工程结构课件(5)
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东大工程结构设计原理课件 05 梁的结构形式及破坏类型
东南大学远程教育
结构设计原理
第 二十八 讲
主讲教师： 曹双寅 舒赣平
第28讲：受弯构件－梁（5） 上一讲内容 钢筋混凝土构件的连接
1、钢筋的连接 2、预制板的连接 3、预制构件（梁、柱）的连接
5－1
第28讲：受弯构件－梁（5） 5－2
梁上的荷载
只承受弯矩或弯矩与剪力共同作用的构件成为梁（受 弯构件）。 作用于梁上的荷载通常有：均布荷载、集中荷载。 按工程力学的弹性方法计算荷载效应(弯矩、剪力、 变形等）。 按承载能力极限状态和正常使用极限状态进行设计。
第29讲：受弯构件－梁（5） 5－13
钢梁的主要破坏类型
构件整体失稳（平衡状态变化）：
组成构件的板件发生局部失稳：
梁刚度不足，挠度过大， 影响正常使用； 钢结构表面锈蚀严重， 耐久性差。
b
第29讲：受弯构件－梁（5） 5－14
钢筋混凝土梁的主要破坏类型
正截面强度破坏类型：（配筋率） 1.适筋破坏－钢筋先屈服，混凝土后压碎（延性破 坏）； 2.少筋破坏－一裂就坏（脆性破坏）； 3.超筋破坏－受压区混凝土先压碎而受拉区钢筋不屈 服（破坏突然、脆性破坏）。
第28讲：受弯构件－梁（5） 5－5
梁的截面形式
合理截面： 在截面面积一定的前提下，尽可能提高截面的抗弯 刚度（惯性矩I、弹性抵抗矩W），充分发挥材料的 受力性能，同时兼顾制造、施工的可能性。
第28讲：受弯构件－梁（5） 5－6
钢梁的常用截面形式
热轧型钢； 冷弯薄壁型钢； 焊接组合截面； 特点： 截面开展，力学 性能好，须注意 板件局部失稳。
结构设计原理
第 二十八 讲
主讲教师： 曹双寅 舒赣平
第28讲：受弯构件－梁（5） 上一讲内容 钢筋混凝土构件的连接
1、钢筋的连接 2、预制板的连接 3、预制构件（梁、柱）的连接
5－1
第28讲：受弯构件－梁（5） 5－2
梁上的荷载
只承受弯矩或弯矩与剪力共同作用的构件成为梁（受 弯构件）。 作用于梁上的荷载通常有：均布荷载、集中荷载。 按工程力学的弹性方法计算荷载效应(弯矩、剪力、 变形等）。 按承载能力极限状态和正常使用极限状态进行设计。
第29讲：受弯构件－梁（5） 5－13
钢梁的主要破坏类型
构件整体失稳（平衡状态变化）：
组成构件的板件发生局部失稳：
梁刚度不足，挠度过大， 影响正常使用； 钢结构表面锈蚀严重， 耐久性差。
b
第29讲：受弯构件－梁（5） 5－14
钢筋混凝土梁的主要破坏类型
正截面强度破坏类型：（配筋率） 1.适筋破坏－钢筋先屈服，混凝土后压碎（延性破 坏）； 2.少筋破坏－一裂就坏（脆性破坏）； 3.超筋破坏－受压区混凝土先压碎而受拉区钢筋不屈 服（破坏突然、脆性破坏）。
第28讲：受弯构件－梁（5） 5－5
梁的截面形式
合理截面： 在截面面积一定的前提下，尽可能提高截面的抗弯 刚度（惯性矩I、弹性抵抗矩W），充分发挥材料的 受力性能，同时兼顾制造、施工的可能性。
第28讲：受弯构件－梁（5） 5－6
钢梁的常用截面形式
热轧型钢； 冷弯薄壁型钢； 焊接组合截面； 特点： 截面开展，力学 性能好，须注意 板件局部失稳。
建筑结构ppt课件
钢结构连接应满足传力明确、构造简单、 便于施工和节约钢材等要求。同时，连 接节点应具有足够的强度和刚度，以保 证结构的整体稳定性。
钢框架结构的稳定性分析
01
稳定性概念
钢框架结构的稳定性是指结构在荷载作用下保持原有平衡状态的能力。
当结构所受荷载超过其极限承载力时，结构将失去稳定性并发生破坏。
02 03
和跨度进行合理选择。
板的构造要求
板应具有足够的承载力和刚度， 能够承受均布荷载和集中荷载的 作用。板的厚度和配筋应根据荷
载和跨度进行确定。
柱的构造要求
柱应具有足够的承载力和稳定性， 能够承受轴向压力和弯矩的作用。 柱的截面形状和尺寸、配筋和箍 筋设置等应根据荷载和建筑要求
进行设计。
钢筋混凝土框架结构的抗震设计
THANK YOU
砌体房屋的构造要求及抗震措施
构造要求
确保砌体结构的整体性、稳定性和 耐久性，采取相应措施防止裂缝的 产生和扩展。
抗震措施
