建筑結(jié)構(gòu)一教案1

1、第 2、3 次課教學(xué)整體設(shè)計(jì)課 題第1章 建筑結(jié)構(gòu)計(jì)算基本原則授課時(shí)間第 周 星期 （ 月 日） 第 節(jié)課時(shí)4授課類型理論課( ) 實(shí)驗(yàn)課( ) 實(shí)訓(xùn)課( ) 習(xí)題課( ) 討論課( ) 現(xiàn)場(chǎng)教學(xué)( )其它：教學(xué)資源掛圖( ) 模型( ) 實(shí)物( ) 多媒體( ) 音像( ) 報(bào)紙( ) 其它：教學(xué)方法講授法( ) 討論法( ) 啟發(fā)式( ) 案例教學(xué)法( ) 現(xiàn)場(chǎng)教學(xué)法( )角色扮演法( ) 項(xiàng)目教學(xué)法( ) 情境教學(xué)法( ) 其它：教學(xué)目標(biāo)（包括職業(yè)素質(zhì)、能力、知識(shí)目標(biāo)）理解三種荷載及四種荷載代表值的概念；理解結(jié)構(gòu)的功能及其極限狀態(tài)的含義；掌握永久荷載、可變荷載代表值的確定方法；能正確應(yīng)用

2、概略極限狀態(tài)實(shí)用設(shè)計(jì)表達(dá)式。重點(diǎn)、難點(diǎn)教學(xué)重點(diǎn)：三種荷載及四種荷載代表值的概念；結(jié)構(gòu)的功能及其極限狀態(tài)的含義；荷載代表值的確定方法教學(xué)難點(diǎn)：鋼筋與混凝土共同工作的原因。教學(xué)設(shè)計(jì)授課思路簡述：（圍繞所選用教學(xué)方法分條編寫授課步驟，要涵蓋課前準(zhǔn)備、課程導(dǎo)入、師生活動(dòng)安排、任務(wù)訓(xùn)練、實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)安排、教學(xué)效果檢測(cè)等主要環(huán)節(jié)。）1、課前準(zhǔn)備預(yù)習(xí)以下思考題：1、什么是永久荷載、可變荷載和偶然荷載？2、什么是荷載代表值？永久荷載、可變荷載的代表值分別是什么？3、建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期與設(shè)計(jì)使用年限有何區(qū)別？設(shè)計(jì)使用年限分為哪幾類？4、建筑結(jié)構(gòu)應(yīng)滿足哪些功能要求？其中最重要的一項(xiàng)是什么？5、結(jié)構(gòu)的可靠性和可靠

3、度的定義分別是什么？二者間有何聯(lián)系和區(qū)別？6、什么是結(jié)構(gòu)功能的極限狀態(tài)？承載能力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)的含義分別是什么？7、試用結(jié)構(gòu)功能函數(shù)描述結(jié)構(gòu)所處的狀態(tài)。8、永久荷載、可變荷載的荷載分項(xiàng)系數(shù)分別為多少？2、課程導(dǎo)入由上節(jié)課作用中間接作用，即作用可分為直接作用和間接作用。其中直接作用即習(xí)慣上所說的荷載，引入建筑結(jié)構(gòu)計(jì)算從荷載統(tǒng)計(jì)開始。3、師生活動(dòng)安排 以提問的方式，啟發(fā)學(xué)生們進(jìn)行思考。4、教學(xué)效果監(jiān)測(cè)課程剩余5分鐘時(shí)，隨堂練習(xí)。課堂訓(xùn)練內(nèi)容安排： 1、提問：（1）舉例說明哪些是永久荷載、可變荷載和偶然荷載？（2）建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期與設(shè)計(jì)使用年限有何區(qū)別？設(shè)計(jì)使用年限分為哪幾類？（3）

4、永久荷載、可變荷載的荷載分項(xiàng)系數(shù)分別為多少？（4）什么是荷載代表值？永久荷載、可變荷載的代表值分別是什么？2、思考：（1）建筑結(jié)構(gòu)應(yīng)滿足哪些功能要求？其中最重要的一項(xiàng)是什么？（2）結(jié)構(gòu)的可靠性和可靠度的定義分別是什么？二者間有何聯(lián)系和區(qū)別？（3）什么是結(jié)構(gòu)功能的極限狀態(tài)？承載能力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)的含義分別是什么？（4）試用結(jié)構(gòu)功能函數(shù)描述結(jié)構(gòu)所處的狀態(tài)。課后作業(yè)與思考題：（根據(jù)課程內(nèi)容適當(dāng)設(shè)計(jì)鞏固性作業(yè)、項(xiàng)目式作業(yè)、預(yù)習(xí)性作業(yè)、推薦參考書及網(wǎng)站）1、鞏固性作業(yè)：習(xí)題集第1章。2、預(yù)習(xí)性作業(yè)：預(yù)習(xí)第2章。教學(xué)后記：教學(xué)過程（教學(xué)設(shè)計(jì)實(shí)施步驟及時(shí)間分配）步驟1：組織教學(xué)（ 分鐘）1、師生

