工程结构通用规范-第二讲.pdf
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1、工程结构通用规范内容解析工程结构通用规范内容解析中国建筑科学研究院有限公司 陈 凯中国建筑科学研究院有限公司 陈 凯工程结构通用规范GB55001-2021主要起草人、联系人建筑结构可靠性设计统一标准GB50068-2018主要起草人建筑结构荷载规范GB50009-2012主要起草人第二讲 结构设计与结构作用第二讲 结构设计与结构作用第一讲重点回顾第一讲重点回顾 通用规范与技术标准不同,属于技术法规 安全等级与抗震设防类别既有区别也有联系 设计工作年限与设计使用年限是等价术语,并非使用寿命 100年工作年限的“特别重要建筑结构”的特指意涵 设计基准期、设计工作年限和可变荷载重现期的区别3.1
2、极限状态的分项系数设计方法3.1 极限状态的分项系数设计方法 极限状态 结构性能:安全失效,适用 不适用 极限状态是对不良情况的理想化,对应特定的性能点 对应两种性能判据,分为两种极限状态:承载力极限状态和正常使用极限状态 3.1.1 涉及到人身安全以及结构安全的极限状态应作为承载能力极限状态。当结构或结构构件出现下列状态之一时,应认为超过了承载能力极限状态:1 结构构件或连接因超过材料强度而破坏,或因过度变形而不适于继续承载;2 整个结构或其一部分作为刚体失去平衡;3 结构转变为机动体系;4 结构或结构构件丧失稳定;5 结构因局部破坏而发生连续倒塌;6 地基丧失承载力而破坏;7 结构或结构构
3、件发生疲劳破坏。3.1.2涉及到结构或结构单元的正常使用功能、人员舒适性、建筑外观的极限状态应作为正常使用极限状态。当结构或结构构件出现下列状态之一时,应认为超过了正常使用极限状态:1 影响外观、使用舒适性或结构使用功能的变形;2 造成人员不舒适或结构使用功能受限的振动;3 影响外观、耐久性或结构使用功能的局部损坏。比如过大的变形或裂缝:填充墙开裂、粉刷层剥落、用户心理不安全感等 3.1.3结构设计应对起控制作用的极限状态进行计算或验算;当不能确定起控制作用的极限状态时,结构设计应对不同极限状态分别计算或验算。如跨度较小的混凝土梁,满足承载能力极限状态,其挠度自然满足;沿海超高层建筑,往往舒适
4、性控制 3.1.4结构设计应区分下列设计状况:1 持久设计状况,适用于结构正常使用时的情况;2 短暂设计状况,适用于结构施工和维修等临时情况;3 偶然设计状况,适用于结构遭受火灾、爆炸、非正常撞击等罕见情况;4 地震设计状况,适用于结构遭受地震时的情况。短暂设计状况下的作用代表值,根据具体情况确定 地震状况不同于偶然状况:地震可统计,抗震设计是普遍要求 3.1.5结构设计时选定的设计状况,应涵盖正常施工和使用过程中的各种不利情况。各种设计状况均应进行承载能力极限状态设计,持久设计状况尚应进行正常使用极限状态设计。其他状况是否进行正常使用状态设计,可根据情况确定。3.1.6 对每种设计状况,均应
5、考虑各种不同的作用组合,以确定作用控制工况和最不利的效应设计值。多个荷载的相遇问题,有多种方法 我国采用JCSS(结构安全度联合委员会)组合规则11221212000,000,000,max()()()()max()()()()max()nnnnTQQQtTTQQQtTTQQQtTSStStStSStStStSStStSt 3.1.7 进行承载能力极限状态设计时采用的作用组合,应符合下列规定:1 持久设计状况和短暂设计状况应采用作用的基本组合;2 偶然设计状况应采用作用的偶然组合;3 地震设计状况应采用作用的地震组合;4 作用组合应为可能同时出现的作用的组合;(不上人屋面活荷载与雪荷载)5 每
