结构设计基本原理.ppt

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混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理第第2章章结构设计基本原理结构设计基本原理教材作者：

梁兴文教材作者：

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谢启芳课件审查：

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李晓文本章主要内容与重点本章主要内容与重点主要内容：

主要内容：

主要内容：

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结构可靠度及结构设计方法结构可靠度及结构设计方法荷载和材料强度的取值荷载和材料强度的取值概率极限状态设计法概率极限状态设计法极限状态设计表达式极限状态设计表达式重点：

重点：

重点：

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第第22章章结构设计基本原理结构设计基本原理结构可靠度及结构设计方法结构可靠度及结构设计方法荷载和材料强度的取值荷载和材料强度的取值概率极限状态设计法概率极限状态设计法第第22章章结构设计基本原理结构设计基本原理2.12.1结构可靠度及结构设计方法结构可靠度及结构设计方法1结构上的作用结构上的作用（action）和作用效应和作用效应（effectofanaction）结构上的作用结构上的作用是指施加在结构上的集中力或分布力，以及引起结构外加变是指施加在结构上的集中力或分布力，以及引起结构外加变形或约束变形的原因（地震、基础差异沉降、温度变化、混凝土收缩等）。

形或约束变形的原因（地震、基础差异沉降、温度变化、混凝土收缩等）。

（1）按随时间的变异按随时间的变异可分为三类：

可分为三类：

永久作用永久作用可变作用可变作用偶然作用偶然作用结构上的作用可按下列性质分类：

结构上的作用可按下列性质分类：

在设计基准期内其量值不随时间变在设计基准期内其量值不随时间变化，或其变化与平均值相比可以忽化，或其变化与平均值相比可以忽略不计的作用。

略不计的作用。

如结构自重、土压力、如结构自重、土压力、预应力、地基沉降、焊预应力、地基沉降、焊接等。

接等。

在在设计基准期内其量基准期内其量值随随时间变化，化，且其且其变化与平均化与平均值相比不可忽略的相比不可忽略的作用。

作用。

在在设计基准期内不一定出基准期内不一定出现，而一，而一旦出旦出现其量其量值很大且持很大且持续时间很短很短的作用。

的作用。

如楼面活荷载、吊车荷如楼面活荷载、吊车荷载、风荷载、雪荷载、载、风荷载、雪荷载、温度变化等。

温度变化等。

如爆炸力、撞击力、罕如爆炸力、撞击力、罕遇的地震等。

遇的地震等。

第第22章章结构设计基本原理结构设计基本原理2.12.1结构可靠度及结构设计方法结构可靠度及结构设计方法

（2）按随空间位置的变异按随空间位置的变异可分为二类：

可分为二类：

固定作用固定作用自由作用自由作用1结构上的作用结构上的作用（action）和作用效应和作用效应（effectofanaction）在结构上具有固定分布的作在结构上具有固定分布的作用。

其特点是在结构上出现用。

其特点是在结构上出现的空间位置固定不变，但其的空间位置固定不变，但其量值可能具有随机性。

量值可能具有随机性。

在结构上一定范围内可以任在结构上一定范围内可以任意分布的作用。

意分布的作用。

如房屋建筑楼面上位置如房屋建筑楼面上位置固定的设备荷载、屋盖固定的设备荷载、屋盖上的水箱等。

上的水箱等。

如楼面的人员荷载、吊如楼面的人员荷载、吊车荷载等。

车荷载等。

第第22章章结构设计基本原理结构设计基本原理2.12.1结构可靠度及结构设计方法结构可靠度及结构设计方法静态作用静态作用动态作用动态作用（3）按结构的反应特点按结构的反应特点可分为二类：

可分为二类：

上述各种作用作用在结构或结构构件上，由此在结构内产生的内力和变上述各种作用作用在结构或结构构件上，由此在结构内产生的内力和变形（如轴力、剪力、弯矩以及挠度、转角和裂缝等）称为形（如轴力、剪力、弯矩以及挠度、转角和裂缝等）称为作用效应作用效应。

