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混凝土结构课件

混凝土结构

目录

第1章绪论 (3)

1.1 混凝土结构的概念 (3)

1.1.1 混凝土结构的分类及其应用范围 (4)

1.1.2 混凝土结构配筋的作用 (6)

1.1.3 钢筋混凝土结构的优缺点 (6)

1.2 混凝土结构发展简况 (8)

1.3 本课程特点及学习方法 (8)

第2章建筑结构概率极限状态设计法 (10)

2.1 结构可靠度应用概率论简介 (10)

2.1.1 概率论基本术语 (10)

2.1.2 概率密度函数、分布函数和分位值 (12)

2.2 建筑结构荷载 (14)

2.2.1 荷载的分类 (15)

2.2.2 荷载代表值 (15)

2.3 建筑结构的设计使用年限和安全等级 (18)

2.3.1 建筑结构设计使用年限 (18)

2.3.2 建筑结构的安全等级 (18)

2.4 建筑结构概率极限状态设计法 (19)

2.4.1 结构的功能及极限状态 (19)

2.4.2 极限状态设计法 (22)

2.5 混凝土结构的耐久性 (26)

2.5.1 混凝土结构的环境类别 (26)

2.5.2 结构混凝土材料的耐久性基本要求 (27)

第3章钢筋和混凝土材料的力学性能 (28)

3.1 混凝土的力学性能 (28)

3.1.1 混凝土强度 (28)

3.1.2 混凝土强度的变异性及其取值 (33)

3.1.3 混凝土弹性模量、变形模量、泊松比和剪切模量 (36)

3.1.4 混凝土的收缩与徐变 (37)

3.2 钢筋的种类及其力学性能 (38)

3.2.1 钢筋的种类及化学成分 (38)

3.2.2 钢筋的力学性能 (46)

3.2.3 钢筋强度的变异性及其取值 (47)

3.2.4 钢筋在最大拉力下的总伸长率 (48)

3.2.5 钢筋的弹性模量 (49)

3.3 钢筋与混凝土的粘结、锚固长度 (50)

3.3.1 钢筋与混凝土的粘结 (50)

3.3.2 钢筋锚固长度 (50)

第4章受弯构件承载力计算 (52)

4.1 概述 (52)

4.2 梁、板的一般构造 (52)

4.2.1 梁的截面形式和配筋 (52)

4.2.2 板的厚度和配筋 (55)

4.2.3 梁、板的混凝土保护层及截面有效高度 (58)

4.3 受弯构件正截面承载力的试验研究 (59)

4.3.1 适筋梁 (61)

4.3.2 超筋梁 (64)

4.3.3 少筋梁 (64)

4.4 单筋矩形截面受弯构件正截面承载力计算基本理论 (65)

4.4.1 基本假设 (65)

4.4.2 受弯承载力基本方程 (66)

4.4.4 受弯构件相对界限受压区高度和最大配筋率 (70)

4.4.5 受弯构件适筋时最小配筋率 (73)

4.5 单筋矩形截面受弯构件正截面承载力计算 (74)

4.5.1 基本计算公式及其适用条件 (74)

4.5.2 基本计算公式的应用(重要) (75)

4.5.2 练习课 (83)

4.6 双筋矩形界面受弯构件正截面承载力计算 (89)

4.6.1 概述 (89)

4.6.2 基本计算公式 (90)

4.6.3 基本公式的应用 (93)

教师介绍:姜铭阅,电话:186********。

本课程的属于专业课,主要目的是学习混凝土结构设计。

考核方式:平时30%(出勤、课堂秩序),期末70%。

教学特殊说明:本教材针对2010年新混凝土规范。

参考教材:郭继武《混凝土结构基本构件》(在讲义中简称郭版混凝土或本教材)《混凝土结构设计规范》GB50010-2010(简称混规2010)

《建筑结构荷载规范》GB50009-2001(简称荷规2001)

《建筑结构可靠度设计统一标准》GB50068-2001(简称可靠度标准2001)

本讲义使用说明:

