混凝土結構設計的一般原則和方法3

1、 1001 第第10章章 混凝土結構設計的一般原則和方法混凝土結構設計的一般原則和方法10.1建筑結構設計的一般原則建筑結構設計的一般原則 第十章第十章 混凝土結構設計的一般原則和方法混凝土結構設計的一般原則和方法 本章說明本章說明 本章原標題本章原標題“按近似概率理論的極限狀態(tài)設計法按近似概率理論的極限狀態(tài)設計法”，第三版，第三版 以前編為第三章，第四版編為第十章，并改名為以前編為第三章，第四版編為第十章，并改名為“混凝土結構設混凝土結構設 計的一般原則和方法計的一般原則和方法”。 本章重點本章重點 結構設計方法結構設計方法 荷載如何確定荷載如何確定 材料的強度如何確定材料的強度如何確定 1

2、0.1 建筑結構設計的一般原則建筑結構設計的一般原則 10.1.1 建筑結構的組成和類型建筑結構的組成和類型 概率極限狀態(tài)設計法概率極限狀態(tài)設計法 結構設計的一般概念結構設計的一般概念 結構設計的量化問題結構設計的量化問題 1002 地上部分地上部分 上部結構上部結構 地下部分地下部分 下部結構下部結構 地基、基礎（包括地下室）地基、基礎（包括地下室） 第第10章章 混凝土結構設計的一般原則和方法混凝土結構設計的一般原則和方法10.1建筑結構設計的一般原則建筑結構設計的一般原則 1003 上部結構上部結構 水平傳力系統水平傳力系統 豎向傳力系統豎向傳力系統 樓蓋系統樓蓋系統 柱、墻柱、墻 多層

3、建筑設計問題多層建筑設計問題 高層建筑設計問題高層建筑設計問題 主要以豎向荷載為主，主要以豎向荷載為主，困難：困難：大跨度。大跨度。 除了豎向荷載外，還有水平荷載，而且水平除了豎向荷載外，還有水平荷載，而且水平 荷載成為控制荷載。荷載成為控制荷載。困難：困難：抗側力體系的構抗側力體系的構 成。成。 第第10章章 混凝土結構設計的一般原則和方法混凝土結構設計的一般原則和方法10.1建筑結構設計的一般原則建筑結構設計的一般原則 結構類型結構類型 按材料分按材料分 按結構體系分按結構體系分中冊，中冊，p.01 1004 第第10章章 混凝土結構設計的一般原則和方法混凝土結構設計的一般原則和方法10.

4、2建筑結構設計階段和內容建筑結構設計階段和內容 10.1.2 建筑結構設計的階段和內容建筑結構設計的階段和內容 工程建設的工程建設的 主要環(huán)節(jié)主要環(huán)節(jié) 工程勘察工程勘察 工程設計工程設計 工程施工工程施工 工程建設應當遵循：先勘察后設計，先設計后施工的程序。工程建設應當遵循：先勘察后設計，先設計后施工的程序。 項目立項項目立項申報、立項申報、立項 項目實施項目實施 加拿大谷倉加拿大谷倉地基失效導致建筑物傾倒，屬于未勘查就設計地基失效導致建筑物傾倒，屬于未勘查就設計 概況：概況：該谷倉平面呈矩形，南北向長該谷倉平面呈矩形，南北向長59.44m，東西向寬，東西向寬23.47m，高，高31.00m

5、，容積，容積36368立方米，容倉為圓筒倉，每排立方米，容倉為圓筒倉，每排13個圓倉，個圓倉，共共5排排65個圓筒倉。谷個圓筒倉。谷 倉基礎為鋼筋混凝土筏板基礎，厚度倉基礎為鋼筋混凝土筏板基礎，厚度61cm，埋深，埋深3.66m。谷倉于。谷倉于1911年動工年動工 ，1913年完工，空倉自重年完工，空倉自重20000t，相當于裝滿谷物后滿載總重量的，相當于裝滿谷物后滿載總重量的42.5%。 平面示意圖平面示意圖 側立面示意圖側立面示意圖 1005 第第10章章 混凝土結構設計的一般原則和方法混凝土結構設計的一般原則和方法10.2建筑結構設計階段和內容建筑結構設計階段和內容 1913年年9月裝谷

6、物，月裝谷物，10月月17日當日當 谷倉裝到谷倉裝到87.5%的谷物時，發(fā)現的谷物時，發(fā)現1小時小時 內豎向沉降達內豎向沉降達30.5cm，結構物向西傾，結構物向西傾 斜，并在斜，并在24小時內谷倉傾斜，傾斜度小時內谷倉傾斜，傾斜度 離垂線達離垂線達2653，谷倉西端下沉，谷倉西端下沉 7.32m，東端上抬，東端上抬1.52m，上部鋼筋混，上部鋼筋混 凝土筒倉堅如磐石。凝土筒倉堅如磐石。 事故原因：事故原因：谷倉地基土事先未進行調查研究，據鄰近結構物基槽開挖試驗谷倉地基土事先未進行調查研究，據鄰近結構物基槽開挖試驗 結果計算地基承載力為結果計算地基承載力為352kpa，應用到此谷倉。，應用到此

7、谷倉。1952年經勘察試驗與計算，年經勘察試驗與計算， 谷倉地基實際承載力為（谷倉地基實際承載力為（193.8276.6）kpa，遠小于谷倉破壞時發(fā)生的壓力，遠小于谷倉破壞時發(fā)生的壓力 329.4kpa，因此，谷倉地基因超載發(fā)生強度破壞而滑動。，因此，谷倉地基因超載發(fā)生強度破壞而滑動。 事后處理：事后處理： 事后在下面做了七十多個支撐于基巖上的混凝土墩，使用事后在下面做了七十多個支撐于基巖上的混凝土墩，使用388 個個50t千斤頂以及支撐系統，才把倉體逐漸糾正過來，但其位置比原來降低了千斤頂以及支撐系統，才把倉體逐漸糾正過來，但其位置比原來降低了 米。米。 傾倒后的狀況傾倒后的狀況 1006