设置钢筋混凝土构造柱和圈梁，采 用配筋砌体等加强结构的抗震性能。
砌体结构加固方法与实例分析
加固方法
钢筋网砂浆面层加固法、钢筋混凝土外加层加固法、增设扶壁 柱加固法等。
实例分析
针对具体工程案例，分析砌体结构存在的问题，提出相应的加 固方案并进行实施，最终对加固效果进行评估。
受力分析方法与原理
弹性力学方法
基于弹性力学理论，通过求解平 衡方程、几何方程和物理方程得
到结构内力和变形。
塑性力学方法
考虑材料塑性性质，分析结构在荷 载作用下的塑性变形和破坏过程。
有限元方法
将连续体离散为有限个单元，通过 求解单元刚度矩阵和荷载向量得到 结构整体响应。
荷载效应组合及设计值确定
钢框架结构的稳定性分析
01
稳定性概念
钢框架结构的稳定性是指结构在荷载作用下保持原有平衡状态的能力。
当结构所受荷载超过其极限承载力时，结构将失去稳定性并发生破坏。
02 03
和跨度进行合理选择。
板的构造要求
板应具有足够的承载力和刚度， 能够承受均布荷载和集中荷载的 作用。板的厚度和配筋应根据荷
载和跨度进行确定。
柱的构造要求
柱应具有足够的承载力和稳定性， 能够承受轴向压力和弯矩的作用。 柱的截面形状和尺寸、配筋和箍 筋设置等应根据荷载和建筑要求
进行设计。
钢筋混凝土框架结构的抗震设计
THANK YOU
砌体房屋的构造要求及抗震措施
构造要求
确保砌体结构的整体性、稳定性和 耐久性，采取相应措施防止裂缝的 产生和扩展。
抗震措施
设置钢筋混凝土构造柱和圈梁，采 用配筋砌体等加强结构的抗震性能。
砌体结构加固方法与实例分析
加固方法
钢筋网砂浆面层加固法、钢筋混凝土外加层加固法、增设扶壁 柱加固法等。
实例分析
针对具体工程案例，分析砌体结构存在的问题，提出相应的加 固方案并进行实施，最终对加固效果进行评估。
受力分析方法与原理
弹性力学方法
基于弹性力学理论，通过求解平 衡方程、几何方程和物理方程得
到结构内力和变形。
塑性力学方法
考虑材料塑性性质，分析结构在荷 载作用下的塑性变形和破坏过程。
有限元方法
将连续体离散为有限个单元，通过 求解单元刚度矩阵和荷载向量得到 结构整体响应。
荷载效应组合及设计值确定
《建筑工程制图》教学课件：第5章结构施工图
①梁集中标注的内容
a. 梁的编号。（见表）
梁编号
梁类型
楼层框架梁 屋面框架梁 框支梁
非框架梁 悬挑梁 井字梁
代号
KL WKL KZL L XL JZL
序 号 跨数及是否带有悬挑
xx (xx)、(xxA)或(xxB) xx (xx)、(xxA)或(xxB) xx (xx)、(xxA)或(xxB) xx (xx)、(xxA)或(xxB) xx xx (xx)、(xxA)或(xxB)
2） 梁平法施工图的表示方法
梁平法施工图系在梁平面布置图上采用 平面注写方式或截面注写方式表达。
（1） 平面注写方式 在梁平面布置图上，分别在不同编号的
梁中各选一根梁，在其上注写截面尺寸和配 筋具体数值的方式来表达梁平法施工图。
平面注写包括集中标注与原位标注，集中标 注表达梁的通用数值，原位标注表达梁的特 殊数值。当集中标注中的某项数值不适用于 某部位时，则将该项数值原位标注，施工时， 原位标注取值优先。
5.3 钢筋混凝土构件详图
1. 钢筋与混凝土
混凝土的组成：混凝土是由水泥、骨料 （砂、石子）、水按一定比例所组成。 混凝土的性能：抗压强度高，抗拉强度 低。 钢筋混凝土的组成：钢筋混凝土由钢筋 和混凝土两种材料所组成。
钢筋混凝土的性能：由于钢筋抗拉、抗压性能都 很好，所以，钢筋加入混凝土后， 弥补了混凝土 的缺点，极大地提高了构件的承载能力。
注: (xxA)为一端有悬挑,(xxB)为两端 有悬挑,悬挑不计入跨数。
b. 梁截面尺寸。等截面时用b×h表示，为加腋 梁时用b×h Yc1×c2表示，其中C1为腋长， C2为腋高；对两端高度不相等的悬挑梁，用 斜线分隔根部与端部的高度值，即为 b×h1/h2。
《工程结构》课件
总结词
稳定性分析是研究结构在各种载荷作用下的平衡状态和失稳条件。
详细描述
稳定性分析的目的是确定结构在各种载荷作用下的平衡状态和失稳条件，以及评估结构的承载能力和 安全裕度。这种分析方法用于评估结构在各种工况下的稳定性，包括侧向稳定性、屈曲稳定性和整体 稳定性等。稳定性分析对于确保结构的稳定性和安全性至关重要。
