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1、,單擊此處編輯母版標題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級,第三級,第四級,第五級,2020/2/10,#,#,單擊此處編輯母版標題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級,第三級,第四級,第五級,2020/2/10,單擊此處編輯母版標題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級,第三級,第四級,第五級,2020/2/10,#,2024/12/13,2.1,結構設計的要求,2.1.1,結構的功能要求,在工程結構中，結構設計的目的是在現有技術基礎上，用最少的人力和物力消耗，獲得能夠完成全部功能要求和足夠可靠的結構。結構的基本功能是由其用途所決定的，具體是：,1.,安全性：,結構能承受正常施工、正常使
2、用時可能出現的各種荷載、外加變形（如超靜定結構支座沉降）、約束變形（如溫度變化引起受約束構件的變形）等的作用。在偶然荷載（如地震力，強風）作用下或偶然事件發生時和發生后，仍能保持整體穩定性。,2.,耐久性：,結構在正常使用和正常維護條件下，在規定的使用期限內有足夠的耐久性。如不發生由于混凝土保護層碳化或裂縫寬度開展過大導致鋼筋的銹蝕，不發生混凝土在惡劣的環境中侵蝕或化學侵蝕，溫濕度及凍融破壞而影響結構的使用年限等。,3.,適用性：,結構在正常使用荷載作用下具有良好的工作性能。如不發生影響正常使用的過大變形和振幅，或引起使用者不安的裂縫寬度等。,上述功能要求概括起來可以稱為結構的可靠性。亦即結構
3、在規定的設計基準期（即建筑設計可保證的使用期限），在規定的條件下（正常設計、正常施工、正常使用和維修）完成預定功能的能力。,2.1.2,結構的極限狀態,整個結構或結構的一部分超過某一特定狀態就不能滿足設計指定的要求，該狀態稱為,該功能的極限狀態,。,結構能夠滿足功能要求而良好地工作，則稱結構是,“,可靠,”,的或,“,有效,”,的,。反之，則結構為,“,不可靠,”,或,“,失效,”,。,區分結構,“,可靠,”,與,“,失效,”,的,臨界工作狀態,稱為,“,極限狀態,”,。,根據,功能要求，結構極限狀態可分為兩類：,1.承載力能力極限狀態：,是指結構或構件達到最大承載力、疲勞破壞或不適于繼續承載
4、的變形時的狀態。,超過該極限狀態，結構就不能滿足預定的安全性功能要求。,結構或構件達到最大承載力（包括疲勞）,結構整體或其中一部分作為剛體失去平衡（如傾覆、滑移）,結構塑性變形過大而不適于繼續使用,結構形成幾何可變體系（超靜定結構中出現足夠多塑性鉸）,結構或構件喪失穩定（如細長受壓構件的壓曲失穩,）,2.,正常使用極限狀態,是指結構或構件達到正常使用或耐久性的某項規定限值時的狀態。,超過該極限狀態，結構就不能滿足預定的適用性和耐久性的功能要求。,過大的變形、側移（影響非結構構件、不安全感、不能正常使用（吊車）等）；,過大的裂縫（鋼筋銹蝕、不安全感、漏水等）；,過大的振動（不舒適）；,其他正常使
5、用要求。,2.1.3,結構的設計使用年限,設計使用年限,是指設計規定的結構或結構構件不需進行大修即可按其預定目的使用的時期，即結構在規定的條件下所應達到的使用年限。,設計使用年限,的概念不同于,實際壽命,、,耐久年限,或,設計基準期,。,建筑結構可靠度設計統一標準,規定了各類建筑結構的設計使用年限。,設計使用年限分類,類別,設計使用年限（年）,示例,1,5,臨時性結構,2,25,易于替換的結構構件,3,50,普通房屋和構筑物,4,100,紀念性建筑和特別重要的建筑物,設計基準期,指為確定可變作用及與時間有關的材料性能等取值而選用的時間參數。,統一標準,規定設計基準期為,50,年。,2024/1
