2鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.1結(jié)構(gòu)可靠度2.1.12.1.1結(jié)構(gòu)上的作用（荷載）、荷載效應(yīng)及結(jié)構(gòu)抗力1.結(jié)構(gòu)上的作用（荷載）和荷載效應(yīng)

“作用”是指直接施加在結(jié)構(gòu)上的力（如自重、樓面活荷載、風(fēng)載、水壓力等）和引起結(jié)構(gòu)外加變形和約束變形的其它原因（如溫度變形、基礎(chǔ)沉降、地震等）的總稱。前者稱為“直接作用”，也稱為荷載；后者則稱為“間接作用”。第2章鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算原理結(jié)構(gòu)上的荷載按時(shí)間的變異，可分為三類：（1）永久荷載。如結(jié)構(gòu)的自重、土壓力、圍巖壓力、預(yù)應(yīng)力等。（2）可變荷載。如安裝荷載、樓面活載、水壓力、浪壓力、風(fēng)荷載、雪荷載、吊車輪壓、溫度作用等。（3）偶然荷載。如地震、爆炸等，在水利工程中把校核洪水也列入偶然荷載。

荷載在結(jié)構(gòu)構(gòu)件內(nèi)所引起的內(nèi)力、變形和裂縫等反應(yīng)，統(tǒng)稱為“荷載效應(yīng)”，常用符號(hào)表示。2.結(jié)構(gòu)抗力結(jié)構(gòu)抗力是結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件承受荷載效應(yīng)的能力，指的是構(gòu)件截面的承載力、構(gòu)件的剛度、截面的抗裂度等。結(jié)構(gòu)抗力顯然也是一個(gè)隨機(jī)變量。為確定可變荷載及與時(shí)間有關(guān)的材料性能等取值而選用的時(shí)間參數(shù)，稱為設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期。我國(guó)取用的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期一般為50年2.1.2結(jié)構(gòu)的預(yù)定功能及結(jié)構(gòu)可靠度工程結(jié)構(gòu)的功能要求主要包括三個(gè)方面：（1）安全性。安全性是指結(jié)構(gòu)在正常施工和正常使用時(shí)能承受可能出現(xiàn)的施加在結(jié)構(gòu)上的各種“作用”（荷載）。并要求在設(shè)計(jì)規(guī)定的偶然事件（如校核洪水位、地震等）發(fā)生時(shí)，結(jié)構(gòu)仍能保持必要的整體穩(wěn)定，即要求結(jié)構(gòu)僅產(chǎn)生局部損壞而不致發(fā)生整體倒塌。（2）適用性。適用性是指結(jié)構(gòu)在正常使用時(shí)具有良好的工作性能，如不發(fā)生影響正常使用的過(guò)大變形和振幅，不發(fā)生過(guò)寬的裂縫等。（3）耐久性。耐久性是指結(jié)構(gòu)在正常維護(hù)條件下具有足夠的耐久性能，即要求結(jié)構(gòu)在規(guī)定的環(huán)境條件下，在預(yù)定的設(shè)計(jì)使用年限內(nèi)，材料性能的劣化（如混凝土的風(fēng)化、脫落、腐蝕、滲水，鋼筋的銹蝕等）不導(dǎo)致結(jié)構(gòu)正常使用的失效。安全性、實(shí)用性和耐久性統(tǒng)稱為結(jié)構(gòu)的可靠性。也就是結(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)定功能的能力。結(jié)構(gòu)可靠度是結(jié)構(gòu)可靠性的概率度量。2.2.1荷載標(biāo)準(zhǔn)值的確定荷載標(biāo)準(zhǔn)值是指荷載在設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)可能出現(xiàn)的最大值.2.2荷載和材料強(qiáng)度荷載標(biāo)準(zhǔn)值是荷載的基本代表值，荷載的其它代表值都是以它為基礎(chǔ)再乘以相應(yīng)的系數(shù)后得出的。2.2.2材料強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值的確定

材料強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值應(yīng)根據(jù)符合規(guī)定質(zhì)量的材料強(qiáng)度的概率分布的某一分位值確定.材料強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值是材料強(qiáng)度概率分布中具有一定保證率的偏低的材料強(qiáng)度值。2.2.2.1鋼筋強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值國(guó)標(biāo)規(guī)定的屈服強(qiáng)度即鋼筋出廠檢驗(yàn)的廢品限值，其保證率不小于95％。2.2.2.2混凝土強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值混凝土的強(qiáng)度等級(jí)即是混凝土標(biāo)準(zhǔn)立方體試件用標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法測(cè)得的具有95％保證率的立方體抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值。

