载代表值: 荷载的标准值 可变荷载的准永久值 可变荷载的频遇值 可变荷载的组合值 荷载的设计值,永久荷载的标准值 可变荷载的标准值,21,3.结构抗力,结构抗力结构或构件承受作用效应的能力,用R表示。 结构抗力均是随机变量 结构构件的材料强度: 材料强度的标准值 材料强度的设计值,材料强度的设计值= 材料强度标准值/材料强度分项系数 材料强度分项系数:对砼c=1.40;对于钢筋,s=1.10,22,(四)材料强度标准值、设计值和材料分项系数,(1)材料强度标准值
10、 具有不小于95的保证率的材料强度值称为材料强度标准值 (2)材料分项系数 混凝土材料分项系数为1.4,各类钢材的材料分项系数见下表,(3)材料强度设计值 材料强度设计值=材料强度标准值/材料分项系数,23,S R 失效,S荷载效应或作用效应,S = S(Q),结构力学的主要内容,R结构抗力,R = R(fc, fy, A, h0, As, ),本课程的主要内容,五、结构的功能函数和极限状态方程,24,对应的: Z=R-S0 时,结构处于可靠状态; Z=R-S=0时,结构达到极限状态; Z=R-S0时,结构处于失效(破坏)状态。 在结构设计中,不仅仅只考虑结构的承载能力,有时还要考虑结构的适用
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