8、第第10章章 混凝土結構設計的一般原則和方法混凝土結構設計的一般原則和方法10.2建筑結構設計階段和內容建筑結構設計階段和內容 建筑結構建筑結構 設計階段設計階段 初步設計初步設計 施工圖設計施工圖設計 技術設計技術設計 初步設計初步設計 1007 第第10章章 混凝土結構設計的一般原則和方法混凝土結構設計的一般原則和方法10.2建筑結構設計階段和內容建筑結構設計階段和內容 未設計就施工未設計就施工 （1）沒有設計圖紙就施工）沒有設計圖紙就施工 （2）邊設計邊施工）邊設計邊施工 10.1.3 建筑結構設計的一般原則建筑結構設計的一般原則 建筑結構設計的一般原則：安全、適用、耐久和經濟合理。建筑

9、結構設計的一般原則：安全、適用、耐久和經濟合理。 在保證結構可靠的前提下，設計出經濟的、技術先進的、施工方便在保證結構可靠的前提下，設計出經濟的、技術先進的、施工方便 的結構。具體的結構設計原則：的結構。具體的結構設計原則： 中冊，中冊，p.2 1008 第第10章章 混凝土結構設計的一般原則和方法混凝土結構設計的一般原則和方法10.2建筑結構荷載建筑結構荷載 10.2 建筑結構荷載建筑結構荷載 10.2.1 結構上的作用與荷載結構上的作用與荷載 作用：作用： 使結構產生內力與變形的原因；使結構產生內力與變形的原因； （1）直接原因：荷載、力）直接原因：荷載、力 （2）間接原因：溫度變形、收縮

10、變形、基礎的不均勻沉降、）間接原因：溫度變形、收縮變形、基礎的不均勻沉降、 地震。地震。 10.2.2 荷載的分類荷載的分類 荷載分類荷載分類 按作用時間的長短和性質分按作用時間的長短和性質分 按空間位置的變異按空間位置的變異 按作用的方向分按作用的方向分 按結構對荷載的反應性質按結構對荷載的反應性質 水平、豎向荷載水平、豎向荷載 固定、移動荷載固定、移動荷載 靜荷載、動荷載靜荷載、動荷載 1009 第第10章章 混凝土結構設計的一般原則和方法混凝土結構設計的一般原則和方法10.2建筑結構荷載建筑結構荷載 （1）永久荷載（又稱恒載）永久荷載（又稱恒載） 按荷載作用時間的長短和性質分按荷載作用時

11、間的長短和性質分 是指在設計使用期內，其值不隨時間變化、或其變化與平均值相比是指在設計使用期內，其值不隨時間變化、或其變化與平均值相比 可以忽略不計，或其變化是單調的并能趨于限值的荷載。可以忽略不計，或其變化是單調的并能趨于限值的荷載。 例如：結構自重、土壓力、預應力等。例如：結構自重、土壓力、預應力等。 （2）可變荷載（又稱活載）可變荷載（又稱活載） 是指在設計基準期內其值隨時間變化，其變化與平均值相比不可忽是指在設計基準期內其值隨時間變化，其變化與平均值相比不可忽 略的荷載。略的荷載。 例如：樓面活荷載、吊車荷載、預應力等。例如：樓面活荷載、吊車荷載、預應力等。 （3）偶然荷載）偶然荷載

12、是指在設計基準期內不一定出現，一旦出現，其值很大且持續(xù)時間是指在設計基準期內不一定出現，一旦出現，其值很大且持續(xù)時間 很短的荷載。很短的荷載。 例如：爆炸力、撞擊力。例如：爆炸力、撞擊力。 1010 第第10章章 混凝土結構設計的一般原則和方法混凝土結構設計的一般原則和方法10.2建筑結構荷載建筑結構荷載 10.2.3 荷載代表值荷載代表值 關于荷載的取值關于荷載的取值 （1）荷載的不確定性）荷載的不確定性 恒載恒載由施工偏差引起由施工偏差引起 活荷載活荷載 偶然荷載偶然荷載 （2）多荷載相遇）多荷載相遇荷載組合荷載組合 確定隨機變量大小的方法確定隨機變量大小的方法 （3）計算、分析情況的復雜

13、）計算、分析情況的復雜例如強度計算和變形驗算例如強度計算和變形驗算 荷載代表值的提出荷載代表值的提出 荷載代表值荷載代表值 荷載標準值荷載標準值 荷載組合值荷載組合值 荷載準永久值荷載準永久值 荷載頻遇值荷載頻遇值 1011 第第10章章 混凝土結構設計的一般原則和方法混凝土結構設計的一般原則和方法10.2建筑結構荷載建筑結構荷載 荷載標準值荷載標準值 荷載組合值荷載組合值 荷載頻遇值荷載頻遇值 荷載準永久荷載準永久 值值 是荷載的基本代表值；是指在結構的使用期間（一般結構是荷載的基本代表值；是指在結構的使用期間（一般結構 的設計基準期為的設計基準期為50年）可能出現的最大值。年）可能出現的最

14、大值。 是指對于有兩種和兩種以上可變荷載同時作用時，使組合是指對于有兩種和兩種以上可變荷載同時作用時，使組合 后的荷載效應在設計基準期內的超越概率能與荷載單獨作后的荷載效應在設計基準期內的超越概率能與荷載單獨作 用時相應超越概率趨于一致的荷載值。用時相應超越概率趨于一致的荷載值。 是指在設計基準期內，其超越的總時間為規(guī)定的較小比率，是指在設計基準期內，其超越的總時間為規(guī)定的較小比率， 或超越概率為規(guī)定概率的荷載值?；虺礁怕蕿橐?guī)定概率的荷載值。 是指在設計基準期內，其超越的總時間約為設計基準期一是指在設計基準期內，其超越的總時間約為設計基準期一 半的荷載值。半的荷載值。 kcc qq kqq