5、問好2、班長報(bào)告出勤步驟2：導(dǎo)入新課（ 分鐘）緒論中已述及，結(jié)構(gòu)上的作用可分為直接作用和間接作用。其中直接作用即習(xí)慣上所說的荷載，它是指施加在結(jié)構(gòu)上的集中力或分布力系。 步驟3：知識(shí)講授§1.1含例題2道（ 分鐘）第1章 建筑結(jié)構(gòu)計(jì)算基本原則§1.1荷載分類及荷載代表值一、荷載分類 按隨時(shí)間的變異，結(jié)構(gòu)上的荷載可分為以下三類： （一）永久荷載 永久荷載亦稱恒荷載，是指在結(jié)構(gòu)使用期間，其值不隨時(shí)間變化，或者其變化與平均值相比可忽略不計(jì)的荷載，如結(jié)構(gòu)自重、土壓力、預(yù)應(yīng)力等。 （二）可變荷載 可變荷載也稱為活荷載，是指在結(jié)構(gòu)使用期間，其值隨時(shí)間變化，且其變化值與平均值相比不可忽略

6、的荷載，如樓面活荷載、屋面活荷載、風(fēng)荷載、雪荷載、吊車荷載等。 （三）偶然荷載 在結(jié)構(gòu)使用期間不一定出現(xiàn)，而一旦出現(xiàn)，其量值很大且持續(xù)時(shí)間很短的荷載稱為偶然荷載，如爆炸力、撞擊力等。 二、荷載代表值 荷載是隨機(jī)變量，任何一種荷載的大小都有一定的變異性。因此，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，對(duì)于不同的荷載和不同的設(shè)計(jì)情況，應(yīng)賦予荷載不同的量值，該量值即荷載代表值。建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范GB50009-2001（以下簡稱荷載規(guī)范）規(guī)定， 對(duì)永久荷載應(yīng)采用標(biāo)準(zhǔn)值作為代表值；對(duì)可變荷載應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)要求采用標(biāo)準(zhǔn)值、組合值、頻遇值或準(zhǔn)永久值作為代表值；對(duì)偶然荷載應(yīng)按建筑結(jié)構(gòu)使用的特點(diǎn)確定其代表值。本書僅介紹永久荷載和可變荷載的代表值

7、。 （一）荷載標(biāo)準(zhǔn)值 作用于結(jié)構(gòu)上荷載的大小具有變異性。例如，對(duì)于結(jié)構(gòu)自重等永久荷載，雖可事先根據(jù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)尺寸和材料單位重量計(jì)算出來，但施工時(shí)的尺寸偏差，材料單位重量的變異性等原因，致使結(jié)構(gòu)的實(shí)際自重并不完全與計(jì)算結(jié)果相吻合。至于可變荷載的大小，其不定因素則更多。荷載標(biāo)準(zhǔn)值就是結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)具有一定概率的最大荷載值,它是荷載的基本代表值。這里所說的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期，是為確定可變荷載代表值而選定的時(shí)間參數(shù)，一般取為50年。 1、永久荷載標(biāo)準(zhǔn)值 永久荷載主要是結(jié)構(gòu)自重及粉刷、裝修、固定設(shè)備的重量。由于結(jié)構(gòu)或非承重構(gòu)件的自重的變異性不大，一般以其平均值作為荷載標(biāo)準(zhǔn)值，即可按結(jié)構(gòu)構(gòu)件的設(shè)計(jì)尺寸和材料或

8、結(jié)構(gòu)構(gòu)件單位體積（或面積）的自重標(biāo)準(zhǔn)值確定。對(duì)于自重變異性較大的材料，在設(shè)計(jì)中應(yīng)根據(jù)其對(duì)結(jié)構(gòu)有利或不利的情況，分別取其自重的下限值或上限值。常用材料和構(gòu)件的單位自重見荷載規(guī)范?，F(xiàn)將幾種常用材料單位體積的自重（單位kN/m3）摘錄如下：混凝土2224，鋼筋混凝土2425，水泥砂漿20，石灰砂漿、混合砂漿17，普通磚18，普通磚（機(jī)器制）19，漿砌普通磚砌體18，漿砌機(jī)磚砌體19。例如，取鋼筋混凝土單位體積自重標(biāo)準(zhǔn)值為25 kN/m3，則截面尺寸為200×500mm的鋼筋混凝土矩形截面梁的自重標(biāo)準(zhǔn)值為0.2×0.5×25=2.5kN/m。 2、可變荷載標(biāo)準(zhǔn)值 民用建筑

