建筑结构概念设计(第三章)
第三章 建筑结构荷载
第三章建筑结构荷载《建筑结构荷载规范》GB50009-2001一荷载分类1、永久荷载：结构自重、土压力、预应力2、可变荷载：楼面活荷载、屋面活荷载、积灰荷载、吊车荷载、风荷载、雪荷载、地震荷载3、偶然荷载：爆炸力、撞击力例：工业厂房屋盖自重荷载：防水层（八层作法）标准值0.35kN/m2（沿屋面坡向）找平层（2cm厚水泥砂浆）标准值0.40kN/m2（沿屋面坡向）保温层（10cm沥青珍珠岩）标准值0.30 kN/m2（沿屋面坡向）预应力钢筋混凝土大型屋面板标准值1.40 kN/m2（沿屋面坡向）屋架自重（包括支撑）标准值0.45 kN/m2（沿水平面）例：工业厂房屋盖活荷载：使用荷载标准值0.70 kN/m2（沿水平面）雪荷载标准值0.45 kN/m2（沿水平面）例：常用材料自重（kN/m3）：钢－78.5;钢筋混凝土－25；普通砖－18；焦渣空心砖－10；瓷砖－19.8；木材－4～9；水泥－16；水泥砂浆－20二荷载代表值1、永久荷载采用标准值作为代表值；2、活荷载采用标准值、组合值、频遇值、准永久值作为代表值；3、偶然荷载应按建筑结构使用的特点确定代表值三 荷载效应组合1、对于承载能力极限状态：包括基本组合、偶然组合；设计表达式：R S ≤0γ其中：0γ－结构重要性系数；1.1、1.0、0.9S －荷载效应组合的设计值； R －结构构件抗力的设计值；◎基本组合由可变荷载效应控制的组合∑=++=ni Qikci Qi k Q Q Gk G S S S S 211ϕγγγ式中：Gγ－永久荷载的分项系数；Qi γ－第i 个可变荷载的分项系数；S Gk －按永久荷载G k 计算的荷载效应值； S Qik －按可变荷载Q ik 计算的荷载效应值；ci ϕ－可变荷载Q i 的组合值系数由永久荷载效应控制的组合∑=+=ni Qikci Qi Gk G S S S 1ϕγγ注：1.基本组合中的设计值仅用于荷载与荷载效应为线性的情况；2.当对S Q1k 无法明显判断时，轮次以可变荷载效应为S Q1k ，取最不利荷载组合效应；3.当考虑以竖向的永久荷载效应控制的组合时，参与组合的可变荷载仅限于竖向荷载对一般的排架、框架结构，基本组合可采用简化规则：对可变荷载效应控制的组合：取下列两式的不利值kQ Q Gk G S S S 11γγ+= ∑=+=ni QikQi Gk G S S S 19.0γγ对永久荷载效应控制的组合不变 基本组合的荷载分项系数按下列规定采用永久荷载分项系数：当其效应对结构不利时：对由可变荷载效应控制的组合取1.2；对永久荷载效应控制的组合取1.35当其效应对结构有利时：一般情况下取1.0；对结构的倾覆、滑移或漂浮验算时取0.9 可变荷载的分项系数：一般情况下取1.4；对标准值大于4kN/m 2的工业房屋楼面结构的活荷载取1.3偶然组合偶然荷载的代表值不乘分项系数，按有关规定进行。
建筑结构抗震设计第三章单自由度弹性体系的水平地震作用
2
max
1
Tg
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结构抗震设计
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设计特征周期
规范规定，根据建筑工程的实际情况，将地震动反应
谱特征周期Tg，取名为“设计特征周期”。
设计特征周期的值应根据建筑物所在地区的地震环境 确定。（所谓地震环境，是指建筑物所在地区及周围 可能发生地震的震源机制、震级大小、震中距远近以 及建筑物所在地区的场地条件等。）
式中 k11——使质点1产生单位位移而质点2保持不动时，
在质点1处所需施加的水平力； k12——使质点2产生单位位移而质点1保持不动时，
在质点1处引起的弹性反力； c11——质点1产生单位速度而质点2保持不动时，
在质点1处产生的阻尼力； c12——质点2产生单位速度而质点1保持不动时，
在质点1处产生的阻尼力；
