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1、第三章 结构设计方法,第三章 结构设计方法 Design Approach,第三章 结构设计方法,Questions1 What working states should be considered for practical structures?2 How to ensure the safety and serviceability of your design?3 What factors must be considered to ensure the safety and serviceability?,第三章 结构设计方法,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

2、结构中存在多种不确定性 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,第三章 结构设计方法,3.0 基本概念,设计方法和内容：,第三章 结构设计方法,容许应力设计方法 allowable stress,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，可选取一个合适的安全系数。,第三章 结构设计方法,材料力学研究的是：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

3、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。,第三章 结构设计方法,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；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；充分考虑各种外界影响：各种荷载、温度变化、沉降、收缩徐变、地震、侵蚀、冻融等；充分考虑结构尺寸、材料强度等的变异情况，以便科学全面合理的确定结构可靠性。,采用以概率理论为基础的极限状态设计方法对建筑结构进行设计。,第三章 结构设计方法,3.1 作用与作用效应,作用：使结构产生内力和变形的原因，分为

4、直接作用和间接作用和偶然作用。（P.53）,3.1 作用与作用效应,直接作用：亦称为荷载，指施加在结构上的各种力 永久荷载G：在结构使用期间，其值不随时间变化，且其变化 与平均值相比可以考虑不计，或其变化是单调的并能趋于限值的荷载，如自重、土压力、预应力等。可变荷载Q：在结构使用期间，其值随时间变化，或其变化 与平均值相比不可忽略不计的荷载，如使用活荷载、风荷载、雪荷载、汽车、水流等。,第三章 结构设计方法,作用：使结构产生内力和变形的原因，分为直接作用和间接作用和偶然作用。（P.53）,直接作用：亦称为荷载，指施加在结构上的各种力。永久荷载G：自重、土压力、预应力等；可变荷载Q：使用活荷载、

5、风荷载、雪荷载、汽车、水流等。,间接作用：引起结构外加变形或约束变形的原因，如混凝土的收缩徐变、地基不均匀沉降（永久）、温度变化（可变）、环境引起材料性能退化等。,偶然作用：在结构使用期间不一定出现，但一旦出现，其值很大且持续时间很短的作用，如地震、爆炸力、车船撞击力。,3.1 作用与作用效应,3.1 作用与作用效应,第三章 结构设计方法,作用效应(S)：结构上的作用使结构产生的内力（弯矩、剪力、扭矩）和变形、裂缝的统称。（P.53）作用（荷载）效应=作用（荷载）效应系数（C)*荷载值 P.43承担均布荷载q的简支梁，其跨中弯矩 M=1/8*ql2，则荷载效应系数C=1/8*l2。,3.1 作

6、用与作用效应,3.1 作用与作用效应,第三章 结构设计方法,3.2 结构的功能,3.2 结构的功能 Functions of Structure,安全性 Safety(P.51)如（MMu）结构在预定的使用期间内（design life 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）等的作用。在偶然事件（如地震、爆炸）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。,第三章 结构设计方法,3.2 结构的功能,适用性 Serviceability 结构在正常使用期间，不需对结构进行维修（或少量维修）和加固的情况下，具有良好的工作性能，能继续正常使用。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），或产生让使用者感到不安的过大的裂缝宽度。,第三章 结构设计方法,3.2 结构的功能,耐久性 Durability 结构在预定的使用期限内，不需对结构进行维修（或少量维修）和加固的情况下，结构的适应性和安全性仍满足预定功能要求的能力。如