鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法

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1、,單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級(jí),第三級(jí),第四級(jí),第五級(jí),2020/2/10,#,#,單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級(jí),第三級(jí),第四級(jí),第五級(jí),2020/2/10,單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級(jí),第三級(jí),第四級(jí),第五級(jí),2020/2/10,#,2024/12/13,2.1,結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的要求,2.1.1,結(jié)構(gòu)的功能要求,在工程結(jié)構(gòu)中，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的目的是在現(xiàn)有技術(shù)基礎(chǔ)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(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)的基本功能是由其用途所決定的，具體是：,1.,安全性：,結(jié)構(gòu)能承受正常施工、正常使

2、用時(shí)可能出現(xiàn)的各種荷載、外加變形（如超靜定結(jié)構(gòu)支座沉降）、約束變形（如溫度變化引起受約束構(gòu)件的變形）等的作用。在偶然荷載（如地震力，強(qiáng)風(fēng)）作用下或偶然事件發(fā)生時(shí)和發(fā)生后，仍能保持整體穩(wěn)定性。,2.,耐久性：,結(jié)構(gòu)在正常使用和正常維護(hù)條件下，在規(guī)定的使用期限內(nèi)有足夠的耐久性。如不發(fā)生由于混凝土保護(hù)層碳化或裂縫寬度開展過大導(dǎo)致鋼筋的銹蝕，不發(fā)生混凝土在惡劣的環(huán)境中侵蝕或化學(xué)侵蝕，溫濕度及凍融破壞而影響結(jié)構(gòu)的使用年限等。,3.,適用性：,結(jié)構(gòu)在正常使用荷載作用下具有良好的工作性能。如不發(fā)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(jié)構(gòu)的可靠性。亦即結(jié)構(gòu)

3、在規(guī)定的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期（即建筑設(shè)計(jì)可保證的使用期限），在規(guī)定的條件下（正常設(shè)計(jì)、正常施工、正常使用和維修）完成預(yù)定功能的能力。,2.1.2,結(jié)構(gòu)的極限狀態(tài),整個(gè)結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)的一部分超過某一特定狀態(tài)就不能滿足設(shè)計(jì)指定的要求，該狀態(tài)稱為,該功能的極限狀態(tài),。,結(jié)構(gòu)能夠滿足功能要求而良好地工作，則稱結(jié)構(gòu)是,“,可靠,”,的或,“,有效,”,的,。反之，則結(jié)構(gòu)為,“,不可靠,”,或,“,失效,”,。,區(qū)分結(jié)構(gòu),“,可靠,”,與,“,失效,”,的,臨界工作狀態(tài),稱為,“,極限狀態(tài),”,。,根據(jù),功能要求，結(jié)構(gòu)極限狀態(tài)可分為兩類：,1.承載力能力極限狀態(tài)：,是指結(jié)構(gòu)或構(gòu)件達(dá)到最大承載力、疲勞破壞或不適于繼續(xù)承載

4、的變形時(shí)的狀態(tài)。,超過該極限狀態(tài)，結(jié)構(gòu)就不能滿足預(yù)定的安全性功能要求。,結(jié)構(gòu)或構(gòu)件達(dá)到最大承載力（包括疲勞）,結(jié)構(gòu)整體或其中一部分作為剛體失去平衡（如傾覆、滑移）,結(jié)構(gòu)塑性變形過大而不適于繼續(xù)使用,結(jié)構(gòu)形成幾何可變體系（超靜定結(jié)構(gòu)中出現(xiàn)足夠多塑性鉸）,結(jié)構(gòu)或構(gòu)件喪失穩(wěn)定（如細(xì)長受壓構(gòu)件的壓曲失穩(wěn),）,2.,正常使用極限狀態(tài),是指結(jié)構(gòu)或構(gòu)件達(dá)到正常使用或耐久性的某項(xiàng)規(guī)定限值時(shí)的狀態(tài)。,超過該極限狀態(tài)，結(jié)構(gòu)就不能滿足預(yù)定的適用性和耐久性的功能要求。,過大的變形、側(cè)移（影響非結(jié)構(gòu)構(gòu)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(dòng)（不舒適）；,其他正常使