9、樓面均布活荷載標(biāo)準(zhǔn)值及其組合值、頻偶值和永久值系數(shù)應(yīng)按表1.1.1采用。    psi  psai  普西  表1.1.1 民用建筑樓面均布活荷載標(biāo)準(zhǔn)值及其組合值、頻偶值和永久值系數(shù) 項(xiàng) 次 類 別 標(biāo)準(zhǔn)值 (kN/m2)組合值系數(shù)c 頻偶值系 數(shù)f 準(zhǔn)永久值系數(shù)q 1（1）住宅、宿舍、旅館、辦公樓、醫(yī)院病房、托兒所、幼兒園 （2）教室、實(shí)驗(yàn)室、閱覽室、會(huì)議室、醫(yī)院門診室 2.00.70.50.60.40.52食堂、辦公樓中的一般資料檔案室 2.50.70.60.53（1）禮堂、劇場(chǎng)、影院、有固

10、定座位的看臺(tái) （2）公共洗衣房 3.03.00.70.70.50.60.30.54（1）商店、展覽廳、車站、港口、機(jī)場(chǎng)大廳及其旅客等候室 （2）無固定座位的看臺(tái) 3.53.50.70.70.60.50.50.35（1）健身房、演出舞臺(tái) （2）舞廳 4.04.00.70.70.60.60.50.36（1）書庫、檔案室、儲(chǔ)藏室 （2）密集柜書庫 5.012.00.90.90.87通風(fēng)機(jī)房、電梯機(jī)房 7.00.90.90.88汽車通道及停車庫: （1）單向板樓蓋（板跨不小于2m） 客 車 消防車 （2）雙向板樓蓋和無梁樓蓋（柱網(wǎng)尺寸不小于6m×6m） 客 車 消防車  4.035

11、.0 2.520.0 0.70.7 0.70.7 0.70.7 0.70.7 0.60.6 0.60.69廚房:（1）一般的 （2）餐廳 2.04.00.70.70.60.70.50.710浴室、廁所、盥洗室： （1）第1項(xiàng)中的民用建筑 （2）其他民用建筑  2.02.5 0.70.7 0.50.6 0.40.511走廊、門廳、樓梯： （1）宿舍、旅館、醫(yī)院病房、托兒所、幼兒園、住宅 （2）辦公樓、教室、餐廳、醫(yī)院門診部 （3）消防疏散樓梯、其他民用建筑  2.02.53.5

12、 0.70.70.7 0.50.60.5 0.40.50.312陽臺(tái)： （1）一般情況 （2）當(dāng)人群有可能密集時(shí) 2.53.50.70.60.5注：本表所列各項(xiàng)活荷載適用于一般使用條件，當(dāng)使用荷載大時(shí)，應(yīng)按實(shí)際情況采用。 本表各項(xiàng)荷載不包括隔墻自重和二次裝修荷載。 考慮到構(gòu)件的負(fù)荷面積越大，樓面每1m2面積上活荷載在同一時(shí)刻都達(dá)到其標(biāo)準(zhǔn)值的可能性越小，因此，荷載規(guī)范規(guī)定，設(shè)計(jì)樓面梁、墻、柱及基礎(chǔ)時(shí)，表1.1.1中的樓面活荷載標(biāo)準(zhǔn)值在下列情況下應(yīng)乘以規(guī)定的折減系數(shù)：（1) 設(shè)計(jì)樓面梁時(shí)的折減系數(shù) 第1（1）項(xiàng)當(dāng)樓面梁從屬面積超過25m2時(shí)，應(yīng)取0.9； 第1（2）7

13、項(xiàng)當(dāng)樓面梁從屬面積超過50m2時(shí)應(yīng)取0.9； 第8項(xiàng)對(duì)單向板樓蓋的次梁和槽形板的縱肋應(yīng)取0.8；對(duì)單向板樓蓋的主梁應(yīng)取0.6；對(duì)雙向板樓蓋的梁應(yīng)取0.8。 第912項(xiàng)應(yīng)采用與所屬房屋類別相同的折減系數(shù)。 （2) 設(shè)計(jì)墻、柱和基礎(chǔ)時(shí)的折減系數(shù) 第1（1）項(xiàng)應(yīng)按表1.1.2規(guī)定采用； 第1（2）7項(xiàng)采用與其樓面梁相同的折減系數(shù)； 第8項(xiàng)對(duì)單向板樓蓋取0.5；對(duì)雙向板樓蓋取0.8； 第912項(xiàng)采用與所屬房屋類別相同的折減系數(shù)。表1.1.2 活荷載按樓層的折減系數(shù) 墻、柱、基礎(chǔ)計(jì)算截面以上的層數(shù) 123456892020計(jì)算截面以上各樓層活荷載總和的折減系數(shù) 1.00(0.9)0.850.700.65

