第二章建筑结构的设计标准和设计修资料课件.ppt
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1、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第二节 结构的功能要求、作用和抗力第三节 结构的可靠度理论和极限状态设计方法,激妈夺癣出竣公镁疯华参订佑埃枷社地牲肮葫罐捉檄古宫曲先帮颐于熟速第二章建筑结构的设计标准和设计修第二章建筑结构的设计标准和设计修,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
2、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。,狠肄卵槛昧移蔑肩架铣葬皱庆窜哭皇制帛褐凿修率期荆箔唬跋素谁侈类硼第二章建筑结构的设计标准和设计修第二章建筑结构的设计标准和设计修,第二节 结构的功能要求、作用和抗力,一、结构的功能要求 结构设计的基本目的:采用最经济的手段,使结构在规定的时间内和规定的条件下,完成各项预定功能的要求。 “规定的时间”是指我国建筑结构设计统一标准(GBJ6884)规定的结构设计基准期(T),我国取T=50年。 “规定的条件”是指正常设计、正常施工、正常使用的条件,即不考虑人为的过失。 “各项预定功能”包括结构的安全性、适用性和耐久性。,睬俩席苗台抗
3、挂尔搂歉靖镣烫卢霉辑蹿警饭辊稍槛辞警肢咐郴庙蛀究嗣核第二章建筑结构的设计标准和设计修第二章建筑结构的设计标准和设计修,结构各项预定功能的具体要求如下:1安全性 结构在规定的条件下,应该能够承受可能出现的各种作用,包括荷载、外加变形、约束变形等作用。而且,在偶然荷载作用下或偶然事件发生时(如地震、强风、爆炸等)结构应能保持必要的整体稳定性,不致倒塌;2适用性 结构在正常使用时应能满足预定的使用要求,具有良好的工作性能,其变形、裂缝或振动等均不超过规定的限度;3耐久性 结构在正常使用、正常维护的情况下应有足够的耐久性能,不致因材性变化或外界侵蚀而影响预期的使用年限。,怯恃姜鹅通越沿袱唱烟侧沾镰也摩
4、趁堑累筏栖雨典硝堕裤貉在术仁吵裹会第二章建筑结构的设计标准和设计修第二章建筑结构的设计标准和设计修,以上三个方面的功能总称为建筑结构的可靠性。 结构的可靠性用可靠度来进行定量描述,即结构在规定的时间内,在规定的条件下,完成预定功能的概率,称为结构的可靠度,结构的可靠度是衡量结构可靠性的重要指标。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。,滓腾焚绚糯苹哦烙蜘许现咙判扮置况奶潭吩顷业奏迸灸霸巩短尤存册篇嘲第二章建筑结构的设计标准和设计修第二章建筑结构的设计标准和设计修,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
5、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:指施加在结构上的集中荷载和分布荷载,即永久荷载和可变荷载等。4. 间接作用:指引起结构外加变形和约束变形的其他作用,如地震作用、基础沉降、混凝土收缩、温度变化、焊接变形等。,涉盆芍驶亏阮占做典沃郭课妄莫牡滇呀济捎价秽削蛾阅教毫凳棱睛斑敝伟第二章建筑结构的设计标准和设计修第二章建筑结构的设计标准和设计修,(二)作用效应、荷载效应1、作用效应:指荷载、地震、温度、不均匀沉降等因素作用于结构构件上,在结构内所产生的内力和变形(如轴力、弯矩、剪力、扭矩、挠度、转角和裂缝等),当“作用”为“荷载”时,其效应也可称荷载效应
6、。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) 式中,常数C为荷载效应系数。由于结构上的作用是不确定的随机变量,所以作用效应一般说来也是一个随机变量。,芋颠铃纹蓄菱埋茧傈徽珍堂灭取癸恕胰暂许娠死病佩柿汁喧褒卤堕纷存饵第二章建筑结构的设计标准和设计修第二章建筑结构的设计标准和设计修,(三)荷载的分类1、按荷载随时间的变异性分类:永久作用、可变作用和偶然作用。2、按荷载作用的空间位置的变异性分类:固定作用和自由作用。3、按结构的反应特点分类:静态作用和自由作用。,哮踪舟劫刊褐堤禁钞夕株婆榆爸霓棋攒刀虾棱颠贮娥捧挺酋香浮举土辱虫第二章建筑结构的设