在进行建筑结构地震反应分析时， 除了少数质量比较集中的结构 可以简化为单质点体系外，大 量的多层和高层工业与民用建 筑、多跨不等高单层工业厂房 等，质量比较分散，则应简化 为多质点体系来分析，这样才 能得出比较符合实际的结果。
一般，对多质点体系，若 只考虑其作单向振动时，则体 系的自由度与质点个数相同。
1、两自由度运动方程的建立 2、两自由度弹性体系的运动微分方程组 3、两自由度弹性体系的自由振动 三、多自由度弹性体系的自由振动 1、n自由度体系运动微分方程组 2、n自由度弹性体系的自由振动 四、振型分解法 1、两自由度体系振型分解法 2、n自由度体系振型分解法
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结构抗震设计
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一、多质点和多自由度体系
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建筑结构抗震设计(第三版)习题解答1-5章
第一章的习题答案1.震级是衡量一次地震强弱程度（即所释放能量的大小）的指标。
地震烈度是衡量一次地震时某地区地面震动强弱程度的尺度。
震级大时，烈度就高；但某地区地震烈度同时还受震中距和地质条件的影响。
2.参见教材第10面。
3.大烈度地震是小概率事件，小烈度地震发生概率较高，可根据地震烈度的超越概率确定小、中、大烈度地震；由统计关系：小震烈度＝基本烈度－1.55度；大震烈度＝基本烈度＋1.00度。
4.概念设计为结构抗震设计提出应注意的基本原则，具有指导性的意义；抗震计算为结构或构件达到抗震目的提供具体数据和要求；构造措施从结构的整体性、锚固连接等方面保证抗震计算结果的有效性以及弥补部分情况无法进行正确、简洁计算的缺陷。
5.结构延性好意味可容许结构产生一定的弹塑性变形，通过结构一定程度的弹塑性变形耗散地震能量，从而减小截面尺寸，降低造价；同时可避免产生结构的倒塌。
第二章的习题答案1.地震波中与土层固有周期相一致或相近的波传至地面时，其振幅被放大；与土层固有周期相差较大的波传至地面时，其振幅被衰减甚至完全过滤掉了。
因此土层固有周期与地震动的卓越周期相近，2.考虑材料的动力下的承载力大于静力下的承载力；材料在地震下地基承载力的安全储备可低于一般情况下的安全储备，因此地基的抗震承载力高于静力承载力。
3.土层的地质年代；土体中的粘粒含量；地下水位；上覆非液化土层厚度；地震的烈度和作用时间。
4.a 中软场地上的建筑物抗震性能比中硬场地上的建筑物抗震性能要差（建筑物条件均同）。
b. 粉土中粘粒含量百分率愈大,则愈容易液化.c．液化指数越小，地震时地面喷水冒砂现象越轻微。
d．地基的抗震承载力为承受竖向荷载的能力。
5. s m v m 5.2444208.32602.82008.51802.220=+++=因m v 小于s m 250，场地为中软场地。
6. 设计地震分组为第二组，烈度为7度，取80=N砂土的临界标贯值：[])(1.09.00w s cr d d N N -+=，其中m d w 5.1=土层厚度：第i 实测标贯点所代表的土层厚度的上界取上部非液化土层的底面或第1-i 实测标贯点所代表土层的底面；其下界取下部非液化土层的顶面或相邻实测标贯点的深度的均值。
结构可靠性设计基础结构可靠性理论的基本概念
第三章 结构可靠性理论的基本概念
主要内容：
3.1 结构可靠度的定义 3.2 结构的失效概率 3.3 结构可靠指标 3.4 可靠指标的几何意义 3.5 可靠指标与安全系数的关系 3.6 可靠指标与分项系数的关系
第3章 结构可靠度理论的基本概念
3.1 结构可靠度的定义
3.1 结构可靠度的定义
3.1.1 结构的可靠性
结构在规定的时间，在规定的条件，完成预定功能的 能力。结构的可靠性，包括结构的安全性、适用性和耐久 性。
1. 规定时间
设计使用年限 - 设计规定的结构或结构构件不需进行大修即可按其预期
目的使用的时期。
