结构设计基本原理原学习教案

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1、会计学1结构设计基本原理原结构设计基本原理原第一页，共56页。p 作用、作用效应及结构(jigu)抗力p 结构(jigu)可靠度及安全等级p 混凝土结构(jigu)构件设计计算方法的演变第1页/共55页第二页，共56页。结构上的作用、作用效应(xioyng)及结构抗力1. 结构上的作用和作用效应结构上的作用和作用效应 作用：使结构或构件产生内力和变形的各种原因作用：使结构或构件产生内力和变形的各种原因直接作用（荷载）：以力的形式直接作用于结构上直接作用（荷载）：以力的形式直接作用于结构上间接作用：以变形的形式作用在结构上间接作用：以变形的形式作用在结构上 作用按时间变异的分类作用按时间变异的分

2、类 永久作用永久作用 G：其值不随时间变化（恒载）：其值不随时间变化（恒载） 可变作用可变作用 Q：其值随时间变化（活荷载）：其值随时间变化（活荷载） 偶然偶然(u rn)作用：量值很大且持续时间很短的作用作用：量值很大且持续时间很短的作用作用效应作用效应 S（effect of an action） 由作用产生的内力和变形（轴力、剪力、弯矩、扭矩、变形、由作用产生的内力和变形（轴力、剪力、弯矩、扭矩、变形、裂缝等）裂缝等） 作用效应作用效应 S 是随机变量或随机过程是随机变量或随机过程第2页/共55页第三页，共56页。结构上的作用、作用效应结构上的作用、作用效应(xioyng)(xioyng

3、)及结构抗力及结构抗力2. 结构抗力结构抗力 R（resistance） 整个结构或结构构件承受作用效应（即内力整个结构或结构构件承受作用效应（即内力(nil)和变形）和变形）的能力，如构件的承载能力、刚度及抗裂能力等。的能力，如构件的承载能力、刚度及抗裂能力等。 影响因素影响因素 材料性能（强度、变形模量等）材料性能（强度、变形模量等）几何参数（构件尺寸等）几何参数（构件尺寸等）计算模式的精确性（构件抗力计算模型）计算模式的精确性（构件抗力计算模型）结构抗力结构抗力 R 是随机变量是随机变量3. 设计基准期设计基准期 T （design reference period） 为确定可变作用及与

4、时间有关的材料性能等取值而选用的时间为确定可变作用及与时间有关的材料性能等取值而选用的时间参数，建筑结构可靠度设计统一标准规定为参数，建筑结构可靠度设计统一标准规定为50年年. 第3页/共55页第四页，共56页。结构的预定功能(gngnng)及结构可靠度1. 结构设计的基本要求结构设计的基本要求满足使用功能：结构的预定功能要求满足使用功能：结构的预定功能要求 安全性（安全性（safety class）：）： 不发生构件破坏或结构倒塌不发生构件破坏或结构倒塌 适用性（适用性（serviceability）: 变形和裂缝宽度不超限变形和裂缝宽度不超限 耐久性（耐久性（durability）：结构材

5、料的风化、腐蚀和老化）：结构材料的风化、腐蚀和老化不超过一定不超过一定(ydng)限度限度经济问题经济问题在现有技术的基础上，以最经济的手段获得预定功能要在现有技术的基础上，以最经济的手段获得预定功能要求求 合理地解决结构可靠与经济之间的矛盾合理地解决结构可靠与经济之间的矛盾第4页/共55页第五页，共56页。结构结构(jigu)(jigu)的预定功能及结构的预定功能及结构(jigu)(jigu)可靠度可靠度2. 结构的可靠度结构的可靠度结构的可靠性结构的可靠性结构的安全性、适用性和耐久性总结构的安全性、适用性和耐久性总称结构的可靠性。称结构的可靠性。结构在规定的时间内，在规定的条结构在规定的时

6、间内，在规定的条件下，完成预定功能的能力。（定件下，完成预定功能的能力。（定性描述）性描述）结构可靠度结构可靠度结构在规定的时间内，在规定的条结构在规定的时间内，在规定的条件下，完成预定功能的概率件下，完成预定功能的概率(gil)。是可靠性的概率是可靠性的概率(gil)度量。度量。 （定（定量描述）量描述）第5页/共55页第六页，共56页。p 规定的时间规定的时间(shjin)(shjin)：设计使用年限（：设计使用年限（design working design working lifelife） p 设计规定的结构或结构构件不需进行大修即可按其预定目设计规定的结构或结构构件不需进行大修即可