15、qq kff qq k g k q恒載標準值恒載標準值活荷載標準值活荷載標準值 1012 第第10章章 混凝土結構設計的一般原則和方法混凝土結構設計的一般原則和方法10.2建筑結構荷載建筑結構荷載 10.2.4 豎向荷載豎向荷載 1. 樓面、屋面荷載樓面、屋面荷載 樓面樓面 屋面屋面 荷載荷載 恒荷載恒荷載 活荷載活荷載 結構豎向恒荷載包括結構自重和附加在結構上的荷結構豎向恒荷載包括結構自重和附加在結構上的荷 載?？梢园礃嫾脑O計尺寸與材料表觀密度計算確載?？梢园礃嫾脑O計尺寸與材料表觀密度計算確 定。定。 民用建筑樓面均布活荷載：民用建筑樓面均布活荷載： 工業(yè)建筑樓面均布活荷載：工業(yè)建筑樓面

16、均布活荷載： 屋面活荷載：屋面活荷載： 建筑結構荷載規(guī)范建筑結構荷載規(guī)范根據大量調查和統計分析，考慮根據大量調查和統計分析，考慮 可能出現的短期荷載，按等效均布荷載方法給出一般各可能出現的短期荷載，按等效均布荷載方法給出一般各 類民用建筑的樓面均布活荷載標準值及其有關代表值系類民用建筑的樓面均布活荷載標準值及其有關代表值系 數，見附錄數，見附錄5. 房屋建筑屋面水平投影面上的均布活荷載，應按表房屋建筑屋面水平投影面上的均布活荷載，應按表10-2 采用。屋面均布活荷載不應與雪荷載同時組合。采用。屋面均布活荷載不應與雪荷載同時組合。 1013 第第10章章 混凝土結構設計的一般原則和方法混凝土結構

17、設計的一般原則和方法10.2建筑結構荷載建筑結構荷載 2. 雪荷載雪荷載 屋面水平投影面上的雪荷載標準值：屋面水平投影面上的雪荷載標準值： 0 ss rk 0 s 基本雪壓（基本雪壓（kn/m2），一般是根據年最大雪壓進行統計分析確定。），一般是根據年最大雪壓進行統計分析確定。 在我國，是以一般空曠平坦地面上統計的在我國，是以一般空曠平坦地面上統計的50年一遇重現期的最大年一遇重現期的最大 積雪自重給出的。積雪自重給出的。 r 屋面積雪分布系數。它是屋面水平投影面積上的雪荷載與基本雪屋面積雪分布系數。它是屋面水平投影面積上的雪荷載與基本雪 壓的比值，它與屋面形式、朝向及風力等均有關。通常情況下

18、，壓的比值，它與屋面形式、朝向及風力等均有關。通常情況下， 屋面積雪分布系數應根據不同類別的屋面形式確定。屋面積雪分布系數應根據不同類別的屋面形式確定。p.6 表表10-3 雪荷載組合值系數可取雪荷載組合值系數可取0.7；頻遇值系數可??；頻遇值系數可取0.6。準永久值系數按。準永久值系數按 、和和分區(qū)不同，分別取分區(qū)不同，分別取0.5、0.2、0。武漢屬于。武漢屬于分區(qū)。分區(qū)。 設計建筑結構及屋面的承重構件時，可按下列規(guī)定采用積雪的分布設計建筑結構及屋面的承重構件時，可按下列規(guī)定采用積雪的分布 情況。情況。p.7。 對雪荷載敏感的結構，基本雪壓應適當提高，并應由有關的結對雪荷載敏感的結構，基本

19、雪壓應適當提高，并應由有關的結 構設計規(guī)范具體規(guī)定。構設計規(guī)范具體規(guī)定。 10.2.5 風荷載風荷載 1. 風荷載的特點風荷載的特點 1014 第第10章章 混凝土結構設計的一般原則和方法混凝土結構設計的一般原則和方法10.2建筑結構荷載建筑結構荷載 風荷載是風吹到建筑物表面所形成的壓力或吸力。它具有如下特點：風荷載是風吹到建筑物表面所形成的壓力或吸力。它具有如下特點： 風風 荷荷 載載 風風 建筑物建筑物 同一地面，離開地面的高度不同，風速不同同一地面，離開地面的高度不同，風速不同 同一位置，地面的粗糙度不同，風速不同同一位置，地面的粗糙度不同，風速不同 體型體型 高度高度 剛度剛度 （近地

20、風）（近地風） 建筑物表面風壓分布示意圖，建筑物表面風壓分布示意圖，p.7，圖，圖10-1 風荷載包括由順風向的平均風引起的靜力風荷風荷載包括由順風向的平均風引起的靜力風荷 載和與平均風方向一致的的順風向脈動風荷載載和與平均風方向一致的的順風向脈動風荷載 與平均風方向垂直的橫風向脈動風荷載。與平均風方向垂直的橫風向脈動風荷載。 2. 風荷載的標準值風荷載的標準值 1015 第第10章章 混凝土結構設計的一般原則和方法混凝土結構設計的一般原則和方法10.2建筑結構荷載建筑結構荷載 結構在風荷載作用下的瞬時響應最大值與風荷載時程有關。對一般工結構在風荷載作用下的瞬時響應最大值與風荷載時程有關。對一

21、般工 程設計，風荷載可近似按靜力風荷載并用動力放大系數考慮脈動風的動力程設計，風荷載可近似按靜力風荷載并用動力放大系數考慮脈動風的動力 效應。對主要承重結構，垂直于建筑物表面上的風荷載標準值效應。對主要承重結構，垂直于建筑物表面上的風荷載標準值wk應按下式應按下式 計算：計算： 0 ww zszk k w風荷載標準值（風荷載標準值（kn/m2） 0 w基本風壓（基本風壓（kn/m2） s 風荷載體型系數風荷載體型系數 z 風壓高度變化系數風壓高度變化系數 z 高度高度z處的風振系數處的風振系數 以當地空曠平坦地面上以當地空曠平坦地面上10m 高處高處10min的平均風速觀測數據，的平均風速觀測

