第二章钢筋砼结构基本设计原则

第二章钢筋砼结构基本设计原则 本章主要内容结构上的作用、作用效应及结构抗力结构的功能要求与极限状态极限状态设计法

q 2.1 结构上的作用、作用效应及结构抗力 2.1.1 作用与作用效应１.基本概念 • 作用（或荷载）施加在结构上的集中力或分布力，称为作用——直接作用引起结构外加变形或约束变形的原因——间接作用 • 作用效应（S） —由作用引起的结构或构件的反应 • 结构抗力（R） —结构或结构构件承受作用效应的能力 M Ｖ

2.1 结构上的作用、作用效应及结构抗力 2.1.2 荷载分类１.按时间变异分类 • 永久荷载 ——在设计基准期内，其值不随时间变化，或其变化与平均值相比可以忽略不计的荷载。也称恒荷载或恒载。比如结构自重或土压力等。 ——在设计基准期内，其值随时间变化，或其变化与平均值相比不可以忽略不计的荷载。也称活荷载或活载。比如楼面活载、屋面活载、雪荷载、风荷载、吊车荷载等。 • 可变荷载 ——在设计基准期内不一定出现，而一旦出现,其量值很大而持续时间较短的荷载。比如爆炸力、撞击力等。 • 偶然荷载

2.1 结构上的作用、作用效应及结构抗力 ２.按空间变异分类 • 固定荷载——在结构空间位置上具有固定的分布； • 可动荷载——在结构空间位置一定范围内可以任意分布。３.按照结构的反应分类 • 静态荷载——对结构不产生动力效应，或小的可以忽略； • 动态荷载——对结构产生动力效应，且不可以忽略。

CH.2.1 结构上的作用、作用效应及结构抗力 2.1.3 功能函数 • 功能函数：Z=R-S=g(X1,X2,X3….Xn) • 结果分析 • Z=R-S>0： • Z=R-S<0： • Z=R-S=0：结构可靠；结构不可靠状态，即失效；结构处于极限状态，此方程称为极限状态方程　　由于作用效应和结构抗力都是随机变量，则功能函数也是不确定的变量。设计时用近似概率来保证Z=R-S≧0。作用的不确定性：结构抗力的不确定性：

2.2 结构的功能要求与极限状态 2.2.1 结构功能要求 • 设计使用年限:设计规定的一个时期。在这一规定时间内，房屋建筑在正常设计、正常施工、正常使用和维护下不需进行大修就能按其预定目的使用。（5年，25年，50年，100年）安全性：建筑物在正常情况下能承受可能出现的各种作用, 并保持结构的稳定性。适用性：保证结构在日常使用中满足要求，要求结构具有良好的工作性能。耐久性：保证结构的承载力的持续时间与环境相适应，指在正常维护条件下结构能够正常使用到规定的设计使用年限。

2.2结构的功能要求与极限状态 2.2.2 极限状态设计法 • 极限状态 ——整个结构或结构的一部分超过某一特定状态，或不能满足设计规定的某一功能要求的特定状态。 • 承载能力极限状态 ——结构或构件达到最大承载力或产生不适于继续承载的变形。如倾覆、疲劳破坏、压屈等。 • 正常使用极限状态 ——结构或构件达到正常使用或耐久性能的某项规定限值。如过大变形、开裂、振动等。我国结构设计是以概率理论为基础的极限状态设计法。

出现概率 μS μR σS σS σR σR 强度/荷载值 [R] γ0[S] 失效可靠 2.3 极限状态设计法 2.3.1 结构可靠度理论 1.结构的可靠度 ——在规定的时间内（一般为50年），在规定的条件下（正常设计、正常施工和正常使用），完成预定功能的概率，称为结构的可靠度，即可靠概率。以Ps表示 2.失效概率 ——结构不能完成预定功能的概率，以Pf表示。

2.3 极限状态设计法 3.可靠指标 ——为方便计算，用可靠指标来衡量结构可靠度的一个指标。目标可靠指标 4.建筑结构的安全等级 • 我国将建筑物的重要程度分为三级： • 一级，破坏后果极其严重，属于重要的建筑物； • 二级，破坏后果比较严重，属于一般的建筑物； • 三级，破坏后果相对不严重，属于比较次要的建筑物。

2.3 极限状态设计法 5.结构的设计基准期 • 结构保证其设计可靠度指标的时间期限称为设计基准期，即在基准期内，结构的可靠度指标完全满足设计要求；设计基准期是测算最大荷载重现期的基本期限；在超过设计基准期后，并非意味着结构的失效，而是其可靠度有所降低，因此基准期不能等同于建筑物的使用寿命；我国对于多数建筑物的设计基准期均为50年，特殊建筑物可以除外。

2.3.2 荷载的代表值 在实用的极限状态设计表达式中所采用的荷载规定值 ——结构计算时，需根据不同的设计要求采用不同的荷载数值。 • 荷载标准值 ——荷载基本代表值。指在结构使用期间，在正常情况下出现具有一定保证率的最大荷载。 • 可变荷载组合值 ——当结构同时承受两种或两种以上可变荷载时，除主导荷载（产生荷载效应最大的荷载）取标准值，其它伴随荷载取小于其标准值的组合值为代表值。组合系数 • 可变荷载准永久值 ——在设计基准期内经常作用在结构上的可变荷载。准永久值系数

恒荷载（结构自重、土压力） 结构自重：按构件或材料单位体积（或单位面积）自重平均值确定。土压力：由水工构筑物结构设计规范确定。 • 楼面及屋面活荷载 • 水压力 • 雪荷载等

式中： γGi 、γQi ----恒荷载、活荷载的荷载分项系数 2.3.3 极限状态设计表达式 • 承载能力极限状态表达式式中γ0—结构重要性系数；S—荷载效应组合的设计值；R—结构构件抗力的设计值，应按各有关建筑结构设计规范的规定确定。 • 对于贮液结构、地下构筑物等可不计风荷载效应的结构：

（1） 永久荷载的分项系数：1)当其效应对结构不利时—对结构和设备自重，应取1.2；—对其他永久作用，应取1.27；2)当其效应对结构有利时—均应取1.0；　　（2）可变荷载的分项系数：—对地表水或地下水应作为第一可变作用，取1.27；—对其他可变作用应取1.4。 Gk----恒荷载标准值， Q1k ----最大的活荷载的标准值， Ψci----其他活荷载的组合值系数，可取0.9计算， • Qik----其他活荷载的标准值。

对水塔等构筑物，应计入风荷载的效应，进行整体分析时：对水塔等构筑物，应计入风荷载的效应，进行整体分析时：注:第一个可变荷载应为风荷载。

正常使用极限状态 S ≤C C—结构或结构构件达到正常使用要求的规定限值，例如变形、裂缝、振幅、加速度、应力等的限值, 应按各有关建筑结构设计规范的规定采用。 • 标准组合对水塔等构筑物，应计入风荷载效应，取Ψc=0.6；当不计入风荷载时，表达式为：

长期效应组合 变形验算

裂缝控制 裂缝控制划分为三个等级: 一级——严格要求不出现裂缝的构件二级——一般要求不出现裂缝的构件三级——允许出现裂缝的构件

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