建筑结构的设计标准和设计方法

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1、第 二 章 建 筑 结 构 的 设 计 标 准 和 设 计 方 法苏 州 科 技 学 院 土 木 工 程 学 院唐 兴 荣 博 士 教 授二 O一 二 年 元 月 主 要 内 容 第 一 节 设 计 基 准 期 和 设 计 使 用 年 限 第 二 节 结 构 的 功 能 要 求 、 作 用 和 抗 力 第 三 节 结 构 可 靠 度 理 论 和 极 限 状 态 设 计 法 第 四 节 结 构 构 件 设 计 的 一 般 内 容 第 一 节 设 计 基 准 期 和 设 计 使 用 年 限一 、 设 计 使 用 年 限 (design working life) 设 计 规 定 的 结 构 或 结

2、 构 构 件 不 需 进 行 大 修 即 可 按 其 预 期 目 的 使 用 的时 期 即 房 屋 结 构 在 正 常 设 计 、 正 常 施 工 、 正 常 使 用 和 正 常 维 护 下 所 应达 到 的 使 用 年 限 ， 如 达 不 到 这 个 年 限 则 意 味 着 在 设 计 、 施 工 、 使 用与 维 修 的 某 一 环 节 上 出 现 了 非 正 常 情 况 ， 应 查 找 原 因 GB500682001规 定 ： 结 构 设 计 使 用 年 限 分 类类 别 设 计 使 用 年 限 （ 年 ） 示 例1 5 临 时 性 结 构2 25 易 于 替 换 的 结 构 构 件 3

3、 50 普 通 房 屋 和 构 筑 物4 100 纪 念 性 建 筑 和 特 别 重 要 的 建 筑 结 构 二 、 设 计 基 准 期 (design reference period) 为 确 定 可 变 作 用 及 时 间 有 关 的 材 料 性 能 等 取 值 而 选 用 的 时 间 参 数 建 筑 结 构 荷 载 规 范 （ G B50009-2011） 所 采 用 的 设 计 基 准 期 为 50年 设 计 基 准 期 不 等 同 于 建 筑 结 构 的 设 计 使 用 年 限 。 但 对 于 普 通 房 屋 和构 筑 物 ， 设 计 使 用 年 限 和 设 计 基 准 期 均 为

4、 50年 。 第 二 节 结 构 的 功 能 要 求 、 作 用 和 抗 力一 、 结 构 的 功 能 要 求 结 构 在 规 定 的 设 计 使 用 年 限 内 应 满 足 下 列 功 能 要 求 ： 在 正 常 施 工 和 正 常 使 用 时 ， 能 承 受 可 能 出 现 的 各 种 作 用 在 正 常 使 用 时 具 有 良 好 的 工 作 性 能 在 正 常 维 护 下 具 有 足 够 的 耐 久 性 在 设 计 规 定 的 偶 然 事 件 发 生 时 及 发 生 后 ， 仍 能 保 持 必 要 的 整 体 稳 定 性 项 、 项 结 构 安 全 性 的 要 求 结 构 在 规 定

5、的 时 间 （ 设 计 使 用 年 限 ） 内 ， 在 规 定 的 条 件 下 （ 正 常 设 计 、 正 常 施工 、 正 常 使 用 ） ， 完 成 预 定 功 能 的 能 力 结 构 的 可 靠 性 ， 包 括 结 构 的 安 全 性 、适 用 性 和 耐 久 性 项 结 构 适 用 性 的 要 求 项 结 构 耐 久 性 的 要 求 二 、 作 用1、 “ 结 构 上 的 作 用 ” 的 定 义 施 加 在 结 构 上 的 集 中 或 分 布 荷 载 ， 以 及 引 起 结 构 外 加 变 形 或 约 束 变形 （ 地 震 、 基 础 沉 降 、 温 度 变 化 、 焊 接 等 ） 的

6、 原 因 的 总 称 action 施 加 在 结 构 上 的 集 中 或 分 布 荷 载 直 接 作 用 (direct action) 引 起 结 构 外 加 变 形 或 约 束 变 形 的 原 因 间 接 作 用 (indirect action) 2、 “ 结 构 上 的 作 用 ” 的 分 类 按 随 时 间 的 变 异 分 类 永 久 作 用 在 结 构 使 用 期 间 ， 其 值 不 随 时 间 而 变 化 ， 或 其 变 化 值 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 作 用 permanent action

7、【 例 如 】 结 构 自 重 ， 土 压 力 、 预 加 力 、 基 础 沉 降 、 焊 接 、 水 的 浮 力 、混 凝 土 收 缩 及 徐 变 作 用 等 可 变 作 用 在 结 构 使 用 期 间 ， 其 值 随 时 间 而 变 化 ， 且 其 变 化 值 与 平 均 值 相 比 不可 以 忽 略 不 计 的 作 用 variable action 【 例 如 】 安 装 荷 载 、 楼 面 活 荷 载 、 吊 车 荷 载 、 风 荷 载 、 雪 荷 载 、 温度 作 用 等 偶 然 作 用 在 结 构 使 用 期 间 ， 不 一 定 出 现 ， 但 一 旦 出 现 ， 其 量 值 很