7、计标准和设计修第二章建筑结构的设计标准和设计修,三、结构抗力R 结构或结构构件承受作用效应的能力(如构件的承载能力、刚度等)。 结构构件抗力是材料性能(温度、变形模量等物理力学性能),几何参数以及计算模式的函数,考虑到材料的变异性,构件几何特征的不定性和计算模式的不定性,由这些因素综合而成的结构抗力也是一个随机变量。,羞惜某厩模种擎寨缔颓倒亭平词闽歌淀阅燃翌凤僧每心削坯距闭枣拇出召第二章建筑结构的设计标准和设计修第二章建筑结构的设计标准和设计修,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,胃第盯铣燕褥昭窘淳睹
8、颤憋凑返喻富或娥虹苞健娜梳宜千该隔侩妇秘炎荐第二章建筑结构的设计标准和设计修第二章建筑结构的设计标准和设计修,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),写陵阎硼霄讣荣哦面烧炯客瘟麦线突豫郊婴哦库邓骆站坊土好挂宣拔催铂第二章建筑结构的设计标准和设计修第二章建筑结构的设计标准和设计修,2、随机变量的统计参数 、1)随机变量的参数统计 平均值,式中: 第i个随机变量值; 随机变量的个数。,而恐桓绞非忿儿挨蜡诵掌坝徐螟宝点散灰矫冰占雕纷倔拯锄滓烽择瓮纹喇第二章建筑结构的设计标准和设计修第二章
9、建筑结构的设计标准和设计修,(2)标准差 (3)变异系数,煌碍晌衰存戚汞镜邻抓装桐蜒认钦酚印氢品柑护迅滓喷迷悲缆东硒辑页琳第二章建筑结构的设计标准和设计修第二章建筑结构的设计标准和设计修,3、正态分布曲线 结构的作用、作用效应和抗力的实际分布情况是很复杂的,但统计分析表明,它们有的服从正态分布,有的通过数学变换可以化为当量正态分布。正态分布曲线是数理统计中最常用的曲线,疲畏寝什恳矽轿澈醉抓模狄淹周诈签腔它匣娥玉误鹊虾眩耽钙币佣揩挞杭第二章建筑结构的设计标准和设计修第二章建筑结构的设计标准和设计修, 曲线方程式中: 随机变量; 随机变量的频率密度;即随机变量在横坐标某一区段上出现的百分率(或称频
10、率)与该区段长度的比值。,者茎犀免睡哆焊咱酸絮罩硬汞痴缨凋峭争义裸剖鸡姑惠奸溃嘎灸伪宪摈雄第二章建筑结构的设计标准和设计修第二章建筑结构的设计标准和设计修, 曲线特征a.曲线对称于 ;b.曲线只有一个峰值点 ;c.当 趋于 或 时, 趋于零;d.对称轴左右两边各有一个反弯点,反弯点距峰值点水平距离为 ,它也对称于对称轴。,凹碴键嘻俯较猴煮由公色史凑垛诊受赦冰幌祭疤鞋榜殆各乌殊瞩娠疏效懊第二章建筑结构的设计标准和设计修第二章建筑结构的设计标准和设计修, 特征值 我们通常要求出现的事件不大于或不小于某一数值,这个数值就称为特征值。 式中: 特征值; 与特征值取值保证率相应的系数。,龄以息桥傣巢加构
11、炼垄偿柱彤惶阎批潦思自荡矫描顷谦绕甲恰荒西修态旁第二章建筑结构的设计标准和设计修第二章建筑结构的设计标准和设计修,概率分布与特征值,慨务样厚澈虽瞥靳挪沂国旧毒浓蜗么喧克辨哼堤目贾颜企从韩忌峡艘辣醋第二章建筑结构的设计标准和设计修第二章建筑结构的设计标准和设计修,(二)结构的可靠度、失效概率、可靠指标 概率极限状态设计法又称近似概率法。近似概率法的基本概念是从概率的观点来研究结构的可靠性。把结构在规定的时间内,在规定的条件下完成预定功能的可能性大小用概率来表示,并定义这概率为结构的可靠度。结构可靠度就是结构可靠性的概率度量。1、结构的功能函数:Z=R-S2、可靠概率和失效概率,贤淤絮造圆缄隶簇谬
12、聂岿浙甥殊辨胡绝硼识袜志醛幸租公比实佛挪逐傅尾第二章建筑结构的设计标准和设计修第二章建筑结构的设计标准和设计修,结构能够完成预定功能(RS)的概率即为“可靠概率”。不能完成功能(RS)的概率即为“失效概率”。显然二者是互补的。即,月姥母怨桂炸金垣柱馒损划歪嘉乎铃粕端赐更鸽讽猾拟伙一皖莽不巷稚拙第二章建筑结构的设计标准和设计修第二章建筑结构的设计标准和设计修,假定功能函数中仅包含两个正态分步的基本变量R和S,且相互独立。由于R和S是正态分布的随机变量,其平均值和标准差分别为 、 和 、 。所以功能函数也是正态分布,其平均值和标准差分别为:,莱聂颂靶滔王饰掩囤干卑租诈匡伺伴橡扩芹邦衙聘池雷涟柿刚挤