5、用要求。,2.1.3,結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)使用年限,設(shè)計(jì)使用年限,是指設(shè)計(jì)規(guī)定的結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件不需進(jìn)行大修即可按其預(yù)定目的使用的時(shí)期，即結(jié)構(gòu)在規(guī)定的條件下所應(yīng)達(dá)到的使用年限。,設(shè)計(jì)使用年限,的概念不同于,實(shí)際壽命,、,耐久年限,或,設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期,。,建筑結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn),規(guī)定了各類建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)使用年限。,設(shè)計(jì)使用年限分類,類別,設(shè)計(jì)使用年限（年）,示例,1,5,臨時(shí)性結(jié)構(gòu),2,25,易于替換的結(jié)構(gòu)構(gòu)件,3,50,普通房屋和構(gòu)筑物,4,100,紀(jì)念性建筑和特別重要的建筑物,設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期,指為確定可變作用及與時(shí)間有關(guān)的材料性能等取值而選用的時(shí)間參數(shù)。,統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn),規(guī)定設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期為,50,年。,2024/1

6、2/13,2.2,結(jié)構(gòu)的作用、作用效應(yīng)和結(jié)構(gòu)抗力,2.2.1,結(jié)構(gòu)上的作用與作用效應(yīng),1.作用的概念與類型,建筑結(jié)構(gòu)在施工期間和使用期間要承受各種作用。所謂,“作用”,是使結(jié)構(gòu)或構(gòu)件產(chǎn)生內(nèi)力（應(yīng)力）變形（位移、應(yīng)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(jié)構(gòu)上。,荷載,間接作用,：,以,變形形式作用于結(jié)構(gòu)上。,混凝土的收縮、溫度變化、基礎(chǔ)的差異沉降、地震等,結(jié)構(gòu)上的荷載，按其作用時(shí)間的長短和性質(zhì)，可分為三類：,(1),永久荷載,G,在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使用年限內(nèi)，其值不隨時(shí)間而變化，或其變化與平均值相比可以忽略不計(jì)，或其變化是單調(diào)的并能趨于限值的荷

7、載。,例如,，結(jié)構(gòu)自重、土壓力、預(yù)應(yīng)力等。,(2),可變荷載,Q,在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)其值隨時(shí)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(fēng)荷載、雪荷載等。,(3),偶然荷載,Q,在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)不一定出現(xiàn)，但一旦出現(xiàn)其值很大且作用時(shí)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(biāo)準(zhǔn)值,：結(jié)構(gòu)在其設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期為,50,年的期間內(nèi)，在正常情況下可能出現(xiàn)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(shí)，其值不一定都同時(shí)達(dá)到最大，因此，需做適當(dāng)調(diào)整。,可變荷載頻遇值,：是指結(jié)構(gòu)上時(shí)而出現(xiàn)的最大荷載

8、。,可變荷載的準(zhǔn)永久值,：是指在結(jié)構(gòu)上經(jīng)常出現(xiàn)，對(duì)結(jié)構(gòu)影響有如永久荷載的性能。,可變荷載已有四種代表值，即,標(biāo)準(zhǔn)值,、,組合值,、,準(zhǔn)永久值、頻遇值,，其中,標(biāo)準(zhǔn)值,稱為,基本代表值,，,其他代表值可由基本代表值乘以相應(yīng)的系數(shù)而得。,3.作用效應(yīng),作用在結(jié)構(gòu)上并使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生內(nèi)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(yīng),或,荷載效應(yīng),。,荷載,Q,和荷載效應(yīng),S,之間通常按某種關(guān)系相聯(lián)系。,S=CQ,式中,C,荷載效應(yīng)系數(shù)；,Q,某種荷載；,S,荷載效應(yīng)。,2024/12/13,4.荷載分項(xiàng)系數(shù)及荷載設(shè)計(jì)值,荷載分項(xiàng)系數(shù),是考慮荷載超過標(biāo)準(zhǔn)值的可能性，以及

