CH.2建筑结构设计基本原理 1.建筑物结构的荷载 极限状态设计法
CH.2 建筑结构设计基本原理 1. 建筑物结构的荷载 2. 极限状态设计法
CH.2建筑结构设计基本原理 2.1建筑物结构的荷载 2.1.1基本概念 作用(S)(或荷载) 施加在结构上的集中力或分布力,称为作用——直接作用 引起结构外加变形或约束变形的原因——间接作用 >作用效应一由作用引起的结构或构件的反应 结构抗力(R)—结构或结构构件承受效应的能力
CH.2 建筑结构设计基本原理 2.1 建筑物结构的荷载 ➢ 作用（S）（或荷载） ➢ 作用效应 施加在结构上的集中力或分布力，称为作用——直接作用 引起结构外加变形或约束变形的原因——间接作用 ——由作用引起的结构或构件的反应 ➢ 结构抗力（R）——结构或结构构件承受效应的能力 q V M 2.1.1 基本概念
2.1.2荷载分类 按时间变异分类 a.永久荷载——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的荷载。也称恒 荷载或恒载。比如结构自重或土压力等。 b.可变荷载—在结构使用期间,其值随时间变化,或其变化 与平均值相比不可以忽略不计的荷载。也称活 荷载或活载。比如楼面活载、屋面活载、雪荷 载、风荷载、吊车荷载等。 c.偶然荷载一在结构使用期间不一定出现,而一旦出现,其量 值很大而持续时间较短的荷载。比如爆炸力、 撞击力等
——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的荷载。也称恒 荷载或恒载。比如结构自重或土压力等。 ——在结构使用期间，其值随时间变化，或其变化 与平均值相比不可以忽略不计的荷载。也称活 荷载或活载。比如楼面活载、屋面活载、雪荷 载、风荷载、吊车荷载等。 ——在结构使用期间不一定出现，而一旦出现,其量 值很大而持续时间较短的荷载。比如爆炸力、 撞击力等。 a.永久荷载 b.可变荷载 c.偶然荷载 2.1.2 荷载分类 ➢ 按时间变异分类
按空间变异分类 a固定荷载——在结构空间位置上具有固定的分布; b可动荷载—在结构空间位置一定范围内可以任意分布。 按照结构的反应分类 a静态荷载——对结构不产生动力效应,或小的可以忽略; b动态荷载——对结构产生动力效应,且不可以忽略
➢ 按空间变异分类 a.固定荷载——在结构空间位置上具有固定的分布； b.可动荷载——在结构空间位置一定范围内可以任意分布。 a.静态荷载——对结构不产生动力效应，或小的可以忽略； b.动态荷载——对结构产生动力效应，且不可以忽略。 ➢ 按照结构的反应分类
2.1.3荷载的代表值 结构计算时,需根据不同的设计要求采用不同的荷载数值。 a荷载标准值—荷载基本代表值。指在结构使用期间,在正常情 Goro 况下出现具有一定保证率的最大荷载。 b.可变荷载组合值—当结构同时承受两种或两种以上可变荷载时 除主导荷载(产生荷载效应最大的荷载)取 2=v2, 标准值,其他伴随荷载取小于其标准值的组 合值为代表值。 c可变荷载准永久值——在设计基准期内经常作用在结构上的可 2=V, ek 变荷载。 d.可变荷载频遇值—作用于结构上时而出现,持续时间较短的 2=y 2p 较大可变荷载
——结构计算时，需根据不同的设计要求采用不同的荷载数值。 ——荷载基本代表值。指在结构使用期间，在正常情 况下出现具有一定保证率的最大荷载。 ——当结构同时承受两种或两种以上可变荷载时， 除主导荷载（产生荷载效应最大的荷载）取 标准值，其他伴随荷载取小于其标准值的组 合值为代表值。 ——在设计基准期内经常作用在结构上的可 变荷载。 Qc = c Qk Qq = q Qk Gk orQk ——作用于结构上时而出现，持续时间较短的 较大可变荷载。 Qf = f Qk a.荷载标准值 b.可变荷载组合值 c.可变荷载准永久值 d.可变荷载频遇值 2.1.3 荷载的代表值
恒荷载 按构件或材料单位体积(或单位面积)自重平均值确定。见P11 表2-1。 楼面及屋面活荷载 民用建筑楼面活载见《规范》。对多、高层,荷载满布且达到 最大值可能性很小,应适当折减 2.屋面均布活载分“上人”和“不上人”两类。 3.雪荷载 雪荷载标准值 S—基本雪压。见《规范》 4—屋面积雪分布系数,即基本雪压换算为屋面水平 投影面上的雪荷载的换算系数。 4.风荷载Ok=B2AOD 屋面均布活载不与雪荷载同时考虑,设计时取其中较大值。 一风压高度变化系数 同网2x示我