总结词
由多个杆件通过节点连接组成的网状结构， 通过节点传递荷载的结构形式。
详细描述
网架结构的优点在于其空间受力性能好、承 载能力高、刚度大等优点，适用于大型工业 厂房、会展中心等大跨度跨越的建筑。网架 结构的形式多样，可以根据建筑需求进行灵 活设计，提高建筑物的使用功能和美观性。 同时，网架结构的施工方便快捷，能够缩短
船舶的结构设计优化，通过优化 设计提高船舶的航速、稳定性和 耐久性。
06
工程结构的施工与维护
施工方法与技术
施工方法
介绍工程结构的施工方法，包括预制 施工、装配式施工等，以及各种方法 的优缺点和应用范围。
施工技术
详细阐述施工过程中的技术要点，如 混凝土浇筑、钢筋安装、模板支护等 ，以确保工程质量。
木材的加工和连接相对简单，成本较低，因此在一些小 型建筑和临时建筑中也被广泛应用。
它被广泛应用于房屋、家具和园林景观等建筑结构中。
木材的耐久性和防腐性能相对较差，需要采取相应的保 护措施。
其他材料
其他材料包括玻璃、塑料、陶瓷等建筑材料。 这些材料在工程结构中也有一定的应用，如玻璃幕墙、塑料管道和陶瓷地板等。
动力分析
总结词
动力分析是研究结构在动态载荷作用下的响应和行为，考虑时间变化和振动的因素。
详细描述
动力分析主要关注结构在动态载荷作用下的振动、响应和稳定性。这种分析方法用于评估结构在地震、风载等动 态载荷作用下的性能，以及结构的自振特性和稳定性。动力分析对于预测结构的动力响应和疲劳性能至关重要。
稳定性分析是研究结构在各种载荷作用下的平衡状态和失稳条件。
详细描述
稳定性分析的目的是确定结构在各种载荷作用下的平衡状态和失稳条件，以及评估结构的承载能力和 安全裕度。这种分析方法用于评估结构在各种工况下的稳定性，包括侧向稳定性、屈曲稳定性和整体 稳定性等。稳定性分析对于确保结构的稳定性和安全性至关重要。
总结词
由多个杆件通过节点连接组成的网状结构， 通过节点传递荷载的结构形式。
详细描述
网架结构的优点在于其空间受力性能好、承 载能力高、刚度大等优点，适用于大型工业 厂房、会展中心等大跨度跨越的建筑。网架 结构的形式多样，可以根据建筑需求进行灵 活设计，提高建筑物的使用功能和美观性。 同时，网架结构的施工方便快捷，能够缩短
船舶的结构设计优化，通过优化 设计提高船舶的航速、稳定性和 耐久性。
06
工程结构的施工与维护
施工方法与技术
施工方法
介绍工程结构的施工方法，包括预制 施工、装配式施工等，以及各种方法 的优缺点和应用范围。
施工技术
详细阐述施工过程中的技术要点，如 混凝土浇筑、钢筋安装、模板支护等 ，以确保工程质量。
木材的加工和连接相对简单，成本较低，因此在一些小 型建筑和临时建筑中也被广泛应用。
它被广泛应用于房屋、家具和园林景观等建筑结构中。
木材的耐久性和防腐性能相对较差，需要采取相应的保 护措施。
其他材料
其他材料包括玻璃、塑料、陶瓷等建筑材料。 这些材料在工程结构中也有一定的应用，如玻璃幕墙、塑料管道和陶瓷地板等。
动力分析
总结词
动力分析是研究结构在动态载荷作用下的响应和行为，考虑时间变化和振动的因素。
详细描述
动力分析主要关注结构在动态载荷作用下的振动、响应和稳定性。这种分析方法用于评估结构在地震、风载等动 态载荷作用下的性能，以及结构的自振特性和稳定性。动力分析对于预测结构的动力响应和疲劳性能至关重要。
5YJK建筑结构设计软件工程应用特种结构设计PPT课件
在梁的平法施工图上可同时画出空心板肋梁配筋
23
布置柱帽时的计算
• 对布置柱帽的楼板自动按照有限元法计算
板有限元计算时对于柱帽部分的单元可以考虑柱帽的实际厚度。由 于柱帽是实心板，对这部分单元的刚度不作考虑空心板的折减。
• 柱帽处肋梁的配筋给到柱帽边缘处
和柱帽相交的肋梁，其配筋结果将只给到柱帽边缘处，不再给出柱 帽内部的部分
27
筒仓和承受水平堆载力后的位移
28
筒仓结构一般由仓上 建筑物、仓壁、筒壁、 漏斗、仓下建筑物等 组成
全楼模型 建了8个标准层，中间煤仓 部分建了5个层
29
筒仓结构的建模按照分层建模的方式
• 分层建模，即对仓下建筑、筒壁、仓体、仓上建筑等分层建模，最后 全楼组装成筒仓结构；