2.3概率極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法2.3.1結(jié)構(gòu)的極限狀態(tài)結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)的一部分超過(guò)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)稱為該功能的極限狀態(tài)。根據(jù)功能要求，通常把極限狀態(tài)分為兩大類：

承載能力極限狀態(tài)正常使用極限狀態(tài)1.承載能力極限狀態(tài)

這一極限狀態(tài)對(duì)應(yīng)于結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件達(dá)到最大承載力或達(dá)到不適于繼續(xù)承載的變形。出現(xiàn)下列情況之一時(shí)，就認(rèn)為已達(dá)到承載能力極限狀態(tài)：（1）結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)的一部分喪失穩(wěn)定；（2）結(jié)構(gòu)形成機(jī)動(dòng)體系喪失承載能力；（3）結(jié)構(gòu)發(fā)生滑移、上浮或傾覆；（4）構(gòu)件截面因材料強(qiáng)度不足而破壞；（5）結(jié)構(gòu)或構(gòu)件產(chǎn)生過(guò)大的塑性變形而不適于繼續(xù)承載。

滿足承載能力極限狀態(tài)的要求關(guān)系到結(jié)構(gòu)的安全，所以對(duì)承載能力極限狀態(tài)應(yīng)有較高的可靠度（安全度）水平。2.正常使用極限狀態(tài)這一極限狀態(tài)對(duì)應(yīng)于結(jié)構(gòu)或構(gòu)件達(dá)到影響正常使用或耐久性能的某項(xiàng)規(guī)定限值。出現(xiàn)下列情況之一時(shí)，就認(rèn)為已達(dá)到正常使用極限狀態(tài)：（1）產(chǎn)生過(guò)大的變形，影響正常使用或外觀；（2）產(chǎn)生過(guò)寬的裂縫，影響正常使用（滲水）或外觀；產(chǎn)生人們心理上不能接受的感覺(jué)；對(duì)耐久性也有一定的影響；（3）產(chǎn)生過(guò)大的振動(dòng)，影響正常使用。結(jié)構(gòu)或構(gòu)件達(dá)到正常使用極限狀態(tài)時(shí)，會(huì)影響正常使用功能及耐久性，但還不會(huì)造成生命財(cái)產(chǎn)的重大損失，所以它的可靠度水平允許比承載能力極限狀態(tài)的可靠度水平有所降低。通常對(duì)結(jié)構(gòu)構(gòu)件先完成按承載能力極限狀態(tài)進(jìn)行承載能力計(jì)算，然后根據(jù)使用要求按正常使用極限狀態(tài)進(jìn)行變形、裂縫寬度或抗裂等驗(yàn)算?！锝Y(jié)構(gòu)功能的表達(dá)S<R可靠荷載效應(yīng)（S）結(jié)構(gòu)抗力（R）

S=R極限狀態(tài)S>R失效2.3.2結(jié)構(gòu)的功能函數(shù)與極限狀態(tài)方程鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)采用以概率理論為基礎(chǔ)的極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法。設(shè)計(jì)時(shí)主要考慮的兩個(gè)變量：

2.3.3.1

失效概率

pf2.3.3結(jié)構(gòu)可靠度的計(jì)算由于R、S都是隨機(jī)變量，故Z也是隨機(jī)變量。出現(xiàn)Z<0的概率，也就是R<S出現(xiàn)的概率，稱為結(jié)構(gòu)的失效概率，pf用表示。pf值等于圖2-3所示的概率密度分布曲線的陰影部分的面積。2.3.3.2可靠指標(biāo)

bb小時(shí)，pf就大；b大時(shí)，pf就小。所以b作為衡量結(jié)構(gòu)可靠度的一個(gè)指標(biāo)，我們把b稱為可靠指標(biāo)。當(dāng)結(jié)構(gòu)抗力R和荷載效應(yīng)S均服從正態(tài)分布時(shí)，失效概率pf和可靠指標(biāo)b的對(duì)應(yīng)關(guān)系如表2-1所列。2.3.3.3目標(biāo)可靠指標(biāo)與結(jié)構(gòu)安全級(jí)別——目標(biāo)可靠指標(biāo)。