- 即房屋结构在正常设计、正常施工、正常使用和正常 维护下所应达到的使用年限，如达不到这个年限则意 味着在设计、施工、使用与维修的某一环节上出现了 非正常情况，应查找原因。
问题：设计基准期是否等于设计使用期？
3.1 结构可靠度的定义
2. 规定条件
– 正常设计 – 正常施工 – 正常使用
不考虑人为错误
3. 预定功能 – 极限承载能力要求 能承受正常施工和使用期间可能出现的各种作用。
– 结构适用性要求 在正常使用时具有良好的工作性能；
– 结构的耐久性要求 在正常维护下具有足够的耐久性。
– 结构整体承载能力要求
遭受及其偶然的作用时，能保持必要的整体稳定性偶然作 用如地震、龙卷风、爆炸（煤气或恐怖袭击）、火灾等
3.1 结构可靠度的定义
3.1.2 极限状态、极限状态方程
“极限状态”定义 整个结构或结构的一部分超过某一特定状态(达到极限
承载力；失稳；变形、裂缝宽度超过某一规定限制等)就不 能满足设计规定的某一功能要求，此特定状态称为该功能 的极限状态。
工程结构抗震与防灾_东南大学_3 第三章建筑结构抗震设计_5 第5讲屈服机制
3.2
混凝土结构房屋抗震设计
（三）屈服机制
一个良好的结构屈服机制，其特征是结构在其杆件出现 塑性铰之后，在承载能力基本保持稳定的条件下，可以持续 地变形而不倒塌，最大限度地吸收和耗散地震能量。
•结构的塑性发展从次要构件开始，或从主要构件的次要杆 件（或部位）开始，最后才在主要构件上出现塑性铰，从而 形成多道抗震防线。
•结构中所形成的塑性铰的塑性转动量大，结构的塑性变形量大。
3.2
混凝土结构房屋抗震设计
多高层钢筋混凝土房屋的屈服机制可分为总体机制、 楼层机制及由这两种机制组合而成的混合机制。
3.2
混凝土结构房屋抗震设计
合理的结构破坏机制应该是： 1、较合理的框架破坏机制，应该是节点基本不破坏，梁 比柱的屈服可能早发生、多发生，同一层中各柱两端的 屈服历程越长越好，底层柱底的塑性铰宜最晚形成。总 之，设计时应体现“强柱弱梁”，“强剪弱弯”的原则。 通过控制柱的轴压比和剪压比，增加结构的延性。
2、框架—抗震墙结构和抗震墙结构中抗震墙塑性屈服宜 产生在墙的底部。连梁宜在梁端塑性屈服。
3.2
混凝土结构房屋抗震设计
在抗震设计中，增强承载力要和刚度、延性要求相 适应。不适当地将某一部分结构增强，可能造成结构另 一部分相对薄弱。因此，不合理地任意加强配筋以及在 施工中以高强钢筋代替原设计中主要钢筋的做法，都要 慎重考虑。
第三章建筑结构设计方法课后习题详解
第三章建筑结构设计⽅法课后习题详解第3章建筑结构设计⽅法3.1 思考题3-1 结构在规定的使⽤年限内应满⾜哪些功能要求？答：建筑结构在规定的设计使⽤年限内，应满⾜安全性、适⽤性和耐久性三项功能要求。
3-2 随机变量的平均值、标准差有何统计上的意义？答：A、随机变量的平均值表明随机变量取值的集中程度、整体⽔平或波动中⼼。
B、标准差和变异系数均表明随机变量取值的分散程度或波动⼤⼩。
当平均值相同时，可直接⽤标准差⽐较两个或多个随机变量取值的分散程度；当平均值不相同时，只能⽤变异系数（相对标准差）进⾏⽐较。
3-3 结构的功能函数如何表达？实际⼯程中结构功能可能会出现哪些情况？答：A、Z=g（R，S）=R—S，上式中R和S是随机变量，函数Z也是随机变量。
B、实际⼯程结构功能可能会出现以下三种情况： Z>0，结构处于可靠状态；Z<0，结构处于失效状态；Z=0，结构处于极限状态。
3-4 正态分布的随机变量，以µf(1-1.645δf)为基准，实际取值不低于该基准值的概率（也即保证率）为多少？答：实际取值不低于该基准值的概率P（X>u—1.645σ）=1—F（u-1.645σ）=1—Ф（—1.645）=1-(0.04947+0.05050)/2=0.95。
即不低于95%。
3-5 荷载效应和作⽤效应有什么区别？答：A、荷载效应是由直接作⽤（荷载）引起的内⼒、变形和裂缝等效应。
Ｂ、作⽤效应是由作⽤引起的结构或结构构件的反应，⽤S表⽰，例如内⼒（轴⼒、弯矩、剪⼒、扭矩等）变形和裂缝宽度等。