14、0.600.55注：當(dāng)樓面梁的從屬面積超過25m2時(shí)，采用括號(hào)內(nèi)的系數(shù)。 上面提及的樓面的從屬面積，是指向梁兩側(cè)各延伸1/2梁間距的范圍內(nèi)實(shí)際面積。 房屋建筑的屋面，其水平投影面上的屋面均布活荷載，應(yīng)按表1.1.3采用。 其余可變荷載，如工業(yè)建筑樓面活荷載、風(fēng)荷載、雪荷載、廠房屋面積灰荷載等詳見荷載規(guī)范。 表1.1.3 屋面均布活荷載 項(xiàng)次 類別 標(biāo)準(zhǔn)值（kN/m2） 組合值系數(shù)c 頻偶值系數(shù)f 準(zhǔn)永久值系數(shù)q 1不上人的屋面 0.50.70.502上人的屋面 2.00.70.50.43屋頂花園 3.00.70.60.5注： 不上人的屋面，當(dāng)施工荷載較大時(shí)，應(yīng)按實(shí)際情況采用； 上人的屋面，當(dāng)兼

15、作其他用途時(shí)，應(yīng)按相應(yīng)樓面活荷載采用； 對(duì)于因屋面排水不暢、堵塞等引起等積水荷載，應(yīng)采取構(gòu)造措施加以防止；必要時(shí)，應(yīng)按積水的可能深度確定屋面活荷載； 屋頂花園活荷載不包括花圃土石等材料自重。 （二）可變荷載準(zhǔn)永久值 可變荷載在設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)會(huì)隨時(shí)間而發(fā)生變化，并且不同可變荷載在結(jié)構(gòu)上的變化情況不一樣。如住宅樓面活荷載，人群荷載的流動(dòng)性較大，而家具荷載的流動(dòng)性則相對(duì)較小。在設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)經(jīng)常達(dá)到或超過的那部份荷載值（總的持續(xù)時(shí)間不低于25年），稱為可變荷載準(zhǔn)永久值。它對(duì)結(jié)構(gòu)的影響類似于永久荷載。 可變荷載準(zhǔn)永久值可表示為qk ，其中k為可變荷載標(biāo)準(zhǔn)值，q為可變荷載準(zhǔn)永久值系數(shù)。q的值見表1.1.1、

16、表1.1.3。 例如住宅的樓面活荷載標(biāo)準(zhǔn)值為2kN/m2，準(zhǔn)永久值系數(shù)q=0.4，則活荷載準(zhǔn)永久值為2×0.4=0.8 kN/m2。 （三）可變荷載組合值 兩種或兩種以上可變荷載同時(shí)作用于結(jié)構(gòu)上時(shí)，所有可變荷載同時(shí)達(dá)到其單獨(dú)出現(xiàn)時(shí)可能達(dá)到的最大值的概率極小，因此，除主導(dǎo)荷載（產(chǎn)生最大效應(yīng)的荷載）仍可以其標(biāo)準(zhǔn)值為代表值外，其他伴隨荷載均應(yīng)以小于標(biāo)準(zhǔn)值的荷載值為代表值，此即可變荷載組合值。 可變荷載組合值可表示為ck 。其中c 為可變荷載組合值系數(shù)，其值按表1.1.1、表1.1.3查取。 （四）可變荷載頻遇值 對(duì)可變荷載，在設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)，其超越的總時(shí)間為規(guī)定的較小比率或超越頻率為規(guī)定頻率

17、的荷載值稱為可變荷載頻遇值。換言之，可變荷載頻遇值是指在設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)被超越的總時(shí)間僅為設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期一小部份的荷載值。 可變荷載頻遇值可表示為fk。其中f為可變荷載頻遇值系數(shù)，其值按表1.1.1、表1.1.3查取。步驟4：知識(shí)講授§1.2（ 分鐘）§1.2建筑結(jié)構(gòu)概率極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法一、極限狀態(tài) （一）結(jié)構(gòu)的功能要求 1、結(jié)構(gòu)的安全等級(jí) 建筑物的重要程度是根據(jù)其用途決定的。不同用途的建筑物，發(fā)生破壞后所引起的生命財(cái)產(chǎn)損失是不一樣的。建筑結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)GB50068-2001（以下簡稱統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)）規(guī)定，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)根據(jù)結(jié)構(gòu)破壞可能產(chǎn)生的后果（危及人的生命、造成經(jīng)濟(jì)損失、

