02 建筑结构荷载和设计方法.ppt

2 建筑结构荷载和设计方法 设计基准期和设计使用年限 荷载、作用、效应与抗力及结构的功能要求 作用的分类 荷载的代表值与材料强度的代表值 建筑结构的设计方法 设计基准期和设计使用年限设计基准期: 指为确定可变荷载代表值而选用的时间参数。也就是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,即为设计基准期。我国所采用的设计基准期为 50年。设计使用年限,是指设计规定的结构或结构构件不需进行大修即可按其预定目的使用的时期。纪念性建筑和特别重要的建筑结构 100 普通房屋和构筑物 50 易于替换的结构构件 25 临时性结构 5 示例设计使用年限结构的设计使用年限分类 荷载、作用、效应与抗力及结构的功能要求 荷载与作用能使结构产生内力、位移、应变、裂缝等效应的各种原因总称为结构上的作用。直接作用:直接以力的不同集结形式作用于结构,包括结构的自重、行人及车辆的重量、各种物品及设备自重、风压力、土压力、雪压力、水压力、冻胀力、积灰重量等,常称为荷载。间接作用:不是直接以力的某种形式出现,使结构产生内力或变形等效应。如温度变化、材料收缩与膨胀、地基不均匀沉降、地震、焊接等。 作用效应与结构内力⑴作用效应 S: 直接作用和间接作用使结构产生的内力( 弯矩、扭矩、剪力、压力、拉力等)和变形( 挠度、扭转、弯曲、拉伸、压缩、裂缝等)称为作用效应。 S CQ ?荷载效应荷载效应系数荷载⑵结构抗力 R: 结构或构件承受各种作用的能力,其主要因素有: ①材料性能( f) ②结构几何参数( α) ③计算模式( p)?? k R R f ?? ??结构抗力结构构件的承载力函数材料强度设计值几何参数标准值 结构的功能要求与可靠度*安全性: 能承受正常施工和使用时的各种作用, 以及偶然事件发生时,仍能保持整体稳定性。即结构仅产生局部的损坏而不致发生连续倒塌。*适用性: 在正常使用时,能保证具有良好的工作性能,不出现过大的变形和裂缝。不会出现影响正常使用的过大变形或振动;不会产生使使用者感到不安的裂缝宽度等。*耐久性: 在正常使用及维护下,具有足够的耐久性能,不发生锈蚀和风化现象。结构材料不致出现影响功能的损坏,钢筋混凝土构件的钢筋不致因保护层过薄或裂缝过宽而锈蚀等。结构的安全性、适用性和耐久性是结构可靠的标志,总称为结构的可靠性。结构的可靠度是结构可靠性的概率度量,即对结构可靠性的定量描述。结构可靠性的定义是,结构在规定时间内,规定条件下,完成预定功能的能力。当结构的使用年限超过设计使用年限后,并不意味着结构就要报废,但其可靠度将逐渐降低。 作用的分类 按时间变异分类⑴永久作用:在结构使用期间,其值不随时间变化, 或其变化与平均值相比可以忽略不计。例如结构自重、土压力、预应力等。永久作用不随时间变化,长期作用在结构上,在结构上的作用位置也不变。⑵可变作用:在结构使用期间,其值随时间变化,且变化与平均值相比不可忽略不计。例如楼面活荷载、屋面活荷载和积灰荷载、吊车荷载、风荷载、雪荷载等。可变荷载的大小随时间而变,作用位置可变。⑶偶然作用:在结构设计基准期内不一定出现,而一旦出现其值很大且持续时间较短。例如爆炸力、撞击力等。 作用的分类 按空间位置变异分类⑴固定作用:作用在结构空间位置上具有固定的分布。(固定荷载) ⑵可动作用:作用在结构空间位置上的一定范围内可以任意分布。( 活荷载、移动荷载) 按结构反应分类⑴静态作用:对结构或结构构件的作用,使结构不产生加速度或加速度可以忽略不计。⑵动态作用:对结构或结构构件的作用,使结构产生不可忽略的加速度。例如:地震、风、冲击和爆炸等。 荷载的代表值与材料强度的代表值 荷载的代表值《建筑结构荷载规范》将荷载分为三类: 永久荷载、可变荷载和偶然荷载。在结构设计中,通常考虑荷载的统计特征,赋予一个指定的量值,荷载的这种量值,称为荷载的代表值。不同的荷载在不同的极限状态情况下,要求采用不同的荷载代表值进行计算。《建筑结构可靠度设计统一标准》和《公路工程结构可靠度设计统一标准》等给出了荷载的四种代表值分别为: 标准值、组合值、频遇值、准永久值。规范规定:对永久荷载应采用标准值作为代表值。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。对偶然荷载应按建筑结构使用的特点确定其代表值。