1、正体为重要。

2、斜体为次重要。

3、斜体下划虚线为不重要内容,该知识点往往过于深奥繁琐或者过远,不做要求,仅作为逻辑上的一环提出。

4、黑体字为在本层次中较为重要内容。

第1章绪论

1.1 混凝土结构的概念

1、名词:混凝土结构

答:以混凝土为主制成的结构称之为混凝土结构。(概念出自《混凝土结构设计规范》GB50010-2010,P2。)

示例:

图1-1悉尼歌剧院

编者注:悉尼歌剧院位于澳大利亚悉尼,是20世纪最具特色的建筑之一,也是世界著名的表演艺术中心,已成为悉尼市的标志性建筑。该歌剧院1973年正式落成,2007年6月28日被联合国教科文组织评为世界文化遗产,该剧院设计者为丹麦设计师约恩2乌松。悉尼歌剧院坐落在悉尼港的便利朗角(Bennelong Point),其特有的帆船造型,加上悉尼港湾大桥,与周围景物相映成趣。

图1-2 某在建钢筋混凝土无梁楼盖结构房屋

图1-3 某钢筋混凝土桥

1.1.1 混凝土结构的分类及其应用范围

2、名词:素混凝土结构

答:由无筋或不配置受力钢筋的混凝土制成的结构称为素混凝土结构。(混规2010,P2)扩展解释:

以普通混凝土材料制作的结构。主要用于承受压力而不承受拉力的结构,如重力堤坝、支墩、基础、挡土墙、地坪、水泥混凝土路面、飞机场跑道及砌块等。

设计时应计算混凝土构件正截面强度,对承受局部荷载的部位尚应进行局部承压验算。对偏心受压构件不仅考虑弯矩作用,还要以素混凝土构件的高厚比所规定的纵向弯曲系数进行控制;在结构或构件截面尺寸急剧变化处,均应设置构造钢筋,以防开裂(编者注:此钢筋非用于受力计算而设计的钢筋,而是防止开裂的构造钢筋。如混凝土路面的拉结筋。)。3、名词:钢筋混凝土结构

答:配置受力的普通钢筋的混凝土结构。(混规2010,P2)

扩展解释:

图1-4 梁板式筏基的板钢筋网和梁钢筋骨架及浇注完毕后示意图

4、名词:预应力混凝土结构

答:配置受力的预应力钢筋,并且通过张拉或其他方法建立起预加应力的混凝土制成的结构称为预应力混凝土结构。(混规2010,P2)

扩展解释:

在荷载作用之前对结构构件施加压力,使截面产生预压应力以全部或部分抵消由荷载引

起的拉应力。

预应力概念的产生虽然只有几十年时间,但是预应力原理的运用却由来已久。如中国古代的工匠早就运用预应力的原理来制作木桶。木桶的环向预压应力通过套紧竹箍的方法产生。只要水对桶壁产生的环向拉应力不超过环向预压应力,则桶壁木板之间将始终保持受压的紧密状态,木桶就不会开裂和漏水。

1.1.2 混凝土结构配筋的作用

5、问答:混凝土结构中配筋的作用

答:1)考虑素混凝土梁和普通钢筋混凝土梁(下部配筋)在集中荷载下破坏形态的区别。(学生先自行想象,给定条件:1、混凝土受拉强度大约为受压强度的1/10;2、钢筋的强度远大于混凝土强度;3、钢筋和混凝土之间有很强的粘结力(可参见知识点112)。)

试验:(1)1203180,C20,长2000mm的素混凝土梁;(2)其他条件同素混凝土梁,另外在下部配筋2根直径14的一级钢筋。

前者迅速破坏(2.96kN),后者延性破坏(21.0kN)。(详细描述参见教材P1-2)

2)解释原因:

(1)素混凝土梁中混凝土抗拉强度远小于抗压强度,根据材料力学得知在未破坏之前,弯矩最大处的正截面上受压和受拉最大应力基本相当,因此随着荷载的增加,受拉区首先支持不住而破坏。受拉区边缘开裂后,裂缝迅速向上延展,整个截面都发生破坏。

(2)而钢筋混凝土,在下部开裂后,裂缝延展与钢筋相交,钢筋与混凝土粘结在一起,因此钢筋受拉。直至荷载进一步增加到钢筋的屈服强度,根据工程材料所学,钢筋进入屈服,在应力不变的情况下,钢筋的应变增加。裂缝延展,受压区逐渐减小,最终上部混凝土受压破坏,整个钢筋混凝土梁破坏。