6、2/13,2.2,結構的作用、作用效應和結構抗力,2.2.1,結構上的作用與作用效應,1.作用的概念與類型,建筑結構在施工期間和使用期間要承受各種作用。所謂,“作用”,是使結構或構件產生內力（應力）變形（位移、應變）和裂縫的,各種原因的總稱,。,作用就其形式而言?？煞譃閮深悾?直接作用,：,以,力的形式作用于結構上。,荷載,間接作用,：,以,變形形式作用于結構上。,混凝土的收縮、溫度變化、基礎的差異沉降、地震等,結構上的荷載，按其作用時間的長短和性質，可分為三類：,(1),永久荷載,G,在結構設計使用年限內，其值不隨時間而變化，或其變化與平均值相比可以忽略不計，或其變化是單調的并能趨于限值的荷
7、載。,例如,，結構自重、土壓力、預應力等。,(2),可變荷載,Q,在結構設計基準期內其值隨時間而變化，其變化與平均值不可忽略的荷載。,例如,，樓面活荷載、屋面活荷載和積灰荷載、吊車荷載、風荷載、雪荷載等。,(3),偶然荷載,Q,在結構設計基準期內不一定出現，但一旦出現其值很大且作用時間很短的荷載。,例如,，地震、爆炸、撞擊力等。,2,.,荷載的代表值,荷載標準值,：結構在其設計基準期為,50,年的期間內，在正常情況下可能出現具有一定保證率的最大荷載。,可變荷載的組合值,：是指有幾種可變荷載參與組合時，其值不一定都同時達到最大，因此，需做適當調整。,可變荷載頻遇值,：是指結構上時而出現的最大荷載
8、。,可變荷載的準永久值,：是指在結構上經常出現，對結構影響有如永久荷載的性能。,可變荷載已有四種代表值，即,標準值,、,組合值,、,準永久值、頻遇值,，其中,標準值,稱為,基本代表值,，,其他代表值可由基本代表值乘以相應的系數而得。,3.作用效應,作用在結構上并使結構產生內力,（如彎矩M、剪力V、軸向力N、扭矩T等）、,變形,、,裂縫,等作用稱為,作用效應,或,荷載效應,。,荷載,Q,和荷載效應,S,之間通常按某種關系相聯系。,S=CQ,式中,C,荷載效應系數；,Q,某種荷載；,S,荷載效應。,2024/12/13,4.荷載分項系數及荷載設計值,荷載分項系數,是考慮荷載超過標準值的可能性，以及
9、對不同變異性的荷載可能造成結構計算時可靠度嚴重不一致的調整系數。其,選取,是在各種荷載標準值已經給定的前提下，使所選取的數值在按極限狀態設計中得到的各種結構構件所具有的可靠度（或失效概率），與規定的目標可靠度（或允許的失效概率）之間，在總體上誤差最小為,原則,。若以,G,及,Q,分別表示,永久荷載,及,可變荷載,的,分項系數,，則按,荷載規范,規定：,（,1,）永久荷載的分項系數,A.,當其效應對結構不利時,對由可變荷載效應控制的組合，取,1.2,；,對由永久荷載效應控制的組合，取,1.35,；,B.,當其效應對結構有利時,一般情況下取,1.0,；,對結構的傾覆、滑移或漂浮驗算，取,0.9,。
10、,（,2,）可變荷載的分項系數,一般情況下去,1.4,；,對標準值大于,4kN/m,2,的工業房屋樓面結構的活荷載，取,1.3,。,荷載設計值,為,荷載標準值,X,荷載分項系數,。,2.2.2結構抗力,1.,結構抗力,是指,結構或構件承受內力和變形能力,（如構件的承載能力、剛度等），以“R”表示。,結構的極限狀態可用下面的極限狀態函數表示：,Z=R-S,(,極限狀態方程),對應的：,Z=R-S0 時，,結構處于可靠狀態；,Z=R-S=0時，結構達到極限狀態；,Z=R-S=S,）,的概率即為,“,可靠概率,”,P,s,，,不能完成預定功能,（,RS,）,的概率為,“,失效概率,”,P,f,。顯然
11、二者是互補的。即,P,s,+,P,f,=1.0,當失效概率,P,f,小于某個值時，人們因結構失效的可能性很小而不再擔心，即可認為結構設計是可靠的。該失效概率限值稱為,容許失效概率,P,f,。,P,f,=,R,)=,P,(,Z,計算荷載組合值時，除風荷載取0.6外，大部分可變荷載取0.7，個別可變荷載取0.9,0.95（,例如，對于書庫，儲藏室的樓面活荷載，取0.9）。對于一般排架，框架，取0.9。,2024/12/13,2.對一般的排梁和框架結構，可采用簡化規則，并應從下列組合值中取其最不利值確定：,式中:,簡化式中的荷載組合系數。一般情況下取,=0.9；,只有一個活載時,=1.0,2024/
