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砌体结构设计的基本原则

安全性、适用性和耐久性总称为结构的可靠性。即结
构在规定的设计使用年限内,在正常设计、正常施工、正常 使用和正常维护条件下,完成预定功能的能力。
3.2.3 结构的可靠度和可靠度指标
由于荷载效应S和结构的抗力R的随机性,
结构满足或不满足其功能要求是事件也是随机的, 结构的可靠性可用概率来度量,即结构完成预定功能的概率=可靠度
3.2.2 结构上的作用效应S及结构抗力R
2. 作用效应: 由各种作用引起的结构或构件的反应,用S表示
由于作用Q为随机变量,因此作用效应S也为随机变量。
一般情况下,结构上的作用为荷载,荷载效应S与荷载Q之
间可近似按线性关系考虑,即
S=CQ C——荷载效应系数
M
1 8
ql
2
3. 结构抗力:结构或构件承受作用效应的能力,用R表示。
Z=R-S
当Z>0时,则结构能完成预定的功能,处于可靠状态;
当Z<0时,结构不能完成预定的功能,处于失效状态;
当Z=0时,即结构抗力R等于作用效应S时,则结构处于极限状态。
结构可靠工作的基本条件为:
Z≥0
或 R≥S
由于结构抗力R和作用效应S是随机变量,结构的功能函数Z也是
随机变量。设μz、μR、和μS分别为Z、R和S的平均值;σZ、σR和σS分 别为Z、R和S的标准差。
整个结构物或结构物的一部分超过某一特定状态时 就不能满足设计规定的某一功能要求—极限状态
正常使用极限状态、承载能力极限状态
3.2.2 结构上的作用效应S及结构抗力R
结构上的作用: 是指能够使结构产生内力或变形的原因。
结构上的作用Q是随机变量,可分为直接作用和间接作用。 直接作用常称为荷载,是指施加在结构上的集中力或分布 力,如结构自重、楼(屋)面活荷载、风荷载等。间接作用 是指能够引起结构外加变形或约束变形的原因,如温度变 化、地基变形、地震等。
NKuN=
多系数分析,单一系数表的半统计、半经验方法确定
3.以概率论为基础的极限状态设计阶段 《砌体结构设计规范》GBJ3-88 、《砌体结构设计规范》GB50003-2001 《砌体结构设计规范》GB50003-2012
3.2极限状态设计方法
根据现行国家标准《建筑结构可靠度设计统一标准》 (GB 50068—2001),砌体结构采用以概率理论为基础 的极限状态设计方法,以可靠指标度量结构构件的可靠 度,采用分项系数的设计表达式进行计算。 3.2.1结构的极限状态
可采用结构的失效 概率Pf或者是结构的可 靠概率PS来度量结构的 可靠性。一般采用失效 概率Pf来度量结构的可 靠性, 3. 结构的可靠指标 计算失效概率Pf比较复 杂,故引入可靠指标β代 替失效概率Pf , 度量结构的可靠性。
可靠指标β与失效概率Pf的对应值
β
2.7
3.2
3.7
4.2
Pf 3.4×10-3 6.8×10-4 1.0×10-4 1.3×10-5
结构上的作用可按时间的变异、空间位置的变异以及结构 的反应进行分类
3.2极限状态设计方法
1) 按时间的变异分类 (1) 永久作用。永久作用又称为永久荷载或恒荷载,是指在设计基准期50 年内其量值不随时间变化,或变化与其平均值相比可以忽略不计的作用。 (2) 可变作用。可变作用又称为可变荷载或活荷载,是指在设计基准期50 年内其量值随时间变化,且其变化与平均值相比不可忽略的作用。 (3) 偶然作用。偶然作用是在设计基准期50年内不一定出现,而一旦出现, 则其量值很大,且持续时间很短的作用。 2) 按空间位置的变异分类 (1) 固定作用。固定作用是指在结构上具有固定分布的作用。 (2) 自由作用。自由作用是指在结构上一定范围内可以任意分布的作用。 ( 3) 按结构的反应分类 (1) 静态作用。静态作用是指对结构不产生加速度或产生的加速度很小 可以忽略不计的作用。 (2) 动态作用。动态作用是指对结构产生的加速度不可忽略的作用。
结构构件失效概率与可靠指标的关系
3.2.3 结构的可靠度和可靠度指标
可靠指标 为结构的功能函数Z的平均值 z 与其标准差 z 之比,
即:
z = z
mZ z
可靠指标 值越大,失效概率Pf值就越小,即结构就越可靠。故将 称为可靠指标。
可靠指标 和失效概率Pf对应的数值关系
则由概率理论可知:
z R s
Z
R2
2 S
3.2.3 结构的可靠度和可靠度指标
结构的失效概率Pf为:
0
f (Z )dz
Pf = ∞ 结构的可靠概率PS为:

f (Z )dz
PS= 0
结构的失效概率Pf与可靠概率PS的关系Pf
3.2.3 结构的可靠度和可靠度指标
第3章 砌体结构设计的基本原则 3.1 历史的回顾
1.直接经验阶段(结构截面尺寸完全是凭经验) 2.安全系数阶段(弹性理论,计算和试验不符) 1955年前苏联(HиTY120-55)颁布三系数的极限状态计;
荷载系数n、材料系数k、工作条件系数m
NN=∑k n ≤Φ(kf,k ,m,s…)
1973年我国颁布的第一部砖石结构设计规范(GBJ3-73)
结构的功能 :结构在规定的设计使用年限表内应满足的各种要求
结构设计使用年限:
类别
结构的设计使用年(年)
示例
1
5
临时性结构
2
25
易于替换的结构构件
3
50
普通房屋和构筑物
4
100
纪念性建筑和特别重要的建筑结构
3.2.3 结构的可靠度和可靠度指标
2. 结构的可靠概率和失效概率,结构完成预定功能的工作状态可用结 构的功能函数Z来描述
例如构件的承载力、刚度等。结构抗力与材料性能、几
何尺寸、抗力的计算假定以及计算公 式等有关。通常,结
构抗力主要取决于材料性能。当不考虑材料性能随时间的v
变异时,结构抗力为随机变量。
3.2.3 结构的可靠度和可靠度指标
结构的功能包括以下3个方面: (1) 安全性。结构在正常施工和正常使用时能够承受可能出现 的各种作用,以及在设计规定的偶然事件(如强烈地震、爆炸 等)发生时及发生后,仍能保持必需的整体稳定性。 (2) 适用性。结构在正常使用时具有良好的工作性能,不出现 影响正常使用的过大变形和过宽裂缝。 (3) 耐久性。结构在正常维护下具有足够的耐久性能,不发生 影响结构使用寿命的冻融、侵蚀破坏等现象。
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