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结构设计的理解24


结构设计的理解

建筑结构 狭义的建筑指各种房屋及其附属的构筑物。建筑结构是在建筑中,由若干构件,即组成结构的单 元如梁、板、柱等,连接而构成的能承受作用(或称荷载)的平面或空间体系。建筑结构因所用 的建筑材料不同,可分为混凝土结构、砌体结构、钢结构、轻型钢结构、木结构和组合结构等。 《建筑结构设计统一标准(GBJ68-84) 》 该标准是为了合理地统一各类材料的建筑结构设计的基本原则, 是制定工业与民用建筑结构荷载 规范、钢结构、薄壁型钢结构、混凝土结构、砌体结构、木结构等设计规范以及地基基础和建筑 抗震等设计规范应遵守的准则, 这些规范均应按本标准的要求制定相应的具体规定。 制定其它土 木工程结构设计规范时,可参照此标准规定的原则。本标准适用于建筑物(包括一般构筑物)的 整个结构,以及组成结构的构件和基础;适用于结构的使用阶段,以及结构构件的制作、运输与 安装等施工阶段。 本标准引进了现代结构可靠性设计理论, 采用以概率理论为基础的极限状态设 计方法分析确定, 即将各种影响结构可靠性的因素都视为随机变量, 使设计的概念和方法都建立 在统计数学的基础上,并以主要根据统计分析确定的失效概率来度量结构的可靠性,属于“概率 设计法” ,这是设计思想上的重要演进。这也是当代国际上工程结构设计方法发展的总趋势,而 我国在设计规范(或标准)中采用概率极限状态设计法是迄今为止采用最广泛的国家。 结构可靠度 建筑结构的可靠性包括安全性、 适用性和耐久性三项要求。 结构可靠度是结构可靠性的概率度量, 其定义是: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,称为结构可靠度。其 “规定的时间”是指设计基准期 50 年,这个基准期只是在计算可靠度时,考虑各项基本变量与 时间关系所用的基准时间,并非指建筑结构的寿命; “规定的条件”是指正常设计、正常施工和 正常的使用条件,不包括人为的过失影响; “预定的功能”则是能承受在正常施工和正常使用时 可能出现的各种作用的能力(即安全性) ;在正常使用时具有良好的工作性能(即适用性) ;在正 常维护下具有足够的耐久性能(耐久性) 。在偶然事件发生时及发生后,仍能保持必需的整体稳 定性。结构能完成预定功能的概率称为可靠概率 p↓s,结构不能完成预定功能的概率称为失效 概率 P↓f,p↓f=1-Ps,用以度量结构构件可靠度是用可靠指标β ,它与失效概率 p↓f 的关系 为 p↓f=ψ (-β ) 。根据对正常设计与施工的建筑结构可靠度水平的校正结果,并考虑到长期 的使用经验和经济后

果后, 《统一标准》给出构件强度的统-β 值:对于安全等级为二级的各 种构件,延性破坏的,β =3.2;脆性破坏的,β =3.7。影响结构可靠度的因素主要有:荷载、 荷载效应、材料强度、施工误差和抗力分析五种,这些因素一般都是随机的,因此,为了保证结 构具有应有的可靠度,仅仅在设计上加以控制是远远不够的,必须同时加强管理,对材料和构件 的生产质量进行控制和验收, 保持正常的结构使用条件等都是结构可靠度的有机组成部分。 为了 照顾传统习惯和实用上的方便, 结构设计时不直接按可靠指标β , 而是根据两种极限状态的设计 要求,采用以荷载代表值、材料设计强度(设计强度等于标准强度除以材料分项系数) 、几何参

数标准值以及各种分项系数表达的实用表达式进行设计。 其中分项系数反映了以β 为标志的结构 可靠水平。 一些基本概念 2 建筑结构的安全等级 建筑结构设计时,应根据结构破坏可能产生的后果(危及人的生命、造成经济损失、产生社会影 响等)的严重性,采用不同的安全等级。它以结构重要性系数的形式反映在设计表达式中,如表 4-2。建筑物中各类结构构件的安全等级,宜与整个结构的安全等级相同,对其中部分结构构件 的安全等级可进行调整,但不得低于三级。 荷载的代表值 是结构或构件设计时采用的荷载取值,它包括标准值、准永久值和组合值等。设计时应根据不同 极限状态的设计要求来确定采用哪一种荷载值。1.荷载标准值(G↓K、Q↓K) 。荷载的基本代 表值,是结构设计按各类极限状态设计时所采用的荷载代表值。2.荷载组合值(ψ ↓qQ↓x) 。 是当结构承受两个或两个以上可变荷载时, 承载能力极限状态按基本组合设计及正常使用极限状 态按短期效应组合设计所采用的荷载代表值。3.荷载准永久值(ψ ↓cQ↓K) 。是正常使用极限 状态长期效应组合设计时所采用的荷载代表值。 因此, 永久荷载只有标准值作为它的唯一代表值, 而可变荷载的代表值则除了标准值外,还有组合值和准永久值。结构自重的标准值,可按设计尺 寸与材料的标准容重计算。可变荷载的标准值 Q↓K,应根据荷载的观测和试验数据,并考虑工 程经验,按设计基准期最大荷载概率分布的某一分位值确定,设计时可按《荷载规范》采用。荷 载组合值系数ψ ↓c 应根据两个或两个以上可变荷载在设计基准期内的相遇情况及其组合的最 大荷载效应概率分布,并考虑结构构件可靠指标具有一致性的原则确定。一般情况下,当有风荷 载参与组合时,ψ c 取 0.6;当没有风荷载参与组合时,ψ c 取 1.0;对于高层建筑和高耸构筑 物,其组

合中风荷载效应的 Ψ ↓c 均取 1.0;在一般框架、排架结构的简化组合 中,当参与组合的可变荷载有两个或两个以上,且其中包括风荷载时,ψ 取 0.85;其他情况, Ψ 均取 1. 0。荷载准永久值系数Ψ ↓q 是荷载准永久值与荷载标准值的比值。荷载准永久值应 按在设计基准期内荷载达到和超过该值的总持续时间 T,与设计基准期 T 的比值确定,比值 Tq /T 可采用 0,5。所以荷载准永久值相当于任意时点荷载概率密度函数 50%的分位值。 结构上的作用 各种施加在结构上的集中或分布荷载, 以及引起结构外加变形或约束变形的原因, 均称为结构上 的作用。引起结构外加变形或约束变形的原因系指地层、基础沉降、温度变化和焊接等作用。结 构上前作用可按下列原则分类:1.按其随时间的变异性和出现的可能性可分为永久作用,如结 构自重、土压力、预应力等;可变作用,如楼面活荷载、风、雪荷载、温度等;偶然作用,如地 震、****、撞击等。2.按随空间位置的变异分为固定作用,如楼面上的固定设备荷载、构件自 重等;可动作用,如楼面上人员荷载、吊车荷载等。3.按结构的反应分为静态作用,如结构自 重、楼面活荷重等;动态作用,如地震、吊车荷载及高耸结构上的风荷载等。 结构的作用效应 作用引起的结构或构件的内力和变形即称为结构的作用效应。 常见的作用效应有: 1. 内力。 (1 ) 轴向力,即作用引起的结构或构件某一正截面上的法向拉力或压力; (2)剪力,即作用引起的结

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