• 对仓体的仓壁采用圆弧墙或者直墙建模，对高大的深仓结构应分为几 层建模，为的是准确计算筒仓侧壁的贮料荷载，一般每层层高控制在 3-4米；
元） • 布置柱帽时的计算
17
18
软件自动将箱体之间的肋转化 成工形截面或者T型截面的肋梁
在上部结构计算的设计计算部分中同时进行了现浇空心板的计19算
设计结果中同时输出现浇空心板肋梁计算结果
20
配筋文本中注明现浇空心板肋梁工字型或T形截面尺寸 21
按照等效刚度的板有限元算法的Mx等值线图
22
34
计算简图
35
计算简图
36
配筋结果简图
37
仓体墙的配筋
• 在配筋简图中，重点应查看仓体墙的内力和配筋计算结果，仓体墙由 于承受面外荷载，软件将据此计算出墙的水平和竖向分布钢筋。同时 在配筋结果文件中，可以看到墙在竖向力和两个方向面外弯矩作用下 求出的墙的水平和竖向分布钢筋。
道路工程结构课件
扩散分布作用，传递到基层上的单位压力要较柔性路面小得多。
道路工程结构
1
（一）、柔性路面
1、路面结构的强 度组合和最小厚度
路面应力的分布规律是上大下小，故路面结构的强 度组合应是面层弹性模量值要高，基层和土基的弹 性模量值可依次递减，各层的强度一般应自上而下 递减。道路厚度应根据路面结构的强度和稳定性计 算决定。各类结构的最小厚度可参见下表
道路工程结构
15
道路工程结构
2、路面结构组合 要有良好的稳定性
稳定性包括气候稳定性和结构稳定性。路面结构气 候稳定性是指水稳定性、干稳性、高温稳定性和冰 冻稳定性。为了保证路面结构气候稳定性，防止路 面冰冻，要求路面总厚度不小于下表的要求。结构 稳定性要求各层次配合得当，连接牢靠
②粘土
粘土的塑性指数一般大于12，粘土中不得含腐殖质或其它杂 物。粘土用量一般不 超过碎石干重的15%。
道路工程结构
12
③泥结碎石路面 a、路基要求
按路堤施工线进行施工，若在施工开挖中偏离指定开挖线， 应重新休整。将开挖路槽的土方弃至两侧并进行碾压处理。 应防止雨水侵蚀地基土壤。机械开挖路槽 土方时，实际施工的沟槽适当留有休整余量，再用人工休整。 需先哇好路槽，做好路基。路基土质为黏性土，路基中不能 含有草皮、树根、杂草以及地面上的淤泥等物。路基土湿度 不得超过20%，路基土要求碾压或夯实，新填路基每层回填 碾压厚度为200mm，路中间要比两边略高一些，以便要突 遇大雨后，可及时排干雨水。回填时回填土干容量 ≥15KN/m3 路基横坡同路面，施工 中注意不能让路基积水。 原有路堤在修弯取直施工时，对需要修弯的地段采用挖机开 挖后，由人工修坡取直。对原有弯道则应开挖成台阶状，填 土分层回填碾压夯实。回填时对原有基层应做好清基，接口 修成牙口。
《结构工程师必备》课件
1
建筑物和道路工程的施工
了解建筑物和道路工程的施工流程和技术要点。
2
桥梁、隧道等工程的施工
研究桥梁、隧道和其他特殊工程的供有效的结构施工管理，确保项目按计划进行并符合质量标准。
结构维修
结构检测和评估
了解结构检测和评估的方 法，发现结构中的问题并 制定修复方案。
结构维修和加固
学习如何对已损坏的结构 进行修复和加固，以延长 其寿命和提高安全性。
现代结构材料和技术
介绍现代结构工程中使用 的先进材料和技术，提升 结构的性能和可靠性。
结束语
1 结构工程师的未来发展趋势
2 总结及其它建议
展望结构工程师未来的发展方向和领域， 以及面临的挑战。
总结课程内容，并提供在实践中发展技能 的额外建议和资源。
3
结构分析的基本方法和原理
学习结构分析的基本方法和原理，以确保结构的安全性和稳定性。
结构设计
结构抗震设计
研究如何设计能够抵御地震等 自然灾害的结构。
具有特殊性能的结构设计
探索设计具有特殊功能和性能 的结构，如大跨度结构和高层 建筑。
基础设计
学习如何设计稳定可靠的建筑 基础，确保建筑物的安全性。
结构施工
概述
职责介绍
了解结构工程师的核心职责，包括设计、分析和验证建筑结构的安全性和稳定性。
地位和作用
探索结构工程师在工程项目中的重要地位和对项目成功的关键作用。
理论知识
1
梁、柱等结构基础知识
掌握梁、柱和其他结构元素的基本概念和性能特点。
2
钢材、混凝土等材料力学性质
了解常用结构材料的力学性质，包括钢材、混凝土和其他材料。
《结构工程师必备》PPT课件