18、產(chǎn)生社會(huì)影響等）的嚴(yán)重性，采用不同的安全等級(jí)。根據(jù)破壞后果的嚴(yán)重程度，建筑結(jié)構(gòu)劃分為三個(gè)安全等級(jí)。建筑結(jié)構(gòu)安全等級(jí)的劃分應(yīng)符合表1.2.1的要求。影劇院、體育館和高層建筑等重要的工業(yè)與民用建筑的安全等級(jí)為一級(jí)，大量的一般工業(yè)與民用建筑的安全等級(jí)為二級(jí)，次要建筑的安全等級(jí)為三級(jí)。紀(jì)念性建筑及其他有特殊要求的建筑，其安全等即可根據(jù)具體情況另行確定。 表1.2.1建筑結(jié)構(gòu)的安全等級(jí) 安全等級(jí) 破壞后果 建筑物類型 一級(jí) 很嚴(yán)重 重要的房屋 二級(jí) 嚴(yán)重 一般的房屋 三級(jí) 不嚴(yán)重 次要的房屋 2、結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)使用年限 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的目的是要使所設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)在規(guī)定的設(shè)計(jì)使用年限內(nèi)能完成預(yù)期的全部功能要求。所謂設(shè)計(jì)

19、使用年限，是指設(shè)計(jì)規(guī)定的結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件不需進(jìn)行大修即可按其預(yù)定目的使用的時(shí)期。換言之，設(shè)計(jì)使用年限就是房屋建筑在正常設(shè)計(jì)、正常施工、正常使用和維護(hù)下所應(yīng)達(dá)到的持久年限。結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)使用年限應(yīng)按表1.2.2采用。 表1.2.2 結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)使用年限分類 類 別 設(shè) 計(jì) 使 用 年 限 （年） 示 例 15臨時(shí)性結(jié)構(gòu) 225易于替換的結(jié)構(gòu)構(gòu)件 350普通房屋和構(gòu)筑物 4100紀(jì)念性建筑和特別重要的建筑結(jié)構(gòu) 3、結(jié)構(gòu)的功能要求 建筑結(jié)構(gòu)在規(guī)定的設(shè)計(jì)使用年限內(nèi)應(yīng)滿足安全性、適用性和耐久性三項(xiàng)功能要求。安全性指結(jié)構(gòu)在正常施工和正常使用的條件下，能承受可能出現(xiàn)的各種作用；在設(shè)計(jì)規(guī)定的偶然事件（如強(qiáng)烈地震、爆炸

20、、車輛撞擊等）發(fā)生時(shí)和發(fā)生后，仍能保持必需的整體穩(wěn)定性，即結(jié)構(gòu)僅產(chǎn)生局部的損壞而不致發(fā)生連續(xù)倒塌。 適用性指結(jié)構(gòu)在正常使用時(shí)具有良好的工作性能。例如，不會(huì)出現(xiàn)影響正常使用的過大變形或振動(dòng)；不會(huì)產(chǎn)生使使用者感到不安的裂縫寬度等。 耐久性指結(jié)構(gòu)在正常維護(hù)條件下具有足夠的耐久性能，即在正常維護(hù)條件下結(jié)構(gòu)能夠正常使用到規(guī)定的設(shè)計(jì)使用年限。例如，結(jié)構(gòu)材料不致出現(xiàn)影響功能的損壞，鋼筋混凝土構(gòu)件的鋼筋不致因保護(hù)層過薄或裂縫過寬而銹蝕等。 結(jié)構(gòu)的安全性、適用性和耐久性是結(jié)構(gòu)可靠的標(biāo)志，總稱為結(jié)構(gòu)的可靠性。結(jié)構(gòu)可靠性的定義是，結(jié)構(gòu)在規(guī)定時(shí)間內(nèi)，在規(guī)定條件下，完成預(yù)定功能的能力。但在各種隨機(jī)因素的影響下，結(jié)構(gòu)完成

21、的能力不能事先確定，只能用概率來描述。為此，我們引入結(jié)構(gòu)可靠度的概念，即結(jié)構(gòu)在規(guī)定時(shí)間內(nèi)，在規(guī)定條件下，完成預(yù)定功能的概率。在這里，規(guī)定時(shí)間指設(shè)計(jì)使用年限；規(guī)定條件指正常設(shè)計(jì)、正常施工、正常使用和正常維護(hù)，不包括錯(cuò)誤設(shè)計(jì)、錯(cuò)誤施工和違反原來規(guī)定的使用情況；預(yù)定功能指結(jié)構(gòu)的安全性、適用性和耐久性。結(jié)構(gòu)的可靠度是結(jié)構(gòu)可靠性的概率度量，即對(duì)結(jié)構(gòu)可靠性的定量描述。結(jié)構(gòu)可靠度與結(jié)構(gòu)使用年限長短有關(guān)。統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)以結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)使用年限為計(jì)算結(jié)構(gòu)可靠度的時(shí)間基準(zhǔn)。應(yīng)當(dāng)注意，結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)使用年限雖與結(jié)構(gòu)使用壽命有聯(lián)系，但不等同。當(dāng)結(jié)構(gòu)的使用年限超過設(shè)計(jì)使用年限后，并不意味著結(jié)構(gòu)就要報(bào)廢，但其可靠度將逐漸降低。 （二）