22、數據， 經概率統計得到的經概率統計得到的50年一遇的最年一遇的最 大風速大風速v0，按下式計算：，按下式計算： 基本風壓：基本風壓： 2 0 2 00 1600 1 2 1 vvw 風荷載組合值、頻遇值和準永久系數可分別取風荷載組合值、頻遇值和準永久系數可分別取0.6、0.4和和0。 3. 風壓高度變化系數風壓高度變化系數 4. 風荷載體型系數風荷載體型系數 5. 風振系數風振系數 1016 第第10章章 混凝土結構設計的一般原則和方法混凝土結構設計的一般原則和方法10.2建筑結構荷載建筑結構荷載 z 表表 10-4，查表注意區(qū)分地面粗糙度類別。，查表注意區(qū)分地面粗糙度類別。 s 建筑結構荷載

23、規(guī)范建筑結構荷載規(guī)范列出了一般建筑物的列出了一般建筑物的s z 風振系數是考慮脈動風對結構產生動力效應的放大系數。風振系數是考慮脈動風對結構產生動力效應的放大系數。 結構風振動力效應與房屋的自振周期、結構阻尼特性以及風脈動性能結構風振動力效應與房屋的自振周期、結構阻尼特性以及風脈動性能 等因素有關。剛度較大的鋼筋混凝土多層建筑，由風荷載引起的振動很小，等因素有關。剛度較大的鋼筋混凝土多層建筑，由風荷載引起的振動很小， 通常忽略不計。對較柔的高層建筑和大跨度橋梁結構，當基本周期較長時，通常忽略不計。對較柔的高層建筑和大跨度橋梁結構，當基本周期較長時， 在風荷載作用下發(fā)生的動力效應不能忽略。在風荷

24、載作用下發(fā)生的動力效應不能忽略。 1017 第第10章章 混凝土結構設計的一般原則和方法混凝土結構設計的一般原則和方法10.3結構的功能要求和極限狀態(tài)結構的功能要求和極限狀態(tài) 對于高聳結構以及高度大于對于高聳結構以及高度大于30m且高寬比大于且高寬比大于1.5的高柔房屋，在高度的高柔房屋，在高度 z處的風振系數可按以下簡化公式計算：處的風振系數可按以下簡化公式計算： z z z v 1 10.3 結構的功能要求和極限狀態(tài)結構的功能要求和極限狀態(tài) 概率極限狀態(tài)設計法的概念：概率極限狀態(tài)設計法的概念： 結構結構： 建筑物的骨架，在建筑物中起著承受荷載、支撐建建筑物的骨架，在建筑物中起著承受荷載、支

25、撐建 筑物的作用。筑物的作用。 對結構的認識對結構的認識 1018 第第10章章 混凝土結構設計的一般原則和方法混凝土結構設計的一般原則和方法10.3結構的功能要求和極限狀態(tài)結構的功能要求和極限狀態(tài) 結構的結構的三個基本功能三個基本功能： 1.1.安全性功能安全性功能 控制標準：控制標準： 應能承受正常施工和正常使用條件下可能出現的各種荷載和變形；應能承受正常施工和正常使用條件下可能出現的各種荷載和變形； 在偶然事件（如地震、爆炸等）發(fā)生時及發(fā)生后結構仍保持必需的整體在偶然事件（如地震、爆炸等）發(fā)生時及發(fā)生后結構仍保持必需的整體 穩(wěn)定性，不致發(fā)生倒塌。穩(wěn)定性，不致發(fā)生倒塌。 2. 2. 適用性

26、功能適用性功能 結構在正常使用過程中應具有良好的工作性能。結構在正常使用過程中應具有良好的工作性能。 例如：吊車梁、裝飾材料。例如：吊車梁、裝飾材料。 3. 3. 耐久性耐久性功能功能 在正常維護條件下，達到設計所規(guī)定的年限（一般為在正常維護條件下，達到設計所規(guī)定的年限（一般為5050年）。年）。 國家的技術經濟政策：國家的技術經濟政策： 安全適用；經濟合理；技術先進；確保質量。安全適用；經濟合理；技術先進；確保質量。 怎樣滿足功能要求？怎樣滿足功能要求？ 取極限狀態(tài)函數判別：取極限狀態(tài)函數判別： z=r-s z=r-s z z0 0，能完成預定功能的狀態(tài)，結構可靠，能完成預定功能的狀態(tài)，結構

27、可靠 z z0 0，臨界狀態(tài)，臨界狀態(tài)，極限狀態(tài)極限狀態(tài) z z0 0，不能完成預定功能的狀態(tài)，結構失效，不能完成預定功能的狀態(tài)，結構失效 r：抗力；：抗力；s：荷載效應：荷載效應 1019 第第10章章 混凝土結構設計的一般原則和方法混凝土結構設計的一般原則和方法10.3結構的功能要求和極限狀態(tài)結構的功能要求和極限狀態(tài) 對應對應3 3種功能提出了兩類極限狀態(tài)：種功能提出了兩類極限狀態(tài)： 第一類：第一類：承載能力極限狀態(tài)承載能力極限狀態(tài)； 第二類：第二類：正常使用極限狀態(tài)正常使用極限狀態(tài)。 概率論實現的方法：概率論實現的方法： 密度函數密度函數計算概率計算概率 怎樣保證公式的可靠性？怎樣保證公

