建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)原則

2建筑結(jié)構(gòu)的基本設(shè)計(jì)原則本章講述了建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)原則——概率極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法。重點(diǎn)應(yīng)掌握結(jié)構(gòu)的功能、結(jié)構(gòu)的可靠性和可靠度、結(jié)構(gòu)功能的極限狀態(tài)、各類極限狀態(tài)的標(biāo)志、極限狀態(tài)設(shè)計(jì)實(shí)用設(shè)計(jì)表達(dá)式的意義及用法。本章提要

建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的任務(wù)是選擇適用、經(jīng)濟(jì)的結(jié)構(gòu)方案，并通過計(jì)算和構(gòu)造處理，使結(jié)構(gòu)能可靠地承受各種作用。

具體設(shè)計(jì)內(nèi)容有結(jié)構(gòu)選型、結(jié)構(gòu)布置、結(jié)構(gòu)計(jì)算與設(shè)計(jì)（包括荷載計(jì)算、內(nèi)力與變形計(jì)算、截面設(shè)計(jì)、抗震計(jì)算及構(gòu)造處理等）、材料用量、繪制結(jié)構(gòu)施工圖。

結(jié)構(gòu)選型和結(jié)構(gòu)布置統(tǒng)稱為結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)。本章內(nèi)容2.1

結(jié)構(gòu)的功能2.2

結(jié)構(gòu)功能的極限狀態(tài)2.3

極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法2.1結(jié)構(gòu)的功能建筑結(jié)構(gòu)在規(guī)定的設(shè)計(jì)使用年限內(nèi)（一般按50年考慮），應(yīng)滿足下列功能要求：

（1）安全性

（2）適用性

（3）耐久性2.1.1結(jié)構(gòu)的功能2.1.2結(jié)構(gòu)的可靠性結(jié)構(gòu)的安全性、適用性和耐久性總稱為結(jié)構(gòu)的可靠性。即結(jié)構(gòu)在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)，在規(guī)定的條件下，完成預(yù)定功能的能力。

《建筑結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》對(duì)可靠度的定義是：“結(jié)構(gòu)在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)，在規(guī)定的條件下，完成預(yù)定功能的概率。”故結(jié)構(gòu)可靠度是可靠性的概率度量。2.2結(jié)構(gòu)功能的極限狀態(tài)前面所說的“預(yù)定功能”，一般是以結(jié)構(gòu)是否達(dá)到“極限狀態(tài)”來標(biāo)志的，并以此作為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的準(zhǔn)則。整個(gè)結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)的一部分超過某一特定狀態(tài)就不能滿足設(shè)計(jì)規(guī)定的某一功能要求，此特定狀態(tài)為該功能的極限狀態(tài)。極限狀態(tài)實(shí)質(zhì)上是結(jié)構(gòu)可靠（有效）或不可靠（失效）的界限，故也稱為界限狀態(tài)。2.2.1承載力極限狀態(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用于繼續(xù)承載的變形。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)，應(yīng)認(rèn)為超過了承載能力極限狀態(tài)：

（1）整個(gè)結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)的一部分作為剛體失去平衡（如陽(yáng)臺(tái)、雨篷的傾覆）等；

（2）結(jié)構(gòu)構(gòu)件或連接因超過材料強(qiáng)度而破壞（包括疲勞破壞），或因過度變形而不適于繼續(xù)承載；

（3）結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)動(dòng)體系；

（4）結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件喪失穩(wěn)定（如壓屈等）；

（5）地基喪失承載能力而破壞（如失穩(wěn)等）。2.2.2正常使用極限狀態(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)到正常使用或耐久性能的某項(xiàng)規(guī)定限值。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)，應(yīng)認(rèn)為超過了正常使用極限狀態(tài)：

（1）影響正常使用或外觀的變形；

（2）影響正常使用或耐久性能的局部損壞（包括裂縫，如水池開裂引起滲漏）；

（3）影響正常使用的振動(dòng)；

（4）影響正常使用的其它特定狀態(tài)。2.3極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法在進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，就應(yīng)針對(duì)不同的極限狀態(tài)，根據(jù)結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)和使用要求，給出具體的標(biāo)志及限值，以作為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的依據(jù)。這種以相應(yīng)于結(jié)構(gòu)各種功能要求的極限狀態(tài)作為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)依據(jù)的設(shè)計(jì)方法，就稱為“極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法”。作用于結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件上的各種荷載使結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件產(chǎn)生的內(nèi)力（N、M、V、T）和變形、應(yīng)力等，稱為荷載效應(yīng)。荷載效應(yīng)可由力學(xué)方法求得。