3)总结:可见在钢筋混凝土梁中,钢筋及混凝土两种材料都能充分发挥作用。

6、问答:钢筋和混凝土为什么能够共同作用

答:1)二者之间有足够的粘结力(参见知识点112)

2)二者具有较为一致的温度线膨胀系数。钢筋为:1.2310-5(℃)-1,混凝土为1.0-1.5310-5(℃)-1.。

1.1.3 钢筋混凝土结构的优缺点

7、问答:钢筋混凝土结构的主要优点:

答:1)强度较高。混规2010中混凝土最高可达C80,轴心抗压强度设计值为35.9MPa,普通钢筋的抗压强度设计值最高可达410MPa。比砌体要高很多(查砌体结构设计规范GB50003-2001,烧结普通砖砌体的最高抗压强度设计值为3.94MPa(MU30+M15))。

2)耐久性好。混凝土包住钢筋,使得钢筋不易锈蚀。

3)可模性好。可以用模板浇注成各种尺寸和形状的构件和结构。

4)耐火性好。混凝土为不燃烧体,180mm厚的混凝土,耐火极限可以达到3.5h。比木结构、钢结构要好得多。

扩展解释:

1)耐火等级:

耐火等级:所谓耐火等级,是衡量建筑物耐火程度的标准,它是由组成建筑物的构件的燃烧性能和耐火极限的最低者所决定的。(参考张树平,《建筑防火设计》,P83。)

耐火极限:

《建筑设计防火规范》GB50016-2006,P6:

燃烧性能:

《建筑设计防火规范》GB50016-2006,P6:

注:材料燃烧等级:

GB8624—1997《建筑材料燃烧性能分级方法》主要是参照了原西德标准DIN4102-1:1981,根据材料的质量损失率、烟密度等条件,将建筑材料分为A级不燃材料(匀质材料)、A级不燃材料(复合材料)、B1级难燃材料、B2级可燃材料和B3级易燃材料五个等级。具体确定方法可参照该规范第

4、5章。

新修订的GB8624-2006将等同采用EN13501-1:2002《建筑制品和构件的火灾分级第一部分:对火反应试验数据的分级》,将建筑材料分为A1、A2、B、C、D、E和F七个等级。

A1~F和不燃~易燃之间有对应关系。

编者注:在87(2001修订版)的建筑设计防火规范附录一中有不同的说法。在规范冲突时的原则是:从新,从专门规范。

2)建筑的设计耐火等级的确定:

确定建筑物的耐火等级主要考虑以下几个方面的因素:

(1)建筑物的重要性。

(2)建筑物的火灾危险性。

(3)建筑物的高度。

(4)建筑物的火灾荷载。(火灾荷载是衡量建筑物室内所容纳可燃物数量多少的一个参数,是研究火灾全面发展阶段性状的基本要素。简单一点,就是建筑物容积所有可燃物由于燃烧而可能释放出的总能量。在建筑物发生火灾时,火灾荷载直接决定着火灾持续时间的长短和室内温度的变化情况。)根据建筑物的火灾危险性和重要性,合理确定建筑的耐火等级。各种建筑由于其使用功能和重要性的不同,火灾危险性存在差异,我们设计时要根据业主提供的建筑要求,根据《建筑设计防火规范》和《高层民用建筑设计防火规范》,确定建筑物的火灾危险性,再根据火灾危险性,确定建筑的耐火等级,比如一个60米高的综合楼,根据《高规防火规范》其属于一类高层建筑,它的耐火等级应为一级,其梁、柱、屋顶承重构件的耐火极限应分别不低于2小时、3小时、1.5小时,如果我们在设计时没有正确核定耐火等级,确定的耐火等级过高或过低,都会造成我们设计失误,过高造成浪费,过低则造成不安全。(网络摘录)

编者注:确定了耐火等级,进而可以确定燃烧性能和耐火极限,再进一步,可以根据《建筑设计防火规范》(2001修订版)的附录二“建筑构件的燃烧性能和耐火极限”来确定墙和柱子的最小尺寸,对新规范(2006)而言,参考条文说明表3.2.1。

