[工学]2 第二章 建筑结构设计原则和过程.ppt

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[工学]2 第二章 建筑结构设计原则和过程

第二章 建筑结构的设计标准 和设计方法 第一节 设计基准期和设计使用年限 一、设计基准期 结构设计取用统计数据时所采用的时间参数。 我国采用的设计基准期为50年。 二、设计使用年限 结构设计所规定的一个时期。即在这一规定的时期内,房屋建筑在正常设计、正常施工和正常使用维护下不需要进行大修就能按其预定的目的使用。 设计使用年限对特别重要的建筑物为100年,一般的建筑物与构筑物为50年,易于替换的结构构件为25年,临时性的建筑物为5年。 第二节 结构的功能要求、作用和抗力 一、结构的功能要求 (一)结构的安全性 (二)结构的适用性:结构在正常使用时具有良好的工作性能。 (三)结构的耐久性 建筑结构的功能要求 设计的结构和结构构件在规定的设计使用年限内,在正常维护条件下,应能保持其使用功能,而不需进行大修加固。应该满足的功能要求可概括为: (1)安全性 建筑结构应能承受正常施工和正常使用时可能出现的各种荷载和变形,在偶然事件(如地震、爆炸等)发生时和发生后保持必需的整体稳定性,不致发生倒塌。 结构的安全等级 我国根据建筑结构破坏时可能产生的后果严重与否,分为三个安全等级: 一级——破坏后果很严重、重要的建筑物; 二级——破坏后果严重、一般的建筑物; 三级——破坏后果不严重、次要建筑物。 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;建筑物中梁、柱等各类构件的安全等级一般应与整个建筑物的安全等级相同。 (2)适用性 结构在正常使用过程中应具有良好的工作性。例如,不产生影响使用的过大变形或振幅,不发生足以让使用者不安的过宽的裂缝等。 (3)耐久性 结构在正常维护条件下应有足够的耐久性,完好使用到设计规定的年限,即设计使用年限。例如,混凝土不发生严重风化、腐蚀、脱落,钢筋不发生锈蚀等。 第二节 结构的功能要求、作用和抗力 二、作用和作用效应 (一)作用、荷载、直接作用、间接作用 1. 作用:使结构或结构构件产生内力和变形的原因。 2. 荷载:施加在结构上的集中力或分布力。 3. 直接作用:荷载属于直接作用。 4. 间接作用:除荷载以外的引起结构外加变形或约束变形的原因。 (二)作用效应、荷载效应 1、作用效应S:由作用引起的结构或构件的反应,如内力、变形和裂缝等。 2、荷载效应:由于荷载的作用引起的结构或构件的反应。 S = C.Q (荷载和荷载效应成线性关系) (举例说明) (三)作用的分类 1、按作用随时间的变异性分类:永久作用、可变作用和偶然作用。 2、按作用方向分类:竖向作用和水平作用。 3、按作用的空间位置的变异性分类:固定作用和自由作用。 三、抗力R:结构或结构构件承受作用效应的能力。与结构的几何参数和材料性能有关。 第三节 结构的可靠度理论和极限状态设计方法 一、结构的可靠性和可靠度 (一) 结构的可靠性定义:能力 (二) 结构的可靠度定义:概率 二、可靠度理论 (一) 随机变量的分析和处理 1、随机事件定义:一个事件可能有多种结果,事先不能肯定哪一种结果一定发生,但事后有唯一结果。(如各种可变荷载) 2、随机变量的统计参数:平均值?、标准差?、变异系数? 3、正态分布曲线 (二) 结构的可靠概率和失效概率 1、结构的功能函数:Z=R-S 2、可靠概率和失效概率 结 构 的 可 靠 度 结构在规定的时间内,在规定的条件下,完成预定功能的能力称为结构的可靠性(规定时间是指结构的设计使用年限,规定条件,是指正常设计、正常施工、正常使用和维护的条件,不包括非正常的,例如人为的错误等)。 结构的可靠度是结构可靠性的概率度量,即结构在设计工作寿命内,在正常条件下,完成预定功能的概率。因此,结构的可靠度是用可靠概率Ps来描述的。 可靠指标与失效概率 1. 结构的失效概率 结构在规定的时间和条件下不能完成预定功能的概率Pf,Pf为失效概率。 Ps + Pf = 1.0 2. 失效概率Pf的计算方法 (1) S和R的概率密度曲线 设构件的荷载效应S、抗力R,都是服从正态分布的随机变量且二者为线性关系。S、R的平均值分别为μS、μR,标准差分别为σS、σR, S和R的概率密度曲线如图所示。 S和R的概率密度曲线 按照结构设计的要求,显然μR应该大于μS。从图中的概率密度曲线可以看到,在多数情况下构件的抗力R大于荷载效应S。但是,由于离散性,在S、R

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