第一章1~2节 建筑结构设计方法与荷载

大纲要求：对荷载的取值及计算有清晰概念

重点：1. 结构功能的极限状态

      2.荷载的代表值

      3.荷载标准值及计算

难点：1.理解两种极限状态

       2.荷载标准值及计算

讲义内容：

 

第一节 建筑结构设计方法

 

根据建筑可靠度设计统一标准所确定的建筑结构可靠度设计的基本原则，应用现行规范进行结构设计时，采用的是以概率论为基础的极限状态设计方法

1.建筑结构的基本功能：安全性、适用性、耐久性，即可靠性。可以概括为可靠度要求。

设计基准期：为确定可变荷载及与时间有关的材料性能等取值而选用的时间参数。和设计使用年限不是相同的概念。

结构功能的极限状态与设计状况：

 

知识点一：结构功能的极限状态：承载能力极限状态，正常使用极限状态

l_承载能力极限状态

  当结构或构件达到了最大承载能力．或者产生了不适于继续承载的过大变形时，即认为超过了承载力极限状态。例如：

    (1)整个结构或结构的一部分作为刚体失去平衡，例如烟囱在风荷载作用下整体倾翻。

    (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)．例如轴心受压短柱中的混凝土和钢筋分别达到抗压强度而破坏，或构件因塑性变形过大而不适于继续承载。

    (3)结构转变为机动体系，如简支粱跨中截面达到抗弯承载力形成三铰共线的机动体系，从而丧失承载能力。

    (4)结构或构件因达到临界荷载而丧失稳定，例如细长柱达到临界荷载后因压屈失稳而破坏。

  (5)地基丧失承载能力而破坏(如失稳等)。

事实上，承载能力极限是结构或结构构件发挥允许的最大承载功能的状态

 

2．正常使用极限状态

  这种极限状态是对应于结构或构件达到正常使用或耐久性能的某项规定限值的状态

当出现下列状态之一时，即认为超过了正常使用极限状态：

  (1)影响正常使用或出现明显的难以接受的变形，如梁的挠度过大影响正常使用。

  (2)影响正常使用或耐久性能的局部破坏(包括裂缝)。

  (3)影响正常使用的振动，如楼板的振幅过大而影响使用。

  (4)影响正常使用的其他特定状态，如基础产生的不均匀沉降过大。

 

例题：

下列那些状况属于超过正常使用极限状态：

a钢梁出现了挠度大于l/400    b混凝土梁出现了1mm的裂缝

c钢柱被压曲              d结构变成机动体系

 

2.三种设计状况：持久状况、短暂状况、偶然状况、

(1)持久状况，即在结构使用过程中一定出现，其持续期很长的状况，例如房屋结构承受家具和正常人员荷载的状况。持续期一般与设计使用年限为同一数量级。

(2)短暂状况，即在结构施工和使用过程中出现概率较大，而与设计使用年限相比持续期很短的状况，如结构施工和维修时承受堆料荷载的状况。

(3)偶然状况，即在结构使用过程中出现概率很小，且持续期很短的状况，如结构遭受火灾、爆炸、撞击、罕遇地震等作用。

这三种设计状况分别对应不同的极限状态设计。对于持久状况、短暂状况和偶然状况，都必须进行承载能力极限状态设计，对于持久状况，尚应进行正常使用极限状态设计，而对于短暂状况，可根据需要进行正常使用极限状态设计。

 

第二节  作用及作用效应

1.结构上的作用、作用效应和结构抗力

  结构产生各种效应的原因，统称为结构上的作用。结构上的作用包括直接作用和间接作用。直接作用指的是施加在结构上的集中力或分布力．例如结构自重、楼面活荷载和设备自重等。直接作用的计算一般比较简单。引起的效应比较直观。间接作用指的是引起结构外加变形或约束变形的作用，例如温度的变化、混凝土的收缩或徐变、地基的变形、焊接变形和地震等，

    目前还未将两类作用严格划分，而将其简称为荷载。

    作用在结构上的直接作用或间接作用，将引起结构或结构构件产生内力(如轴力、弯矩、剪力、扭矩等)和变形(如挠度、转角、侧移、裂缝等)，这些内力和变形效应称为作用效应，其中由直接作用产生的作用效应称为荷载效应。

结构或结构构件承受内力和变形的能力，称为结构的抗力．如构件的承载能力、刚度的大小、抗裂缝的能力等。结构抗力与结构构件的截面形式、截面尺寸及材料强度等级等因素有关。

 

知识点二：荷载的代表值

1.荷载的分类：按时间分永久荷载、可变荷载、偶然荷载；按空间位置的变异分类：固定荷载、自由荷载；按结构动力反映分类：静态荷载、动态荷载

2、荷载的代表值：荷载标准值、荷载组合值、荷载频遇值、荷载准永久值

 

例题：在验算建筑结构构件承载能力时如果有两种以上可变活荷载作用应采用荷载的什么值

a荷载准永久值b荷载频遇值c荷载组合值d荷载标准值

荷载分项系数：永久荷载分项系数γ_g：，可变荷载分项系数γ_q

荷载设计值：荷载代表值乘以分项系数

材料强度指标的取值：材料强度标准值、材料分项系数

材料强度设计值：材料强度标准值除以材料分项系数