5)整体性好。比砌体结构整体性好得多。

8、问答:钢筋混凝土结构的缺点

答:1)抗裂性差。正常工作时,混凝土是带裂缝工作的。

2)自重大。素混凝土自重:22-24kN/m3;钢筋混凝土自重:24-25 kN/m3。

3)施工复杂,工序多。

1.2 混凝土结构发展简况

9、问答:混凝土结构发展简况

答:1824年,英国人亚斯普丁发明了波兰特水泥(波兰特水泥是欧美国家对硅酸盐水泥的称呼。最初生产出的水泥配置出的水泥石,外观和一种叫波兰特石相近,所以就称波兰特水泥。)。从19世纪中期开始应用(1872年在纽约建造第一栋钢筋混凝土房屋)。到现在150年了。

设计方法从最初的允许应力法(基于弹性理论),到20世纪上半期的破损阶段方法,到20世纪80年代的极限状态设计法,直到今天的以概率理论为基础的极限状态设计法。

自行阅读教材1.2节。

1.3 本课程特点及学习方法

10、问答:本课程的特点及学习方法:

答:

1)钢筋混凝土属于复合材料。与理想的弹性体有很大差别。

2)钢筋混凝土的计算理论是建立在试验基础上的。学生在学习时,请注意了解试验过程;加强对各种破坏形态的了解(因为我们的设计方法是针对某种破坏状态而言的);观察试验录像,并能够主动积极地做思想试验。

3)本课程是根据国家标准和相关规范编写的。主要有:《混凝土结构设计规范》GB50010-2010,《建筑结构可靠度设计统一标准》GB50068-2001,《建筑结构荷载规范》GB50009-2006。请同学熟悉这些规范及相应的图集(如平法图集11G101)。

4)本课程符号多,公式多,构造多。不同于一般的文科或理科课程,更关注可行性,请同学做好转变思维习惯的准备。

5)据以往经验,同学在学习过程中容易产生以下问题:

(1)不知道本课程的主要目的是什么。本课程主要目的是进行结构设计,但对于将来做施工、工管、造价等专业的同学也有很大的帮助,使得他们能够理解工程中的配筋和构造等措施。并基于宽就业的需要,对土建各专业同学将来的就业和考研的选择更广更宽。

(2)对计算犯憷。本课程计算多,很多同学对自己的要求只是能够做教师布置的作业,能够看懂教材例题即可。甚至有些同学连作业都不做,抄袭他人成果。这是绝不可取的,我建议大家不论大题小题都动笔做一下,这样更容易发现自己的问题,同时知识也掌握得更加牢固。

(3)学习过程中知识零散、不成体系。很多同学学习后发现,了解了很多知识点,但不知道这些知识点在整个知识逻辑体系中,有什么作用。我的建议是多重复,同时多思考多问多表述。

6)教学探索:

(1)因计算很多,为感兴趣的同学介绍一种数学软件Maple(不是硬性要求),对本教材中很多设计方法编写计算程序。另外同时介绍电子表格在计算中的应用。这种探索主要是为了提高学生处理复杂运算或者大规模运算的能力。编者对maple软件的深入使用所知有限,也希望有兴趣的同学能同编者共同探讨研究。

(2)针对知识的零散化,我个人的应对经验是针对教材目录回顾自己所学的内容,对知识的系统化有很大帮助。同样可参见每章最后的小节来捋清思路。另外,介绍思维导图和图像记忆的做法,予以同学参考。试验性质,同学根据自身情况选用。

第2章建筑结构概率极限状态设计法

2.1 结构可靠度应用概率论简介

编者注:概率计算在郭版教材相对于其他教材得到了特殊的强调,编者认同这种想法:第一,这些计算方法都不难,而且对于大家理解概率极限状态设计法十分有好处;第二,有些同学高数没有学过概率论,这使得即使采用其他教材的做法,也同样迷惑重重,还不如在这里进行一次补课。

