混凝土结构设计原理(新规范)第3章_结构设计基本原理..ppt

p本章主要内容 结结构可靠度 ￿￿ 荷载载和材料强度标标准值值￿￿ 概率极限状态设计态设计 法 ￿￿ 要点 n作用于结结构上的荷载载取值值 结结构构件自重； 外部作用（活荷载载、风风荷载载、雪荷载载、地震作用等） n材料强度取值值 钢钢筋强度；混凝土强度 n结结构设计设计 方法 荷载值载值 、材料强度值值确定后→ 如何设计设计 ，保证结证结 构具有适当的可靠度 n地位和作用：总总原则则（纲领纲领 ）→预预期的可靠度（难难点） 适用于所有结结构和构件：《建筑结结构可靠度设计统设计统 一标标准》 p 作用、作用效应应及结结构抗力 p 结结构可靠度及安全等级级 p 混凝土结结构构件设计计设计计 算方法的演变变 3.1.1结构上的作用、作用效应及结构抗力 1. 结结构上的作用和作用效应应 ★作用：使结结构或构件产产生内力和变变形的各种原因 p直接作用（荷载载）：以力的形式直接作用于结结构上 p间间接作用：以变变形的形式作用在结结构上 ★作用按时间变时间变 异的分类类 永久作用 G：其值值不随时间变时间变 化（恒载载） 可变变作用 Q：其值值随时间变时间变 化（活荷载载） 偶然作用：量值值很大且持续时间续时间 很短的作用 ★作用效应应 S（effect of an action） 由作用产产生的内力和变变形（轴轴力、剪力、弯矩、扭矩、变变形 、裂缝缝等） 作用效应应 S 是随机变变量或随机过过程 3.1.1 结构上的作用、作用效应及结构抗力 2. 结结构抗力 R（resistance） ★整个结结构或结结构构件承受作用效应应（即内力和变变形）的能 力，如构件的承载载能力、刚刚度及抗裂能力等。

★影响因素 • 材料性能（强度、变变形模量等） • 几何参数（构件尺寸等） • 计计算模式的精确性（构件抗力计计算模型） ★结结构抗力 R 是随机变变量 3. 设计设计 基准期 T （design reference period） 为为确定可变变作用及与时间时间 有关的材料性能等取值值而选选用的 时间时间 参数，《建筑结结构可靠度设计统设计统 一标标准》规规定为为50 年. 3.1.2 结构的预定功能及结构可靠度 1. 结结构设计设计 的基本要求 p满满足使用功能：结结构的预预定功能要求 安全性（safety class）： 不发发生构件破坏或结结构倒塌 适用性（serviceability）: 变变形和裂缝宽缝宽 度不超限 耐久性（durability）：结结构材料的风风化、腐蚀蚀和老化 不超过过一定限度 p经济问题经济问题 在现现有技术术的基础础上，以最经济经济 的手段获获得预预定功能要求 合理地解决结结构可靠与经济经济 之间间的矛盾 3.1.2 结构的预定功能及结构可靠度 2. 结结构的可靠度 n结结构的可靠性 • 结结构的安全性、适用性和耐久性总总称结结构的可靠性 • 结结构在规规定的时间时间 内，在规规定的条件下，完成预预定功能的 能力。

定性描述） n结结构可靠度 •结结构在规规定的时间时间 内，在规规定的条件下，完成预预 定功能的概率 •是可靠性的概率度量 （定量描述） p 规规定的时间时间 ：设计设计 使用年限（design working life） 设计规设计规 定的结结构或结结构构件不需进进行大修即可按其预预定目的 使用的时时期 设计设计 使用年限、设计设计 基准期、使用寿命、耐久年限等概念之间间 的区别别 纪纪念性建筑和特别别重要的建筑物1004 普通房屋和构筑物503 易于替换换的结结构构件252 临时临时 性结结构51 示 例设计设计 使用年限（年）类类 别别 p 规规定的条件 正常设计设计 、正常施工、正常使用 3.1.2 结构的预定功能及结构可靠度 3.1.3结构的安全等级 n 结结构的安全等级级(safety class) p安全等级级根据结结构破坏可能产产生的后果，即危及人的生命 、造成的经济损经济损 失、产产生社会影响等的严严重程度确定 安全等级级破坏后果建筑物类类型 一级级很严严重重要的房屋 二级级严严 重一般的房屋 三级级不严严重次要的房屋 p 建筑物中各类结类结 构构件的安全等级级宜与整个结结构的安全等 级级相同，但允许对许对 部分结结构构件根据其重要程度和综综合效 益进进行适当的调调整。