3-6 安全等级为⼆级的建筑结构构件，延性破坏的⽬标可靠指标应为多少？答：查表P29也可知为3.2.3-7 结构的可靠概率和失效概率之间有什么关系？答：Ａ、可靠概率Ps即可靠度，它与失效概率P f之和为1，可靠概率上升，失效概率下降；可靠概率下降失效概率上升，知道其中任何⼀个，另⼀个也就确定了。
3-8 承载能⼒极限状态和正常使⽤极限状态的含义是什么？答：A、结构或结构构件达到最⼤承载能⼒或不适合于继续承载的变形时的状态。
土木建筑工程：建筑结构(三)
土木建筑工程：建筑结构（三）1、问答题如何保证钢筋混凝土梁受弯破坏是适筋破坏？正确答案：用最小配筋率和最大配筋率来限制。
2、单选混凝土保护层是具有足够厚度的混凝土层，取（）至构件截面边缘的净距。
A．钢筋中心（江南博哥）B．钢筋内表面C．钢筋外表面正确答案：C3、判断题次梁的间距即为板的跨度，主梁的间距即为次梁的跨度，柱或墙在梁方向的间距即为主梁的跨度。
正确答案：对4、问答题名词辨析题：板式楼梯和梁式楼梯。
正确答案：板式楼梯由踏步板、平台板和平台梁组成，一般用于跨度在3米以内的小跨度楼梯较为经济。
板式楼梯的下表面平整，施工支模方便，外观也较轻巧，但斜板较厚，当跨度较大时材料用量较多；梁式楼梯由在斜板两侧或中间设置的斜梁、踏步板、平台板和平台梁组成，用于梯段较长时较为经济，但其支模及施工均较板式楼梯复杂，外观也显得笨重。
5、判断题轴心受拉构件在混凝土开裂后，混凝土退出受拉工作，全部拉力由钢筋承担。
正确答案：对6、单选地震烈度为（）时大多数房屋损坏、破坏，少数房屋倾倒。
A、6度B、7度C、8-9度D、10正确答案：C7、问答题提高钢筋混凝土梁抗剪承载力的措施有哪些？正确答案：1.箍筋和斜裂缝间混凝土块体一起共同作用抵抗由荷载产生的剪力。
2.箍筋均匀布置在梁表面，能有效控制斜裂缝宽度。
3.箍筋兜住纵向受力钢筋，箍筋和纵向受力钢筋形成钢筋骨架，有利于施工时固定钢筋，还能将骨架中的混凝土箍住，有利于发挥混凝土的作用力。
8、问答题如何判断钢筋混凝土受压弯构件是大偏心构件还是小偏心构件？正确答案：钢筋混凝土偏心受压构件的大小偏心主要是根据其破坏形态确定的，如果以受拉区钢筋屈服为基本破坏特征，则为大偏心构件，如果以受压区混凝土被压碎为破坏特征，则为小偏心构件。
9、单选（）级以上称为破坏性地震，会对建筑造成不同程度的破坏。
A、4B、5C、6D、8正确答案：B10、单选施加预应力时，采用先张拉方法，可以减少（）。
A.摩擦损失B.锚具变形损失C.收缩、徐变损失D.预应力与台座的温差损失正确答案：C11、问答题钢筋混凝土少筋梁的破坏过程是？正确答案：（1）受压区砼压坏，钢筋未屈服；（2）受拉区混凝土开裂，钢筋马上屈服；（3）钢筋先屈服，然后受压区砼压坏；（4）钢筋屈服时，受压区砼压坏。
第三章结构设计方法与设计指标
《建筑结构基础与识图》
1.直接作用 直接作用是指直接以力的不同集结形式（集中力或均匀
分布力）施加在结构上的作用，通常也称为结构的荷载。例 如结构的自重、楼面人群及物品重量、土压力、风压力、雪 压力、积灰、积水等。 2.间接作用
间接作用是指能够引起结构外加变形、约束变形或振动 的各种原因。间接作用并不是直接以力的形式施加在结构上， 例如地基的不均匀沉降、温度变化、地震作用、材料的收缩 和膨胀变形等。
第三章 结构设计方法与设计指标
《建筑结构基础与识图》
体荷载是指分布在物体的体积内的荷载，单位是N/mm3 或kN/m3，常用γ表示。
面荷载是指分布在物体表面的荷载，单位是N/mm2或 kN/m2，常用p表示。
线荷载是指将面荷载、体荷载简化成连续分布在一段长 度上的荷载，单位是N/mm或kN/m，常用q表示。 三、荷载的代表值
第三章 结构设计方法与设计指标
《建筑结构基础与识图》
【例3-1】 某钢筋混凝土办公楼矩形截面简支梁，计算跨度 l0=6m，梁上的永久荷载（包含自重）标准值gK=12kN/m， 可变荷载标准值qK=5kN/m，安全等级为二级，分别按承载 力极限状态和正常使用极限状态设计时的各项组合计算梁跨 中弯矩设计值。