7、按其预定目的使用的时期的使用的时期 设计使用设计使用(shyng)(shyng)年限、设计基准期、使用年限、设计基准期、使用(shyng)(shyng)寿命、耐久年寿命、耐久年限等概念之间的区别。限等概念之间的区别。纪念性建筑和特别重要的建筑物1004普通房屋和构筑物503易于替换的结构构件252临时性结构51示 例设计使用年限（年）类 别 p 规定的条件规定的条件(tiojin)(tiojin)p 正常设计、正常施工、正常使用正常设计、正常施工、正常使用结构的预定功能及结构可靠度第6页/共55页第七页，共56页。结构(jigu)的安全等级n 结构结构(jigu)(jigu)的安全等级的安全等

8、级(safety class)(safety class)p安全等级根据结构(jigu)破坏可能产生的后果，即危及人的生命、造成的经济损失、产生社会影响等的严重程度确定。安全等级安全等级破坏后果破坏后果建筑物类型建筑物类型一级一级很严重很严重重要的房屋重要的房屋二级二级严严 重重一般的房屋一般的房屋三级三级不严重不严重次要的房屋次要的房屋p 建筑物中各类结构构件的安全等级宜与整个结构的安全等级相同，但允许对部分结构构件根据其重要程度和综合效益进行适当的调整。p用安全等级区分结构的可靠度建筑结构可靠度设计统一标准规定的建筑结构安全等级第7页/共55页第八页，共56页。n 混凝土结构构件混凝土结构

9、构件(gujin)(gujin)设计计算方法设计计算方法的演变的演变p 容许应力法p 特点：计算简单；未考虑材料的塑性；经验(jngyn)的安全系数p 按破坏阶段的设计方法p 特点：考虑材料塑性，计算结果较准确；经验(jngyn)的安全系数p多系数极限状态设计法p p特点：较全面地考虑了主要因素；不能计算结构的可靠度混凝土结构构件(gujin)设计计算方法第8页/共55页第九页，共56页。混凝土结构构件混凝土结构构件(gujin)(gujin)设计计算方法设计计算方法n概率极限状态设计法概率极限状态设计法n 水准水准I 半概率法半概率法n把可以统计的因素（荷载值和材料强度值等）用概率方法把可以

10、统计的因素（荷载值和材料强度值等）用概率方法(fngf)加以处理，无统计资料的因素用经验系数处理。加以处理，无统计资料的因素用经验系数处理。对结构的可靠度还不能做出定量的估计。对结构的可靠度还不能做出定量的估计。TJ10-74基本上属基本上属于此法。于此法。n 水准水准 近似概率法近似概率法n将结构抗力和荷载效应作为随机变量，按给定的概率分布将结构抗力和荷载效应作为随机变量，按给定的概率分布估算失效概率或可靠指标，采用平均值和标准差两个统计估算失效概率或可靠指标，采用平均值和标准差两个统计参数，对设计表达式进行线性化处理，称为参数，对设计表达式进行线性化处理，称为“一次二阶矩一次二阶矩法法”，

11、是一种实用的近似概率计算法。，是一种实用的近似概率计算法。 n 水准水准 全概率法全概率法第9页/共55页第十页，共56页。3.1 3.1 结构可靠结构可靠(kko)(kko)度及结构设计方法度及结构设计方法小结结构上的作用、作用效应结构的抗力设计基准期；设计使用年限；实际寿命结构可靠性，结构可靠度结构的安全等级概率极限状态设计法 影响结构可靠度的主要(zhyo)因素（荷载值、材料强度值等）用概率的方法确定； 结构的工作状态取“极限状态”。 第10页/共55页第十一页，共56页。p 荷载标准值的确定p 材料(cilio)强度标准值的确定p 各种强度值之间的关系第11页/共55页第十二页，共56

12、页。荷载(hzi)标准值的确定n 荷载的统计荷载的统计(tngj)(tngj)特性特性p 永久荷载 G 是随机变量；永久荷载 G 符合正态分布p 可变荷载 Q 是随机过程；p 楼面活荷载、风荷载和雪荷载符合极值 I 型分布p 荷载标准值p 结构在使用(shyng)期间，在正常p情况下，可能出现的具有一p定保证率（assurance factor）p的偏大荷载值 。第12页/共55页第十三页，共56页。2223242526272800.050.10.150.20.250.30.350.4n 正态分布永久永久(yngji)荷荷载载x (kN/m3)概率密度概率密度 p(x) 概率密度函数p(x)