8、 大 且 持 续时 间 较 短 的 作 用 accidental action【 例 如 】 地 震 作 用 （ 地 震 力 和 地 震 加 速 度 等 ） 、 爆 炸 、 船 舶 或 漂流 物 的 撞 击 作 用 、 汽 车 撞 击 作 用 等 按 随 空 间 位 置 的 变 异 分 类 固 定 作 用 在 结 构 空 间 位 置 上 具 有 固 定 的 分 布 fixed action 【 例 如 】 工 业 与 民 用 建 筑 楼 面 上 的 固 定 设 备 荷 载 、 结 构 构 件 自 重 等 可 动 作 用 在 结 构 空 间 位 置 上 的 一 定 范 围 内 可 以 任 意 分

9、 布 free action 【 例 如 】 工 业 与 民 用 建 筑 楼 面 上 的 人 员 荷 载 、 吊 车 荷 载 等 按 结 构 的 反 应 分 类 静 态 作 用 不 使 结 构 或 结 构 构 件 产 生 加 速 度 ， 或 产 生 的 加 速 度 可 以 忽 略 不 计 static action 【 例 如 】 结 构 自 重 、 住 宅 与 办 公 楼 的 楼 面 活 荷 载 等 动 态 作 用 使 结 构 或 结 构 构 件 产 生 不 可 忽 略 的 加 速 度 dynamic action 【 例 如 】 地 震 、 吊 车 荷 载 、 设 备 振 动 、 作 用

10、于 高 耸 结 构 上 的 风 荷 载 等 3、 荷 载 分 类 按 作 用 时 间 的 长 短 和 性 质 永 久 荷 载 (permanent load) 在 结 构 使 用 期 间 ， 其 值 不 随 时 间 而 变 化 ， 或 虽 有 变 化 ， 但 变 化 不 大 ， 且 其 变 化值 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 。 恒 载 (dead load) 【 例 如 】 结 构 自 重 ， 土 压 力 、 预 应 力 等 可 变 荷 载 (variable load) 在 结 构 使 用 期 间 ，

11、 其 值 随 时 间 而 变 化 ， 且 其 变 化 值 与 平 均 值 相 比 不 可 以 忽 略 不计 的 荷 载 。 活 载 (live load) 【 例 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 偶 然 荷 载 accidental load 在 结 构 使 用 期 间 不 一 定 出 现 ， 但 一 旦 出 现 ， 其 值 很 大 ， 作 用 时 间 则 较 短 的 荷 载 。 【 例 如 】 爆 炸 力 、 撞 击 力 等 三 、 作 用 效 应 （ effect of an action） 由

12、 作 用 引 起 的 结 构 或 结 构 构 件 的 反 应 （ 如 :内 力 、 变 形 和 裂 缝 等 ） ， 称为 作 用 效 应 由 荷 载 引 起 的 结 构 或 结 构 构 件 的 内 力 、 变 形 ， 称 为 荷 载 效 应ql81ql81M 222l ql21ql21V0 qEI384l5EI384ql5f 442l 跨 中 弯 矩支 座 剪 力跨 中 挠 度 qCS 作 用 效 应作 用 效 应 系 数 荷 载 作 用 效 应 可 根 据 材 料 力 学 或 结 构 力 学 的 方 法 计 算 作 用 效 应 =作 用 效 应 系 数 作 用 随 机 变 量作 用 效 应

13、系 数 与 结 构 或 构 件 的 支 承 情 形 、 跨 度 、 截 面 几 何 特 性 有 关 四 、 抗 力1、 “ 结 构 构 件 抗 力 ” 定 义 结 构 构 件 承 受 外 加 作 用 的 各 种 能 力 Resistance R2、 结 构 抗 力 层 次 整 体 结 构 抗 力 结 构 构 件 抗 力 构 件 截 面 抗 力 截 面 各 点 的 抗 力 3、 影 响 结 构 构 件 抗 力 的 因 素 材 料 性 能 f (material property) 结 构 构 件 的 各 种 物 理 力 学 性 能 - 强 度 、 弹 性 模 量 、 泊 松 比 等 几 何 参

14、数 a (geometrical parameter) 宽 度 、 有 效 高 度 、 面 积 、 面 积 矩 、 抵 抗 矩 、 惯 性 矩 等 ； 计 算 模 式 p (calculating model) R=f (f,a,p,.)“第 二 篇 混 凝 土 结 构 设 计 ” 中 介 绍 一 、 结 构 的 可 靠 度 定 义 结 构 在 规 定 的 时 间 （ 设 计 使 用 年 限 ） 内 ， 在 规 定 的 条 件 （ 正 常 设 计 、 正 常施 工 、 正 常 使 用 ） 下 ， 完 成 预 定 功 能 的 的 概 率 结 构 可 靠 性 的 概 率 度 量 结 构 可 靠 度

15、 是 以 正 常 设 计 、 正 常 施 工 、 正 常 使 用 为 条 件 的 ， 不 考 虑 人 为 过失 的 影 响 。 人 为 过 失 应 通 过 其 他 措 施 予 以 避 免 。第 三 节 结 构 可 靠 度 理 论 和 极 限 状 态 设 计 法 （ 1） 极 限 状 态 方 程 基 本 变 量 : 作 用 效 应 S、 结 构 抗 力 R 随 机 变 量 结 构 的 功 能 函 数 Z=g(R,S)=R-S 极 限 状 态 方 程 Z=g(R,S)=R-S= 0 SR Z=R-S= 0Z0可 靠 区 Z0具 有 相 当 大 的 概 率 或 Z0具 有 相 当 小 的 概 率 结