2.1.1 概率论基本术语

11、名词:随机现象

答:发生结果事先不确定的现象,称为随机现象。

12、名词:随机变量

答:表示随机现象各种结果的变量,称为随机变量。

13、名词:随机事件

答:在随机试验中,可能出现也可能不出现的事件叫做随机事件,简称事件。

14、名词:频率

答:事件A发生的次数与总次数的比值称为频率。

15、名词:概率

答:当试验次数相当大,事件A发生的频率在某个常数p附近摆动,p成为事件A的概率,记作:P(A)=p。

16、名词:累积频率,频率密度,直方图(参见例题2-1)

练习1:

例题2-1:为分析某工程混凝土抗压强度的波动规律,在浇注混凝土过程中,制作了348个试块并进行抗压强度试验,获得一批试验数据(见附录文件liti2-1-fa3.xls的“抗压强度数据”工作簿)。试绘制该工程混凝土强度概率密度直方图。

解:法一:手算法,参照郭版混凝土的例题做法。(手算过程中,自然就知道16知识点的三个名字解释的意思。)

法二:电算法。采用maple程序计算(见附录liti2-1-fa2.mw)。把手算方法用电算进行实现。

法三:电算法。同样采用maple计算(见附录liti2-1.mw),比法二更简单,直接利用直方图distogram函数,然后反推。

法四:电算法。直接采用excel进行计算(见附录liti2-1-fa3.xls)。

编者注1:需要注意的是,法四步骤:(1)需要先加载宏:在excel2007左上角圆圈处,选excel选项——加载项——excel加载项(转到)——分析工具库,然后再“数据”——“数据分析”——“直方图”(2)绘制参数选择(参见:https://www.wendangku.net/doc/a13610517.html,/view/2543b6ffc8d376eeaeaa317d.html)。(3)绘制后与书上所绘图不一致,可在直方图上点击右键选择“数据系列格式”——“选项”把分类间距变为0即可。

2、本题展示了在科研工作中会遇到的一些处理过程。原始数据在txt或xls文件中,经过处理,得到

图表和数据。

17、名词:算术平均值

答:常用μ表示。本教材给出离散数据的公式:

扩展解释:

均值:又称数学期望。

《概率统计》同济大学概率统计教研组,P120,例4.1 某校甲班有20名学生,他们的英语考试成绩(按5分计),求其平均成绩:

18、名词:标准差,方差 答:离散数据:∑=-=

n

i i

x n

1

2

)(1

μσ,标准差越大,数据越分散;标准差越小,数据越集

中。

方差为标准差的平方。

扩展解释:

对于连续的概率密度函数而言,方差:

dx x f x x D ?∞

--=

)()

()(2

μ

标准差:为方差的开方。

编者注:本教材给出标准差简化计算方法,但建议大家还是采用原始方法计算。

19、名词:变异系数 答:μ

σδ=

编者注:比起标准差来,变异系数的好处是不需要参照数据的平均值。变异系数是一个无量纲量。因此在比较两组量纲不同或均值不同的数据时,应该用变异系数而不是标准差来作为比较的参考。

练习2:

例题2-2,教材表2-2,为两批钢材抗拉强度试验结果,试判断哪批钢材质量更好。 解:1、手算法。不需要采用简化方法计算标准差,直接采用原始方法计算。 2、电算法。参见附录文件liti2-2.xls 。并介绍一下电子表格公式的应用。 练习3:

例题2-3,已知一批混凝土试块的抗压强度标准差2

/4mm N =σ,平均值2

/30mm N =μ,

钢筋试件抗拉强度标准差2/8mm N =σ,平均值2/300mm N =μ。试判断离散性。 解:均值不同,采用变异系数进行判断。

2.1.2 概率密度函数、分布函数和分位值

20、名词:概率密度函数

答:如果试验次数增多,组距变小,概率密度直方图会趋近于连续光滑的曲线,设可用函数f(x)表示,称为概率密度函数。 21、问答:概率密度函数的性质

答:1)在a 、b 之间的概率为其下覆盖围成的曲边梯形面积:

?

=

a

dx x f b a P )()(ξ

2)概率密度>0。

0)(≥x f

3)曲线下覆盖总面积为1。

1)(=?

-dx x f

4)随机变量x ≤ξ的概率为:

?