9、對(duì)不同變異性的荷載可能造成結(jié)構(gòu)計(jì)算時(shí)可靠度嚴(yán)重不一致的調(diào)整系數(shù)。其,選取,是在各種荷載標(biāo)準(zhǔn)值已經(jīng)給定的前提下，使所選取的數(shù)值在按極限狀態(tài)設(shè)計(jì)中得到的各種結(jié)構(gòu)構(gòu)件所具有的可靠度（或失效概率），與規(guī)定的目標(biāo)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(xiàng)系數(shù),，則按,荷載規(guī)范,規(guī)定：,（,1,）永久荷載的分項(xiàng)系數(shù),A.,當(dāng)其效應(yīng)對(duì)結(jié)構(gòu)不利時(shí),對(duì)由可變荷載效應(yīng)控制的組合，取,1.2,；,對(duì)由永久荷載效應(yīng)控制的組合，取,1.35,；,B.,當(dāng)其效應(yīng)對(duì)結(jié)構(gòu)有利時(shí),一般情況下取,1.0,；,對(duì)結(jié)構(gòu)的傾覆、滑移或漂浮驗(yàn)算，取,0.9,。

10、,（,2,）可變荷載的分項(xiàng)系數(shù),一般情況下去,1.4,；,對(duì)標(biāo)準(zhǔn)值大于,4kN/m,2,的工業(yè)房屋樓面結(jié)構(gòu)的活荷載，取,1.3,。,荷載設(shè)計(jì)值,為,荷載標(biāo)準(zhǔn)值,X,荷載分項(xiàng)系數(shù),。,2.2.2結(jié)構(gòu)抗力,1.,結(jié)構(gòu)抗力,是指,結(jié)構(gòu)或構(gòu)件承受內(nèi)力和變形能力,（如構(gòu)件的承載能力、剛度等），以“R”表示。,結(jié)構(gòu)的極限狀態(tài)可用下面的極限狀態(tài)函數(shù)表示：,Z=R-S,(,極限狀態(tài)方程),對(duì)應(yīng)的：,Z=R-S0 時(shí)，,結(jié)構(gòu)處于可靠狀態(tài)；,Z=R-S=0時(shí)，結(jié)構(gòu)達(dá)到極限狀態(tài)；,Z=R-S=S,）,的概率即為,“,可靠概率,”,P,s,，,不能完成預(yù)定功能,（,RS,）,的概率為,“,失效概率,”,P,f,。顯然

11、二者是互補(bǔ)的。即,P,s,+,P,f,=1.0,當(dāng)失效概率,P,f,小于某個(gè)值時(shí)，人們因結(jié)構(gòu)失效的可能性很小而不再擔(dān)心，即可認(rèn)為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(jì)算荷載組合值時(shí)，除風(fēng)荷載取0.6外，大部分可變荷載取0.7，個(gè)別可變荷載取0.9,0.95（,例如，對(duì)于書庫，儲(chǔ)藏室的樓面活荷載，取0.9）。對(duì)于一般排架，框架，取0.9。,2024/12/13,2.對(duì)一般的排梁和框架結(jié)構(gòu)，可采用簡化規(guī)則，并應(yīng)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(shù)。一般情況下取,=0.9；,只有一個(gè)活載時(shí),=1.0,2024/

12、12/13,例題一：某工廠工作平臺(tái)凈重5.4KN/m,2,，,活載2.0KN/m,2,。求荷載組合設(shè)計(jì)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(biāo)準(zhǔn)值,M,Gk,為1.60KNm，樓面活荷載引起的彎矩標(biāo)準(zhǔn)值,M,Lk,為1.2KNm,雪荷載引起的彎矩標(biāo)準(zhǔn)值,M,Sk,為0.2KNm，結(jié)構(gòu)安全等級(jí)為二級(jí)，求荷載效應(yīng)設(shè)計(jì)值,M,。,2024/12/13,2.5 按正常使用極限狀態(tài)計(jì)算,設(shè)計(jì)方法：,式中：,S,正常使用極限狀態(tài)下荷載效應(yīng)組合值;,C,結(jié)構(gòu)或構(gòu)件達(dá)正常使用要求時(shí)的變形、裂縫、應(yīng)力等的限值；,2024/12/13,標(biāo)準(zhǔn)組合：,主要用于當(dāng)一個(gè)極限狀態(tài)被超越時(shí)將產(chǎn)生嚴(yán)重的永