13、概率密度函数的性质(xngzh)荷载(hzi)标准值的确定第13页/共55页第十四页，共56页。n 极值(j zh)I型分布荷载(hzi)标准值的确定0( )1p x dx 概率密度函数p(x) 概率密度函数的性质(xngzh)活荷载活荷载x 概率密度概率密度 p(x)-4-20246800.050.10.150.20.250.30.350.4第14页/共55页第十五页，共56页。荷载(hzi)标准值的确定n 荷载荷载(hzi)(hzi)标准值标准值p荷载标准值是建筑结构按极限状态设计时采用的荷载基本代表值。p如果(rgu)荷载符合正态分布，且具有95%的保证率，则标准值Pk为mPPk2324

14、26282200.050.10.150.20.250.30.350.4永久荷载永久荷载x概率密度概率密度 p(x)PkmP+1.645sP第15页/共55页第十六页，共56页。荷载(hzi)标准值的确定n 荷载荷载(hzi)(hzi)标准值标准值p永久荷载标准值Gk：可按结构设计规定的尺寸和荷载规范规定的材料容重平均值确定，一般相当于永久荷载概率分布的平均值。p办公楼、住宅楼面均布活荷载标准值Qk均为2.0kN/m2。p风荷载标准值是由基本风压乘以风压高度变化系数、风载体型系数和风振系数确定的。p雪荷载标准值是由建筑物所在地的基本雪压乘以屋面积雪分布系数确定的。p注：上述荷载标准值可由建筑结构

15、荷载规范查取；p 各种( zhn)可变荷载标准值的保证率不同。第16页/共55页第十七页，共56页。材料(cilio)强度标准值的确定n 材料强度的变异性及统计材料强度的变异性及统计(tngj)(tngj)特性特性p 钢筋屈服强度的概率分布基本(jbn)符合正态分布。p 混凝土立方体抗压强度的实测值也符合正态分布。n 材料强度标准值材料强度标准值p 钢筋和混凝土的强度标准值 fk mf - asf 。偏低值mf2426282200.050.10.150.20.250.30.350.4材料强度材料强度x概率密度概率密度 p(x)fkp a为与材料实际强度 f 低于fK的概率 有 关 的保证率系数

16、。第17页/共55页第十八页，共56页。材料(cilio)强度标准值的确定p 钢筋(gngjn)的强度标准值n对于热轧钢筋(gngjn)，废品限值相当于屈服强度平均值减去2倍标准差，即a = 2，保证率为97.73%。n混凝土规范规定的钢筋(gngjn)强度标准值具有不小于95%保证率。n热轧钢筋(gngjn)强度标准值(N/mm2)种种 类类符号符号d/mmfyK热热轧轧钢钢筋筋HPB 300A A622300HRB 335/HRBF 335 B B/B BF650335HRB 400/HRBF400/RRB400C C/C CF/C CR650400HRB 500/HRBF500C C/C

17、 CR 650500第18页/共55页第十九页，共56页。材料强度(qingd)标准值的确定p 混凝土的强度(qingd)标准值n混凝土规范规定(gudng)的混凝土的强度标准值为具有95% 保证率的强度值。n立方体抗压强度标准值 fcu,kn轴心抗压强度标准值 fck第19页/共55页第二十页，共56页。材料强度(qingd)标准值的确定p混凝土规范中的混凝土强度(qingd)标准值规定混凝土强度标准值混凝土强度标准值(N/mm2)强度强度种类种类混凝土强度等级混凝土强度等级C15C20C25C30C35C40C45C50C55C60C65C70C75C80fck10.013.416.720

18、.123.426.829.632.435.538.541.544.547.450.2ftk1.271.541.782.012.202.392.512.642.742.852.932.993.053.11n轴心抗拉强度轴心抗拉强度(kn l qin d)标准值标准值 ftkn混凝土强度的基本代表值为混凝土强度的基本代表值为 fcu,k。ckc1c2cu,k0.88ffa a第20页/共55页第二十一页，共56页。3.2 3.2 荷载和材料荷载和材料(cilio)(cilio)强度取值强度取值小结重要思想：荷载(hzi)取具有一定保证率的偏大荷载(hzi)值（不取最大值） 材料强度取具有一定保证率