-=

≤x

dx x f x P )()(ξ

22、名词:概率分布函数 答:?

-=

≤=x

dx x f x P x F )()()(ξ

编者注:以标准正态分布的概率分布函数为例(参见shili2.mw 的第1题)

图2-1 标准正态分布的概率分布函数

23、名词:正态分布 答:概率密度函数为:

2

2

2)(21

)(σ

μπ

σ--=

x e

x f

记为),(σμξN -

标准概率分布:均值μ=0,标准差σ=1。 图形:

图2-2 正态分布曲线(钟形曲线)

扩展解释(摘自维基百科):

正态分布是自然科学与行为科学中的定量现象的一个方便模型。各种各样的心理学测试分数和物理现象比如光子计数都被发现近似地服从正态分布。尽管这些现象的根本原因经常是未知的,理论上可以证明如果把许多小作用加起来看做一个变量,那么这个变量服从正态分布(在R.N.Bracewell 的Fourier transform and its application 中可以找到一种简单的证明)。正态分布是在统计以及许多统计测试中最广泛应用的一类分布。

24、名词:极值分布

答:概率论中将极大值(或者极小值)的概率分布称为极值分布。

扩展解释:

防洪时节人们经常谈论某年的河水的日流量(或者水位)的最大值是多少。从统计学角度看我们可以研究每年的一日流量的最大值(每年的老大)。如果有很多年的资料,可以把它们(每年的老大)本身看作是随机变量。显然这种随机变量也有概率分布规律。

25、名词:极值I 型分布 答:概率密度函数为:

)

()

()(u x e

u x e

e

x f -----=λλλ

其中λ

μ57722

.0-

=u ,σ

λ28255

.1=

图形:(参见shili2.mw 的第2题)

图2-3 极值I 型曲线

26、名词:分位值

答:若ξ

工程上,一般取分位值得保证率为5%。(若为正态分布,一般取μ±1.645σ。) 练习4:

例题2-4,已知一批混凝土试块,立方体抗压强度平均值为2/29mm N =μ,标准差

2

/6.3mm N =σ,试求该混凝土具有95%保证率的抗压强度。

解:根据知识点26可以进行计算(想想向那一边才更安全,更具有保障。)。 编者注:可以尝试求具有98%保证率的分位值。 1)查表法,有相应的表格,比如https://www.wendangku.net/doc/a13610517.html,/view/b5094c630b1c59eef8c7b420.html 查得,最接近的有0.9798、0.9803,对应的x 值为2.05、2.06

插值为:

故此根据公式: 分位值:29-2.05433.6=21.61

2)maple 法,参见shili2.mw 第3题

3)电子表格计算法,参见shili2.xls 第1题

2.2 建筑结构荷载

27、名词:作用、直接作用、荷载、间接作用

答:施加在结构上的集中力或分布力(直接作用,也称为荷载)和引起结构外加变形或约束变形的原因(间接作用)。(参见《建筑结构可靠度设计统一标准》GB50068-2001,P4) 举例:风、人、自重都称为荷载;地震、温度变形、地基不均匀沉降称为间接作用。 扩展解释:

根据荷规2001条文说明1.0.4,过去也习惯上把温度和地震称为温度荷载和地震荷载,但这混淆了两种不同性质的作用,本规范根据《建筑结构可靠度设计统一标准》将两种作用分别称为直接作用和间接作用。

2.2.1 荷载的分类

28、问答:荷载随时间的变异进行分类

答:1)永久荷载:在结构使用期间,其值不随时间变化,或其变化与平均值相比可以忽略不计,或其变化是单调的并能趋近于限值的荷载。(参见荷规2001,P2)

扩展解释:

举例,土压力和预应力作为永久荷载,是因为它们都是随时间单调变化而能趋近于限值的荷载。水位不变的水压力按永久荷载考虑,而水位变化的水压力按可变荷载考虑。参见荷规2001,条文说明3.1.1。