28、式的可靠性？ 半經驗半概率，半經驗半概率，近似概率法近似概率法，全概率法全概率法。 1.非概率論的方法非概率論的方法經驗系數法：單一系數，多系數法經驗系數法：單一系數，多系數法 2.概率論的方法概率論的方法 定義：詳教材中冊定義：詳教材中冊p.12 1020 第第10章章 混凝土結構設計的一般原則和方法混凝土結構設計的一般原則和方法10.3結構的功能要求和極限狀態(tài)結構的功能要求和極限狀態(tài) 建筑結構的功能建筑結構的功能 設計的結構和結構構件在規(guī)定的設計使用年限內，在正常維護條設計的結構和結構構件在規(guī)定的設計使用年限內，在正常維護條 件下，應能保持其使用功能，而不需要進行大修加固。件下，應能保持其

29、使用功能，而不需要進行大修加固。 10.3.1 結構的功能要求結構的功能要求 建筑結構的三個建筑結構的三個 基本功能基本功能 安全性安全性 適用性適用性 耐久性耐久性 。 。 。 結構可能還會有其它附加功能要求，例如考慮突發(fā)事件對結構提出的抗結構可能還會有其它附加功能要求，例如考慮突發(fā)事件對結構提出的抗 倒塌性功能要求。倒塌性功能要求。 結構安全等級結構安全等級 雖然結構都必須具備三個基本功能，但是不同用途的建筑物，其雖然結構都必須具備三個基本功能，但是不同用途的建筑物，其 要求的程度可能不同，例如：電信大樓、普通民宅。要求的程度可能不同，例如：電信大樓、普通民宅。 1021 第第10章章 混

30、凝土結構設計的一般原則和方法混凝土結構設計的一般原則和方法10.3結構的功能要求和極限狀態(tài)結構的功能要求和極限狀態(tài) 我國，按照建筑結構破壞時可能產生的后果嚴重與否，將建筑結構分我國，按照建筑結構破壞時可能產生的后果嚴重與否，將建筑結構分 為三個等級：為三個等級： 安全等級安全等級破壞后果的影響程度破壞后果的影響程度建筑物的類型建筑物的類型 一級一級很嚴重很嚴重重要的建筑物重要的建筑物 二級二級嚴重嚴重一般的建筑物一般的建筑物 三級三級不嚴重不嚴重次要建筑物次要建筑物 在近似概率極限狀態(tài)設計法中，結構安全等級是用結構重要性系數在近似概率極限狀態(tài)設計法中，結構安全等級是用結構重要性系數0 來體現的

31、。來體現的。 結構設計使用年限結構設計使用年限 是指設計規(guī)定的結構或構件不需要進行大修即可按其預定目的使是指設計規(guī)定的結構或構件不需要進行大修即可按其預定目的使 用的年限。用的年限。 設計基準期設計基準期 結構設計使用年限結構設計使用年限 結構使用壽命結構使用壽命 注意區(qū)分注意區(qū)分 這三個名這三個名 詞的含義詞的含義 為確定可變荷載代表值而選用的時間參數為確定可變荷載代表值而選用的時間參數 或者：或者： 結構設計使用年限是指計結構設計使用年限是指計 算結構可靠度所依據的年限。算結構可靠度所依據的年限。 1022 第第10章章 混凝土結構設計的一般原則和方法混凝土結構設計的一般原則和方法10.3

32、結構的功能要求和極限狀態(tài)結構的功能要求和極限狀態(tài) 10.3.2 結構功能的極限狀態(tài)結構功能的極限狀態(tài) 傳統觀點：。傳統觀點：。 現在的觀點：應當理解為最低限度，即允許業(yè)主提出超過規(guī)范現在的觀點：應當理解為最低限度，即允許業(yè)主提出超過規(guī)范 規(guī)定的設計使用年限。規(guī)定的設計使用年限。 極限狀態(tài)的引出極限狀態(tài)的引出 設：設：s s為荷載效應，為荷載效應，r r為結構構件的抗力，則為結構構件的抗力，則 r rs s，能完成預定功能的狀態(tài)，結構可靠。，能完成預定功能的狀態(tài)，結構可靠。 r rs s，臨界狀態(tài)，臨界狀態(tài)，極限狀態(tài)極限狀態(tài)。 r rs s，不能完成預定功能的狀態(tài)，結構失效。，不能完成預定功能的

33、狀態(tài)，結構失效。 兩類極限狀態(tài)兩類極限狀態(tài) 第一類：承載能力極限狀態(tài)第一類：承載能力極限狀態(tài)對應的是安全性功能。對應的是安全性功能。 第二類：正常使用極限狀態(tài)第二類：正常使用極限狀態(tài)對應的是適用性功能和耐久對應的是適用性功能和耐久 性功能。性功能。 1023 第第10章章 混凝土結構設計的一般原則和方法混凝土結構設計的一般原則和方法10.4按近似概率的極限狀態(tài)設計法按近似概率的極限狀態(tài)設計法 10.3.3 極限狀態(tài)方程極限狀態(tài)方程 可以根據極限狀態(tài)函數可以根據極限狀態(tài)函數z的取值，判別結構所處的狀態(tài)：的取值，判別結構所處的狀態(tài)： z0，結構可靠，結構可靠 z =0，結構處于極限狀態(tài)，結構處于極

34、限狀態(tài) z0, 結構失效結構失效 z=r-s 10.4 10.4 按近似概率的極限狀態(tài)設計法按近似概率的極限狀態(tài)設計法 10.4.1 結構的可靠度結構的可靠度 結構可靠性結構可靠性：結構在規(guī)定的時間內、規(guī)定的條件下，完成預定功能：結構在規(guī)定的時間內、規(guī)定的條件下，完成預定功能 的能力稱為結構的可靠性。的能力稱為結構的可靠性。 結構可靠度結構可靠度：是結構可靠性的概率度量，即結構在設計工作壽命內，：是結構可靠性的概率度量，即結構在設計工作壽命內， 在正常條件下，完成預定功能的概率。在正常條件下，完成預定功能的概率。 r 和和s 的概率密度分布曲線的概率密度分布曲線 這里，規(guī)定的時間是指結構的這里

