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 目 录 结 构 上 的 作 用 、 作 用 效 应 及 结 构 抗 力 和功 能 函 数3 结 构 的 功 能 要 求 和 极 限 状 态32 设 计 基 准 周 期 和 设 计 使 用 年 限31 极 限 状 态 设 计 表 达 式34 建 筑 结 构 设 计 的 基 本 内 容35 2.1设 计 基 准 周 期 和 设 计 使 用 年 限 设 计 基 准 周 期 结 构 设 计 所 采 用 的 荷 载 统 计 参 数 、 与 时 间 有 关 的 材 料 性 能 取值 ， 都 需 要 选 定 一 个 时 间 参 数 ， 它 就

2、 是 设 计 基 准 周 期 。 1.结 构 保 证 其 设 计 可 靠 度 指 标 的 时 间 期 限 称 为 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 ；2.设 计 基 准 期 是 测 算 最 大 荷 载 重 现 期 的 基 本 期 限 ；3.在 超 过 设 计 基 准 期 后 ， 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 ；4.我 国 对 于 多 数 建 筑 物 的 设 计 基 准 期 均 为 50年

3、， 特 殊 建 筑 物可 以 除 外 ； 2.1设 计 基 准 周 期 和 设 计 使 用 年 限设 计 使 用 年 限 设 计 使 用 年 限 是 设 计 规 定 的 一 个 时 期 。类 别 1 2 3 4设 计 使 用 年 限 5 25 50 100示 例 临 时 性 建 筑 易 于 替 换 的 结构 构 件 普 通 房 屋 和 构筑 物 纪 念 性 建 筑 和特 别 重 要 建 筑 2.2结 构 的 功 能 要 求 和 极 限 状 态结 构 的 安 全 等 级规 范 根 据 建 筑 结 构 的 重 要 性 ， 规 模 大 小 ， 破 坏 后 果 严 重 程 度 而将 建 筑 物 划 分

4、 3个 设 计 等 级 ， 如 表 所 示 。安 全 等 级 破 坏 后 果 的 影 响程 度 建 筑 物 的 类 型一 级 很 严 重 重 要 的 建 筑 物二 级 严 重 一 般 的 建 筑 物三 级 不 严 重 次 要 的 建 筑 物对 人 员 比 较 集 中 使 用 频 繁 的影 剧 院 、 体 育 馆 等 ， 安 全 等级 宜 按 一 级 设 计 ， 对 特 殊 的建 筑 物 ， 其 设 计 安 全 等 级 可视 具 体 情 况 确 定 。在 近 似 概 率 理 论 的 极 限 状 态设 计 法 中 ， 结 构 的 安 全 等 级是 用 结 构 重 要 性 系 数 来体 现 的 。

5、0 Back 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 0 ：一 级 ， 破 坏 后 果 极 其 严 重 ， 属 于 重 要 的 建 筑 物 ； 0 =1.1二 级 ， 破 坏 后 果 比 较 严 重 ， 属 于 一 般 的 建 筑 物 ； 0 =1.0三 级 ， 破 坏 后 果 相 对 不 严 重 ， 属 于 比 较 次 要 的 建 筑 物 。 0 =0.9 如 （ MMu） 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

6、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 。 在 偶 然 事 件 （ 如 地 震 、 爆 炸 ） 发 生 时 和 发 生 后 ， 结 构 应 能保 持 整 体 稳 定 性 ， 不 应 发 生 倒 塌 或 连 续 破 坏 而 造 成 生 命 财 产的 严 重 损 失 。安 全 性2.2结 构 的 功 能 要 求 和 极 限 状 态2.2.1结 构 的 功 能 要 求 安 全 性适 用 性耐 久 性 适 用 性 如 （

7、 f f ） 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 。耐 久 性 如 （ wmax wmax） 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 有 过

8、 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 。 结 构 极 限 状 态 的 概 念结 构 能 够 满 足 功 能 要 求 而 良 好 地 工 作 ， 则 称 结 构 为 “ 可 靠 ” 或 “ 有 效 ” 。 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 ” ， 即 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

9、定 的 某 一 功 能 要 求 ， 此 特 定 状 态 即 为 该 功 能 的 极 限 状 态 。 举 例 如 表 所示 。 结 构 的 功 能 可 靠 极 限 状 态 失 效安 全 性 受 弯 承 载 力 M Mu适 用 性 挠 度 变 形 f f耐 久 性 裂 缝 宽 度 wmax wmax表 钢 筋 混 凝 土 简 支 梁 的 可 靠 、 失 效 和 极 限 状 态 概 念 2.2结 构 的 功 能 要 求 和 极 限 状 态2.2.2结 构 的 极 限 状 态 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

10、（ 设 计 工 作 寿 命=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 。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 的 可 靠 性 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