19、的偏小强度值（不取最小值）。 安全与经济的统一；适当的可靠度荷载(hzi)标准值：按荷载(hzi)规范查取； 各种荷载(hzi)的保证率不一致（统计资料不完备，工程经验）材料强度标准值：均具有大于或等95%的保证率（钢筋强度保证率为97.78%；混凝土强度保证率95%） 根据混凝土强度等级（立方体抗压强度标准值:基本代表值）查规范。材料强度平均值（结构分析设计） ckc1c2cu,k0.88ffa acu,kcu0.450.55tkc2f0.88 0.3951 1.645ffa-第21页/共55页第二十二页，共56页。p 承载能力与正常使用极限状态p 结构(jigu)可靠度的计算p 概率极限状

20、态设计法第22页/共55页第二十三页，共56页。3.3 3.3 概率概率(gil)(gil)极限状态设计法极限状态设计法提要结构的极限状态 定义；两类极限状态（安全性，适用性和耐久性）结构的设计状况 结构物在建造和使用(shyng)过程中所承受的作用、所处环境条件、经历时间长短等都是不同的，设计时所采用的结构体系、可靠度水准、设计方法等也应有所区别。结构的功能函数和极限状态方程 作用效应S与结构抗力R的关系式；S = R结构可靠度计算 失效概率；可靠指标 概率极限状态设计的一般方法（少数重要结构采用）第23页/共55页第二十四页，共56页。结构的极限(jxin)状态p 结构的极限状态p整个结构

21、或结构的一部分超过某一特定(tdng)状态就不能满足设计规定的某一功能要求，此特定(tdng)状态称为该功能的极限状态。p极限状态实质上是区分结构可靠与失效的界限。p 结构的极限状态分类p 承载能力极限状态p安全性极限状态。主要(zhyo)是破坏（强度）极限状态p 正常使用极限状态p适用性和耐久性极限状态。主要(zhyo)是变形和裂缝宽度极限状态第24页/共55页第二十五页，共56页。结构结构(jigu)(jigu)的极限状态的极限状态n承载能力极限状态（安全性）承载能力极限状态（安全性）n 3点：结构或构件达到最大承载能力（强度破坏）；点：结构或构件达到最大承载能力（强度破坏）；n 达到不适

22、于继续承载的变形（失稳、滑移、倾覆等）；或达到不适于继续承载的变形（失稳、滑移、倾覆等）；或因因n结构局部破坏而引发的连续倒塌。结构局部破坏而引发的连续倒塌。n 标志和限值标志和限值n结构构件出现强度破坏（最主要的承载能力问题）结构构件出现强度破坏（最主要的承载能力问题）n结构或构件作为刚体失去平衡（如倾覆等）结构或构件作为刚体失去平衡（如倾覆等） n结构转变为机动体系结构转变为机动体系 n结构或构件丧失稳定（如压屈等）结构或构件丧失稳定（如压屈等） n地基地基(dj)丧失承载能力而破坏（如失稳等）丧失承载能力而破坏（如失稳等）n 对于任何承载的结构或构件，都需要按承载能力极限状态对于任何承载

23、的结构或构件，都需要按承载能力极限状态进行设计。进行设计。 第25页/共55页第二十六页，共56页。结构结构(jigu)(jigu)的极限状态的极限状态n正常使用极限状态（适用性和耐久性）正常使用极限状态（适用性和耐久性）n两点：结构或构件达到适用性和耐久性极限状态两点：结构或构件达到适用性和耐久性极限状态n标志和限值标志和限值n结构变形或振幅达到某一限值；结构变形或振幅达到某一限值；n不允许出现裂缝的构件，混凝土应力超过混凝土的抗拉强不允许出现裂缝的构件，混凝土应力超过混凝土的抗拉强度度(kn l qin d)；n允许出现裂缝的构件，裂缝宽度超过某一限值；允许出现裂缝的构件，裂缝宽度超过某一