计尺寸与材料单位体积的自重计算确定。对常用材料和构件 可参《荷载规范》附录A 采用。表3-1列出部分常用材料和构 件自重。
第三章 结构设计方法与设计指标
《建筑结构基础与识图》
例如，某矩形钢筋混凝土梁，b×h = 300mm×600mm，计
算跨度l0 = 4.5mm。查表3-1取钢筋混凝土自重25kN/m3，则
第三章 结构设计方法与设计指标
《建筑结构基础与识图》 第三章 结构设计方法与设计指标
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单跨梁的内力
对于拱及悬索的水平反力：
1 2 H = ql / f 8
利用反弯点对结构内力定性分析：（1）两端固定梁
两端固定梁：可以将梁按反弯点位置分解为两个 悬臂梁加中间一个简支梁，在均布荷载作用下反 弯点距两端各为0.21l 1）中间弯矩按简支梁计算： 1 1 2 2 2 M 0 = q(0.6l ) = 0.04ql ≈ ql 8 24 2）支座弯矩估算： 按悬臂梁0.2l计算，作用均布荷载及端部集中荷载 （1/2)q(0.6l)=0.3ql:
M1 = 1 1 2 q (0 . 2 l ) + 0 . 3 ql × 0 . 2 l = 0 . 08 ql 2 ≈ ql 2 2 12
按叠加法计算：
1 1 M + M2 1 2 M0 + 1 = ql ⇒ M1 = ql 2 − M 0 = ql 2 2 8 12 8
利用反弯点对结构内力定性分析：（1）框架水平力 作用的反弯点法
基本水平结构体系：（1）现浇肋梁结构
可分为单向板肋梁结构和双向板肋梁结构
基本水平结构：（2）压型钢板与混凝土组合楼板结构
井 式 楼 盖
密肋楼盖
无梁楼盖
无梁楼盖的弯矩分布结构体系：（1）排架与刚架
无铰、两铰与三铰刚架
1）无铰刚架基础用钢和混凝 土量均较大，地基沉降对内 力影响较大； 2）三铰刚架是静定结构，地 基沉降不引起附加内力；但 刚度较差，适用于中小跨度；
基本结构体系与附属结构
基本结构可以将其受荷载直接传递到基础中去； 而附属结构中一部分内力则必须通过基本结构体 系才能将内力传到基础上。
利用“承载力下限定理”和“荷载就近传递 原则”估算深梁的承载能力
在深梁中取如图所示 刚架，如果该刚架在 外加荷载作用下不发 生破坏，则该深梁是 安全的。
双向板内力近似估算：板带法
交叉梁内力定性分析
梁1、 2挠度分别为： 梁
( p − x) l3 δ = δ1 = 1 2
48 EI 1 p
x 3 l2 48 EI 2
Q δ1 = δ 2 ∴ x= 1 + (l 2 l1 ) (I 1 I 2 )
3
按“刚者多受力”简化结构体系内力 分析
课后思考题及下节课内容
如何按板带法近似分析伞形钢筋混凝土挡雨亭的 内力？ 从其他教材中选择一榀框架内力计算例题，分别 用反弯点法及单跨梁拓展分析方法定性分析其内 力，并将定性分析结果与力学分析方法比较，并 分析差别的大小与原因。 下节课内容：钢筋混凝土构件的设计估算。 谢谢！ 下节课再见！
结构内力定性分析原则
在结构内力定性分析时，应遵循以下原则： 荷载就近传递原则 区分主体结构与附属结构 结构承载力下限定理 若荷载在结构中任意找到一个传力路线，如将传 力路线以外的结构部分移开的话，仍能保持平衡 条件，且沿该传力路线材料均不发生强度破坏， 则结构实际承载力必不小于该线路体系的承载力。 刚者多受力
第三章建筑结构基本水平
分体系和基本竖向分体系
结构分体系及作用
基本水平结构体系：包括楼盖以及屋盖结构。 作用： 1）在竖向通过构件的弯曲承受楼面或屋面的竖向荷载，并将它传 递到竖向结构体系上。 2）当水平结构有足够刚度（如深梁），可以将水平力作用分配到 竖向结构各构件上；并能与墙柱一起形成空间结构抵抗地基不均 匀沉降即温度引起的附加应力； 3）在水平方向对竖向结构起侧向支承作用，使之保持稳定。 基本竖向结构体系：包括框架体系、墙体系和井筒体系。 作用： 1）在竖向承受水平体系传来的全部荷载，并传到基础； 2）在水平方向，抵抗水平作用力，如风荷载、地震荷载等。