例如，一簡(jiǎn)支梁梁長(zhǎng)為l0，承受的垂直均布線荷載為q（已包括梁自重），梁的抗彎剛度為B。則梁跨中由荷載q產(chǎn)生的彎矩為M=1/8ql02，跨中撓度f=5ql04/(384B)，支座處剪力V=1/2ql0。荷載效應(yīng)與結(jié)構(gòu)上的荷載密切相關(guān)，并且是一種因果關(guān)系，即沒有荷載作用就沒有荷載效應(yīng)。2.3.1極限狀態(tài)方程2.3.1.1荷載效應(yīng)S結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件抵抗作用效應(yīng)（本書僅指荷載效應(yīng)）的能力，也即結(jié)構(gòu)或構(gòu)件承受內(nèi)力、變形和抗裂等的能力，稱為結(jié)構(gòu)的抗力。

例如，一根一定長(zhǎng)的No.20工字鋼梁就具有一定的受彎、受剪和承受變形的能力。影響結(jié)構(gòu)抗力的主要因素是結(jié)構(gòu)所用材料的性能和結(jié)構(gòu)的幾何參數(shù)。2.3.1.2結(jié)構(gòu)抗力R當(dāng)結(jié)圓構(gòu)構(gòu)攏件處團(tuán)于極拿限狀踏態(tài)時(shí)演，影諒響結(jié)挺構(gòu)可匪靠度桐的各虧種變拍量的濤關(guān)系燈式稱芹為極限哪狀態(tài)盞方程，令捧S≤戲R將上鳴式寫墓成Z=沸g(shù)(需S,嬌R)抖=R攤-S其中Z是結(jié)贈(zèng)構(gòu)抗炭力與欠荷載學(xué)效應(yīng)擠之差行，稱壺為“功能渾函數(shù)”。Z=羨R-餓S也可森理解貧為結(jié)五構(gòu)構(gòu)顫件扣儲(chǔ)除荷欄載效礎(chǔ)應(yīng)后黑，結(jié)旅構(gòu)內(nèi)摟部所踢具有蒸的多照余抗趁力，脂故也拖稱為膜“結(jié)構(gòu)誰余力”。2.俯3.降1.牙3極限螺狀態(tài)占方程當(dāng)Z＞0時(shí)，結(jié)構(gòu)幫處于竟可靠芳狀態(tài)綱；當(dāng)Z＜0時(shí)，結(jié)構(gòu)畏處于肝失效誰狀態(tài)遵；當(dāng)Z=他0時(shí)，結(jié)構(gòu)菌處于旬極限漢狀態(tài)飄，則除下式:典Z=斥g(半S,零R)悅=R項(xiàng)-S岡=0就稱撥為極避限狀偏態(tài)方雨程。驕結(jié)構(gòu)赤構(gòu)件豎的承鬧載能盒力極田限狀蛛態(tài)設(shè)網(wǎng)計(jì)應(yīng)匹根據(jù)川荷載財(cái)效應(yīng)柿的基斑本組扛合或嶼偶然押組合遣進(jìn)行敞，并模以內(nèi)市力和碼承載栗力的殲設(shè)計(jì)勵(lì)值來眨表達(dá)怪，其門設(shè)計(jì)片表達(dá)蒼式為辰：英γ0S≤沾R1.結(jié)構(gòu)腿重要過性系救數(shù)γ0的確糧定統(tǒng)一請(qǐng)標(biāo)準(zhǔn)懲根據(jù)惹建筑估結(jié)構(gòu)墾破壞騎可能望產(chǎn)生補(bǔ)的后偶果的繡嚴(yán)重雹性，村將建困筑結(jié)案構(gòu)劃特分為嘴三個(gè)這安全則等級(jí)緒。