24、限值；n其他特定状态，如相对沉降量过大等。其他特定状态，如相对沉降量过大等。n注意：注意：n两类极限状态中，承载能力极限状态最重要，对所有结构两类极限状态中，承载能力极限状态最重要，对所有结构均应考虑均应考虑n两类极限状态中，均有变形限值，但量值不同，应注意区两类极限状态中，均有变形限值，但量值不同，应注意区分。分。第26页/共55页第二十七页，共56页。结构的设计(shj)状况p 结构的设计状况p 持久设计状况：在结构使用过程中一定出现，其持续(chx)期很长的状况。房屋结构承受家具和正常人员荷载的状况 p 短暂设计状况：出现概率较大，而与设计使用年限相比，持续(chx)时间很短的状况。结构

25、施工和维修时承受堆料和施工荷载的状况 p 偶然设计状况：在结构使用过程中出现概率很小，且持续(chx)期很短的状况。结构遭受火灾、爆炸、撞击、罕遇地震等作用的状况 p地震设计状况：结构遭受地震时的情况。 p 以上4种状况均应进行承载能力极限状态设计p对偶然设计状况，允许主要承重结构因出现设计规定(gudng)的偶然事件而局p部破坏，但其剩余部分具有在一段时间内不发生连续倒塌的可靠度；可p不进行正常使用极限状态设计；p对持久设计状况，尚应进行正常使用极限状态设计；p对短暂设计状况和地震设计状况，可根据需要进行正常使用极限状态设计。第27页/共55页第二十八页，共56页。结构(jigu)的功能函数

26、和极限状态方程p 结构(jigu)的“工作状态”p 结构(jigu)在使用期间的工作情况称为“工作状态”，可用功能函数描述。p结构(jigu)的功能函数 Z的一般表达式p Z = g ( X1, X2 , , Xn )随机性基本变量随机性基本变量p 结构(jigu)极限状态方程的一般表达式p Z = g ( X1, X2 , , Xn ) = 0p 只包含两个变量的功能函数 n Z = g ( R, S )=R Sp 只包含两个变量的结构极限状态方程 n Z = g ( R, S )=R S = 0第28页/共55页第二十九页，共56页。结构结构(jigu)(jigu)的功能函数和极限状态方程

27、的功能函数和极限状态方程n用功能函数用功能函数Z判别判别(pnbi)结构的工作状态结构的工作状态 n 当当Z0时，结构处于可靠状态；时，结构处于可靠状态；n 当当Z0时，结构处于失效状态；时，结构处于失效状态；n 当当Z=0时，结构处于极限状态。时，结构处于极限状态。n结构的失效概率结构的失效概率n 结构功能函数结构功能函数Z= R-S0的概率的概率n称为结构构件的失效概率称为结构构件的失效概率 。n 功能函数功能函数Z=R-S服从正态分服从正态分布，布， ， 。结构的失效概率可。结构的失效概率可直接通过直接通过 Z 0 的概率来表达：的概率来表达： 第29页/共55页第三十页，共56页。结构

28、可靠(kko)度的计算p 结构的失效(sh xio)概率 pf0随机变量随机变量 R, S概率密度概率密度 pm Sm Rm R m spf = P( Z=R-S 0)第30页/共55页第三十一页，共56页。结构可靠(kko)度的计算p 结构(jigu)的失效概率 pf ( R,S 均服从正态分布 )bsZ0随机变量随机变量 Z概率密度概率密度 pm Zpf = P( Z 0)22ZRSsss+m Z =m R m S第31页/共55页第三十二页，共56页。结构可靠(kko)度的计算p 结构构件的可靠(kko)指标bp 失效概率计算复杂，故引入可靠(kko)指标b 来评价结构的可靠(kko)性

29、。 200110exp22ZfZZZpP Zf Z dZdZmss-,ZZNms0,1NZZZtms-22RSZZRSmmmbsss-+n b 越大，失效sh xio概率就越小，即结构越可靠，故b 称为可靠指标。n当基本变量为非正态分布时，结构构件的可靠指标应以结构构件作用效应和抗力当量正态分布的平均值和标准差按上式计算。第32页/共55页第三十三页，共56页。结构结构(jigu)(jigu)可靠度的计算可靠度的计算p结构构件的可靠指标结构构件的可靠指标p 当仅有作用效应和结构抗力两个基本变量且均按正态分布时当仅有作用效应和结构抗力两个基本变量且均按正态分布时 p p 当基本变量不按正态分布时