35、，規(guī)定的時間是指結構的設計使用年限，設計使用年限，所有的統計分析均以該所有的統計分析均以該 時間區(qū)段為準。時間區(qū)段為準。規(guī)定的條件是指規(guī)定的條件是指正常設計、正常施工、正常使用和維正常設計、正常施工、正常使用和維 護的條件護的條件，不包括非正常的，例如人為的錯誤。，不包括非正常的，例如人為的錯誤。 1024 第第10章章 混凝土結構設計的一般原則和方法混凝土結構設計的一般原則和方法10.4按近似概率的極限狀態(tài)設計法按近似概率的極限狀態(tài)設計法 由于作用效應由于作用效應 s s 和結構抗力和結構抗力 r r 都是隨機變量或隨機過程，因此都是隨機變量或隨機過程，因此 要絕對地保證要絕對地保證 r r

36、 總是大于總是大于s s 是不可能的。是不可能的。 10.4.2 10.4.2 可靠指標與失效概率可靠指標與失效概率 由圖可見，在多數情況下，由圖可見，在多數情況下，r r 大于大于s s 。但是，由于。但是，由于 r r 和和 s s 的離散的離散 性，在它們概率密度曲線的重疊區(qū)（陰影段內）仍有可能出現性，在它們概率密度曲線的重疊區(qū)（陰影段內）仍有可能出現 r r 小于小于s s 的情況，這種可能性的大小用概率來表示就是失效概率的情況，這種可能性的大小用概率來表示就是失效概率 。 f p 1025 第第10章章 混凝土結構設計的一般原則和方法混凝土結構設計的一般原則和方法10.4按近似概率的

37、極限狀態(tài)設計法按近似概率的極限狀態(tài)設計法 結構失效概率結構失效概率 ： f p dzzfzpp f 0 )()0( 引入可靠指標引入可靠指標 ： zz 當當 r 和和 s 都服從正態(tài)分布都服從正態(tài)分布 時，功能函數時，功能函數 z 的概率密的概率密 度曲線如圖所示：度曲線如圖所示： 22 sr sr z z ；當；當z為線性時，且符合正態(tài)分布時：為線性時，且符合正態(tài)分布時： 了了 f p f p f p?？煽恐笜??？煽恐笜伺c失效概率與失效概率 可靠指標可靠指標和失效概率和失效概率 有一有一 一對應關系，計算了一對應關系，計算了 的對應關系，的對應關系， p.38，表，表3-2： 就相當于計算就

38、相當于計算 1.01.5910-13.71.0810-5 2.73.4710-34.21.3310-6 3.26.8710-4 f p f p 所以比較方便的方法是用所以比較方便的方法是用來進行結構設計，并以此來來進行結構設計，并以此來判斷結構判斷結構 的可靠度。的可靠度。 表表3-2 可靠指標可靠指標與失效概率與失效概率pf 的對應關系的對應關系 我國規(guī)范規(guī)定的結構構件承載能力極限狀態(tài)的目標可靠指標我國規(guī)范規(guī)定的結構構件承載能力極限狀態(tài)的目標可靠指標 ，p.39p.39，表，表3-33-3。 破壞類型破壞類型 安安 全全 等等 級級 一級一級二級二級三級三級 延性破壞延性破壞3.73.73.

39、23.22.72.7 脆性破壞脆性破壞4.24.23.73.73.23.2 1026 第第10章章 混凝土結構設計的一般原則和方法混凝土結構設計的一般原則和方法10.4按近似概率的極限狀態(tài)設計法按近似概率的極限狀態(tài)設計法 10.5 實用設計表達式實用設計表達式 10.5.1 分項系數分項系數 用用 計算的難度計算的難度 缺乏直觀性，一般的工程技術人員難缺乏直觀性，一般的工程技術人員難 以接受。以接受。 引入分項系數，取得和力學計算相一致的表達式形式引入分項系數，取得和力學計算相一致的表達式形式 力學計算的一般表達式：力學計算的一般表達式： 1027 第第10章章 混凝土結構設計的一般原則和方法

40、混凝土結構設計的一般原則和方法10.5實用設計表達式實用設計表達式 ks ss 例如，對于例如，對于承載能力極限狀態(tài)承載能力極限狀態(tài)： 荷載標準值荷載標準值 sr r k r r 荷載分項系數。荷載分項系數。 抗力標準值抗力標準值 抗力分項系數?？沽Ψ猪椣禂?。 承載能力極限狀態(tài)承載能力極限狀態(tài) 的通式（一般表達式）的通式（一般表達式） r k ks r s 1028 第第10章章 混凝土結構設計的一般原則和方法混凝土結構設計的一般原則和方法10.5實用設計表達式實用設計表達式 按極限狀態(tài)按極限狀態(tài) z =rs 0 設計，但要求超過極限狀態(tài)的概率不超設計，但要求超過極限狀態(tài)的概率不超 過允許值，

41、即過允許值，即pfpf，或，或 。而取荷載和材料強度的標準值計算而取荷載和材料強度的標準值計算 時是滿足不了這一要求的。因此，為了滿足目標可靠指標的要求，必時是滿足不了這一要求的。因此，為了滿足目標可靠指標的要求，必 須對荷載和材料強度取值在以標準值作為基本代表值的基礎上分別予須對荷載和材料強度取值在以標準值作為基本代表值的基礎上分別予 以放大和折減。這種放大或折減的系數就稱之為分項系數。其大小則以放大和折減。這種放大或折減的系數就稱之為分項系數。其大小則 按照目標可靠指標按照目標可靠指標通過反算來確定。通過反算來確定。 荷載的分項系數荷載的分項系數。“gb50068-2001gb50068-