11、 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 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

12、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 0S S S S R R R R失 效 可 靠 0 0 dzzfP dzzfPsf )( )( 1 sf PP 结 构 不 能 完 成 预 定 功 能 的 概 率 ， 以 Pf表 示 。 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

13、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 计 法 。 整 个 结 构 或 结 构 的 一 部 分 超 过 某 一 特 定 状 态 ， 或不 能 满 足 设 计 规 定 的 某 一 功 能 要 求 的 特 定 状 态 。2.2结 构 的 功 能 要 求 和 极 限 状 2.2.2结 构 的 极 限 状 态 设 计 方 法 承载能力极限状态 结 构 或 构 件 达 到 最 大 承 载 力

14、， 疲 劳 破 坏 或 不 适 于 继 续 承 载的 变 形 状 态 称 为 承 载 能 力 极 限 状 态 。 超 过 该 极 限 状 态 ， 结 构 就不 能 满 足 预 定 的 安 全 性 功 能 要 求 ， 主 要 包 括 ： 结 构 或 构 件 达 到 最 大 承 载 力 (包 括 疲 劳 )。 结 构 整 体 或 其 中 一 部 分 作 为 刚 体 失 去 平 衡 (如 倾 覆 、 滑 移 )。 结 构 塑 性 变 形 过 大 而 不 适 于 继 续 使 用 。 结 构 形 成 几 何 可 变 体 系 (超 静 定 结 构 中 出 现 足 够 多 的 塑 性 铰 )。 结 构 或

15、构 件 丧 失 稳 定 (如 细 长 受 压 构 件 的 压 曲 失 稳 )。 正常使用极限状态结 构 或 构 件 达 到 正 常 使 用 或 耐 久 性 的 某 项 限 值 规 定 ， 称 为 正 常使 用 极 限 状 态 。 超 过 该 极 限 状 态 ， 结 构 就 不 能 满 足 预 定 的 适 用性 和 耐 久 性 的 功 能 要 求 。 主 要 包 括 ： 过 大 的 变 形 、 侧 移 ， 这 往 往 会 导 致 非 结 构 构 件 受 力 破 坏 、会 给 人 不 安 全 感 或 导 致 结 构 不 能 正 常 使 用 (如 吊 车 梁 )等 。 过 大 的 裂 缝 ， 这 往

16、 往 会 导 致 钢 筋 锈 蚀 、 给 人 不 安 全 感 或 导致 房 屋 漏 水 等 。 过 大 的 振 动 ， 这 往 往 会 给 人 不 舒 适 感 。 其 他 正 常 使 用 要 求 。 2.3 结 构 抗 力 和 功 能 函 数2.3.1结 构 的 抗 力 及 功 能 函 数结 构 的 功 能 函 数 ： Z=R-S式 中 ， R结 构 构 件 抗 力 ， 它 与 材 料 的 力 学 指 标 及 材 料 用 量 有 关 ； S作 用 (荷 载 )效 应 及 其 组 合 ， 它 与 作 用 的 性 质 有 关 。R和 S均 可 视 为 随 机 变 量 ， Z为 复 合 随 机 变

17、量 ， 它 们 之 间 的 运 算 规 则 应 按 概 率理 论 进 行 。当 时 ， 结 构 能 够 完 成 预 定 的 功 能 ， 处 于 可 靠 状 态 。当 时 ， 结 构 不 能 完 成 预 定 的 功 能 ， 处 于 失 效 状 态 。当 = 时 ， 即 R=S结 构 处 于 临 界 的 极 限 状 态 ， 称 为 极 限 状 态 方 程 。保 证 结 构 可 靠 的 条 件 Z=R-S 0， 是 一 非 确 定 性 的 问 题 。 只 有 用 概 率 来 加 以解 决 。 2.4荷 载 代 表 值 和 材 料 性 能 标 准 值2.4. 承 载 能 力 极 限 状 态 表 达 式

18、承 载 能 力 极 限 状 态 设 计 表 达 式 为 ： 结 构 重 要 性 系 数 ， 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； 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； 对 安 全 等 级为 三 级 或 设 计 使 用 年 限 为 5年 及 以 下 的 结 构 构 件 ， 不 应 小 于 0.9；在 抗 震 设 计 中 ， 不 考 虑 结 构 构 件 的 重 要 性 系 数 。S 荷 载 效 应 组 合 的 设 计 值

19、。R 结 构 构 件 抗 力 的 设 计 值 。 RS 00 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 0 ：一 级 ， 破 坏 后 果 极 其 严 重 ， 属 于 重 要 的 建 筑 物 ； 0 =1.1二 级 ， 破 坏 后 果 比 较 严 重 ， 属 于 一 般 的 建 筑 物 ； 0 =1.0三 级 ， 破 坏 后 果 相 对 不 严 重 ， 属 于 比 较 次 要 的 建 筑 物 。 0 =0.9 承 载 能 力 极 限 状 态 表 达 式 极 限 状 态 设 计 表 达 式 由 永 久 荷 载