30、，用当量正态分布的平均值和标准差代入当基本变量不按正态分布时，用当量正态分布的平均值和标准差代入上式计算。例如，当荷载上式计算。例如，当荷载(hzi)效应和结构抗力均服从对数正态分布时效应和结构抗力均服从对数正态分布时 22RSZZRSmmmbsss-+第33页/共55页第三十四页，共56页。结构(jigu)可靠度的计算p 可靠指标与失效概率的对应(duyng)关系p 计算可靠指标 b 的一般方法p使用原因(yunyn)p 变量不一定服从正态分布p 极限状态方程是非线性的p 变量通常多于二个p国际结构安全度联合委员会JCSS推荐的方法: 一次二阶矩法（JC法）b b1.01.52.02.5pf

31、1.5910-16.6810-22.2810-26.2110-3b b2.73.23.74.2pf3.5010-36.9010-41.1010-41.3010-5第34页/共55页第三十五页，共56页。结构可靠(kko)度的计算p 设计可靠(kko)指标 b n定义: 设计规范所规定的、作为设计结构或结构构件时所应达到的可靠指标，称为设计可靠指标，它是根据设计所要求达到的结构可靠度而取定的，所以又称为目标可靠指标（target reliability index）。n确定方法: 校准法（工程经验(jngyn)；可靠与经济的统一）n建筑结构可靠度设计统一标准规定的可靠指标结构构件承载能力极限状态

32、的设计可靠指标 破坏类型破坏类型安全等级安全等级一级一级二级二级三级三级延性破坏延性破坏3.73.22.7脆性破坏脆性破坏4.23.73.2第35页/共55页第三十六页，共56页。结构结构(jigu)(jigu)可靠度的计算可靠度的计算n承载能力极限状态的可靠指标承载能力极限状态的可靠指标n 延性破坏：结构破坏前有明显的变形或其他预兆。其危延性破坏：结构破坏前有明显的变形或其他预兆。其危害小，其危害小，害小，其危害小， 相对低一些。相对低一些。n 脆性破坏：结构破坏前没有明显的变形或其他预兆。其脆性破坏：结构破坏前没有明显的变形或其他预兆。其危害大，危害大， 相对高一些。相对高一些。n 结构安

33、全等级高，结构安全等级高， 相对高一些。相对高一些。n正常使用极限状态的可靠指标正常使用极限状态的可靠指标n 可逆极限状态：产生超越可逆极限状态：产生超越(choyu)状态的作用被移去状态的作用被移去后，将不再保持超越后，将不再保持超越(choyu)状态；状态； = 0n 不可逆极限状态：产生超越不可逆极限状态：产生超越(choyu)状态的作用被移去状态的作用被移去后，仍将永久保持超越后，仍将永久保持超越(choyu)状态。状态。 = 1.5n 当结构可逆程度处于二者之间时，取当结构可逆程度处于二者之间时，取 01.5 之间的值。之间的值。n 第36页/共55页第三十七页，共56页。结构可靠结

34、构可靠(kko)(kko)度的计算度的计算n概率极限状态设计法n 荷载的概率模型及统计参数n n 材料性能、几何尺寸(ch cun)的统计参数n n 计算可靠指标值n （或用一次二阶矩法）n检验现有结构的可靠度n直接按可靠指标进行结构设计第37页/共55页第三十八页，共56页。p 承载能力极限状态设计表达式p 正常使用(shyng)极限状态设计表达式p 荷载与材料分项系数及设计值第38页/共55页第三十九页，共56页。3.4 3.4 结构极限结构极限(jxin)(jxin)状态设计表达式状态设计表达式提要直接按概率(gil)极限状态设计法进行设计，需进行迭代计算，计算工作量大。对于大量的一般结

35、构，没有必要，需寻求简化方法。承载能力极限状态设计表达式 通过调整作用效应分项系数、材料分项系数等，使按设计表达式设计的结构或构件，其可靠指标与设计可靠指标最接近正常使用极限状态设计表达式 按作用效应标准值（频遇值、准永久值）、材料强度标准值计算重要思想方法：复杂问题复杂（精细）方法 简化表达式 目标可靠指标第39页/共55页第四十页，共56页。承载能力极限状态(zhungti)设计表达式p 基本(jbn)表达式n 按荷载效应的基本组合或偶然(u rn)组合，采用下列极限状态设计表达式：p ：结构构件的抗力模型不定性系数：对静力设计取1.0，不确定性较大的结构构件根据具体情况取大于1.0的数值