16、 构 完 成 预 定 功 能 的 概 率 P s=P (Z0) 可 靠 概 率 结 构 不 能 完 成 预 定 功 能 的 概 率 P f=P (Z0 ) 失 效 概 率 P s +P f =1 P f =1- P s 采 用 失 效 概 率 P f来 度 量 结 构 的 可 靠 度 22xe21xf 反 弯 点随 机 变 量 x概 率 密 度 f （ x）O=1标 准 正 态 分 布 曲 线 N(0 ,1)反 弯 点随 机 变 量 x概 率 密 度 f （ x）O 正 态 分 布 曲 线 N( , ) 22 2xe21xf O概 率 密 度 f （ Z） 随 机 变 量 Z= 2Z2 2ZZ

17、Z e21Zf 可 靠 概 率 、 失 效 概 率 和 可 靠 度 指 标fP fs P1P （ 3） 结 构 可 靠 指 标 若 R N(R , R)， S N(S , S) ， 且 R、 S 相 互 独 立 Z=R-S N(z , z) ， z = R - S ， 2z= 2R + 2S 失 效 概 率 dZedZZfZPP ZZZZf 22100 210 = z / z P f P s 结 构 可 靠 指 标 22 SR SRZZ P f =1- ( ) P s +P f =1 可 用 结 构 可 靠 指 标 来 度 量 结 构 的 可 靠 性 1 （ 4） 建 筑 结 构 的 安 全

18、等 级 结 构 破 坏 可 能 产 生 的 后 果 (危 及 人 的 生 命 、 造 成 经 济 损 失 、 产 生 社 会 影 响 等 )的 严 重 性 一 级 、 二 级 、 三 级 建 筑 物 中 各 类 结 构 构 件 的 安 全 等 级 ， 宜 与 整 个 结 构 的 安 全 等 级 相 同 。 对 其 中 部 分 结 构 构 件 的 安 全 等 级 可 进 行 调 整 ， 但 不 得 低 于 三 级 。安 全 等 级 破 坏 后 果 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 屋表 2-4 建 筑

19、结 构 的 安 全 等 级 （ G B50068) 确 定 考 虑 的 因 素 ： 公 众 心 理 =2.5 4.0 对 工 程 结 构 ， 在 设 计 基 准 期 内 ， Pf 510-3 结 构 较 安 全 Pf 510-4 结 构 安 全 Pf 510-5 结 构 很 安 全 结 构 重 要 性 结 构 的 安 全 等 级 （ 一 级 、 二 级 、 三 级 ） 结 构 破 坏 性 质 脆 性 结 构 的 应 高 于 延 性 结 构 的 延 性 破 坏 结 构 构 件 在 破 坏 前 有 明 显 的 变 形 或 其 他 预 兆 脆 性 破 坏 结 构 构 件 在 破 坏 前 无 明 显

20、的 变 形 或 其 他 预 兆 社 会 经 济 承 受 力 最 佳 平 衡 点 （ 5） 结 构 设 计 可 靠 指 标 结 构 可 靠 经 济 GB50068-2001 规 定 值 现 有 结 构 构 件 的 可 靠 度 分 析 （ 采 用 “ 校 准 法 ” ） ， 并 考 虑 使 用 经 验 和 经 济因 素 等 确 定 。 安 全 等 级 （ 一 级 、 二 级 、 三 级 ） 破 坏 类 型 （ 延 性 破 坏 、 脆 性 破 坏 ）破 坏 类 型 安 全 等 级一 级 二 级 三 级延 性 破 坏 3.7 3.2 2.7脆 性 破 坏 4.2 3.7 3.2表 2-5 结 构 构

21、件 承 载 力 极 限 状 态 的 可 靠 指 标 （ GB50068 ） 建 筑 结 构 设 计 统 一 标 准 （ GB50068） 以 建 筑 结 构 安 全 等 级 为 二 级 时延 性 破 坏 的 值 作 为 基 准 ， 其 他 情 况 下 相 应 增 减 0.5 可 靠 指 标 与 失 效 概 率 运 算 值 pf的 关 系 2.7 3.2 3.7 4.2pf 3.510-3 6.910-4 1.110-4 1.310-5 三 、 极 限 状 态 、 极 限 状 态 方 程 “ 极 限 状 态 (limit state)” 定 义 整 个 结 构 或 结 构 的 一 部 分 超 过

22、 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 结 构 的 极 限 状 态 结 构 失 效 的 临 界 状 态 “ 极 限 状 态 ” 分 类 承 载 能 力 极 限 状 态 正 常 使 用 极 限 状 态 承 载 能 力 极 限 状 态 结 构 或 结 构 构 件 达 到 最 大 承 载 力 或 不 适 于 继 续 承 载 的 变 形 承 载 能 力 极 限 状 态 标 志（ 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