13、久性損壞的情況。,頻遇組合：,主要用于當(dāng)一個(gè)極限狀態(tài)被超越時(shí)將產(chǎn)生局部損壞、較大變形或短暫震動(dòng)等的情況。,式中,f,1,可變荷載Q1的組合值系數(shù)；,Qi,可變荷載Qi的頻遇值系數(shù)。,2024/12/13,準(zhǔn)永久組合：,主要用于當(dāng)長期效應(yīng)是決定性因素的一些情況。,2024/12/13,建筑物在承載能力設(shè)計(jì)同時(shí)，應(yīng)根據(jù)其,所處環(huán)境,、,重要性程度,和,使用年限,的不同，進(jìn)行必要的耐久性設(shè)計(jì)。,2.6 混凝土結(jié)構(gòu)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(huán)境下，抵抗各種物理和化學(xué)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(zhì)量,2,、鋼筋的銹蝕,當(dāng)水灰比不大于,0.55,時(shí)，其影響明顯減小。,優(yōu)質(zhì)混凝土有保護(hù)鋼筋的作用，,PH,值在,12,13,，這樣的環(huán)境只要含有少量氧氣，就會(huì)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(hù)鋼筋免遭銹蝕鈍化膜破壞的因素有兩個(gè)：,（,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(gè)電化學(xué)反應(yīng)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(huán)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(yīng),：,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(fā)生化學(xué)反應(yīng)，引起混凝土的膨脹、開裂、表面滲出白色漿液，造成結(jié)構(gòu)的破壞（英文簡寫,A.A.R,）。,堿集料反應(yīng)的過程是：（,1,）,堿氧化硅反應(yīng)，,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(yīng)；（,2,）,堿碳酸鹽反應(yīng),，即混凝土孔隙中的堿與碳酸鹽中的活性礦物巖反應(yīng)。,堿集料反應(yīng)必須具備的條件：（,1,）混凝土含堿量超標(biāo)，（,2,）集料是堿活性的，（,3,）混凝土須暴露在潮濕環(huán)境中。,2024/12/13,4,、混凝土的抗?jié)B及抗凍性：

16、,（,1,）混凝土的抗?jié)B性：是指混凝土在潮濕環(huán)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(huán)境下，抵抗凍融交替作用的能力。,5,、除冰鹽對(duì)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(jié)溫度，消除冰雪對(duì)交通的危害。此時(shí)，其混凝土處在鹽溶液的環(huán)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(guī)范對(duì)混凝土耐久性要求的規(guī)定,1,使用環(huán)境的分類,2024/12/13,2,處在較特殊環(huán)境中結(jié)構(gòu)混凝土的耐久性：,（,1,）對(duì)有抗?jié)B或抗凍要求的結(jié)構(gòu)混凝土的抗?jié)B性及抗凍性，,規(guī)范,僅指出應(yīng)符合有關(guān)規(guī)范的規(guī)定。,（,2,）對(duì)于暴露在侵蝕性環(huán)境中的結(jié)構(gòu)或構(gòu)件，其受力鋼筋宜采用環(huán)氧涂層帶肋鋼筋，預(yù)應(yīng)力鋼筋應(yīng)有防護(hù)措施，且宜采用有利于提高耐久性的高性能混凝土。,（,3,）對(duì)于結(jié)構(gòu)中使用環(huán)境較差的混凝土構(gòu)件，宜設(shè)計(jì)成可更換的構(gòu)件。,2024/12/13,1、什么是結(jié)構(gòu)的可靠性，它包含幾方面的含義？,2、什么叫結(jié)構(gòu)的極限狀態(tài)，分幾類，概念？,3、什么是作用？就其形式分類？,4、設(shè)結(jié)構(gòu)抗