22、結(jié)構(gòu)功能的極限狀態(tài)結(jié)構(gòu)能滿足功能要求，稱結(jié)構(gòu)“可靠”或“有效”，否則稱結(jié)構(gòu)“不可靠”或“失效”。區(qū)分結(jié)構(gòu)工作狀態(tài)“可靠”與“失效”的界限是“極限狀態(tài)”。因此，結(jié)構(gòu)的極限狀態(tài)可定義為：整個(gè)結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)的一部份，超過某一特定狀態(tài)就不能滿足設(shè)計(jì)規(guī)定的某一功能（安全性、適用性、耐久性）要求，該特定狀態(tài)稱為該功能的極限狀態(tài)。結(jié)構(gòu)極限狀態(tài)分為以下兩類： 1、承載能力極限狀態(tài)這種極限狀態(tài)對(duì)應(yīng)于結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件達(dá)到最大承載能力或不適于繼續(xù)承載的變形。承載能力極限狀態(tài)主要考慮關(guān)于結(jié)構(gòu)安全性的功能。超過這一狀態(tài)，便不能滿足安全性的功能。當(dāng)結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件出現(xiàn)下列狀態(tài)之一時(shí)，即認(rèn)為超過了承載能力極限狀態(tài)：結(jié)構(gòu)構(gòu)件或連接因

23、材料強(qiáng)度不夠而破壞；整個(gè)結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)的一部分作為剛體失去平衡（如傾覆等）（圖1.2.1a）；結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)動(dòng)體系(圖1.2.1b、c)；結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件喪失穩(wěn)定（如柱子被壓曲等）(圖1.1d)。圖1.2.1結(jié)構(gòu)超過承載能力極限狀態(tài)的示例 結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件一旦超過承載能力極限狀態(tài)，將造成結(jié)構(gòu)全部或部分破壞或倒塌，導(dǎo)致人員傷亡或重大經(jīng)濟(jì)損失，因此，在設(shè)計(jì)中對(duì)所有結(jié)構(gòu)和構(gòu)件都必須按承載力極限狀態(tài)進(jìn)行計(jì)算，并保證具有足夠的可靠度。 2、正常使用極限狀態(tài)正常使用極限狀態(tài)對(duì)應(yīng)于結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件達(dá)到正常使用或耐久性能的某項(xiàng)規(guī)定限值。超過這一狀態(tài)，便不能滿足適用性或耐久性的功能。當(dāng)結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件出現(xiàn)下列狀態(tài)之一時(shí)，即認(rèn)

24、為超過了正常使用極限狀態(tài)：影響正常使用或外觀的變形；影響正常使用或耐久性能的局部損壞（包括裂縫）；影響正常使用的振動(dòng)；影響正常使用的其他特定狀態(tài)等。雖然超過正常使用極限狀態(tài)的后果一般不如超過承載能力極限狀態(tài)那樣嚴(yán)重，但也不可忽視。例如過大的變形會(huì)造成房屋內(nèi)粉刷層剝落，門窗變形，屋面積水等后果；水池和油罐等結(jié)構(gòu)開裂會(huì)引起滲漏等等。工程設(shè)計(jì)時(shí)，一般先按承載力極限狀態(tài)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)構(gòu)件，再按正常使用極限狀態(tài)驗(yàn)算。 （三）結(jié)構(gòu)的功能函數(shù)及有關(guān)概念 1、作用效應(yīng)和結(jié)構(gòu)抗力的概念作用效應(yīng)是指結(jié)構(gòu)上的各種作用，在結(jié)構(gòu)內(nèi)產(chǎn)生的內(nèi)力（軸力、彎矩、剪力、扭矩等）和變形（如撓度、轉(zhuǎn)角、裂縫等）的總稱，用S表示。由直接作用

25、產(chǎn)生的效應(yīng)，通常稱為荷載效應(yīng)。結(jié)構(gòu)抗力是結(jié)構(gòu)或構(gòu)件承受作用效應(yīng)的能力，如構(gòu)件的承載力、剛度、抗裂度等，用R表示。結(jié)構(gòu)抗力是結(jié)構(gòu)內(nèi)部固有的，其大小主要取決于材料性能、構(gòu)件幾何參數(shù)及計(jì)算模式的精確性等。圖1.2.2結(jié)構(gòu)所處狀態(tài)的示意 1、結(jié)構(gòu)的功能函數(shù) 結(jié)構(gòu)的工作性能可用下列結(jié)構(gòu)功能函數(shù)Z來描述。為簡化起見，僅以荷載效應(yīng)S和結(jié)構(gòu)抗力R兩個(gè)基本變量來表達(dá)結(jié)構(gòu)的功能函數(shù)，則有（1.2.1）上式中，荷載效應(yīng)S和結(jié)構(gòu)抗力R均為隨機(jī)變量，其函數(shù)也是一個(gè)隨機(jī)變量。實(shí)際工程中，可能出現(xiàn)以下三中情況（圖1.2.2）：當(dāng)0即RS時(shí)，結(jié)構(gòu)處于可靠狀態(tài)；當(dāng)0即RS時(shí)，結(jié)構(gòu)處于失效狀態(tài)；當(dāng)0即R=S時(shí)，結(jié)構(gòu)處于極限狀態(tài)。