23、连 接 因 超 过 材 料 强 度 而 破 坏 (包 括 疲 劳 破 坏 )， 或 因 过 度 变 形而 不 适 于 继 续 承 载（ 3） 结 构 转 变 为 机 动 机 构（ 4） 结 构 或 结 构 构 件 丧 失 稳 定 性 (5) 地 基 丧 失 承 载 力 而 破 坏 保 证 结 构 或 构 件 的 安 全 性 正 常 使 用 极 限 状 态 结 构 或 结 构 构 件 达 到 正 常 使 用 或 耐 久 性 的 某 项 规 定 限 值 正 常 使 用 极 限 状 态 标 志（ 1） 影 响 正 常 使 用 或 外 观 的 变 形（ 2） 影 响 正 常 使 用 或 耐 久 性 的

24、 局 部 破 坏 (包 括 裂 缝 )（ 3） 影 响 正 常 使 用 的 振 动（ 4） 影 响 正 常 使 用 的 其 它 特 定 状 态 （ 例 ： 渗 漏 、 腐 蚀 、 冻 害 等 ) 保 证 结 构 或 构 件 的 适 用 性 、 耐 久 性 结 构 的 三 种 设 计 状 态 （ 根 据 结 构 在 施 工 和 使 用 中 的 环 境 条 件 和 影 响 ）1、 持 久 状 况 在 结 构 使 用 过 程 中 一 定 出 现 ， 其 持 续 期 很 长 (一 般 与 设 计 使 用 年限 为 同 一 数 量 级 )的 状 况 。2、 短 暂 状 况 在 结 构 施 工 和 使 用

25、 过 程 中 出 现 概 率 较 大 ， 而 与 设 计 使 用 年 限 相比 ， 持 续 期 很 短 的 状 况 。 如 施 工 和 维 修 等 。3、 偶 然 状 况 在 结 构 使 用 过 程 中 出 现 概 率 很 小 ， 且 持 续 期 很 短 的 状 况 ， 如 火灾 、 爆 炸 、 撞 击 等 。 建 筑 结 构 的 三 种 设 计 状 况 应 分 别 进 行 承 载 力 极 限 状 态 设 计1、 对 三 种 状 况 ， 均 应 进 行 承 载 力 极 限 状 态 设 计 2、 对 持 久 状 况 ， 尚 应 进 行 正 常 使 用 极 限 状 态 设 计3、 对 短 暂 状

26、况 ， 可 根 据 需 要 进 行 正 常 使 用 极 限 状 态 设 计 四 、 规 范 设 计 表 达 式 （ 一 ） 承 载 能 力 设 计 表 达 式 结 构 重 要 性 系 数 0 S R 结 构 构 件 抗 力 设 计 值 作 用 效 应 组 合 设 计 值 结 构 重 要 性 系 数 0 对 安 全 等 级 为 一 级 或 设 计 使 用 年 限 为 100年 及 以 上 的 结 构 构 件 ， 不 应 小 于 1.1， 即 0 1.1 对 安 全 等 级 为 二 级 或 设 计 使 用 年 限 为 50年 的 结 构 构 件 ， 不 应 小 于 1.0， 即 0 1.0 对 安

27、 全 等 级 为 三 级 或 设 计 使 用 年 限 为 5年 的 结 构 构 件 ， 不 应 小 于 0.9， 即 0 0.9 考 虑 不 同 投 资 主 体 对 建 筑 结 构 可 靠 度 的 要 求 可 能 不 同 ， 允 许 0 1.1 、 1.0、 0.9 ni QikCiQikQQGkG SSSS 211 ni QikCiQiGkG SSS 1 结 构 抗 力 设 计 值 RR =R（ R ， f k， ak， .） = Rk / R 荷 载 效 应 组 合 设 计 值 S（ 1） 基 本 组 合由 可 变 荷 载 效 应 控 制 的 组 合由 永 久 荷 载 效 应 控 制 的

28、组 合 取 最 不 利 值注 意 当 对 SQi k 无 法 明 显 判 断 时 ， 轮 次 以 各 可 变 荷 载 效 应 为 SQ1 k ， 选 其 中 最 不 利 的荷 载 组 合 ； 当 考 虑 以 竖 向 的 永 久 荷 载 效 应 控 制 的 组 合 时 ， 参 与 组 合 的 可 变 荷 载 仅 限 于 竖向 荷 载 。 其 中 ， G 永 久 荷 载 分 项 系 数 Q可 变 荷 载 分 项 系 数 SG k 永 久 荷 载 效 应 标 准 值 ， SG k =CG Gk SQ k 可 变 荷 载 效 应 标 准 值 ， SQ k =CQ Qk Gk 永 久 荷 载 标 准 值

29、 Qk可 变 荷 载 标 准 值 ci第 i个 可 变 荷 载 的 组 合 系 数 承 载 能 力 极 限 状 态 设 计 表 达 式 ,.2110 , kkRni QikCiQikQQGkG afRSSS ,.10 , kkRni QikCiQiGkG afRSS 对 于 一 般 排 架 、 框 架 结 构 ， 基 本 组 合 可 采 用 简 化 规 则（ 1） 由 可 变 荷 载 效 应 控 制 的 组 合kQQGkG SSS 11 ni QikQiGkG SSS 1(2)由 永 久 荷 载 效 应 控 制 的 组 合 ni QikQiGkG SSS 1 取 最 不 利 值简 化 设 计

