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1、第第 3 讲讲混凝土结构设计原则混凝土结构设计原则总体原则总体原则 u方针：安全，适用，耐久；经济方针：安全，适用，耐久；经济u目的：以最经济的途径，使各项预定功能可靠目的：以最经济的途径，使各项预定功能可靠u方法：以概率理论为基础的方法：以概率理论为基础的极限状态设计法极限状态设计法u原则：原则：结构的实际工作状态不能超过极限状态结构的实际工作状态不能超过极限状态工作内容工作内容 1、方案设计（结构选型、构件布置等）2、作用及作用效应分析5、耐久性及施工要求6、满足特殊要求的专门性能设计3、结构极限状态设计4、结构及其构件的构造设计（措施）结构作用、荷载效应及结构抗力结构作用、荷载效应及结构
2、抗力 p结构作用：能使结构产生效应的各种因素（直接、间接）q直接作用（力；荷载）r永久荷载：不变；变化可略；单调趋于限值（恒荷载）r可变荷载：变化不可忽略（活荷载、雪荷载、风荷载）r偶然荷载：出现偶然；短而很大（爆炸力、撞击力）p荷载效应：q内力：轴力、剪力、弯矩、扭矩q变形：挠度、侧移、转角、裂缝p结构抗力：承受作用效应的能力；承载力，刚度，抗裂度荷载代表值荷载代表值 n代表值：进行某种极限状态设计时所采用的荷载量值l标准值标准值：设计基准期内最大荷载统计分布的特征值均值、众值、中值或某个分位值基本代表值基本代表值，其他代表值的确定基准l频遇值频遇值：一定超越频率的量值；标准值频遇值系数（1
3、）l组合值组合值：组合后的效应与组合前的效应超越概率等同的量值 使组合后的结构具有统一规定的可靠指标的量值标准值标准值组合值系数组合值系数（0.7；0.9）l准永久值准永久值：超越的总时间约为设计基准期一般地量值量值 标准值标准值准永久值系数准永久值系数（1.0）荷载代表值归类荷载代表值归类 代表值代表值可变荷载可变荷载标准值标准值组合值组合值频遇值频遇值准永久值准永久值永久荷载永久荷载荷载效应设计值、材料强度设计值荷载效应设计值、材料强度设计值 荷载效应=荷载效应系数荷载效应设计值荷载效应设计值=荷载效应代表值荷载效应代表值荷载分项系数荷载分项系数材料强度设计值材料强度设计值=材料强度标准值
4、材料强度标准值材料分项系数材料分项系数材料分项系数材料分项系数混凝土混凝土1.4普通钢筋普通钢筋300MPa335MPa400MPa500MPa1.11.15预应力钢筋预应力钢筋1.2结构安全等级与设计使用年限结构安全等级与设计使用年限整个结构整个结构安全等级安全等级破坏后果破坏后果建筑物类型建筑物类型一级一级很严重很严重重要重要二级二级严重严重一般一般三级三级不严重不严重次要次要各类构件各类构件一般情况一般情况宜等同于整个结构宜等同于整个结构重要构件重要构件关键传力部位关键传力部位宜适当提高宜适当提高设计使用年限适用对象5临时性建筑结构25易于替换的结构构件50普通房屋和构筑物100纪念性建
5、筑和特别重要的建筑结构结构预定功能结构预定功能安全性：安全性：正常施工和使用时，能正常施工和使用时，能承受各种承受各种作用作用 偶然事件发生时及发生后，能偶然事件发生时及发生后，能保持保持整体稳定性整体稳定性适用性：适用性：正常使用时正常使用时，保持保持良好的良好的工作性能工作性能变形；裂缝耐久性：耐久性：正常维护下正常维护下，具有具有足够的足够的耐久性能耐久性能侵蚀；风化结构极限状态结构极限状态极限状态：整个结构或结构的一部分，超过某一特定状极限状态：整个结构或结构的一部分，超过某一特定状 态就不能满足设计规定的某一特定功能要求态就不能满足设计规定的某一特定功能要求 （可靠与不可靠的分界标志
6、）（可靠与不可靠的分界标志）承载能力：承载能力：（安全性）（安全性）达到了最大承载力达到了最大承载力【疲劳破坏疲劳破坏】发生了不适于继续承载的变形发生了不适于继续承载的变形 结构局部破坏结构局部破坏连续倒塌连续倒塌 应力超强；刚体失衡；机动体系；丧失稳定；连续倒塌应力超强；刚体失衡；机动体系；丧失稳定；连续倒塌正常使用：正常使用：（适用性、耐久性）（适用性、耐久性）达到了正常使用的某项规定限值达到了正常使用的某项规定限值 达到了耐久性能的某种规定状态达到了耐久性能的某种规定状态 变形过大；裂缝过宽；振动过强；沉降过多变形过大；裂缝过宽；振动过强；沉降过多承载能力极限状态计算任务承载能力极限状态
7、计算任务 l所有结构及其构件，均应进行承载力（失稳）计算l直接承受重复荷载的构件，应进行疲劳验算l因倒塌会引起严重后果的结构，宜进行防连续倒塌设计l有抗震设防要求时，应进行抗震承载力验算l必要时，尚应进行结构构件的倾覆、滑移、漂浮等验算承载能力极限状态计算表达式承载能力极限状态计算表达式S 荷载组合组合的内力设计值设计值0 结构重要性系数（1.1，1.0，0.9）R 结构构件的抗力设计值设计值荷载基本组合内力设计值荷载基本组合内力设计值当由永久荷载控制时：当由永久荷载控制时：当由可变荷载控制时：当由可变荷载控制时：荷载分项系数取值荷载分项系数取值永久荷载永久荷载对结构不利时对结构不利时对结构有
8、利时对结构有利时永久荷载控制时永久荷载控制时可变荷载控制时可变荷载控制时 1.01.351.2可变荷载可变荷载1.4（1.3）0.0取用最不利者取用最不利者正常使用极限状态验算任务正常使用极限状态验算任务 l对需要控制变形者，应进行变形验算l对不允许出现裂缝者，应进行混凝土拉应力验算l对舒适度有要求的楼盖结构，应进行竖向自振频率验算l对允许出现裂缝者，应进行受力裂缝宽度验算正常使用极限状态验算表达式正常使用极限状态验算表达式l 超过正常使用极限状态时所造成的财产和生命损失要轻于超过承载力极限状态时的情况，其可靠度指标可以低一些，故采用荷载荷载的标准组合、频遇组合或准永久组合，荷载不乘分项系数，
9、材料强度采的标准组合、频遇组合或准永久组合，荷载不乘分项系数，材料强度采用标准值，不引入结构重要性系数。用标准值，不引入结构重要性系数。l 混凝土结构或构件在长期荷载作用下，其裂缝和变形会随时间的推移而发展，因此设计时应考虑荷载长期作用的影响。应考虑荷载长期作用的影响。正常使用极限状态设计时效应设计值正常使用极限状态设计时效应设计值标准组合频遇组合准永久组合正常使用极限状态验算时效应设计值采用原则正常使用极限状态验算时效应设计值采用原则 l抗裂验算：采用按荷载标准组合的效应设计值l裂缝宽度验算和受弯构件最大挠度验算：钢筋混凝土构件：采用荷载准永久组合的效应设计值 预应力混凝土构件：采用荷载标准组合的效应设计值 均需考虑长期荷载的影响l竖向自振频率验算：采用荷载频遇组合的效应设计值