承載能力極限狀態(tài)的目標(biāo)可靠指標(biāo)與結(jié)構(gòu)的安全級(jí)別有關(guān)，結(jié)構(gòu)安全級(jí)別要求愈高，目標(biāo)可靠指標(biāo)就應(yīng)愈大。目標(biāo)可靠指標(biāo)還與構(gòu)件的破壞性質(zhì)有關(guān)。脆性破壞的目標(biāo)可靠指標(biāo)應(yīng)高于延性破壞。2.4《水工鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》的實(shí)用設(shè)計(jì)表達(dá)式2.4.1DL/T5057-2009規(guī)范電力系統(tǒng)的DL/T5057-2009規(guī)范在承載能力極限狀態(tài)實(shí)用設(shè)計(jì)表達(dá)式中，采用了5個(gè)分項(xiàng)系數(shù)，它們是結(jié)構(gòu)重要性系數(shù),設(shè)計(jì)狀況系數(shù),結(jié)構(gòu)系數(shù)荷載分項(xiàng)系數(shù)

和材料分項(xiàng)系數(shù)

DL/T5057-2009規(guī)范用這5個(gè)分項(xiàng)系數(shù)構(gòu)成并保證結(jié)構(gòu)的可靠度。2.4.1.2承載能力極限狀態(tài)設(shè)計(jì)表達(dá)式1.基本組合基本組合：持久設(shè)計(jì)狀況或短暫設(shè)計(jì)狀況下永久荷載與可變荷載產(chǎn)生的荷載效應(yīng)組合基本組合承載能力極限狀態(tài)設(shè)計(jì)表達(dá)式為：

γ0——結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)；

ψ——設(shè)計(jì)狀況系數(shù)；

S——荷載效應(yīng)組合設(shè)計(jì)值；

——永久荷載標(biāo)準(zhǔn)值產(chǎn)生的荷載效應(yīng)

——一般可變荷載標(biāo)準(zhǔn)值產(chǎn)生的荷載效應(yīng)；——可控制的可變荷載標(biāo)準(zhǔn)值產(chǎn)生的荷載效應(yīng)

γG、γQ1、γQ2——永久荷載、一般可變荷載及可控制的可變荷載的分項(xiàng)系數(shù)

R——結(jié)構(gòu)構(gòu)件抗力設(shè)計(jì)值；

fc、fy

——鋼筋、混凝土的強(qiáng)度設(shè)計(jì)值

γd——結(jié)構(gòu)系數(shù)；ak——結(jié)構(gòu)構(gòu)件幾何參數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)值。

2.偶然組合偶然狀況下永久載荷、可變載荷與一種偶然荷載效應(yīng)的組合。偶然荷載的分項(xiàng)系數(shù)取為1.0；ψ=0.85參與組合的某些可變荷載，可根據(jù)各類水工建筑物設(shè)計(jì)規(guī)范的規(guī)定作適當(dāng)折減。

2.4.1.3正常使用極限狀態(tài)的設(shè)計(jì)表達(dá)式

——正常使用極限狀態(tài)的荷載效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)組合值；——結(jié)構(gòu)構(gòu)件達(dá)到正常使用要求所規(guī)定的變形、裂縫寬度或應(yīng)力等限值；、——永久荷載、可變荷載標(biāo)準(zhǔn)值；——材料強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值。

正常使用極限狀態(tài)驗(yàn)算的可靠度要求較低，一般要求β=1.0～2.0。材料強(qiáng)度采用標(biāo)準(zhǔn)值而不用設(shè)計(jì)值，即材料分項(xiàng)系數(shù)取為1.0。荷載采用標(biāo)準(zhǔn)值而不用設(shè)計(jì)值，即荷載分項(xiàng)系數(shù)γG及γQ取為1.0。結(jié)構(gòu)系數(shù)γd及設(shè)計(jì)狀況系數(shù)ψ也均取為1.0。

規(guī)范還規(guī)定：對(duì)于持久設(shè)計(jì)狀況，應(yīng)進(jìn)行正常使用極限狀態(tài)的驗(yàn)算；對(duì)于短暫狀況，可根據(jù)具體情況決定是否需要進(jìn)行正常使用極限