42、2001，將荷載分成永久荷載和可，將荷載分成永久荷載和可 變荷載兩類，相應給出兩個規(guī)定的系數變荷載兩類，相應給出兩個規(guī)定的系數g g、q q。這兩個分項系數是在。這兩個分項系數是在 荷載標準值已給定的前提下，使按極限狀態(tài)設計表達式設計所得的各類荷載標準值已給定的前提下，使按極限狀態(tài)設計表達式設計所得的各類 結構構件的可靠指標，與規(guī)定的目標可靠指標之間，在總體上誤差最小結構構件的可靠指標，與規(guī)定的目標可靠指標之間，在總體上誤差最小 為原則，經優(yōu)化后選定的。為原則，經優(yōu)化后選定的?！保ê奢d規(guī)范說明，（荷載規(guī)范說明，p.134p.134）。）。 s 上式中的分項系數是按照上式中的分項系數是按照目標可

43、靠指標目標可靠指標值（或確定的值（或確定的結構失效結構失效 概率概率pfpf值），并考慮工程經驗經優(yōu)選后確定。教材中冊值），并考慮工程經驗經優(yōu)選后確定。教材中冊p.16p.16給出了一個給出了一個 如何計算如何計算r r、s s的過程。的過程。上式已經包含了結構可靠度的概念。上式已經包含了結構可靠度的概念。 1029 第第10章章 混凝土結構設計的一般原則和方法混凝土結構設計的一般原則和方法10.5實用設計表達式實用設計表達式 需要指出的是：在目前的概率極限狀態(tài)分析中，只用到統計平均值需要指出的是：在目前的概率極限狀態(tài)分析中，只用到統計平均值 和均方差，并非實際的概率分布，并且在分離導出分項系

44、數時還作了一和均方差，并非實際的概率分布，并且在分離導出分項系數時還作了一 些假定，運算中采用了一些近似的處理方法，因而計算結果是近似的，些假定，運算中采用了一些近似的處理方法，因而計算結果是近似的， 所以只能稱為所以只能稱為近似概率設計方法近似概率設計方法。 10.5.2 荷載效應組合荷載效應組合 結構計算一般是結構計算一般是 按單個荷載計算按單個荷載計算 的其效應的其效應 荷載效應組合的概念荷載效應組合的概念 恒荷載產生的效應恒荷載產生的效應 樓面活荷載產生的效應樓面活荷載產生的效應 風荷載產生的效應風荷載產生的效應 采用的荷載值采用的荷載值 恒荷載標準值恒荷載標準值 活荷載標準值活荷載標

45、準值 風荷載標準值風荷載標準值 而實際結構或結構構件是同時承受這些荷載作用的，這就產生了荷載效而實際結構或結構構件是同時承受這些荷載作用的，這就產生了荷載效 應的組合問題。應的組合問題。 1030 第第10章章 混凝土結構設計的一般原則和方法混凝土結構設計的一般原則和方法10.5實用設計表達式實用設計表達式 我國荷載規(guī)范給出的幾種荷載效應組合我國荷載規(guī)范給出的幾種荷載效應組合 基本組合、偶然組合、標準組合、頻遇組合、準永久組合基本組合、偶然組合、標準組合、頻遇組合、準永久組合 各極限狀態(tài)對應的荷載效應組合與一般表達式各極限狀態(tài)對應的荷載效應組合與一般表達式 對于對于承載能力極限狀態(tài)承載能力極限

46、狀態(tài)，應采用：，應采用： 基本組合基本組合 偶然組合偶然組合 0sr 考慮到結構安全等級或結構設計使考慮到結構安全等級或結構設計使 用年限的差異，其目標可靠指標應用年限的差異，其目標可靠指標應 相應提高或降低，故引入相應提高或降低，故引入0結結 構重要性系數構重要性系數。 對于對于正常使用極限狀態(tài)正常使用極限狀態(tài)，應根據不同的設計要求，采用：，應根據不同的設計要求，采用： 標準組合標準組合 頻遇組合頻遇組合 準永久組合準永久組合 skc c為結構或結構構件達到正常使用為結構或結構構件達到正常使用 要求的規(guī)定限值，例如：變形、裂要求的規(guī)定限值，例如：變形、裂 縫、振幅、加速度、應力等?？p、振幅、

47、加速度、應力等。 1031 第第10章章 混凝土結構設計的一般原則和方法混凝土結構設計的一般原則和方法10.5實用設計表達式實用設計表達式 10.5.3 承載能力極限狀態(tài)設計表達式承載能力極限狀態(tài)設計表達式 荷載規(guī)范的有關規(guī)定荷載規(guī)范的有關規(guī)定 1. 1.按承載能力極限狀態(tài)設計時，應考慮作用效應的按承載能力極限狀態(tài)設計時，應考慮作用效應的基本組合基本組合，必，必 要時尚應考慮作用效應的要時尚應考慮作用效應的偶然組合偶然組合。 2. 2.對于基本組合，荷載效應組合的設計值應從由可變荷載效應控對于基本組合，荷載效應組合的設計值應從由可變荷載效應控 制的組合和由永久荷載效應控制的兩組組合中取最不利值

48、確定。制的組合和由永久荷載效應控制的兩組組合中取最不利值確定。 按承載能力極限狀態(tài)設計時：按承載能力極限狀態(tài)設計時： 應考慮作用應考慮作用 效應的效應的 基本組合基本組合 偶然組合（必要時）偶然組合（必要時） 基本組合基本組合 由永久荷載效應控制的組合由永久荷載效應控制的組合 由可變荷載效應控制的組合由可變荷載效應控制的組合 設計中應取最不利值。設計中應取最不利值。 rs 0 荷載效應的基本組合計算公式荷載效應的基本組合計算公式 簡單表達式：簡單表達式： （1 1）對由可變荷載效應控制的組合）對由可變荷載效應控制的組合 k c ck s sk qikci n i qikqqgkg ff rss