p用安全等级级区分结结构的可靠度 《建筑结结构可靠度设计统设计统 一标标准》规规定的建筑结结构安全等级级 n 混凝土结结构构件设计计设计计 算方法的演变变 p 容许应许应 力法 特点：计计算简单简单 ；未考虑虑材料的塑性；经验经验 的安全系数 p 按破坏阶阶段的设计设计 方法 特点：考虑虑材料塑性，计计算结结果较较准确；经验经验 的安全系数 p多系数极限状态设计态设计 法 特点：较较全面地考虑虑了主要因素；不能计计算结结构的可靠度 3.1.4 混凝土结构构件设计计算方法 3.1.4 混凝土结构构件设计计算方法 n概率极限状态设计态设计 法 • 水准I — 半概率法 把可以统计统计 的因素（荷载值载值 和材料强度值值等）用概率方法加 以处处理，无统计资统计资 料的因素用经验经验 系数处处理对结对结 构的可 靠度还还不能做出定量的估计计TJ10-74基本上属于此法 • 水准Ⅱ — 近似概率法 将结结构抗力和荷载载效应应作为为随机变变量，按给给定的概率分布估 算失效概率或可靠指标标，采用平均值值和标标准差两个统计统计 参 数，对设计对设计 表达式进进行线线性化处处理，称为为“一次二阶阶矩法” ，是一种实实用的近似概率计计算法。

• 水准Ⅲ — 全概率法 3.1 结构可靠度及结构设计方法 小结 n结结构上的作用、作用效应应 n结结构的抗力 n设计设计 基准期；设计设计 使用年限；实际实际 寿命 n结结构可靠性，结结构可靠度 n结结构的安全等级级 n概率极限状态设计态设计 法 影响结结构可靠度的主要因素（荷载值载值 、材料强度值值等 ）用概率的方法确定； 结结构的工作状态态取“极限状态态” p 荷载标载标 准值值的确定 p 材料强度标标准值值的确定 p 各种强度值值之间间的关系 3.2.1荷载标准值的确定 n 荷载载的统计统计 特性 p 永久荷载载 G 是随机变变量；永久荷载载 G 符合正态态分布 p 可变变荷载载 Q 是随机过过程； 楼面活荷载载、风风荷载载和雪荷载载符合极值值 I 型分布 n 荷载标载标 准值值 结结构在使用期间间，在正常 情况下，可能出现现的具有一 定保证证率（assurance factor） 的偏大荷载值载值 22232425262728 0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 n 正态态分布 永久荷载载x (kN/m3) 概率密度 p(x) • 概率密度函数p(x) • 概率密度函数的性质质 3.2.1荷载标准值的确定 n 极值值I型分布 3.2.1荷载标准值的确定 • 概率密度函数p(x) • 概率密度函数的性质质 活荷载载x 概率密度 p(x) -4-202468 0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 3.2.1荷载标准值的确定 n 荷载标载标 准值值 p荷载标载标 准值值是 建筑结结构按极 限状态设计态设计 时时采用的荷载载 基本代表值值。