房屋建筑构造与识图课件第5章 工程形体的表达方法
5.5 第三角视图
第一角基本投影面展开方向，以观察 者而言，为由近而远之方向翻转展开。 左视图放右边，右视图放左边，俯视图 （上视图）放下面，依此类推；前后判 断：远离主视是前方。
5.5 第三角视图
第三角基本投影面展开方向，以观察 者而言，为由远而近之方向翻转展开。 左视图放左边，右视图放右边，俯视 图(上视图)放上面，依此类推；前后判 断：远离主视是后方。
5.3 断面图
➢1. 断面图标注
断面图中剖切符号用剖切位置线表示，剖切位置 线用粗实线绘制，长度约6 mm～10mm，剖切符号 编号与剖面图相同。
5.3 断面图
断面图与剖面图的区别为：
(1)在画法上，断面图只画出物体被剖开后截 面的投影，而剖面图除了要画出截面的投影， 还要画出剖切面后物体可见部分的投影。
5.2 剖面图
5.2.1 剖面图的形成 假想用剖切面（平面或曲面）剖开物体，将处在观察者和剖切面之间的部分移 去，而将其余部分向投影面投射所得的投影称为剖面图。
5.2 剖面图
如右图(a)所示是杯形基础，基础内孔投影出现 了虚线，使形体表达不很清楚。
假想用一个与基础前后对称面重合的平面P将 基础剖开如图(b)(c)所示，移去观察者与平面之 间的部分，而将其余部分向V面投射，如图(d) 所示，得到的投影图称为剖面图，剖开基础的 平面P称为剖切面。
第五章 工程形体的表达方法
第五章 工程形体的表达方法
建筑物的形体复杂，结构多种多样的，要想完整、清晰地表达工程形体的内外 结构形状，有时仅用三个视图不能满足要求。《建筑制图统一标准》和《房屋 建筑制图统一标准》等国家相关标准规定了多种表达方法。
5.1 视图的组成
5.1.1 基本视图
六个基本视图
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考虑由于材料 强度的变异以 及几何参数和 设计模式的不 定性可能使结 构抗力进一步 降低的不利影 响。 根据标准试 件用标准试 验方法测得 的具有95％ 以上保证率 的强度值， 由规范或附录直接查用 材料分项系 数根据结构 可靠度分析， 并考虑材料 质量的分布 规律和一定 的保证率确 定。
结 构 的 功 能 要 求
安全等级为二级（或５０年 ）γ0≥1.０ 安全等级为三级（或５年 ）γ0≥０.９
γ0S ≤R
结构构件抗力设计值R＝R（fc，fs，αk…）
由可变荷载效应控制的组合：
荷载效应组合 设计值
由永久荷载效应控制的组合：
一般排架、框架结构，可采用简化公式：
正常使用极限状态实用设计表达式
《统一标准》规定：计算时荷载及材料强度 均取标准值，不再考虑荷载和材料分项系数， 也不考虑结构的重要性系数γ0。 设计表达式 S ≤C 荷载效应组合值S，应根据不同的设计目的， 分别按荷载效应的标准组合、频遇组合和准 永久组合进行设计。 结构构件达到正常使用要求的规定限值C ， 例如变形限值、裂缝宽度限值等。
结构功能的极限状态
不能满足功能要求 能够满足功能要求
失效
可靠
可靠度
特定状态
• 结构或结构 构件达到最 大承载能力 或不适于继 续承载的变 形时的状态
极限状态
承 载 能 力 极 限 状 态 正 常 使 用 极 限 状 态 • 结构或结构 构件达到正 常使用或耐 久性的某项 规定限值时 的状态
承载能力极设计时，需针对不同设计目 的对荷载赋予一个规定的量值，该量值即 为荷载代表值。 永久荷载采用标准值为代表值。 可变荷载采用标准值、组合值、频遇值 和准永久值为代表值。 偶然荷载按使用的特点确定代表值。 其中荷载标准值为基本代表值。
荷载标准值
荷载标准值是指在结构使用期间，在 正常情况下可能出现的最大荷载值。
可变荷载组合值＝可变荷载标准 值×荷载组合值系数ψ C 荷载组合值系数可由《荷载规范》 查得
可变荷载频遇值
可变荷载在设计基准期内在结构上偶而 出现的较大荷载，称为可变荷载频遇值。其 具有持续时间较短或发生次数较少的特点。
可变荷载频遇值＝可变荷载标准 值×荷载频遇值系数ψ f
荷载频遇值系数可由《荷载规范》
荷载类别 荷载特征 当其效应对结构不利时 对由可变荷载效应控制的组合 对由永久荷载效应控制的组合 荷载分项 系数 1.2 1.35 1.0 0.9 1.4 1.3