26、 關(guān)系式（S，R）RS0稱為極限狀態(tài)方程。 二、實(shí)用設(shè)計(jì)表達(dá)式 現(xiàn)行規(guī)范采用以概率理論為基礎(chǔ)的極限狀態(tài)設(shè)計(jì)方法，用分項(xiàng)系數(shù)的設(shè)計(jì)表達(dá)式進(jìn)行計(jì)算。 （一）按承載能力極限狀態(tài)設(shè)計(jì)的實(shí)用表達(dá)式 1、實(shí)用表達(dá)式 結(jié)構(gòu)構(gòu)件的承載力設(shè)計(jì)應(yīng)采用下列極限狀態(tài)設(shè)計(jì)表達(dá)式： SR（1.2.2） 式中R結(jié)構(gòu)構(gòu)件的承載力設(shè)計(jì)值，即抗力設(shè)計(jì)值； S荷載效應(yīng)基本組合或偶然組合的設(shè)計(jì)值。 荷載效應(yīng)的基本組合，是指承載能力極限狀態(tài)計(jì)算時(shí)，永久荷載和可變荷載的組合；而荷載效應(yīng)的偶然組合則是永久荷載、可變荷載和一個(gè)偶然荷載的組合。按承載能力極限狀態(tài)設(shè)計(jì)時(shí)，一般考慮荷載效應(yīng)的基本組合，必要時(shí)尚應(yīng)考慮偶然組合。下面僅介紹荷載效應(yīng)基本

27、組合設(shè)計(jì)值的表達(dá)式，對(duì)于荷載效應(yīng)偶然組合的設(shè)計(jì)值可參閱有關(guān)規(guī)范。 2、荷載效應(yīng)基本組合設(shè)計(jì)值S荷載規(guī)范規(guī)定，對(duì)于基本組合，荷載效應(yīng)組合的設(shè)計(jì)值S應(yīng)從由可變荷載效應(yīng)控制的組合和由永久荷載效應(yīng)控制的組合中取最不利值確定。 （1）由可變荷載效應(yīng)控制的組合 (1.2.3)  式中 結(jié)構(gòu)構(gòu)件的重要性系數(shù)，對(duì)安全等級(jí)為一級(jí)或設(shè)計(jì)使用年限為100年及以上的結(jié)構(gòu)構(gòu)件，不應(yīng)小于1.1；對(duì)安全等級(jí)為二級(jí)或設(shè)計(jì)使用年限為50年的結(jié)構(gòu)構(gòu)件，不應(yīng)小于1.0；對(duì)安全等級(jí)為三級(jí)或設(shè)計(jì)使用年限為5年及以下的結(jié)構(gòu)構(gòu)件，不應(yīng)小于0.9；在抗震設(shè)計(jì)中，不考慮結(jié)構(gòu)構(gòu)件的重要性系數(shù)。 永久荷載分項(xiàng)系數(shù)，按表1.2.3采用；

28、按永久荷載標(biāo)準(zhǔn)值計(jì)算的荷載效應(yīng)值； 第i個(gè)可變荷載的分項(xiàng)系數(shù)，按表1.2.3采用； 按可變荷載標(biāo)準(zhǔn)值計(jì)算的荷載效應(yīng)值，其中為諸可變荷載效應(yīng)中最大值； 可變荷載的組合值系數(shù)，民用建筑樓面均布活荷載、屋面均布活荷載的組合值系數(shù)按表1.1.1、表1.1.3采用； 參與組合的可變荷載數(shù)。 表1.2.3荷載分項(xiàng)系數(shù)的取值 荷載特性 荷載分項(xiàng)系數(shù) 永久荷載 永久荷載效應(yīng)對(duì)結(jié)構(gòu)不利 由可變荷載效應(yīng)控制的組合 1.2由永久荷載效應(yīng)控制的組合 1.35永久荷載效應(yīng)對(duì)結(jié)構(gòu)有利 1.0傾覆、滑移或飄浮驗(yàn)算 0.9可變荷載 一般情況 1.4對(duì)標(biāo)準(zhǔn)值大于4kN/m2的工業(yè)房屋樓面結(jié)構(gòu)的活荷載取 1.3（2）由永久荷載效