30、表 达 式 中 采 用 的 荷 载 组 合 系 数一 般 情 况 下 可 取 =0.90,当 只 有 一 个 可 变 荷 载 时 ， 取 =1.0 （ 二 ） 正 常 使 用 极 限 状 态 正 常 使 用 极 限 状 态 保 证 结 构 或 构 件 的 适 用 性 、 耐 久 性 允 许 其 出 现 的 概 率 高 于 承 载 能 力 极 限 状 态 采 用 荷 载 效 应 的 标 准 组 合 、 频 遇 组 合 和 准 永 久 组 合 S C C结 构 或 结 构 构 件 达 到 正 常 使 用 要 求 的 规 定 限 值 ， 例 如 变 形 f lim、 裂 缝 宽 度 w lim等 n

31、i QikCikQGk SSSS 21 频 遇 组 合荷 载 效 应 组 合 的 设 计 值 S ni QikqikQfGk SSSS 211 标 准 组 合 标 准 效 应 组 合 设 计 值 S ： 准 永 久 组 合荷 载 效 应 组 合 的 设 计 值 S ni QikqiGk SSS 1f1 SQ1 k在 频 遇 组 合 中 起 控 制 作 用 的 一 个 可 变 荷 载 频 遇 值 效 应qiSQi k 第 i个 可 变 荷 载 准 永 久 值 效 应 表 2-2 混 凝 土 结 构 的 环 境 类 别 （ G B50010-2010）环 境 类 别 条 件一 室 内 干 燥 环

32、境无 侵 蚀 性 静 水 浸 没 环 境二 a 室 内 潮 湿 环 境非 严 寒 和 非 寒 冷 地 区 的 露 天 环 境非 严 寒 和 非 寒 冷 地 区 与 无 侵 蚀 性 的 水 或 土 直 接 接 触 的 环 境严 寒 和 寒 冷 地 区 的 冰 冻 线 以 下 与 无 侵 蚀 性 得 水 或 土 壤 直 接 接 触 的 环 境二 b 干 湿 交 替 环 境水 位 频 繁 变 动 的 露 天 环 境严 寒 和 寒 冷 地 区 的 露 天 环 境严 寒 和 寒 冷 地 区 冰 冻 线 以 上 与 无 侵 蚀 性 的 水 或 土 壤 直 接 接 触 的 环 境三 a 严 寒 和 寒 冷

33、地 区 冬 季 水 位 变 动 区 的 环 境受 除 冰 盐 影 响 环 境 海 风 环 境三 b 盐 渍 土 环 境受 除 冰 盐 作 用 环 境海 岸 环 境四 海 水 环 境五 受 人 为 或 自 然 的 侵 蚀 性 物 质 影 响 的 环 境 表 2-6 结 构 构 件 的 裂 缝 控 制 等 级 及 最 大 裂 缝 宽 度 的 限 值 （ mm）环 境 类 别 钢 筋 混 凝 土 结 构 预 应 力 混 凝 土 结 构裂 缝 控 制 等 级 wlim 裂 缝 控 制 等 级 wlim一 三 级 0.30（ 0.40） 三 级 0.20二 a 0.20 0.10二 b 二 级 三 a、

34、 三 b 一 级 注 ： 1 对 处 于 年 平 均 相 对 湿 度 小 于 60%地 区 一 类 环 境 的 受 弯 构 件 ， 其 最 大 裂缝 宽 度 限 值 可 采 用 括 号 内 的 数 值 2 在 一 类 环 境 下 ， 对 钢 筋 混 凝 土 屋 架 、 托 架 及 需 作 疲 劳 验 算 的 吊 车 梁 ， 其 最 大 裂 缝 宽 度 限 值 应 取 0.20mm； 对 钢 筋 混 凝 土 屋 架 梁 和 托 梁 ， 其 最 大 裂 缝宽 度 限 值 应 取 为 0.30mm 3 对 于 处 于 四 、 五 类 环 境 下 的 结 构 构 件 ， 其 裂 缝 控 制 要 求 应

35、 符 合 专 门 标准 的 有 关 规 定 4 表 中 的 最 大 裂 缝 宽 度 限 值 为 用 于 验 算 荷 载 作 用 引 起 的 最 大 裂 缝 宽 度 。 表 2-7 受 弯 构 件 的 挠 度 限 制构 件 类 型 楼 盖 、 屋 盖 及 楼 梯 构 件 吊 车 梁l09m 手 动 吊 车 电 动 吊 车挠 度 限 值 l0/200(l0/250) l0/250(l0/300) l0/300(l0/400) l0/500 l0/600注 ： 1 表 中 l0为 构 件 的 计 算 跨 度 ； 计 算 悬 臂 构 件 的 挠 度 限 值 时 ， 其 计 算 跨 度 l0按实 际 悬

36、 臂 长 度 2倍 取 用 2 表 中 括 号 内 的 数 值 适 用 于 使 用 上 对 挠 度 有 较 高 要 求 的 构 件 3 构 件 制 作 的 起 拱 值 和 预 加 力 所 产 生 的 反 拱 值 ， 不 宜 超 过 构 件 在 相 应 荷 载 组 合 作 用 下 的 计 算 挠 度 值 (三 ) 设 计 表 达 式 中 各 分 项 系 数 确 定1、 荷 载 分 项 系 数 （ G 、 Q ） 确 定 以 恒 载 +一 个 可 变 荷 载 的 简 单 情 况 确 定 S *G +S *Q=R * G S G k+ Q S Qk=R k/ R (S *G 、 S *Q 、 R *