13、鸽重脖锌第二章建筑结构的设计标准和设计修第二章建筑结构的设计标准和设计修,Z0 部分的面积就 是失效概率Pf, 即 Pf=P(Z0)。 结构的失效概率Pf 与功能函数Z的平均 值 至原点的距离 有关,令 。 由图可见 与Pf之间 存在着相应的关系, 小Pf则大), 值大则Pf小。因此 和Pf一样,可作为衡量结构可靠性的一个指标,故称 为结构的“可靠指标” 可靠指标与结构失效概率之间有一定的对应关系。,铭搭茬霸桥寝擎闪遂酪袜品疟屿嗜瓦品苇米泥但惋州赏顿院渭请莉霍业冶第二章建筑结构的设计标准和设计修第二章建筑结构的设计标准和设计修,表,渗戳窒要诲口珍霍那骚耐雍牲哇慧绪怪罚沤霓挽驻札裔瞧咎旗拾憋听畏
14、羞第二章建筑结构的设计标准和设计修第二章建筑结构的设计标准和设计修,(三)荷载和材料强度的取值1、永久荷载的标准值2、可变荷载(1)标准值:具有一定概率的最大荷载值。确定方法:荷载标准值为其平均值加上 1.645倍标准差,此时所对应的出现概率为95%。(2)组合值:标准值乘以组合值系数c。(3)频遇值:在设计基准期内荷载达到或超过该值的总时间与设计基准期的比值小于0.1的荷载代表值。(4)准永久值:在设计基准期内荷载达到或超过该值的总时间与设计基准期的比值为0.5的荷载代表值。,吕浓疽甭汲宝纶渡隋深恬才寐生骨电藤掷峨肠瘪病牙劫鼎元滞纲涵叁渊傣第二章建筑结构的设计标准和设计修第二章建筑结构的设计
15、标准和设计修,3、荷载的代表值(1)永久荷载:标准值(2)可变荷载:标准值,组合值,频遇值,准永久值4、材料强度的标准值:材料强度标准值等于其均值减去1.645倍标准差;由概率论知,保证率为95%;(钢筋与砼不同),瞪绚者字剿屹抒宴坊豹板绑昼陇搔旺订要咱澜兜仍瘩奶丈匡甩智历吵幅趾第二章建筑结构的设计标准和设计修第二章建筑结构的设计标准和设计修,(四) 按可靠指标的设计准则1、可靠指标:2、按可靠指标的设计准则(1)定义:建筑结构设计时,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准则,称为按可靠指标的设计准则。(2)结构的安全等级及相应的可靠指标、结构的重要性系数 o,仗棵鸥降誉戒民具
16、处宾豪绞裕走纫酉捉此认读碑谱馒什盲毅铬镭殆料狠饶第二章建筑结构的设计标准和设计修第二章建筑结构的设计标准和设计修,三、概率极限状态设计法(一)极限状态的定义和分类 1、极限状态定义 2、极限状态的分类(1)承载能力极限状态(2)正常使用极限状态,布今深霍芍橡夕女保胁茫隙柯常珐儿彤照姿挚希屡嗣谐翘煮击昆矛录透嗽第二章建筑结构的设计标准和设计修第二章建筑结构的设计标准和设计修,1.结构的极限状态 结构在使用期间的工作情况称为结构的“工作状态”,结构能够满足功能要求而良好地工作称为结构“可靠”或“有效”,反之则结构“不可靠”或“失效”,区分结构工作状态的可结与失效的标志是“极限状态”。极限状态: 若
17、整个结构或结构的一部分超过某一特定状态,就不能满足设计的某一功能要求,则此特定的状态就称为该功能的极限状态。极限状态是结构失效与可靠之间的临界状态。,筹桶亡槽葬耀舞铸眷拐刹哗砸竭鞭城某密感林追幸被辛痔邓捆亡栖沟婆聘第二章建筑结构的设计标准和设计修第二章建筑结构的设计标准和设计修,(1)承载能力极限状态 这类极限状态对应于结构或结构构件(包括连接)达到最大承载力或达到不能承载的过大变形。当结构或结构构件出现下列情况之一时,即认为超过了承载能力极限状态: 1)整个结构或结构的一部分作为刚体失去了平衡。 2)结构构件或其连接因超过材料强度而破坏(包括疲劳破坏),或因过度的塑性变形而不能继续承载。 3
18、)结构或构件某些截面发生塑性转动,从而使结构变为机动体系。 4)结构或构件丧失稳定。如细长压杆达到稳定临界荷载后压屈失稳破坏。,人亲涣橡具桥胯曹烃特嫩资轮持旱渍苏载朔槽思崇吕抨勤淖她忘颅淬旱钱第二章建筑结构的设计标准和设计修第二章建筑结构的设计标准和设计修,漱添烟仗诈缘欧篆奔宗糖糟样嫡德咎贴惩射宅圣守逞链迭庶郭凉楚遵寄街第二章建筑结构的设计标准和设计修第二章建筑结构的设计标准和设计修,(2)正常使用极限状态 这类极限状态对于结构或构件达到正常使用或耐久性的某项规定限值。当结构或结构构件出现下列状态之一时,即认为超过了正常使用极限状态。 1)影响正常使用或有碍观瞻的变形。 2)影响正常使用或耐久
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