6、个作用组合中应包括一个主导可变作用或一个偶然作用或一个地震作用;6 当静力平衡等极限状态设计对永久作用的位置和大小很敏感时,该永久作用的有利部分和不利部分应作为单独作用分别考虑;7 当一种作用产生的几种效应非完全相关时,应降低有利效应的分项系数取值。6 当静力平衡等极限状态设计对永久作用的位置和大小很敏感时,该永久作用的有利部分和不利部分应作为单独作用分别考虑;验算跨中弯矩时,根据可变作用位置确定自重有利还是不利自重的有利、不利部分单独考虑 3.1.8 进行正常使用极限状态设计时采用的作用组合,应符合下列规定:1 标准组合,用于不可逆正常使用极限状态设计;2 频遇组合,用于可逆正常使用极限状态
7、设计;3 准永久组合,用于长期效应是决定性因素的正常使用极限状态设计。是否可逆需要结合具体情况考虑 例如:钢梁挠度(本身可逆)引起隔墙损坏(标准组合)影响人的舒适性(频遇组合)只影响外观(准永久组合)工程结构通用规范各类结构通用规范在合适的可靠性水准下,协议和平衡抗力与荷载取值2.73.23.74.2 结构或结构构件的疲劳破坏的承载能力极限状态设计时,应根据构件受力特性及疲劳设计方法采用不同的疲劳荷载模型和验算表达式。疲劳荷载不仅取决于荷载的量值大小,还取决于量值的变化范围和使用条件下的时间效应(循环次数)疲劳效应是材料的局部劣化,既可能是良性的(裂纹造成的约束释放使其停止发展),也可能是破坏
8、性的(裂纹造成更糟糕的承载状况使其加速扩展)在材料延性较好等情况下,疲劳破坏发生前往往是容易被发现的,这种预警的可能性在疲劳破坏验算时也需要加以考虑 3.1.13房屋建筑结构的作用分项系数应按下列规定取值:1 永久作用:当对结构不利时,不应小于1.3;当对结构有利时,不应大于1.0;2 预应力:当对结构不利时,不应小于1.3;当对结构有利时,不应大于1.0;3 标准值大于4kN/m2的工业房屋楼面活荷载,当对结构不利时不应小于1.4;当对结构有利时,应取为0;4 除第3)项之外的可变作用,当对结构不利时不应小于1.5;当对结构有利时,应取为0。分项系数根据建筑结构可靠性设计统一标准提高了取值
9、安全与经济的平衡 平衡风险与收益的最优决策 经济性的衡量标准 建造成本 建筑全生命周期的成本 生命无价 历史大背景 历史惯性 国家的经济发展水平 政策导向 深化标准化改革方案行动计划:不断提高国内标准与国际标准水平的一致性程度以生活质量指数为准则的风险优化安全经济00.20.40.60.811.21.4混凝土结构钢结构轻钢结构木结构中美欧00.20.40.60.811.2混凝土结构钢结构轻钢结构木结构中美欧构件层次的安全度设置水平比较混凝土结构比美国低18%,比欧洲低14%永久作用永久作用可变作用可变作用恒载为主恒载为主美国1.21.61.4,0欧洲1.351.5-统标20011.21.41.
10、351.4*组合值系数统标20181.31.5-特定假定下的分析结果,不具有普遍意义 3.1.143.1.15 给出了公路桥涵结构和港工结构的分项系数3.2 其他设计方法3.2 其他设计方法4.1 永久作用4.1 永久作用 4.1.1 结构自重的标准值应按结构构件的设计尺寸与材料容重计算确定。对于自重变异较大的材料和构件,对结构不利时自重标准值取上限值,对结构有利时取下限值。4.1.2 位置固定的永久设备自重应采用设备铭牌重量值;当无铭牌重量时,应按实际重量计算。4.1.3 隔墙自重作为永久作用时,应符合位置固定的要求;位置可灵活布置的轻质隔墙自重应按可变荷载考虑。(隔墙的作用类别,影响分项系
11、数取值)4.1.4 土压力应按设计埋深与土的单位体积自重计算确定。土的单位体积自重应根据计算水位分别取不同容重进行计算。4.1.5 预加应力应考虑时间效应影响,采用有效预应力。4.2 楼面和屋面活荷载4.2 楼面和屋面活荷载 4.2.1 采用等效均布活荷载方法进行设计时,应保证其产生的荷载效应与最不利堆放情况等效;建筑楼面和屋面堆放物较多或较重的区域,应按实际情况考虑其荷载。楼面活荷载的确定方法 概率统计方法:大规模调查,建立概率模型 等效均布方法:设备为主的工业楼面、汽车荷载 经验方法 楼面活荷载体现空间和时间随机变异性 国内进行了大规模调查 133栋办公楼共2201间办公室,总面积为637
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