p如果荷载载符合 正态态分布，且 具有95%的保 证证率，则标则标 准 值值Pk为为 mPPk 2324262822 0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 永久荷载载x 概率密度 p(x) Pk=mP+1. 645sP 3.2.1 荷载标准值的确定 n 荷载标载标 准值值 p永久荷载标载标 准值值Gk：可按结结构设计规设计规 定的尺寸和《荷载载 规规范》规规定的材料容重平均值值确定，一般相当于永久荷载载 概率分布的平均值值 p办办公楼、住宅楼面均布活荷载标载标 准值值Qk均为为2.0kN/m2 p风风荷载标载标 准值值是由基本风压风压 乘以风压风压 高度变变化系数、风风 载载体型系数和风风振系数确定的 p雪荷载标载标 准值值是由建筑物所在地的基本雪压压乘以屋面积积雪 分布系数确定的 注：上述荷载标载标 准值值可由《建筑结结构荷载规载规 范》查查取； 各种可变变荷载标载标 准值值的保证证率不同 3.2.2 材料强度标准值的确定 n 材料强度的变变异性及统计统计 特性 p 钢钢筋屈服强度的概率分布基本符合正态态分布 p 混凝土立方体抗压压强度的实测值实测值 也符合正态态分布。

n 材料强度标标准值值 p 钢钢筋和混凝土的强度标标准值值 fk= mf - asf 偏低 值值 mf 24262822 0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 材料强度x 概率密度 p(x) fk p a为为与材 料实际实际 强度 f 低于fK的 概率有关的 保证证率系数 3.2.2 材料强度标准值的确定 p 钢钢筋的强度标标准值值 n对对于热轧钢热轧钢 筋，废废品限值值相当于屈服强度平均值值减去2 倍标标准差，即a = 2，保证证率为为97.73% n《混凝土规规范》规规定的钢钢筋强度标标准值值具有不小于95% 保证证率 n热轧钢热轧钢 筋强度标标准值值(N/mm2) 种 类类符号d/m m fyK 热热 轧轧 钢钢 筋 HPB 300A6~22300 HRB 335/HRBF 335 B/BF6~50335 HRB 400/HRBF400/RRB400C/CF/CR6~50400 HRB 500/HRBF500C/CR 6~50500 3.2.2 材料强度标准值的确定 p 混凝土的强度标标准值值 n《混凝土规规范》规规定的混凝土的强度标标准值为值为 具有95% 保 证证率的强度值值。

n立方体抗压压强度标标准值值 fcu,k n轴轴心抗压压强度标标准值值 fck 3.2.2 材料强度标准值的确定 p《混凝土规规范》中的混凝土强度标标准值规值规 定 混凝土强度标标准值值(N/mm2) 强度 种类类 混凝土强度等级级 C15C20C25C30C35C40C45C50C55C60C65C70C75C80 fck 10. 0 13. 4 16. 7 20. 1 23. 4 26. 8 29. 6 32. 4 35. 5 38. 5 41. 5 44. 5 47. 4 50. 2 ftk 1.2 7 1.5 4 1.7 8 2.0 1 2.2 0 2.3 9 2.5 1 2.6 4 2.7 4 2.8 5 2.9 3 2.9 9 3.0 5 3.1 1 n轴轴心抗拉强度标标准值值 ftk •混凝土强度的基本代表值值为为 fcu,k 3.2 荷载和材料强度取值 小结 n重要思想：荷载载取具有一定保证证率的偏大荷载值载值 （不取最大值值） 材料强度取具有一定保证证率的偏小强度值值（不取最小值值） 安全与经济经济 的统统一；适当的可靠度 n荷载标载标 准值值：按《荷载规载规 范》查查取； 各种荷载载的保证证率不一致（统计资统计资 料不完备备，工程经验经验 ） n材料强度标标准值值：均具有大于或等95%的保证证率（钢钢筋强度保证证率为为 97.78%；混凝土强度保证证率95%） 根据混凝土强度等级级（立方体抗压压强度标标准值值:基本代表值值）查规查规 范。

n材料强度平均值值（结结构分析→设计设计 ） p 承载载能力与正常使用极限状态态 p 结结构可靠度的计计算 p 概率极限状态设计态设计 法 3.3 概率极限状态设计法 提要 n结结构的极限状态态 定义义；两类类极限状态态（安全性，适用性和耐久性） n结结构的设计设计 状况 结结构物在建造和使用过过程中所承受的作用、所处环处环 境条件、 经历时间长经历时间长 短等都是不同的，设计时设计时 所采用的结结构体系、可 靠度水准、设计设计 方法等也应应有所区别别 n结结构的功能函数和极限状态态方程 作用效应应S与结。