➢ 恒荷载 按构件或材料单位体积（或单位面积）自重平均值确定。见P11 表2-1。 ➢ 楼面及屋面活荷载 1. 民用建筑楼面活载见《规范》。对多、高层，荷载满布且达到 最大值可能性很小，应适当折减。 2. 屋面均布活载分“上人”和“不上人”两类。 3. 雪荷载 Sk = r So ——基本雪压。见《规范》 Sk ——雪荷载标准值 So r ——屋面积雪分布系数，即基本雪压换算为屋面水平 投影面上的雪荷载的换算系数。 4. 风荷载 k = z s z o k z o s z ——风荷载标准值 ——基本风压，见《规范》 ——风压高度变化系数 ——风荷载体型系数，+为压 力，-为吸力 ——高度z处风振系数 屋面均布活载不与雪荷载同时考虑，设计时取其中较大值
2.2极限状态设计法 2.2.1结构功能要求 在设计基准期(一般50年,也有100和25年)内,满足功 能要求,即安全性(S结果分析 ◆z=R-S>0:处于可靠状态; ◆z=R-S<0:处于不可靠状态,即失效; ◆z=R-S=0:处于极限状态,此方程称极限状态方程
2.2 极限状态设计法 2.2.1 结构功能要求 ➢ 在设计基准期（一般50年，也有100和25年）内，满足功 能要求，即安全性(S0： ◆ Z=R-S<0： ◆ Z=R-S=0： 处于可靠状态； 处于不可靠状态，即失效； 处于极限状态，此方程称极限状态方程
2.2.3结构可靠度理论 安全性、适用性、耐久性 a.结构的可靠度—在规定的时间内(一般为50年),在规定 的条件下(正常设计、正常施工和正常使 用),完成预定功能的概率,称为结构的 可靠度,即可靠概率。以P表示 b失效概率一结构不能完成预定功能的概率,以P表示。 f(zdk p+p=1 P=「f(z)dz R 出现概率 pσ Yo[ST 强度/荷载值 失效可靠
2.2.3 结构可靠度理论 ——在规定的时间内（一般为50年），在规定 的条件下（正常设计、正常施工和正常使 用），完成预定功能的概率，称为结构的 可靠度，即可靠概率。以Ps表示 安全性、适用性、耐久性 a. 结构的可靠度 b.失效概率 强度/荷载值 出 现 概 率 γ0[S] μS σS σS [R] μR σR σR 失效 可靠 + − = = 0 0 P f z dz P f z dz s f ( ) ( ) Pf + Ps = 1 ——结构不能完成预定功能的概率，以Pf表示
2.2.3建筑物的重要度与基准期 我国将建筑物的重要程度分为三级,不同级别在计算中取不同的重 要度系数Yo: 级,破坏后果极其严重,属于重要的建筑物;γo=1.1 二级,破坏后果比较严重,属于一般的建筑物;Yo=1.0 级,破坏后果相对不严重,属于比较次要的建筑物。Y。=0.9 结构的设计基准期 1.结构保证其设计可靠度指标的时间期限成为设计基准期,即在基准期 内,结构的可靠度指标完全满足设计要求; 2.设计基准期是测算最大荷载重现期的基本期限; 3.在超过设计基准期后,并非意味着结构的失效,而是其可靠度有所降 低,因此基准期不能等同于建筑物的使用寿命; 4.我国对于多数建筑物的设计基准期均为50年,特殊建筑物可以除外;
2.2.3 建筑物的重要度与基准期 ➢ 我国将建筑物的重要程度分为三级，不同级别在计算中取不同的重 要度系数γ0 ： 一级，破坏后果极其严重，属于重要的建筑物；γ0 =1.1 二级，破坏后果比较严重，属于一般的建筑物；γ0 =1.0 三级，破坏后果相对不严重，属于比较次要的建筑物。γ0 =0.9 ➢ 结构的设计基准期 1.结构保证其设计可靠度指标的时间期限成为设计基准期，即在基准期 内，结构的可靠度指标完全满足设计要求； 2.设计基准期是测算最大荷载重现期的基本期限； 3.在超过设计基准期后，并非意味着结构的失效，而是其可靠度有所降 低，因此基准期不能等同于建筑物的使用寿命； 4.我国对于多数建筑物的设计基准期均为50年，特殊建筑物可以除外；
2.2.4极限状态设计法 极限状态—整个结构或结构的一部分超过某一特定状态,或 不能满足设计规定的某一功能要求的特定状态。 a承载能力极限状态结构或构件达到最大承载力或产生不适于 继续承载的变形。如倾覆、疲劳破坏、压 屈等。 b.正常使用极限状态—结构或构件达到正常使用或耐久性能的某 项规定限值。如过大变形、开裂、振动等。 我国结构设计是以概率理论为基础的极限状态设计法
➢ 极限状态 ——结构或构件达到正常使用或耐久性能的某 项规定限值。如过大变形、开裂、振动等。 ——结构或构件达到最大承载力或产生不适于 继续承载的变形。如倾覆、疲劳破坏、压 屈等。 b.正常使用极限状态 a.承载能力极限状态 我国结构设计是以概率理论为基础的极限状态设计法。 ——整个结构或结构的一部分超过某一特定状态，或 不能满足设计规定的某一功能要求的特定状态。 2.2.4 极限状态设计法