36、；对于抗震设计，采用承载力抗震调整系数 代替 的表达形式； 第40页/共55页第四十一页，共56页。n基本组合(zh)n 由可变荷载效应控制的组合(zh)n n 由永久荷载效应控制的组合(zh)n偶然组合(zh)第41页/共55页第四十二页，共56页。承载能力极限承载能力极限(jxin)(jxin)状态设计表达式状态设计表达式n简化简化(jinhu)规则（排架、框架结构）（取消）规则（排架、框架结构）（取消）n 由可变荷载效应控制的组合由可变荷载效应控制的组合n n n 由永久荷载效应控制的组合由永久荷载效应控制的组合n n 第二项可仅考虑与结构自重方向一致的竖向荷载，第二项可仅考虑与结构自重

37、方向一致的竖向荷载，而忽略影响不大的水平荷载。而忽略影响不大的水平荷载。第42页/共55页第四十三页，共56页。承载能力极限状态承载能力极限状态(zhungti)(zhungti)设计表达式设计表达式p荷载分项系数荷载分项系数p 理由：荷载标准值是偏大值，仍理由：荷载标准值是偏大值，仍有可能超载。有可能超载。p 确定原则：给定荷载标准值，找确定原则：给定荷载标准值，找出一组荷载分项系数出一组荷载分项系数 p，按，按 设计构件设计构件(gujin)，计算相应的可靠指标，其中按计算相应的可靠指标，其中按p 所得的可靠指标与目标可靠指标所得的可靠指标与目标可靠指标最接近。最接近。 p 取值：取值：p

38、 :当永久荷载效应对结构不利时：当永久荷载效应对结构不利时：可变荷载效应控制，取可变荷载效应控制，取1.2；永久；永久荷载效应控制的组合取荷载效应控制的组合取1.35。p 当永久荷载效应对结构有利时，当永久荷载效应对结构有利时，取取1.0。p :一般取一般取1.4；对工业建筑楼面结；对工业建筑楼面结构，当活荷载标准值大于构，当活荷载标准值大于4kN/m2时，取时，取1.3。 GQ,第43页/共55页第四十四页，共56页。承载能力极限状态(zhungti)设计表达式p 荷载(hzi)设计值n 荷载(hzi)分项系数与荷载(hzi)标准值的乘积。p 荷载组合值系数ycin考虑各可变荷载最大值在同一

39、时刻出现的概率很小，若设计中仍采用各荷载效应设计值叠加，则可能造成结构可靠度不一致，因而必须对可变荷载设计值再乘以调整系数，即荷载组合值系数。p 荷载组合值yci Qikn 可变荷载标准值乘以荷载组合值系数。第44页/共55页第四十五页，共56页。承载能力极限承载能力极限(jxin)(jxin)状态设计表达式状态设计表达式小结小结荷载效应组合的设计值荷载效应组合的设计值 S 考虑各种荷载同时作用考虑各种荷载同时作用(zuyng)且同时达到最大的可且同时达到最大的可能性。能性。永久荷载效应控制的组合，可变荷载效应控制的组合永久荷载效应控制的组合，可变荷载效应控制的组合 两种情况下的可靠度一致两种

40、情况下的可靠度一致永久荷载分项系数取永久荷载分项系数取1.2或或1.0，考虑不利或有利，考虑不利或有利荷载组合值系数，荷载组合值系数， 各种可变荷载同时达到最大值的概率各种可变荷载同时达到最大值的概率较小较小第45页/共55页第四十六页，共56页。承载能力极限(jxin)状态设计表达式p 材料(cilio)分项系数 gc，gsn为了考虑材料的离散性和施工中不可避免的偏差带来的不利影响，再将材料强度标准值除以一个大于1的系数，这个系数叫材料分项系数。n确定钢筋和混凝土材料分项系数时，对于具有统计资料的材料，按设计(shj)可靠指标b通过可靠度分析确定；对统计资料不足的情况，则以工程经验为主要依据