20、控 制 的 效 应 组 合 由 可 变 荷 载 控 制 的 效 应 组 合 kkRni QikciQikQQGkGoo afRSSSS ,211 kkRni QikciQiGkGoo afRSSS , 1 QiG & 永 久 荷 载 和 可 变 荷 载 分 项 系 数 。 见 规 范 。式 中 ：S ： 荷 载 效 应 ， G： 恒 荷 载 的 荷 载 效 应 系 数 ， Q： 荷 载 分 项系 数 ，Gk： 恒 荷 载 标 准 值 ， Q1k ： 最 大 的 活 荷 载 的 标 准 值 ， ： 其 他 活 荷 载 的 组 合 系 数Qik： 其 他 活 荷 载 的 标 准 值 由 可 变 荷

21、 载 效 应 控 制 的 组 合 ：由 永 久 荷 载 效 应 控 制 的 组 合 ： 式 中 ， 永 久 荷 载 的 分 项 系 数 ， 当 永 久 荷 载 效 应 对 结 构 构 件 承 载 力 不 利时 ， 由 可 变 荷 载 控 制 的 组 合 ， 取 值 1.2， 由 永 久 荷 载 控 制 的 组 合 ， 取 值 1.35； 当 永 久 荷 载 效 应 对结 构 构 件 承 载 力 有 利 时 ， 一 般 情 况 下 取 值 1.0， 对 结 构 的 倾 覆 、 滑 移 或 漂 浮 验 算 ， 取 值 0.9； , 第 1个 和 第 个 可 变 荷 载 分 项 系 数 ， 当 可

22、变 荷 载 效 应 对 结 构 构件 承 载 力 不 利 时 ， 一 般 情 况 下 限 值 1.4， 对 标 准 值 大 于 4kN/m 的 工 业 房 屋 楼 面 结 构 的 活 荷 载 取 值2.3； 按 永 久 荷 载 标 准 值 计 算 的 荷 载 效 应 值 ； 按 可 变 荷 载 标 准 值 计 算 的 荷 载 效 应 值 ， 其 中 为 诸 可 变 荷 载 效 应中 起 控 制 作 用 者 ； 可 变 荷 载 的 组 合 值 系 数 ， 其 值 不 应 大 于 1.0， 按 规 范 有 关 规 定取 用 ； 一 般 取 0.7 参 与 组 合 的 可 变 荷 载 数 。g gk

23、 q1 q1k qi ci qik2 niS S S S g gk qi ci qik1niS S S gq1 qi gkSqikS cin 2.4荷 载 代 表 值 和 材 料 性 能 标 准 值2.4. 承 载 能 力 极 限 状 态 表 达 式对 于 工 程 中 常 用 的 一 般 排 架 、 框 架 结 构 ， 可 采 用 简 化 规 则 ， 并 应 按下 列 组 合 值 中 取 最 不 利 值 确 定 。由 可 变 荷 载 效 应 控 制 的 组 合 由 永 久 荷 载 效 应 控 制 的 组 合 仍 按 上 页 公 式 采 用 。对 于 偶 然 组 合 ， 荷 载 效 应 组 合

24、的 设 计 值 宜 按 下 列 规 定 确 定 ： 偶 然 荷载 的 代 表 值 不 乘 分 项 系 数 ； 与 偶 然 荷 载 同 时 出 现 的 其 他 荷 载 可 根 据观 察 资 料 和 工 程 经 验 采 用 适 当 的 代 表 值 。 各 种 情 况 下 荷 载 效 应 的 设计 公 式 ， 可 由 有 关 规 范 另 行 规 定 。 g gk q q1kS S S g gk qi qik10.9 niS S S 2.4荷 载 代 表 值 和 材 料 性 能 标 准 值2.4.4正 常 使 用 极 限 状 态 表 达 式对 于 正 常 使 用 极 限 状 态 ， 应 根 据 不 同

25、 的 设 计 要 求 ， 采 用 荷 载 的 标 准 组 合 、 频遇 组 合 或 准 永 久 组 合 ， 并 应 按 下 列 设 计 表 达 式 进 行 设 计 ： 式 中 ， 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 、 裂 缝 、振 幅 、 加 速 度 、 应 力 等 的 限 值 ， 应 按 各 有 关 建 筑 结 构 设 计 规 范 另 行 规 定 。式 中 ， 可 变 荷 载 Q1的 频 遇 值 系 数 ； 可 变 荷 载 Qi的 准 永 久 值 系 数 。 f1qi CS 正 常 使 用 极 限 状 态 标 准 组 合 频

