结构选型第二篇-结构设计基本原理.ppt

第二章 建筑结构设计基本原理 第一节 结构上的荷载 第二节　极限状态设计法 第一节 结构上的荷载 1. 结构上的作用、作用效应、抗力及其随机性 1.1 作用 作用是施加在结构上的集中或分布荷载以及引起结构 外加变形或约束因素的总和。分为：直接作用、间接作用 直接作用：即荷载，如自重、楼面荷载、雪荷载等； 间接作用：引起结构外加变形或约束的原因称为间接荷载，如地震、地基沉降、混凝土收缩及温度等因素。 1.2 作用效应 由作用引起的结构或构件的反应（结构变形和内力）称为作用效应。变形：裂缝、挠度；内力：M、V、N。 第一节 结构上的荷载 1.3 结构抗力 结构抗力是结构或构件承受作用效应的能力，如极限内力(Nu、Mu、Vu、扭矩Tu)、抗裂度、挠度[f]及裂缝限值[w]等。 1.4 随机性 随机性：指数值分布的不规则性。 结构上的作用、作用效应及抗力均具有随机性质。 第一节 结构上的荷载 2. 荷载代表值 结构设计应对不同荷载应采用不同的代表值。 （1）对永久荷载应采用标准值作为代表值。 （2）对可变荷载应根据设计要求采用标准值、组合值、频遇值或准永久值作为代表值。 （3）对偶然荷载按建筑结构使用的特点确定其代表值。 2.1 可变荷载代表值 （1）标准值：见书P11表2-1。 可变荷载的标准值是可变荷载的基本代表值。 第一节 结构上的荷载 （2）组合值 当结构承受两种以上的可变荷载，且承载能力极限状态按基本组合设计或正常使用极限状态荷载标准值组合设计时，考虑到这两种荷载或两种以上荷载同时达到最大值的可能性较小，因此将它们的标准值乘以一个小于或等于1.0的荷载组合系数。可变荷载的组合值是当结构承受两种或两种以上荷载时的代表值。 （3）频遇值 设计基准期一般为50年，对可变荷载，在设计基准期内，其超越概率仅为设计基准期的一小步分的作用值，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。 第一节 结构上的荷载 （4）准永久值：见书P11表2-1 不同的可变荷载在结构上的变化情况不一样。 例如：住宅楼面的活荷载中：人群荷载流动性大，而家具荷载的流动性较小。 因此，可变荷载中在整个设计基准期内出现的时间较长（可理解为不低于25年）的那部分荷载称为可变荷载的准永久值。 可变荷载准永久值为可变荷载标准值乘以准永久值系数（小于或等于1.0）。 第二节　极限状态设计法 2.2 结构的可靠概率与失效概率 设结构的抗力R，作用效应S，则定义结构的功能函数Z＝R—S来描述工作状态： 当Z0时，结构抗力大于作用效应，结构可靠； 当Z0时，结构抗力小于作用效应，结构失效； 当Z＝0时，结构抗力等于作用效应，结构处于极限状态； 因此，结构可靠的基本条件是Z≥0（R≥S） 第二节　极限状态设计法 R、S是随机函数，因此Z也是随机函数。假设R、 S服从正态分布，功能函数Z也服从正态分布： 平均值：μZ＝μR－μS 标准差（均方差）： 变异系数：δZ＝σZ/μZ f (Z) bs z m z P f Z = R - S 第二节　极限状态设计法 结构失效概率Pf： 结构可靠概率Ps： 且Pf+Ps＝1 我国规范对一般性工业与民用建筑的失效概率规 定不得超过以下值： 延性破坏的结构：[Pf]=6.9×10-4； 脆性破坏的结构：[Pf]=1.1×10-4； 第二节　极限状态设计法 2 可靠指标β 用失效概率Pf来衡量结构的可靠性数学计算上相 当复杂，为此引入可靠指标β来代替失效概率Pf。 β与Pf存在一一对应关系：β愈大，则失效概率Pf越小；反之β愈小，则失效概率Pf越大。 b —可靠指标 比较：1.钢、砼 2.钢:塑性、脆性 第二节　极限状态设计法 2.3 目标可靠指标、安全等级 在建筑结构设计时，应根据建筑物的安全等级，按规定的可靠指标进行设计的设计标准，称为按可靠指标的设计原则。 《建筑结构设计统一标准》规定了一般工业与民用建筑作为设计依据的可靠指标，称为目标可靠指标。 当结构构件属延性破坏时，取β=3.2； 属脆性破坏时，取β=3.7,