37、)可 靠 度 指 标 及 各 基 本 变 量 平 均 值 、 均 方 差 有 关 。 G 、 Q 及 R值 ， 则 按 极 限 状 态 设 计 达 设 计 所 得 的 结 构 构 件 的 可 靠 度 指 标 与 目 标 可 靠 指 标 不 一 致 。 当 - 达 最 小 时 ， G 、 Q 即 为 所 求 。 永 久 荷 载 分 项 系 数 G （ 1） 当 其 效 应 对 结 构 不 利 时 G =1.2（ 由 可 变 荷 载 效 应 控 制 的 组 合 ） G =1.35（ 由 永 久 荷 载 效 应 控 制 的 组 合 ）（ 2） 当 其 效 应 对 结 构 有 利 时 G =1.0（

38、一 般 情 况 下 ） G =0.9（ 结 构 的 倾 覆 、 滑 移 或 漂 浮 验 算 ） 可 变 荷 载 分 项 系 数 Q Q =1.4（ 一 般 情 况 下 ） Q =1.3（ 标 准 值 大 于 4kN/m2的 工 业 房 屋 楼 面 结 构 的 活 荷 载 ) 2、 抗 力 分 项 系 数 R的 确 定按 规 定 的 目 标 可 靠 指 标 进 行 设 计 时 ， 最 优 的 抗 力 分 项 系 数 R ： 2S SRkR=S Qk/SG k=0.1、 0.25、 0.5、 1.0、 2.0S = G SG k + Q SQkR*k某 一 值 和 目 标 可 靠 指 标 下 ，

39、按 概 率 法 确 定 的 结 构 构 件 抗 力 标 准 值 3、 荷 载 组 合 值 系 数 c 的 确 定 设 计 中 G 、 Q 按 最 简 单 组 合 确 定 ， 当 结 构 承 受 两 种 或 两 种 以 上 可 变 荷 载 时 ， G 、 Q 不 变 ， 引 入 组 合 系 数 c对 可 变 荷 载 标 准 值 进 行 折 减 ， 使 计 算 得 到的 1与 按 简 单 组 合 情 况 下 可 靠 度 指 标 具 有 最 佳 一 致 性 G B50068 c取 值 c =0.6 （ 风 荷 载 ） c =0.7 （ 其 他 可 变 荷 载 ） 任 何 情 况 下 c f （ 频

40、遇 值 系 数 ） 第 四 节 结 构 构 件 设 计 的 一 般 内 容一 、 结 构 设 计 的 主 要 内 容 建 筑 设 计 主 要 是 建 筑 物 的 建 筑 功 能 与 造 型 设 计 结 构 设 计 主 要 是 考 虑 选 择 什 么 材 料 ， 采 用 什 么 型 式 的 构 件 才 能 安 全 可 靠 、经 济 合 理 、 技 术 先 进 地 组 建 这 幢 建 筑 。 实 质 上 ， 结 构 设 计 是 针 对 作 用 于结 构 或 构 件 上 的 各 种 荷 载 及 这 些 荷 载 所 产 生 的 效 应 ， 使 建 筑 物 在 施 工 与使 用 期 间 处 于 安 全

41、可 靠 状 态 ， 确 保 建 筑 物 的 正 常 使 用 。二 、 结 构 设 计 的 基 本 步 骤 结 构 选 型 结 构 布 置 结 构 或 构 件 计 算 单 个 构 件 的 设 计 计 算 绘 制 结 构 施 工 图 结 构 选 型 （ 见 第 一 章 内 容 ） 结 构 选 型 的 原 则 依 据 建 筑 物 的 使 用 特 点 ， 结 合 当 地 建 筑 材 料 供 应 ， 工 业 废 料 的 利 用 情 况 ，当 地 的 施 工 条 件 和 具 体 工 程 地 质 条 件 等 因 素 ， 经 过 细 致 的 分 析 比 较 ， 遵 照使 用 、 经 济 、 合 理 的 原 则

42、 选 定 。 结 构 布 置 建 筑 物 结 构 构 件 的 类 型 、 数 量 、 位 置 ， 布 置 在 结 构 平 面 图 上 ， 形 成 结 构 布置 图 。 建 筑 物 结 构 构 件 包 括 ： 屋 盖 、 楼 盖 、 墙 、 柱 、 基 础 等 主 要 结 构 构 件 ， 以 及根 据 房 屋 的 需 要 设 置 门 窗 过 梁 、 雨 篷 、 阳 台 、 楼 梯 、 圈 梁 、 构 造 柱 等 结 构构 件 。 结 构 布 置 图 的 作 用 ：（ 1） 检 查 、 比 较 结 构 构 件 的 传 力 路 径 是 否 合 理 ；（ 2） 尽 量 减 小 各 结 构 构 件 的

43、跨 度 ， 以 节 约 用 料 ， 降 低 工 程 造 价 ；（ 3） 可 以 统 计 工 程 所 需 的 结 构 构 件 的 种 类 、 数 量 ， 区 分 哪 些 构 件 可 以 选 用 定 型 构 件 ， 哪 些 需 要 特 殊 设 计 ；（ 4） 可 以 明 确 哪 些 需 要 作 特 殊 设 计 的 构 件 种 类 ， 轴 线 位 置 ， 承 受 荷 载 的 型 式 、大 小 ， 为 今 后 单 个 构 件 的 设 计 提 供 计 算 简 图 的 资 料 ；（ 5） 可 以 根 据 具 体 情 况 反 映 建 筑 物 中 各 种 结 构 变 形 缝 （ 伸 缩 缝 、 沉 降 缝 、