永久荷载
当其效应对结构有利时 一般情况下 对结构的倾覆、滑移或漂浮验算
一般情况下 可变荷载 对标准值＞4kN／m2的工业房屋楼 面活荷载
结构抗力R
安全性、适用性、耐 久性的统称
在规定的时间内（设计使用年限），在规定的条件下 （正常设计、正常施工、正常使用和维修），结构完 成预定功能（安全性、适用性、耐久性）的能力
结构的可靠度
结构完成预定功能的能力不 能事先确定，只能用概率来 描述。
是指结构在设计使用年限内，在正常设计、施工、使 用和维护的条件下完成预定功能的概率。
安全性 功能函数 结构抗力
正常使用极限状态
耐久性
可靠状态
适用性 Z＞0,即R ＞S Z=0,即R=S Z＜0,即R ＜S
Z=g(R,S)=R-S
荷载效应
极限状态
失效状态
结构可靠工作的基本条件为:Z≥0或R≥S
承载能力极限状态实用设计表达式
安全等级为一级（或100年及以上 ）γ0≥1.1
结构重要性系数
学习情境5 建筑结构设计计算原则
学习情境2 建筑结构设计计算原则
本章主要内容
子情境5.1 结构的功能要求和极限状态 子情境5.2 概率极限状态设计方法 子情境5.3 荷载的代表值 子情境5.4 极限状态的实用设计表达式
【知识目标】 掌握荷载和材料各代表值，掌握结构的功能 及极限状态的含义；掌握结构构件承载能力、正常使用极 限状态的设计表达式及表达式中各符号含义。 【技能目标】 学会荷载和材料代表值的取用，理解建筑结 构设计基本原则；学会荷载效应设计值、标准值、组合值 计算。
适用性
耐久性
结构设计的目的就是使所设计的结构在规定的设计使用年限 内，用最经济的手段获得预定条件下满足设计所预期的各种 功能的要求。
设计基准期和设计使用年限
是为确定荷载代表 值及与时间有关的 材料性能等取值而 选用的时间参数 （我国取用的设计 基准期为50年）。 必须说明：当结构 的使用年限达到或 超过设计基准期后， 并不意味结构立即 报废，而只意味结 构的可靠度将逐步 降低。
查得
可变荷载准永久值
在设计基准期内经常作用的可变荷载， 称可变荷载准永久值。其具有总持续时间较 长的的特点，对结构的影响类似于永久荷载。
可变荷载准永久值＝可变荷载标 准值×荷载准永久值系数ψ ｑ 荷载准永久值系数可由《荷载规 范》查得
荷载效应S
荷载效应是指由荷 载在结构上产生的 各种内力（弯矩、 剪力等）和变形 （挠度、裂缝等） 的统称。
结构上的 “作用”
直接作用 间接作用
使结构或构件产生效 应(内力、变形等)的 各种原因的总称
是指能够引起结构 外加变形和约束变 形，从而产生内力 效应的各种原因。
是指直接以力的不同集结形式 （集中力或均布力）施加在结构 上的作用，通常也称为荷载。
永久荷载
(恒荷载)
荷 载 的 分 类
随 时 间 的 变 异 性 分 类
是设计规定的一个期限，是指按规定指标 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 其预定功能要求的使用年限。
类别 1 2 3 4 设计使用年限（年） 1～5 25 50 示 例
临时性建筑 易于替换的结构构件 普通房屋和构筑物
100及以上
纪念性建筑和特别重
要的建筑结构
结构的可靠性
一般情况: S=CQ
[例]简支梁承受均布荷载q作用，计算 跨度为l，由力学计算可知其跨中弯矩
1 1 2 ql ，支座剪力V ＝ ql 。 M ＝ 2 8
M 与 V q
1 2 l 8 与
S Q
C
1 l 2
荷载设计值及荷载分项系数
荷载设计值＝荷载分项系数×荷载标准值
由于荷载是随 机变量，考虑其有 超过荷载标准值的 可能性，设计时将 荷载标准值乘以一 个大于1的调整系 数 。它比荷载的 标准值具有更大的 可靠度。
安全性
结构应能承受在正常施工和正常 使用的情况下可能出现的各种作 用，在设计规定的偶然事件发生 时及发生后，结构仍能保持必需 的整体稳定性，不致发生倒塌。 结构在正常使用期间应具有良好的工作 性能。例如，不发生过大的变形、振幅、 过宽的裂缝等，以免影响正常使用。 结构在正常使用和正常维护条件下应 具有足够的耐久性能，以保证结构能 够正常使用到预定的设计使用期限。