29、應(yīng)控制的組合 （1.2.4） 應(yīng)用（1.2.3）、式（1.2.4）時(shí)應(yīng)注意以下問題： 當(dāng)考慮以豎向的永久荷載效應(yīng)控制的組合時(shí)，參與組合的可變荷載僅限于豎向荷載。 式中GSGK為永久荷載效應(yīng)設(shè)計(jì)值，Q1SQ1K和效應(yīng)設(shè)計(jì)值。相應(yīng)地，GK 稱為永久荷載的設(shè)計(jì)值，Q11K和分別為第一可變荷載和第i個(gè)可變荷載的設(shè)計(jì)值?？梢?，荷載設(shè)計(jì)值是荷載代表值與荷載分項(xiàng)系數(shù)的乘積。通常，集中恒載、均布恒載設(shè)計(jì)值分別用G和g表示，集中活荷載、均布活荷載設(shè)計(jì)值分別用Q和q表示。 混凝土結(jié)構(gòu)和砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)采用內(nèi)力表達(dá)式。此時(shí)，式（1.2.3）、式（1.2.4）實(shí)質(zhì)上就是永久荷載和可變荷載同時(shí)作用時(shí)，在結(jié)構(gòu)上產(chǎn)生的內(nèi)力（軸

30、力、彎矩、剪力、扭矩等）的組合，其目標(biāo)是求出結(jié)構(gòu)可能的最大內(nèi)力。在建筑力學(xué)課程里，我們已熟知各種結(jié)構(gòu)內(nèi)力的計(jì)算方法，例如跨度為的簡支梁，在跨中集中荷載F作用下的跨中最大彎矩，在均布荷載作用下的跨中最大彎矩= ，這也就是式中 SGK、SQk的計(jì)算方法。 鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)采用應(yīng)力表達(dá)，式（1.2.3）、式（1.2.4）實(shí)質(zhì)上就是永久荷載和可變荷載同時(shí)作用時(shí)，在構(gòu)件截面上產(chǎn)生的最大應(yīng)力。 現(xiàn)在通過下例進(jìn)一步說明荷載效應(yīng)的計(jì)算方法。步驟5：例題講解（ 分鐘）【例1.2.1】 某辦公樓鋼筋混凝土矩形截面簡支梁，安全等級(jí)為二級(jí)，截面尺寸b×h =200mm×400mm， 計(jì)算跨度=5m，凈跨

31、度=4.86m。承受均布線荷載：活荷載標(biāo)準(zhǔn)值7kN/m，永久荷載標(biāo)準(zhǔn)值10kN/m（不包括自重）。試計(jì)算按承載能力極限狀態(tài)設(shè)計(jì)時(shí)的跨中彎矩設(shè)計(jì)值和支座邊緣截面剪力設(shè)計(jì)值。 【解】由表1.1.1查得活荷載組合值系數(shù)=0.7。安全等級(jí)為二級(jí)，則結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)=1.0鋼筋混凝土的重度標(biāo)準(zhǔn)值為25kN/m3，故梁自重標(biāo)準(zhǔn)值為25×0.2×0.4=2 kN/m總永久荷載標(biāo)準(zhǔn)值gk=10+2=12kN/m永久荷載產(chǎn)生的跨中彎矩標(biāo)準(zhǔn)值和支座邊緣截面剪力標(biāo)準(zhǔn)值分別為： Mgk = gk = ×12×52 =37.5kN·m= = =29.16 kN活荷載產(chǎn)生的

32、跨中彎矩標(biāo)準(zhǔn)值和支座邊緣截面剪力標(biāo)準(zhǔn)值分別為： Mqk = qk = ×7×52 =21.875kN·m= = =17.01 kN本例只有一個(gè)活荷載，即為第一可變荷載。故計(jì)算由可變荷載彎矩控制的跨中彎矩設(shè)計(jì)值時(shí)，=1.2，=1.4。由式（1.2.3）得由可變荷載彎矩控制的跨中彎矩設(shè)計(jì)值和支座邊緣截面剪力設(shè)計(jì)值分別為： = =1.0×（1.2×37.5+1.4×21.875）=75.625 kN·m=1.0×（1.2×29.16+1.4×17.01）=58.806 kN計(jì)算由永久荷載彎矩控制的跨中彎矩設(shè)計(jì)值時(shí)，=1.35，=1.4，=0.7。由式（1.2.4）得由永久荷載彎矩控制的跨中彎矩設(shè)計(jì)值和支座邊緣截面剪力標(biāo)準(zhǔn)值分別為： =1.0×（1.35×37.5+0.7×1.4×21.875）=72.063 kN·m=1.0×（1.35×29.16+0.7×1.4×17.01）=56.036 kN取較大值得跨中彎矩設(shè)計(jì)