2)可变荷载:在结构使用期间,其值随时间变化,且其变化与平均值相比不可以忽略不计的荷载。

举例:楼面活荷载、风荷在、积雪、积灰、吊车荷载。

3)偶然荷载:在结构使用期间内,不一定出现,一旦出现,其值很大且持续时间很短的荷载。

举例:地震、爆炸、撞击。

29、问答:荷载随空间位置变异进行分类

答:1)固定荷载。在结构空间位置上具有固定分布的荷载。

举例:自重,固定设备。

2)自由荷载。在结构空间位置上一定范围内可以任意分布的荷载。

举例:人,吊车。

30、荷载按结构的反应特点进行分类

答:1)静态荷载。不使结构产生加速度,或者产生的加速度可以忽略不计的荷载。

举例:自重,楼面活荷载,屋面活荷载。

2)动态荷载。使结构产生的加速度不能忽略不计的荷载。

举例:吊车,机器偏心振动,风。

编者注:对于动荷载,常常需要拟化为静力荷载,并考虑动力系数。

2.2.2 荷载代表值

31、名词:荷载代表值,荷载基本代表值。

答:设计中用以验算极限状态所采用的荷载量值,例如标准值、组合值、频遇值、准永久值。(荷规2001,P2)

荷载标准值是荷载的基本代表值,而其他代表值都可在标准值的基础上乘以相应的系数后得出。(荷规2001,条文说明3.1.2)

32、名词:荷载标准值

答:荷载的基本代表值,为设计基准期内最大荷载统计分布的特征值(例如均值、众值、中值或某个分位值)。(荷规2001,P2)

33、名词:设计基准期

答:为确定可变作用及与时间有关的材料性能等取值而选用的时间参数。(可靠度标准2001,2.1.6)。

编者注:

根据编者的理解,简单的说就是连续观测的时间。比如对某地风压连续观测50年。这个50年就是基准期。(更为详细的解释参见可靠度统一标准2001,条文说明4.0.3;另可参

见《结构可靠度》欧进萍、段忠东)

根据欧进萍《结构可靠度》,P41,可见随着基准期的增加,北京最大基本风速的极值I 型曲线向右偏移,均值明显增大。因此设定合理的、统一的设计基准期来确定结构设计的荷载标准是必要而重要的。

另外,需要注意的是,有人把设计基准期和荷载重现期相等同,编者认为这是不对的。

如有不同理解,欢迎探讨指正。

34、问答:如何确定针对荷载重现期T(T年一遇)所对应的荷载分位值。

答:(根据欧进萍、段忠东的《结构可靠度》P13-16)

具体解释不作详述(唯一需要注意的是先做一个假定:事件在每年发生都是独立的且等可能的。)

超越概率为1/T,例如50年一遇的超越概率为1/50=0.02,保证率为1-0.02=0.98。

练习5:

《结构可靠度》P15,例 1.3 设北京地区年最大基本风速的概率分布为极值I型,其中λ=0.516,u=17.784(m/s)求25、50、100年一遇的最大基本风速。

编者增加一小问:求相应最大基本风压。(参见荷规2001条文说明,7.1.2)

解:参见shili2.mw,第4题。(注意量纲的处理)

35、名词:众值、中值

答:1)众值:对应最大频数的变量值。如下图:

图2-4 众值示意图

2)中值:是在一组数据中居于中间的数(特别注意的地方是:这组数据之前已经经过升序排列!!!),即在这组数据中,有一半的数据比它大,有一半的数据比它小。(摘自网络)36、问答:对于没有充分统计资料的荷载,如何确定标准值

答:目前,并非所有的荷载都能取得充分的统计资料,为此,不得不从实际出发,根据已有的工程实践经验,通过分析判断后,协议一个公称值(Nominal Value)作为代表值。本规范中,这种方法确定的代表值也称为标准值。(荷规2001,条文说明3.1.2)

37、问答:永久荷载标准值的确定方法

答:1)对于变化比较小的荷载,比如结构或非承重构件的自重,多为正态分布,一般用均值。相当于50%百分位时的分位值。

2)对于变化较大的材料(如屋面保温材料、防水材料、找平层和现浇钢筋混凝土板),考虑到结构的可靠性,在设计中考虑到对结构有利或不利,分别取其上限或下限。(在荷规2001附录A中对变异性较大的材料都给出了上限及下限)

38、问答:可变荷载标准值的确定方法

答:根据设计基准期内(统一规定为50年,荷规2001,P128)最大荷载概率分布的某一分位值确定。(可靠度标准2001,4.0.6)