永久荷载标准值Gk可按结构构 件的设计尺寸和材料重力密度计 算确定，《荷载规范》中给出了 常用材料和构件的自重。 可变荷载标准值Qk可直接查 《荷载规范》得出。
可变荷载组合值
当结构承受两种或两种以上可变荷载时， 考虑它们同时达到各自最大值的可能性很小， 故除主导的可变荷载外，其他可变荷载均乘以 小于1.0的组合系数作为可变荷载组合值。
在结构设计基准期内， 其作用量值不随时间变 化，或其变化幅度与平 均值相比可以忽略不计 的荷载. 在结构设计基准期内， 其作用量值随时间而 变化，其变化幅度与 平均值相比不可忽略 不计的荷载 在结构设计基准期内不 一定出现，而一旦出现 其量值很大且持续时间 很短的荷载，
( )
可变荷载
(活荷载)
偶然荷载
结构抗力是指结 构或构件承受各 种荷载效应的能 力，即承载能力 和抗变形能力。
结构抗力也是一个随机变量， 影响因素主要有材料性能（强 度、变形模量等物理力学性 能）、构件几何参数、配筋情 况以及计算模式的精确性等。
R = R(fc,fs,αk…)
材料强度的取值
材料强度设计值＝材料强度标准值/材料分项系数
结 构 的 功 能 要 求
安全等级为二级（或５０年 ）γ0≥1.０ 安全等级为三级（或５年 ）γ0≥０.９
γ0S ≤R
结构构件抗力设计值R＝R（fc，fs，αk…）
由可变荷载效应控制的组合：
荷载效应组合 设计值
由永久荷载效应控制的组合：
一般排架、框架结构，可采用简化公式：
正常使用极限状态实用设计表达式
《统一标准》规定：计算时荷载及材料强度 均取标准值，不再考虑荷载和材料分项系数， 也不考虑结构的重要性系数γ0。 设计表达式 S ≤C 荷载效应组合值S，应根据不同的设计目的， 分别按荷载效应的标准组合、频遇组合和准 永久组合进行设计。 结构构件达到正常使用要求的规定限值C ， 例如变形限值、裂缝宽度限值等。
结构功能的极限状态
不能满足功能要求 能够满足功能要求
失效
可靠
可靠度
特定状态
• 结构或结构 构件达到最 大承载能力 或不适于继 续承载的变 形时的状态
极限状态
承 载 能 力 极 限 状 态 正 常 使 用 极 限 状 态 • 结构或结构 构件达到正 常使用或耐 久性的某项 规定限值时 的状态
承载能力极设计时，需针对不同设计目 的对荷载赋予一个规定的量值，该量值即 为荷载代表值。 永久荷载采用标准值为代表值。 可变荷载采用标准值、组合值、频遇值 和准永久值为代表值。 偶然荷载按使用的特点确定代表值。 其中荷载标准值为基本代表值。
荷载标准值
荷载标准值是指在结构使用期间，在 正常情况下可能出现的最大荷载值。
可变荷载组合值＝可变荷载标准 值×荷载组合值系数ψ C 荷载组合值系数可由《荷载规范》 查得
可变荷载频遇值
可变荷载在设计基准期内在结构上偶而 出现的较大荷载，称为可变荷载频遇值。其 具有持续时间较短或发生次数较少的特点。
可变荷载频遇值＝可变荷载标准 值×荷载频遇值系数ψ f
荷载频遇值系数可由《荷载规范》
荷载类别 荷载特征 当其效应对结构不利时 对由可变荷载效应控制的组合 对由永久荷载效应控制的组合 荷载分项 系数 1.2 1.35 1.0 0.9 1.4 1.3
永久荷载
当其效应对结构有利时 一般情况下 对结构的倾覆、滑移或漂浮验算
一般情况下 可变荷载 对标准值＞4kN／m2的工业房屋楼 面活荷载
结构抗力R
安全性、适用性、耐 久性的统称
在规定的时间内（设计使用年限），在规定的条件下 （正常设计、正常施工、正常使用和维修），结构完 成预定功能（安全性、适用性、耐久性）的能力
结构的可靠度
结构完成预定功能的能力不 能事先确定，只能用概率来 描述。
是指结构在设计使用年限内，在正常设计、施工、使 用和维护的条件下完成预定功能的概率。
安全性 功能函数 结构抗力
正常使用极限状态
耐久性
可靠状态
适用性 Z＞0,即R ＞S Z=0,即R=S Z＜0,即R ＜S
Z=g(R,S)=R-S
荷载效应
极限状态
失效状态
结构可靠工作的基本条件为:Z≥0或R≥S
承载能力极限状态实用设计表达式
安全等级为一级（或100年及以上 ）γ0≥1.1
结构重要性系数
学习情境5 建筑结构设计计算原则
学习情境2 建筑结构设计计算原则
本章主要内容