使结构产生的加速度可以忽略不计的使结构产生的加速度可以忽略不计的作用。

作用。

使结构产生的加速度不可忽略不计的使结构产生的加速度不可忽略不计的作用。

在结构分析时一般均应考虑其作用。

在结构分析时一般均应考虑其动力效应。

动力效应。

如如结构自重、住宅或构自重、住宅或办公楼的楼面活荷公楼的楼面活荷载如吊车荷载、地震作用、如吊车荷载、地震作用、大型动力设备的作用、大型动力设备的作用、高耸结构上的风荷载等。

高耸结构上的风荷载等。

1结构上的作用结构上的作用（action）和作用效应和作用效应（effectofanaction）第第22章章结构设计基本原理结构设计基本原理2.12.1结构可靠度及结构设计方法结构可靠度及结构设计方法2结构抗力结构抗力（resistance）结构抗力结构抗力是指整个结构或结构构件承受作用效应（即内力和变形）的能是指整个结构或结构构件承受作用效应（即内力和变形）的能力。

力。

影响抗力的主要因素影响抗力的主要因素有：

有：

材料性能的不确定性材料性能的不确定性几何参数的不确定性几何参数的不确定性计算模式的不确定性计算模式的不确定性强度、变形模量等强度、变形模量等构件尺寸等构件尺寸等抗力计算所采用的基本假设抗力计算所采用的基本假设和计算公式不够精确等和计算公式不够精确等第第22章章结构设计基本原理结构设计基本原理2.12.1结构可靠度及结构设计方法结构可靠度及结构设计方法3结构可靠性结构可靠性（reliability）及可靠度及可靠度（degreeofreliability）结构可靠性结构可靠性是指结构在规定的时间内，在规定的条件下，完成预定功能是指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。

的能力。

结构可靠度结构可靠度就是结构在规定的时间内，在规定的条件下，完成预定功能就是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。

即结构可靠度是结构可靠性的概率度量。

的概率。

即结构可靠度是结构可靠性的概率度量。

规定的时间规定的时间是指设计使用年限。

是指设计使用年限。

规定的条件规定的条件是指正常设计、正常施工和正常使用的条件。

是指正常设计、正常施工和正常使用的条件。

预定功能预定功能指满足结构的安全性、适用性和耐久性要求。

指满足结构的安全性、适用性和耐久性要求。

第第22章章结构设计基本原理结构设计基本原理2.12.1结构可靠度及结构设计方法结构可靠度及结构设计方法44设计使用年限设计使用年限（designworkinglife）和设计基准期和设计基准期（designreferenceperiod）设计使用年限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，即结构在规定的条件下所应达到的使用年限。

定目的使用的时期，即结构在规定的条件下所应达到的使用年限。

设计使用年限设计使用年限的概念不同于的概念不同于实际寿命实际寿命、耐久年限耐久年限或或设计基准期设计基准期。

建筑建筑结构可靠度设计统一标准结构可靠度设计统一标准规定了各类建筑结构的设计使用年限。

规定了各类建筑结构的设计使用年限。

类别设计使用年限（年）使用年限（年）示例示例15临时性性结构构225易于替易于替换的的结构构件构构件350普通房屋和构筑物普通房屋和构筑物4100纪念性建筑和特念性建筑和特别重要的建筑物重要的建筑物设计使用年限分类设计使用年限分类设计基准期设计基准期指为确定可变作用及与时间有关的材料性能等取值而选用的指为确定可变作用及与时间有关的材料性能等取值而选用的时间参数。

时间参数。

统一标准统一标准规定设计基准期为规定设计基准期为50年。

年。

第第22章章结构设计基本原理结构设计基本原理2.12.1结构可靠度及结构设计方法结构可靠度及结构设计方法55结构的安全等级结构的安全等级（safetyclass）结构的安全等级结构的安全等级根据结构破坏可能产生的后果，即危及人的生命、造成根据结构破坏可能产生的后果，即危及人的生命、造成的经济损失、产生社会影响等的严重程度确定。