44、 抗震 缝 ） 的 位 置 。 结 构 或 构 件 计 算 （ 计 算 简 图 确 定 ） 计 算 简 图 必 须 满 足 两 个 基 本 要 求 ：（ 1） 能 正 确 反 映 结 构 构 件 的 实 际 工 作 情 况 ；（ 2） 便 于 计 算 分 析 。 计 算 简 图 内 容（ 1） 结 构 的 型 式 （ 单 跨 、 多 跨 、 铰 支 、 固 定 、 刚 架 、 框 架 、 供 、 桁 架 等 ）（ 2） 计 算 跨 度 （ 单 跨 、 多 跨 、 不 等 跨 等 ）（ 3） 荷 载 作 用 形 式 、 位 置 、 大 小 计 算 简 图 的 简 化 步 骤 （ 1） 构 件 简

45、 化 ；（ 2） 支 座 的 简 化 与 计 算 跨 度 ；（ 3） 荷 载 简 化 与 荷 载 计 算 （ 1） 构 件 简 化 单 个 构 件 的 简 化 一 般 都 用 构 件 的 纵 向 轴 线 来 表 示 梁 、 板 、 柱 及 墙 等 构 件 纵 轴 线 为 直 线 ， 在 计 算 简 图 中 就 用 相 应 的 直 线 来 表 示 ； 曲 梁 、 拱 等 构 件 的 纵 轴 线 为 曲 线 ， 在 计 算 简 图 中 则 用 相 应 的 曲 线 来 表 示 21 1 2构 件 简 化 组 合 构 件 或 构 件 整 体 （ 由 单 个 构 件 连 接 ） 的 简 化将 其 内 部

46、 的 单 个 构 件 用 纵 轴 线 表 示 ， 其 内 部 各 构 件 之 间 的 连 接 （ 铰 接 点 、刚 节 点 ） 进 行 简 化 D (c) BBC CC(b)(a)CAB AB D 钢 筋 混 凝 土 三 铰 刚 架 的 节 点 （ 2） 支 座 的 简 化 与 计 算 跨 度 支 座 简 化 （ 可 动 铰 支 座 、 不 动 铰 支 座 和 固 定 支 座 ） 凡 能 阻 止 构 件 支 承 端 产 生 竖 向 移 动 ， 但 不 能 阻 止 构 件 自 由 转 动 和 左 右 移动 的 支 座 称 为 可 动 铰 支 座 ， 又 称 辊 轴 支 座 （ 图 ） 。 (a)

47、 (b) (c) (d)可 动 铰 支 座凡 能 阻 止 构 件 支 承 端 产 生 竖 向 移 动 和 左 右 移 动 ， 但 不 能 阻 止 构 件 发 生 转动 的 支 座 称 为 不 动 铰 支 座 ， 又 称 固 定 铰 支 座 （ 图 ） 。 (a) (b) (c) (d)不 可 动 铰 支 座 1 2 3 32 1 柱 柱 内 钢 筋梁 受 力 筋 柱架 立 筋板 构 造 筋 梁板 梁梁板 圈 梁梁 砖 墙 (柱 )构 造 筋 砖 墙 (柱 )砖 墙 (柱 )梁 (板 ) 常 见 铰 支 座 的 构 造 形 式 既 能 阻 止 构 件 支 承 端 产 生 竖 向 移 动 和 左

48、右 移 动 ， 又 能 阻 止 构 件 发 生 转 动 的 支座 称 为 固 定 支 座 （ 图 ）受 力 筋 雨 蓬 板 过 梁梁 柱嵌 固 长 度梁 杯 口 基 础填 细 石 混 凝 土 预 制 柱现 浇 柱基 础受 力 筋 次 梁主 梁现 浇 梁 现 浇 板 常 见 固 定 支 座 的 构 造 形 式 (a) (b) (c) (d)固 定 支 座 应 特 别 注 意 ： 当 采 用 不 同 的 配 筋 措 施 时 ， 将 出 现 不 同 的 支 承 条 件 。 不 同 的 支 承 条 件 将 得出 不 同 的 结 构 计 算 简 图 ， 构 件 的 内 力 也 将 完 全 不 同 。 计

49、 算 跨 度 计 算 跨 度 的 取 值 =支 座 反 力 作 用 点 间 的 距 离 梁 取 22梁 取 0.025 0 n1梁 取 0.025 2 DCBA 板 取 0 20板 取 0.0522h板 取 01 02 03 h梁 或 板砖 墙 (柱 ) 砖 墙 (柱 ) 梁 柱梁n1 n3n2l l ll l llll1 2 3a a1 a2 a2a a1a a1 a2 a2/2 梁 、 板 的 计 算 跨 度 （ 3） 荷 载 简 化 与 荷 载 计 算 荷 载 简 化 荷 载 简 图 的 形 式 ： 通 常 有 线 荷 载 （ 均 布 荷 载 、 三 角 形 荷 载 和 梯 形 荷 载