26、 遇 组 合 准 永 久 组 合 CSSSS ni QikcikQGk 21 CSSS n i QikqiGk 1 CSSSS ni QikqikQfGk 211 u 正 常 使 用 极 限 状 态 设 计 包 括 两 个 方 面 ：裂 缝 控 制 验 算受 弯 构 件 挠 度 验 算 2.5 建 筑 结 构 设 计 的 基 本 内 容建 筑 工 程 设计 内 容 建 筑 设 计结 构 设 计给 排 水 设 计暖 通 设 计电 气 设 计 工 程 设 计 基本 要 求 功 能 要 求美 观 要 求经 济 要 求环 保 要 求结 构 设 计 过 程 ：方 案 设 计 结 构 分 析 构 件 设

27、计 绘 施 工 图建筑设备工 艺 设 计 结 构 选 型 上 部 结 构 类 型下 部 结 构 选 型结 构 布 置 定 位 轴 线构 件 布 置设 置 变 形 缝一 、 方 案 设 计尺 寸 估 算 水 平 位 置竖 向 位 置伸 缩 缝沉 降 缝防 震 缝 结 构 选 型上部结构 水平结构 竖向结构 肋 梁 楼 盖井 式 楼 盖无 梁 楼 盖排 架 结 构框 架 结 构剪 力 墙 结 构框 架 剪 力 墙 结 构 筒 体 结 构 下部结构 独 立 基 础片 筏 基 础箱 型 基 础十 字 型 基 础条 形 基 础桩 基 础沉 井 基 础地 下 连 续 墙 单 厂 柱 网 布 置定 位 轴

28、线支 撑 布 置 多 层 柱 网 布 置承 重 方 案高 层 平 面 布 置竖 向 布 置高 宽 比 限 制结 构 布 置 剖 面 设 计 砌 体 墙 体 布 置圈 梁 构 造 柱 布 置层 高 、 总 高 限 制 伸 缩 缝沉 降 缝抗 震 缝变 形 缝 设 置 柱梁 墙 框 架 梁板 连 系 梁排 架 柱框 架 柱截 面 尺 寸 估 算 连 续 梁承 重 墙剪 力 墙 计 算 简 图 二 、 结 构 分 析简 化 三 原 则 尽 可 能 反 映 实 际 受 力 特 性偏 于 安 全简 单数 学 方 法 解 析 解数 值 解计 算 理 论 线 弹 性塑 性非 线 性 材 料 非 线 性几 何

29、 非 线 性 截 面 设 计节 点 设 计三 、 构 件 设 计四 、 绘 制 施 工 图正 确 规 范 简 洁 美 观 承 载 能 力 极限 状 态 组 合正 常 使 用 极限 状 态 组 合 基 本 组 合简 化 组 合 由 活 载 控 制由 恒 载 控 制标 准 组 合频 遇 组 合准 永 久 组 合荷载组合 由 活 载 控 制由 恒 载 控 制考 虑 一 项 活 荷 载 ， 以 标 准 值 作 为 代 表 值 ； 所 有 活 荷 载 均以 组 合 值 作 为 代 表 值 ， 简 化 组 合 系 数 取 0.9 水 平 构 件竖 向 构 件 最 大 弯 矩 （ 扭 矩 ） 及 相 应 的

30、 剪 力最 大 剪 力 及 相 应 的 弯 矩最 大 轴 力 及 相 应 的 弯 矩 和 剪 力（ 最 小 轴 力 及 相 应 的 弯 矩 和 剪 力 ）最 大 弯 矩 及 相 应 的 剪 力 和 轴 力内力组合 承 载 能 力 极限 状 态 计 算 承 载 力 (强 度 、 稳 定 ）倾 覆滑 移漂 浮正 常 使 用 极限 状 态 计 算 变 形 （ 挠 度 、 侧 移 ）抗 裂 和 裂 缝 宽 度耐 久 性疲 劳 柱 梁 墙 板构 件 种 类 混 凝 土 整 浇 梁钢 梁混 凝 土 叠 合 梁钢 砼 组 合 梁钢 骨 砼 梁 混 凝 土 板钢 砼 组 合 板钢 板 （ 平 台 ）砼 剪 力 墙剪 力 墙 钢 骨 砼 剪 力 墙承 重 (砌 体 )墙钢 柱钢 骨 砼 柱砼 柱钢 管 砼 柱砌 体 柱 建 筑 结 构 设 计 流 程方 案 设 计 结 构 分 析 构 件 设 计 截 面 尺 寸 估 算结 构 选 型结 构 布 置变 形 缝 设 置 计 算 单 元计 算 简 图内 力 及 变 形 计 算荷 载 计 算 荷 载 、 内 力 组 合承 载 能 力抗 震 设 计正 常 使 用