的经济损失、产生社会影响等的严重程度确定。

安全等安全等级破坏后果破坏后果建筑物建筑物类型型一一级很很严重重重要的房屋重要的房屋二二级严重重一般的房屋一般的房屋三三级不不严重重次要的房屋次要的房屋建筑结构的安全等级建筑结构的安全等级建筑物中各类建筑物中各类结构构件的安全等级结构构件的安全等级宜与宜与整个结构的安全等级整个结构的安全等级相同相同，但，但允允许许对部分结构构件根据其重要程度和综合效益进行适当的对部分结构构件根据其重要程度和综合效益进行适当的调整。

调整。

第第22章章结构设计基本原理结构设计基本原理2.12.1结构可靠度及结构设计方法结构可靠度及结构设计方法66混凝土结构构件设计计算方法混凝土结构构件设计计算方法（calculationmethodfordesign）容容许许应应力力法法：

最早的计算理论，沿用弹性理论假设。

：

最早的计算理论，沿用弹性理论假设。

破破坏坏阶阶段段法法：

与容许应力法的主要区别是在考虑材料塑性性能：

与容许应力法的主要区别是在考虑材料塑性性能极极限限状状态态设设计计法法：

明确规定结构按三种极限状态进行设计，是工程：

明确规定结构按三种极限状态进行设计，是工程概率极限状态设计法概率极限状态设计法：

在极限状态设计法的基础上考虑结构的可靠：

在极限状态设计法的基础上考虑结构的可靠的基础上，按破坏阶段计算构件截面的承载能力。

的基础上，按破坏阶段计算构件截面的承载能力。

结构设计理论的重大发展。

结构设计理论的重大发展。

水准水准半概率法半概率法水准水准近似概率法近似概率法水准水准全概率法全概率法概率，按发展阶段，该法可分为三个水准。

概率，按发展阶段，该法可分为三个水准。

第第22章章结构设计基本原理结构设计基本原理2.22.2荷载和材料强度的取值荷载和材料强度的取值11荷载的统计特性荷载的统计特性（statisticalcharacteristicofaload）我国对建筑结构的各种恒载、民用房屋楼面活荷载、风荷载和雪荷载进我国对建筑结构的各种恒载、民用房屋楼面活荷载、风荷载和雪荷载进行了大量的调查和实测工作。

对所取得的资料应用概率统计方法处理后，得行了大量的调查和实测工作。

对所取得的资料应用概率统计方法处理后，得到了这些荷载的概率分布统计参数。

到了这些荷载的概率分布统计参数。

永久荷载永久荷载正态分布正态分布可变荷载可变荷载可变荷载随时间的变异可统一用随可变荷载随时间的变异可统一用随机过程来描述。

对可变荷载随机过机过程来描述。

对可变荷载随机过程的样本函数处理后可得到可变荷程的样本函数处理后可得到可变荷载在任意时点的概率分布和在设计载在任意时点的概率分布和在设计基准期内的最大值的概率分布。

基准期内的最大值的概率分布。

极值极值型分布型分布第第22章章结构设计基本原理结构设计基本原理2.22.2荷载和材料强度的取值荷载和材料强度的取值22荷载标准值荷载标准值（characteristicvalueofaload）荷载标准值荷载标准值是建筑结构按极限状态设计时采用的荷载基本代表值。

荷载是建筑结构按极限状态设计时采用的荷载基本代表值。

荷载标准值可由设计基准期最大荷载概率分布的某一分位值确定，若为正态分布，标准值可由设计基准期最大荷载概率分布的某一分位值确定，若为正态分布，则如图中的则如图中的。

荷载标准值的概率含义荷载标准值的概率含义永久荷载标准值永久荷载标准值按结构设计按结构设计规定的尺寸和材料容重平均值确定。

规定的尺寸和材料容重平均值确定。

在结构设计中，各类可变荷载标准值及各种材料容重可由在结构设计中，各类可变荷载标准值及各种材料容重可由荷载规范荷载规范查取。

查取。

可变荷载标准值可变荷载标准值楼面活荷载标准值楼面活荷载标准值风荷载标准值风荷载标准值雪荷载标准值雪荷载标准值第第22章章结构设计基本原理结构设计基本原理2.22.2荷载和材料强度的取值荷载和材料强度的取值33材料强度的变异性及统计特性材料强度的变异性及统计特性（variabilityandstatis