49、s ,)( 2 110 （2 2）對由永久荷載效應控制的組合）對由永久荷載效應控制的組合 kcsqikci n i qikgg ffrss,)( 1 0 （1028） （1029） 結構重要性系數，和結構的安全等級有關。結構重要性系數，和結構的安全等級有關。 0 安全等級安全等級 結構重要性系數結構重要性系數 設計使用年限（年）設計使用年限（年） 一級一級1.11.1100100 二級二級1.01.05050 三級三級0.90.955 1032 第第10章章 混凝土結構設計的一般原則和方法混凝土結構設計的一般原則和方法10.5實用設計表達式實用設計表達式 注意：在抗震設計中，不考慮結構構件的重

50、要性系數注意：在抗震設計中，不考慮結構構件的重要性系數 分別表示永久荷載標準值產生的荷載效應、可變分別表示永久荷載標準值產生的荷載效應、可變 荷載標準值產生的荷載效應。荷載標準值產生的荷載效應。 和和 ，一般取，一般取1.41.4。 永久荷載、可變荷載永久荷載、可變荷載1 1、i i的分項系數。的分項系數。這里這里g g、q q分分 別代表永久荷載和可變荷載別代表永久荷載和可變荷載。且。且 qiqg , 1 2.1 g 35.1 g 0 .1 g 1q qi qikqkgk sss, 對由可變荷載效應控制的組合，取對由可變荷載效應控制的組合，取 對由永久荷載效應控制的組合，取對由永久荷載效應控

51、制的組合，取 當永久荷載效應對結構有利時，取當永久荷載效應對結構有利時，取 可變荷載組合系數?？勺兒奢d組合系數。 ic 鋼材的設計強度；鋼材的設計強度； s s sk f f 混凝土的設計強度?；炷恋脑O計強度。 c c ck f f 1033 第第10章章 混凝土結構設計的一般原則和方法混凝土結構設計的一般原則和方法10.5實用設計表達式實用設計表達式 10.5.4 10.5.4 正常使用極限狀態(tài)設計表達式正常使用極限狀態(tài)設計表達式 確定正常使用極限狀態(tài)設計表達式所考慮的問題確定正常使用極限狀態(tài)設計表達式所考慮的問題 按正常使用極限狀態(tài)設計時，變形過大或裂縫過寬雖影響正常使用，按正常使用極限

52、狀態(tài)設計時，變形過大或裂縫過寬雖影響正常使用， 但危害的程度不及承載能力引起的結構破壞造成的損失那么大，所以可適但危害的程度不及承載能力引起的結構破壞造成的損失那么大，所以可適 當降低對可靠度的要求。當降低對可靠度的要求。 方法方法：計算時取標準值，也不考慮：計算時取標準值，也不考慮 0 （1 1）承載能力極限狀態(tài)）承載能力極限狀態(tài)與正常使用極限狀態(tài)在可靠度要求上的差別與正常使用極限狀態(tài)在可靠度要求上的差別 （2 2）怎樣考慮可變荷載的影響怎樣考慮可變荷載的影響 可變荷載的最大值并非長期作用于結構之上。衡量可變荷載的大小，可變荷載的最大值并非長期作用于結構之上。衡量可變荷載的大小， 既要考慮值

53、，還要考慮作用時間的長短。既要考慮值，還要考慮作用時間的長短。 1034 第第10章章 混凝土結構設計的一般原則和方法混凝土結構設計的一般原則和方法10.5實用設計表達式實用設計表達式 怎樣度量可變荷載值：用超越某個值的方式來度量。怎樣度量可變荷載值：用超越某個值的方式來度量。 可變荷載的標準值可變荷載的標準值：是結構使用期間可能遇到的最大值，保證率：是結構使用期間可能遇到的最大值，保證率95。 頻遇值頻遇值：根據超越的總時間或超越的次數來確定的值。：根據超越的總時間或超越的次數來確定的值。 準永久值準永久值：根據達到或超過該值的總持續(xù)時間與設計基準期內總持續(xù)時：根據達到或超過該值的總持續(xù)時間

54、與設計基準期內總持續(xù)時 間的比值確定的值。間的比值確定的值。 正常使用極限狀態(tài)設計表達式正常使用極限狀態(tài)設計表達式 用于，當一個極限狀態(tài)被超越時將產生嚴重的永用于，當一個極限狀態(tài)被超越時將產生嚴重的永 久性損害的情況。久性損害的情況。 按荷載的標準組合時：按荷載的標準組合時： 用于，當一個極限狀態(tài)被超越時將產生局部損害、用于，當一個極限狀態(tài)被超越時將產生局部損害、 較大變形或短暫振動的情況。較大變形或短暫振動的情況。 按荷載的頻遇組合時：按荷載的頻遇組合時： kqi n i ickqgk ssss 2 1 (3-26) 可變荷載的組合值系數可變荷載的組合值系數 ikq n i iqkqfgk

55、ssss 2 11 (3-27) 可變荷載的頻遇值系數可變荷載的頻遇值系數 csk 式中式中 c結構構件達到正常使用要求所規(guī)定的變形、裂縫寬度、應力結構構件達到正常使用要求所規(guī)定的變形、裂縫寬度、應力 等的限值。等的限值。 簡單表達式：簡單表達式： 1035 第第10章章 混凝土結構設計的一般原則和方法混凝土結構設計的一般原則和方法10.5實用設計表達式實用設計表達式 用于，當長期荷載效應起決定性作用的情況。用于，當長期荷載效應起決定性作用的情況。按荷載的準永久組合時：按荷載的準永久組合時： qik n i qigk sss 1 (3-26a) (3-26a) 可變荷載的準永久值系數可變荷載的準永久值系數 1036 第第10章章 混凝土結構設計的一般原則和方法混凝土結構設計的一般原則和方法10.5實用設計表達式實用設計表達式 關于偶然組合關于偶然組合 偶然荷載（如爆炸力、撞擊力）的代表值不乘分項系數，與偶然荷載偶然荷載（如爆炸力、撞擊力）