41、，通过对规范(TJ10-74）结构构件的校准计算确定。n混凝土的材料分项系数 gc=1.4n热轧钢筋的材料分项系数 gs=1.1n预应力钢筋的材料分项系数 =1.2第46页/共55页第四十七页，共56页。承载能力极限状态承载能力极限状态(zhungti)(zhungti)设计表达式设计表达式n 材料强度(qingd)设计值n 材料强度(qingd)标准值除以材料分项系数，即材料强度(qingd)设计值：n 第47页/共55页第四十八页，共56页。正常使用(shyng)极限状态设计表达式p 可变荷载(hzi)的频遇值和准永久值n 可变荷载的一个(y )样本QxTt1t2titntQO 荷载超过某

42、水平Qx的表示方式可用总持续时间ti与设计基准期T的比率mx ti / T 来表示。n 可变荷载的四种代表值n 标准值n 组合值n 频遇值n 准永久值第48页/共55页第四十九页，共56页。正常使用极限状态(zhungti)设计表达式p 可变荷载(hzi)的频遇值和准永久值n 可变荷载(hzi)的频遇值在设计基准期内，其超越的总时间为规定的较小比率(mx= ti / T 0.1)或超越频率为规定频率的荷载值。在结构上较频繁出现且量值较大的荷载值，但小于荷载标准值。 由可变荷载的频遇值系数乘以可变荷载标准值求得 频遇值系数： 办公楼：0.5； 教室：0.6； 书库：0.9第49页/共55页第五十

43、页，共56页。正常使用正常使用(shyng)(shyng)极限状态设计表达式极限状态设计表达式n可变荷载的准永久值可变荷载的准永久值n 在 设 计 基 准 期 内 ， 其 超 越在 设 计 基 准 期 内 ， 其 超 越(choyu)的总时间约为设计基准期的总时间约为设计基准期一半一半(mx 0.5)的荷载值。的荷载值。n 由可变荷载的准永久值系数乘以由可变荷载的准永久值系数乘以可变荷载标准值求得。可变荷载标准值求得。n准永久值系数准永久值系数n办公楼：办公楼：0.4； 教室：教室：0.5； 书库：书库：0.8第50页/共55页第五十一页，共56页。正常(zhngchng)使用极限状态设计表达

44、式p 正常使用(shyng)极限状态设计表达式n 基本(jbn)表达式nS C n 对于标准组合n 对于频遇组合n 对于准永久组合仅适用于荷载效应为线性的情况第51页/共55页第五十二页，共56页。正常使用极限正常使用极限(jxin)(jxin)状态设计表达式状态设计表达式n正常使用极限状态特点正常使用极限状态特点n 作用效应取标准组合作用效应取标准组合(zh)、频遇组合、频遇组合(zh)、准、准永久组合永久组合(zh)，不乘荷载分项系数，可靠度指标在，不乘荷载分项系数，可靠度指标在01.5第52页/共55页第五十三页，共56页。p 正常使用极限状态验算规定p对结构构件进行抗裂验算时，应按荷载

45、(hzi)效应标准组合进行计算，其计算值不应超过规范规定的相应限值。p结构构件的裂缝宽度，对钢筋混凝土构件，按荷载(hzi)准永久组合并考虑长期作用影响进行计算；对预应力混凝土构件，按荷载(hzi)标准组合并考虑长期作用影响进行计算；构件的最大裂缝宽度不应超过规范规定的最大裂缝宽度限值。p受弯构件的最大挠度，对钢筋混凝土构件，按荷载(hzi)准永久组合进行计算，对预应力混凝土构件，应按荷载(hzi)标准组合进行计算，并均应考虑荷载(hzi)长期作用的影响，其计算值不应超过规范规定的挠度限值。p对有舒适度要求的大跨度混凝土楼盖结构，应进行竖向自振频率验算，其自振频率宜符合下列要求：住宅和公寓不宜低于5Hz；办公楼和旅馆不宜低于4Hz；大跨度公共建筑不宜低于3Hz。大跨度混凝土楼盖结构竖向自振频率的计算方法可参考相关设计手册 。正常(zhngchng)使用极限状态设计表达式第53页/共55页第五十四页，共56页。小结结构可靠度荷载和材料强度取值极限状态设计表达式重要思想(sxing) 为了保证结构安全可靠，荷载取具有一定保证率的偏大值，材料强度取具有一定保证率的偏小值。 没有绝对安全的结构，只有具有一定可靠度的结构。第54页/共55页第五十五页，共56页。感谢您的观看(gunkn)。第55页/共55页第五十六页，共56页。