练习6:

我国有关单位对办公楼、住宅和商店等民用建筑的楼面可变荷载进行了调查,经统计分析表明,在设计基准期内民用楼面最大可变荷载概率分布服从极值I型分布。同时得到,办

公楼、住宅和商店最大荷载平均值分别为1.047kN/m 2、1.288 kN/m 2、2.841 kN/m 2。标准差为0.320 kN/m 2、0.300kN/m 2、0.553kN/m 2。

上一版荷规87规定,办公楼、住宅和商店楼面可变荷载标准值分别为1.5 kN/m 2、1.5 kN/m 2、3.5 kN/m 2

1)求87荷规的办公楼、住宅和商店的可变荷载保证率。(shili2.mw 第5题)

2)上题所计算的保证率偏低,考虑到工程界的普遍意见,与国外标准的对比,以及未来楼面可变荷载的变化趋势难以预测,2001版规范提高了办公楼和住宅的可变荷载标准值。如果由你计算的话,办公楼和住宅的可变荷载保证率升为50年一遇,可变荷载标准值应为多少。(shili2.mw 第6题)

39、问答:实际工作中的荷载标准值确定方法

答:上述荷载标准值的确定方法是理论化的,而且基于大量的统计资料基础上的,对于普通工程人员来说,确定可变荷载标准值可以采用简单易行的查表法。 参见荷规2001(重点在附录A 及4.1节) 40、问答:雪荷载和风荷载标准值确定的方法 答:1)雪荷载标准值:参见荷规2001第6章:

0s s s k μ=

其中s μ为积雪分布系数,查荷规2001表6.2.1可得。

0s 为基本雪压,查荷规2001附录D 可得。

2)风荷载标准值:参见荷规2001第7章,此处仅简单介绍:

0w w z s z k μμβ=

其中z β为风振系数 s μ为体型系数

z μ为高度变化系数

0w 为基本风压

41、问答:荷载组合值的确定方法 答:当考虑两种或两种以上可变荷载在结构上同时作用时,由于所有荷载同时达到其单独出现的最大值的可能性很小,因此,除主导荷载(产生荷载效应最大的荷载)仍以标准值作为代表值外,其他伴随荷载采用小于标准值的组合值作为代表值。

k c c Q Q ψ=

其中组合系数ψc 可查阅荷规2001表4.1.1等表格。

42、问答:荷载组合时组合系数的确定方法 答:采用“等β方法”(其中β指的是可靠指标)。(参见欧进萍《结构可靠度》P102-105) 43、名词:荷载频遇值

答:荷载频遇值的确定方法可根据在设计基准期内,超越时间比值为0.1。

k f f Q Q ψ=

其中f ψ为频遇值系数,可查荷规2001表4.1.1等。

44、名词:荷载准永久值

答:荷载准永久值的确定方法,可根据在设计基准期内超越时间比值为0.5。

图2-5 荷载准永久值确定方法示意图

k q q Q Q ψ=

其中q ψ为准永久值系数,可查荷规2001表4.1.1等。

2.3 建筑结构的设计使用年限和安全等级 2.

3.1 建筑结构设计使用年限

45、名词:设计使用年限

答:设计规定的结构或结构构件不需进行大修即可按其预定目的使用的时期。(参见可靠度统一标准2001P3)

根据可靠度统一标准2001:

2.3.2 建筑结构的安全等级

46、名词:建筑结构的安全等级

答: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。(参见可靠度统一标准2001,1.0.8)

同时,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以进行调整,但不能低于三级。(参见可靠度统一标准2001,1.0.9)

2.4 建筑结构概率极限状态设计法

2.4.1 结构的功能及极限状态

47、问答:结构应该满足什么样的功能

答:1)安全性:在收到各种作用的时候能够保持整体稳定性。(不倒塌)

图2-6 某结构倒塌

2)适用性:正常使用时,有良好的工作性能。(如变形或振动)

图2-7 某桥梁变形过大

3)耐久性:建筑结构在正常维护时,能完好的使用到设计所规定的年限。(如锈蚀和混凝土保护层脱落)

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