對(duì)安帶全等防級(jí)為怨一級(jí)紫、二懼級(jí)、菜三級(jí)旅的結(jié)厚構(gòu)構(gòu)口件，鋸其結(jié)辜構(gòu)構(gòu)間件的扮重要丑性系不數(shù)分冤別不般應(yīng)小訂于1.么1、1.怪0、0.鵝9。2.糕3.垃2極限偷狀態(tài)印實(shí)用扣設(shè)計(jì)籍表達(dá)兼式2.格3.銜2.符1承載推能力烈極限劃狀態(tài)洋設(shè)計(jì)裂表達(dá)厘式2.內(nèi)力睛組合血設(shè)計(jì)賽值S的確考定考慮伯永久析性荷折載和漫可變搞荷載覆共同惑作用辱所得化的結(jié)吳構(gòu)內(nèi)伯力值找稱為渴結(jié)構(gòu)糟的內(nèi)吉力組匙合值勉。對(duì)于呀基本樸組合乘，荷載修效應(yīng)質(zhì)組合排的設(shè)屯計(jì)值S應(yīng)從把下列戰(zhàn)組合鋼值中拴取最彎不利打值確脂定：撒（1）由可團(tuán)變荷助載效鑒應(yīng)控誼制的絮組合較：(2躺)由永告久荷壓載效廈應(yīng)控翠制的擔(dān)組合臘：對(duì)于勒一般快排架汽、框圖架結(jié)城構(gòu)，基本終組合銀可采趕用簡(jiǎn)拍化規(guī)徐則，摧并應(yīng)迎按下灶列組排合值橋中取窄最不喉利值遲確定縣：(1馳)由可雨變荷解載效按應(yīng)控光制的妙組合剖：(2甜)由永應(yīng)久荷治載效錫應(yīng)控模制的爆組合恨仍按早公式衰（2.扭6）采怕用。（2.邀6）3.基本爹組合夢(mèng)的荷居載分斤項(xiàng)系葵數(shù)（1）永久頌荷載已的分賴項(xiàng)系忠數(shù)：當(dāng)其緩效應(yīng)豆對(duì)結(jié)絹構(gòu)不被利時(shí)逼——對(duì)由異可變糖荷載聚效應(yīng)疑控制撒的組亡合，后取γG=1風(fēng).2；——對(duì)由撓永久器荷載換效應(yīng)惰控制晴的組錫合，吼取γG=1竊.3疫5。當(dāng)其撿效應(yīng)晚對(duì)結(jié)巷構(gòu)有甘利時(shí)賞——一般遵情況失下，俘取γG=1挽.0；——對(duì)結(jié)捉構(gòu)的欣傾覆趨、滑語移或免漂浮逮驗(yàn)算洗，取γG=0沃.9（2）可變滋荷載耕的分羅項(xiàng)系湯數(shù)：——一般禽情況良下，γQ=1鵝.4；——對(duì)標(biāo)拍準(zhǔn)值勉大于4k評(píng)N/屠m(xù)2的工麻業(yè)房趴屋樓搭面結(jié)溫構(gòu)的橫活荷回載，才取γQ=1教.3。永久吼荷載擠分項(xiàng)疤系數(shù)泰與永刪久荷體載標(biāo)戀準(zhǔn)值嚼的乘災(zāi)積，宮稱為永久隊(duì)荷載里設(shè)計(jì)兆值；可椅變荷疼載分蘇項(xiàng)系姓數(shù)與蝴可變控荷載聰標(biāo)準(zhǔn)潤(rùn)值的距乘積賓稱為可變鴉荷載問設(shè)計(jì)澡值。對(duì)于徒正常板使用扣極限皺狀態(tài)麻，應(yīng)浙根據(jù)之不同逐的設(shè)查計(jì)要帶求，幕采用撇荷載子的標(biāo)怖準(zhǔn)組香合、劍頻遇毅組合言和準(zhǔn)繩永久艙組合釋進(jìn)行蓬設(shè)計(jì)愛，使皺變形亮、裂映縫、蓄振幅肢、基摘底應(yīng)秤力等秤荷載內(nèi)效應(yīng)眉的組扭合值備符合厭下式幻玉的要非求：粉S≤撿C（1）對(duì)于呢標(biāo)準(zhǔn)率組合變，荷漂載效碌應(yīng)組朋合的里設(shè)計(jì)艘值S按下膚式計(jì)窄算：2.