12、12/13,例題一：某工廠工作平臺凈重5.4KN/m,2,，,活載2.0KN/m,2,。求荷載組合設計值。,例題二：某屋面板，板的自重、抹灰層等永久荷載引起的彎矩標準值,M,Gk,為1.60KNm，樓面活荷載引起的彎矩標準值,M,Lk,為1.2KNm,雪荷載引起的彎矩標準值,M,Sk,為0.2KNm，結構安全等級為二級，求荷載效應設計值,M,。,2024/12/13,2.5 按正常使用極限狀態計算,設計方法：,式中：,S,正常使用極限狀態下荷載效應組合值;,C,結構或構件達正常使用要求時的變形、裂縫、應力等的限值；,2024/12/13,標準組合：,主要用于當一個極限狀態被超越時將產生嚴重的永
13、久性損壞的情況。,頻遇組合：,主要用于當一個極限狀態被超越時將產生局部損壞、較大變形或短暫震動等的情況。,式中,f,1,可變荷載Q1的組合值系數；,Qi,可變荷載Qi的頻遇值系數。,2024/12/13,準永久組合：,主要用于當長期效應是決定性因素的一些情況。,2024/12/13,建筑物在承載能力設計同時，應根據其,所處環境,、,重要性程度,和,使用年限,的不同，進行必要的耐久性設計。,2.6 混凝土結構的耐久性,2.6.1 耐久性的概念,材料的耐久性是指它暴露在使用環境下，抵抗各種物理和化學作用的能力,。,2024/12/13,2024/12/13,2.6.2 影響材料耐久性的因素,影響混
14、凝土材料耐久性的因素,1,、材料的質量,2,、鋼筋的銹蝕,當水灰比不大于,0.55,時，其影響明顯減小。,優質混凝土有保護鋼筋的作用，,PH,值在,12,13,，這樣的環境只要含有少量氧氣，就會使鋼筋表面迅速生成一層非常致密，厚度,2,1010,9,m,的尖晶石固溶體,Fe,3,O,4,nFe,2,O,3,膜，稱為,鈍化膜,。,使保護鋼筋免遭銹蝕鈍化膜破壞的因素有兩個：,（,1,）,混凝土的碳化,PH,值降低至,8.5,左右,（,2,）,氯離子的侵蝕,氯離子含量超過臨界值,2024/12/13,（,2,）氯離子的侵蝕,這是一個電化學反應過程，其,Cl,來源主要是混凝土的拌和水和外加劑，此外，不
15、良環境中氯離子的滲入也是造成氯侵蝕失效的主要原因。,3,、堿集料反應,：,是指混凝土中所含有的堿（,Na,2,O+K,2,O,）與其活性集料之間發生化學反應，引起混凝土的膨脹、開裂、表面滲出白色漿液，造成結構的破壞（英文簡寫,A.A.R,）。,堿集料反應的過程是：（,1,）,堿氧化硅反應，,即混凝土孔隙中的堿（氫氧化鈉、鉀）溶液與集料中活性二氧化硅反應；（,2,）,堿碳酸鹽反應,，即混凝土孔隙中的堿與碳酸鹽中的活性礦物巖反應。,堿集料反應必須具備的條件：（,1,）混凝土含堿量超標，（,2,）集料是堿活性的，（,3,）混凝土須暴露在潮濕環境中。,2024/12/13,4,、混凝土的抗滲及抗凍性：
16、,（,1,）混凝土的抗滲性：是指混凝土在潮濕環境下抵抗干濕交替作用的能力。,（,2,）混凝土的抗凍性：是指混凝土在寒熱變遷環境下，抵抗凍融交替作用的能力。,5,、除冰鹽對混凝土的破壞：,冬季在混凝土路面上撒鹽（,NaCl,或,CaCl,2,）以降低其凍結溫度，消除冰雪對交通的危害。此時，其混凝土處在鹽溶液的環境中，由于吸水、失水引起溶液濃度的變化，使混凝土膨脹、開裂造成鋼筋的銹蝕。,2024/12/13,2.6.3 規范對混凝土耐久性要求的規定,1,使用環境的分類,2024/12/13,2,處在較特殊環境中結構混凝土的耐久性：,（,1,）對有抗滲或抗凍要求的結構混凝土的抗滲性及抗凍性，,規范,僅指出應符合有關規范的規定。,（,2,）對于暴露在侵蝕性環境中的結構或構件，其受力鋼筋宜采用環氧涂層帶肋鋼筋，預應力鋼筋應有防護措施，且宜采用有利于提高耐久性的高性能混凝土。,（,3,）對于結構中使用環境較差的混凝土構件，宜設計成可更換的構件。,2024/12/13,1、什么是結構的可靠性，它包含幾方面的含義？,2、什么叫結構的極限狀態，分幾類，概念？,3、什么是作用？就其形式分類？,4、設結構抗
鋼筋混凝土結構的設計方法