50、） 、 集 中 荷 载和 力 偶 F F FFF qqqq(a)(e) (f)(b) (c) (g) (d) 荷 载 简 图 荷 载 计 算 各 类 荷 载 按 建 筑 结 构 荷 载 规 范 （ G B50009-2011） 的 规 定 取 用 。 应 注 意 ：（ 1） 荷 载 代 表 值 设 计 中 用 以 验 证 极 限 状 态 所 采 用 的 荷 载 值 ， 包 括 标 准 值 、 组 合值 、 频 遇 值 和 准 永 久 值（ 2） 荷 载 标 准 值 恒 载 标 准 值 Gk=结 构 设 计 规 定 的 尺 寸 和 材 料 或 结 构 构 件 单 位 体 积 的 自 重 （ P3

51、0 表 2-8常 用 材 料 和 构 件 的 自 重 应 记 住 ） 可 变 荷 载 标 准 值 Q k = 建 筑 结 构 荷 载 规 范 （ G B50009-2011） 的 规 定 取 用 （ P31 表 2-9 主 要 民 用 建 筑 楼 面 均 布 活 荷 载 标 准 值 及 相 关 系 数 应 记 住 ） P31 表 2-10 屋 面 均 布 活 荷 载 应 记 住 ） （ 屋 面 均 布 活 荷 载 +雪 荷 载 ） max+屋 面 积 灰 荷 载（ 3） 荷 载 设 计 值 荷 载 设 计 值 =荷 载 分 项 系 数 荷 载 标 准 值 永 久 荷 载 设 计 值 G = 永

52、 久 荷 载 分 项 系 数 gG 永 久 荷 载 （ 恒 载 ） 标 准 值 Gk 可 变 荷 载 荷 载 设 计 值 Q= 可 变 荷 载 分 项 系 数 g Q 可 变 荷 载 标 准 值 Qk （ 4） 荷 载 组 合 值 （ 当 承 受 2个 可 变 荷 载 时 ） 考 虑 施 加 在 结 构 上 的 各 种 可 变 荷 载 不 可 能 同 时 达 到 各 自 的 最 大 值 确 定 原 则 ： 要 求 结 构 在 单 一 可 变 荷 载 作 用 下 的 可 靠 度 与 在 两 个 及 其以 上 可 变 荷 载 作 用 下 的 可 靠 度 保 持 一 致 c Qk 可 变 荷 载 组

53、 合 值（ 5） 荷 载 频 遇 值 设 计 基 准 期 内 荷 载 达 到 和 超 过 该 值 的 总 持 续 时 间 Tq=ti与 整 个 设 计 基准 期 T之 比 小 于 0.1确 定 。 即 T q /T0.1 f Qk 可 变 荷 载 频 遇 值 c 荷 载 组 合 值 系 数 (见 G B50009表 4.1.1、 表 4.3.1) f 荷 载 频 遇 值 系 数 (见 G B50009表 4.1.1、 表 4.3.1) 单 个 构 件 的 设 计 计 算 根 据 结 构 计 算 简 图 可 采 用 材 料 力 学 或 结 构 力 学 方 法 计 算 构 件 各 截 面 内 力

54、（ 三种 内 力 、 一 种 变 形 ） ， 进 行 单 个 构 件 的 截 面 和 节 点 设 计 。 三 种 内 力 、 一 种 变 形 荷 载 作 用 于 构 件 轴 线 上 构 件 产 生 弯 矩 （ M） 和 剪 力 （ V） 荷 载 不 作 用 于 构 件 轴 线 上 构 件 产 生 弯 矩 （ M） 、 剪 力 （ V） 和 扭 矩 （ T） 挠 曲 变 形 弯 矩 （ M） 产 生 的 弯 曲 变 形 和 剪 力 （ V） 产 生 的 剪 切 变 形 叠 加 构 件 截 面 设 计 最 大 弯 矩 Mmax受 弯 构 件 （ 当 有 轴 向 力 N作 用 时 ， 按 偏 心 受

55、 拉 （ 压 ） 构 件计 算 ） 最 大 剪 力 Vmax抗 剪 承 载 力 计 算 扭 矩 Tmax抗 扭 承 载 力 计 算 绘 制 结 构 施 工 图 结 构 施 工 图 ： 下 部 结 构 （ 基 础 图 ） +上 部 结 构 （ 平 面 布 置 图 和 构 件 配 筋 详 图 ） 思 考 题1、 什 么 叫 设 计 基 准 期 、 设 计 使 用 年 限 ？ 它 们 有 何 区 别 和 联 系 ？2、 结 构 构 件 的 预 定 功 能 要 求 有 哪 些 ？3、 什 么 叫 作 用 、 作 用 效 应 、 结 构 抗 力 ？ 它 们 有 什 么 联 系 ？4、 什 么 是 结 构 的 可 靠 度 ？ 如 何 衡 量 结 构 可 靠 度 ？5、 何 谓 极 限 状 态 ？ 极 限 状 态 如 何 划 分 ？ 各 类 极 限 状 态 的 标 志 是 什 么 ？6、 什 么 时 荷 载 标 准 值 、 荷 载 设 计 值 、 荷 载 组 合 值 、 荷 载 准 永 久 值 、 荷 载频 遇 值 ？ 它 们 之 间 有 什 么 联 系 ？ 7、 判 断 选 择 题 （ 2-92-21）