子情境5.1 结构的功能要求和极限状态 子情境5.2 概率极限状态设计方法 子情境5.3 荷载的代表值 子情境5.4 极限状态的实用设计表达式
【知识目标】 掌握荷载和材料各代表值，掌握结构的功能 及极限状态的含义；掌握结构构件承载能力、正常使用极 限状态的设计表达式及表达式中各符号含义。 【技能目标】 学会荷载和材料代表值的取用，理解建筑结 构设计基本原则；学会荷载效应设计值、标准值、组合值 计算。
适用性
耐久性
结构设计的目的就是使所设计的结构在规定的设计使用年限 内，用最经济的手段获得预定条件下满足设计所预期的各种 功能的要求。
设计基准期和设计使用年限
是为确定荷载代表 值及与时间有关的 材料性能等取值而 选用的时间参数 （我国取用的设计 基准期为50年）。 必须说明：当结构 的使用年限达到或 超过设计基准期后， 并不意味结构立即 报废，而只意味结 构的可靠度将逐步 降低。
查得
可变荷载准永久值
在设计基准期内经常作用的可变荷载， 称可变荷载准永久值。其具有总持续时间较 长的的特点，对结构的影响类似于永久荷载。
可变荷载准永久值＝可变荷载标 准值×荷载准永久值系数ψ ｑ 荷载准永久值系数可由《荷载规 范》查得
荷载效应S
荷载效应是指由荷 载在结构上产生的 各种内力（弯矩、 剪力等）和变形 （挠度、裂缝等） 的统称。
结构上的 “作用”
直接作用 间接作用
使结构或构件产生效 应(内力、变形等)的 各种原因的总称
是指能够引起结构 外加变形和约束变 形，从而产生内力 效应的各种原因。
是指直接以力的不同集结形式 （集中力或均布力）施加在结构 上的作用，通常也称为荷载。
永久荷载
(恒荷载)
荷 载 的 分 类
随 时 间 的 变 异 性 分 类
是设计规定的一个期限，是指按规定指标 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 其预定功能要求的使用年限。
类别 1 2 3 4 设计使用年限（年） 1～5 25 50 示 例
临时性建筑 易于替换的结构构件 普通房屋和构筑物
100及以上
纪念性建筑和特别重
要的建筑结构
结构的可靠性
一般情况: S=CQ
[例]简支梁承受均布荷载q作用，计算 跨度为l，由力学计算可知其跨中弯矩
1 1 2 ql ，支座剪力V ＝ ql 。 M ＝ 2 8
M 与 V q
1 2 l 8 与
S Q
C
1 l 2
荷载设计值及荷载分项系数
荷载设计值＝荷载分项系数×荷载标准值
由于荷载是随 机变量，考虑其有 超过荷载标准值的 可能性，设计时将 荷载标准值乘以一 个大于1的调整系 数 。它比荷载的 标准值具有更大的 可靠度。
安全性
结构应能承受在正常施工和正常 使用的情况下可能出现的各种作 用，在设计规定的偶然事件发生 时及发生后，结构仍能保持必需 的整体稳定性，不致发生倒塌。 结构在正常使用期间应具有良好的工作 性能。例如，不发生过大的变形、振幅、 过宽的裂缝等，以免影响正常使用。 结构在正常使用和正常维护条件下应 具有足够的耐久性能，以保证结构能 够正常使用到预定的设计使用期限。
永久荷载标准值Gk可按结构构 件的设计尺寸和材料重力密度计 算确定，《荷载规范》中给出了 常用材料和构件的自重。 可变荷载标准值Qk可直接查 《荷载规范》得出。
可变荷载组合值
当结构承受两种或两种以上可变荷载时， 考虑它们同时达到各自最大值的可能性很小， 故除主导的可变荷载外，其他可变荷载均乘以 小于1.0的组合系数作为可变荷载组合值。
在结构设计基准期内， 其作用量值不随时间变 化，或其变化幅度与平 均值相比可以忽略不计 的荷载. 在结构设计基准期内， 其作用量值随时间而 变化，其变化幅度与 平均值相比不可忽略 不计的荷载 在结构设计基准期内不 一定出现，而一旦出现 其量值很大且持续时间 很短的荷载，
( )
可变荷载
(活荷载)
偶然荷载
结构抗力是指结 构或构件承受各 种荷载效应的能 力，即承载能力 和抗变形能力。
结构抗力也是一个随机变量， 影响因素主要有材料性能（强 度、变形模量等物理力学性 能）、构件几何参数、配筋情 况以及计算模式的精确性等。
R = R(fc,fs,αk…)
材料强度的取值
材料强度设计值＝材料强度标准值/材料分项系数