使3.趙2.菌2正常斷使用勢(shì)極限百狀態(tài)鍬設(shè)計(jì)宰表達(dá)縱式（2）對(duì)于鴿頻遇拘組合線，荷紛載效季應(yīng)組蓬合的轎設(shè)計(jì)圓值S按下帳式計(jì)廟算：（3）對(duì)于螞準(zhǔn)永汪久組缺合，好荷載噴效應(yīng)葡組合紐奉的設(shè)雜計(jì)值S按下距式計(jì)隙算：【例2.估1】已知律由永喪久荷跡載產(chǎn)的生的厲彎矩耐標(biāo)準(zhǔn)粘值Mgk=1追1k貍N·萄m，起修控制器作用越的可隱變荷頌載產(chǎn)窗生的雙彎矩統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)疫值Mqk=1英6k鬼N·利m，安贊全等旅級(jí)為芹二級(jí)鋼，求掉彎矩漠設(shè)計(jì)炎值?？省窘狻勘纠~中，γ0=1儀.0，γG=1雖.2千,γQ1=1搬.4草SGk=Mgk=1憐1k池N·蠶m侄SQ1餐k=Mqk=1銹6k頌N·杜m恨則彎尼矩設(shè)繞計(jì)值耀M=告γ0(γGSGk+γQ1SQ1情k）=1轟.0銅×(是1.巴2×脂11袖+1鍬.4絮×1雄6)欣kN舟·m陣=3百5.鋪6k攻N·釣m咬彎矩梁設(shè)計(jì)匙值為35氣.6故kN周·m?！纠?.煎2】某教逝學(xué)樓湖樓面混采用厭預(yù)制心板，幫計(jì)算買跨度l0=5日.7姿0m，板只寬0.將9m，板壇自重2.雀2k歐N/紀(jì)m2。樓壤面采跌用水撫磨石陪地面前（10橡mm厚面松層，20氏mm厚水關(guān)泥砂表漿打統(tǒng)底）促，板熔底20姥mm厚抹付灰。習(xí)樓面塑活荷珍載標(biāo)斜準(zhǔn)值慈為2.禾0k哀N/對(duì)m2。試陰求：芳①扁板的晃跨中俊截面陜彎矩刷設(shè)計(jì)孔值M;臟②標(biāo)準(zhǔn)謎組合銀荷載蛇效應(yīng)積組合傲的設(shè)新計(jì)值M；③縱頻晃遇組算合荷莊載效貼應(yīng)組盞合的茫設(shè)計(jì)您值M；④曲準(zhǔn)鳳永久典組合坡荷載奧效應(yīng)含組合炒的設(shè)世計(jì)值M?！窘狻?1恒)荷載光標(biāo)準(zhǔn)己值①愿永久索荷載傾水磨燃石地妖面0.夠65賀kN煙/m220積mm板底寄抹灰17扔×0龜.0羨2=勿0.悟34裂kN元/m2板自鐵重2.左2k子N/艦m2作用飛在板橡上的團(tuán)永久綁荷載孝線荷唉載標(biāo)下準(zhǔn)值筑為gk=(救0.閉65據(jù)+0近.3墓4+頁(yè)2.柳2)炎×0票.9蒜=2傻.8毫71陪kN夢(mèng)/m健②餡可變壘活荷巖載斧qk=2程.0碼×0廟.9退=1擦.8瓜kN早/m疑夾(2紡)板的疤跨中暑截面挨彎矩落設(shè)計(jì)還值永久闊荷載包產(chǎn)生遼的彎勇矩標(biāo)傅準(zhǔn)值巨Mgk=1秤/8注gk來l02=1載1.充66伐kN冠·m柿帥可變罵荷載纏產(chǎn)生摔的彎偶矩標(biāo)銳準(zhǔn)值復(fù)Mqk=1免/8園qk禽l02=7共.3綢1棋kN漁·m非界由可賞變荷危載效霧應(yīng)控初制的敲組合貴γG=1努.2，γQ=1符.4眠M(jìn)=露γGMgk+γQMqk=2粥