《结构设计方法》PPT课件

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1、第3章结构设计基本原理1◆工程结构的设计需要保证安全可靠、经济合理◆由于实际工程结构中存在多种不确定性◆对工程结构的安全可靠可能会产生不利影响◆截面或材料用量增加越多，安全可靠程度就越高，不安全的可能性就越小，但工程结构造价也越大◆结构设计方法就是研究工程设计中的各种不确定性问题，取得安全可靠与经济合理之间的均衡2◆容许应力设计方法allowablestress◆安全系数K是一个大于1.0的数值◆K越大，结构安全度就越高，同时结构材料用量也越多◆为取得安全可靠与经济合理的均衡，在综合考虑各种不确定性因素影响后，可选

2、取一个合适的安全系数。3◆材料力学中研究的是：单一材料、线弹性、简单结构◆实际工程结构远比它复杂◆如钢筋混凝土梁的受弯，从安全角度考虑，需要确定其极限受弯承载力；◆而为控制正常使用阶段的裂缝和挠度变形，需要确定带裂缝工作阶段的受力情况。◆采用容许应力设计方法，无法统一这两方面的要求。4◆因此，首先根据工程结构需要满足实际使用的各种要求（结构的功能），对安全可靠有更具体的科学定义◆另一方面，需要尽可能详细了解结构在不同情况下（施工、使用、破坏）可能受到的各种外界影响的大小和变化情况◆外界影响：各种荷载、温度变化、沉降

3、、收缩徐变、地震、侵蚀、冻融等◆以及结构尺寸、材料强度等的变异情况，以便科学合理的选定结构可靠度。5主要内容结构设计的要求结构的功能要求结构的极限状态结构的设计使用年限结构的作用、作用效应和结构抗力结构的作用与作用效应结构抗力结构按概率极限状态设计按承载能力极限状态设计按正常使用极限状态计算6结构的功能要求◆安全性Safety◎如（M≤Mu）◎结构在预定的使用期间内（一般为50年），应能承受在正常施工、正常使用情况下可能出现的各种荷载、外加变形（如超静定结构的支座不均匀沉降）、约束变形（如温度和收缩变形受到约束时）

4、等的作用。◎在偶然事件（如爆炸、撞击、火灾等）发生时和发生后，结构应能保持整体稳定性，不应发生倒塌或连续破坏而造成生命财产的严重损失。7◆安全性Safety◎如（M≤Mu）◎上式仅从构件自身的承载力来确定安全性◎结构整体是否安全，不仅与每个构件是否安全有关，更与构件之间的连接是否可靠有关。◎结构整体牢固性◎结构不应发生与原因不相称的破坏8◆适用性Serviceability◎如（f≤[f]）◎结构在正常使用期间，具有良好的工作性能。◎如不发生影响正常使用的过大的变形（挠度、侧移）、振动（频率、振幅），或产生让使用者

5、感到不安的过大的裂缝宽度。9◆耐久性Durability◎如（wmax≤[wmax]）◎结构在正常使用和正常维护条件下，应具有足够的耐久性。◎即在各种因素的影响下（混凝土碳化、钢筋锈蚀），结构的承载力和刚度不应随时间有过大的降低，而导致结构在其预定使用期间内丧失安全性和适用性，降低使用寿命。10◆结构的可靠性reliability■可靠性——安全性、适用性和耐久性的总称■就是指结构在规定的使用期限内（设计工作寿命=50年），在规定的条件下（正常设计、正常施工、正常使用和维护），完成预定结构功能的能力。■结构可靠性越

6、高，建设造价投资越大。如何在结构可靠与经济之间取得均衡，就是设计方法要解决的问题。11■显然这种可靠与经济的均衡受到多方面的影响，如国家经济实力、设计工作寿命、维护和修复等。■规范规定的设计方法，是这种均衡的最低限度，也是国家法律。■设计人员可以根据具体工程的重要程度、使用环境和情况，以及业主的要求，提高设计水准，增加结构的可靠度。■经济的概念不仅包括第一次建设费用，还应考虑维修，损失及修复的费用12◆结构的设计使用年限按规定指标设计的建筑结构或构件，在正常施工、正常使用和维护下，不需进行大修，即可达到按其预定目的

7、使用的时期《建筑结构荷载规范》（GB50009）规定：50年13结构的极限状态◆结构能够满足功能要求而良好地工作，则称结构是“可靠”的或“有效”的。反之，则结构为“不可靠”或“失效”。◆区分结构“可靠”与“失效”的临界工作状态称为“极限状态”14承载能力极限状态UltimateLimitState超过该极限状态，结构就不能满足预定的安全性功能要求◆结构或构件达到最大承载力（包括疲劳）◆结构整体或其中一部分作为刚体失去平衡（如倾覆、滑移）◆结构塑性变形过大而不适于继续使用◆结构形成几何可变体系（超静定结构中出现足够多

8、塑性铰）◆结构或构件丧失稳定（如细长受压构件的压曲失稳）◆结构因局部破坏而发生连续倒塌◆地基丧失承载力而破坏15正常使用极限状态ServiceabilityLimitState超过该极限状态，结构就不能满足预定的适用性和耐久性的功能要求。◆过大的变形、侧移（影响非结构构件、不安全感、不能正常使用（吊车）等）；◆过大的裂缝（钢筋锈蚀、不安全感、漏水等）；◆过大