1、第二章第二章 结构设计方法结构设计方法考核要求考核要求1 了解结构上的了解结构上的作用作用的含义，了解荷载的分的含义，了解荷载的分类，恒载、活载的概念，了解结构效应、类，恒载、活载的概念，了解结构效应、结构抗力的含义及其随机的原因。结构抗力的含义及其随机的原因。2 掌握结构的功能要求，理解两种极限状态掌握结构的功能要求，理解两种极限状态的含义，能判断何种破坏属于超出了何种的含义，能判断何种破坏属于超出了何种极限状态。掌握结构的可靠性包括安全性、极限状态。掌握结构的可靠性包括安全性、适用性和耐久性，可靠的概率称为可靠度。适用性和耐久性，可靠的概率称为可靠度。了解失效概率及可靠指标等基本概念，理了
2、解失效概率及可靠指标等基本概念，理解荷载及材料强度的标准值、设计值及分解荷载及材料强度的标准值、设计值及分项系数的意义，掌握恒载、活载的分项系项系数的意义，掌握恒载、活载的分项系数取值依据，掌握结构重要性系数的取值。数取值依据，掌握结构重要性系数的取值。3 掌握两种极限状态实用表达式的应用。掌握两种极限状态实用表达式的应用。我国设计理论的发展我国设计理论的发展最初：弹性理论（砼不是弹性材料）最初：弹性理论（砼不是弹性材料）20世纪世纪30年代：考虑砼塑性性能的破坏阶段年代：考虑砼塑性性能的破坏阶段计算方法，采用了单一的安全系数计算方法，采用了单一的安全系数50年代：极限状态计算，规定了极限状态
3、，有年代：极限状态计算，规定了极限状态，有三个系数，荷载、材料系数和工作条件系数。三个系数，荷载、材料系数和工作条件系数。（1966年规范）年规范）近来：以概率论为基础的极限状态计算法近来：以概率论为基础的极限状态计算法89年规范及新规范年规范及新规范三个水准三个水准 水准水准1半概率法，如半概率法，如钢筋混凝土结构设钢筋混凝土结构设计规范计规范TJ1074 水准水准2近似概率法，如近似概率法，如混凝土结构设计混凝土结构设计规范规范GBI10-89、GB500102002 水准水准3全概率法（一般不用）全概率法（一般不用）结构的功能要求结构的功能要求结构设计的目的：结构具有一定的可靠性，即结构
4、设计的目的：结构具有一定的可靠性，即安全性，适用性和耐久性的统称安全性，适用性和耐久性的统称。1、正常使用和施工时能承受各种可能出现的作用。、正常使用和施工时能承受各种可能出现的作用。 （安全性）（安全性）2、在正常使用时具有良好的工作性能。（适用性）、在正常使用时具有良好的工作性能。（适用性）3、在正常维护下具有足够的耐久性能。（耐久性）、在正常维护下具有足够的耐久性能。（耐久性）4、在设计规定的偶然时间发生时及发生后，结构仍能、在设计规定的偶然时间发生时及发生后，结构仍能保持必须的整体稳定性。保持必须的整体稳定性。 （安全性）（安全性）结构的可靠度结构的可靠度 结构或构件在规定的时间内，规
5、定的条件结构或构件在规定的时间内，规定的条件下，完成预定功能的可能性，成为结构的下，完成预定功能的可能性，成为结构的可靠性可靠性 结构可靠的概率成为可靠度结构可靠的概率成为可靠度 建筑结构设计的基本目的，就是要采取最建筑结构设计的基本目的，就是要采取最经济的手段，使结构在设计基准期内，具经济的手段，使结构在设计基准期内，具有各种预期的功能有各种预期的功能 设计基准期设计基准期 可靠度和时间有关可靠度和时间有关 结构的使用期设计基准期结构的使用期设计基准期 我国的设计基准期为我国的设计基准期为50年年 超过基准期后，结构的可靠度将逐渐降低超过基准期后，结构的可靠度将逐渐降低设计使用年限（新规范）
6、设计使用年限（新规范）定义：设计规定的一个期限，在这期限内，结定义：设计规定的一个期限，在这期限内，结构或构件只需进行正常的维护即可达到预期构或构件只需进行正常的维护即可达到预期目的的使用。目的的使用。设计使用年限分类：设计使用年限分类：类别类别设计使用年限设计使用年限使用范围使用范围115年年临时性建筑临时性建筑225年年易于替换的结构构件易于替换的结构构件350年年普通房屋和构筑物普通房屋和构筑物4100年及以上年及以上纪念性建筑和特别重要的建筑纪念性建筑和特别重要的建筑结构结构安会等级安会等级破坏后破坏后果果建筑物类型建筑物类型结构重要结构重要性系数性系数 一级一级很严重很严重重要工业与
7、民重要工业与民用建筑物用建筑物1.11.1二级二级严严 重重一般的工业与一般的工业与民用建筑物民用建筑物1.01.0三级三级不严重不严重 次要的建筑物次要的建筑物0.90.9建筑结构的安全等级建筑结构的安全等级结构的极限状态结构的极限状态定义：整个结构或结构的一部分超过某一特定定义：整个结构或结构的一部分超过某一特定状态就不能满足设计规定的某一功能状态就不能满足设计规定的某一功能承载能力极限状态承载能力极限状态：对应与结构或构件达到最：对应与结构或构件达到最大的承载能力或不适于继续承载的变形。大的承载能力或不适于继续承载的变形。正常使用极限状态正常使用极限状态：对应与结构或构件达到正：对应与结
8、构或构件达到正常使用或耐久性能的某项规定的限值。常使用或耐久性能的某项规定的限值。下列破坏分别属于超出了什么极限下列破坏分别属于超出了什么极限状态？状态？A、雨棚出现倾覆、雨棚出现倾覆B、出现了很大的裂缝、出现了很大的裂缝C、结构变成了机动体系、结构变成了机动体系D、发生了失稳破坏、发生了失稳破坏E、出现了很大的振动、出现了很大的振动F、超过了构件强度而破坏、超过了构件强度而破坏直接作用直接作用 间接作用间接作用作用、荷载作用、荷载 使结构产生效应（如结构或构件的内力、使结构产生效应（如结构或构件的内力、应力、位移、应变、裂缝等）的各种原因，应力、位移、应变、裂缝等）的各种原因，统称为统称为作
9、用作用。结构上的作用又分为直接作。结构上的作用又分为直接作用和间接作用。用和间接作用。直接作用直接作用，如结构的自重、，如结构的自重、风的作用等风的作用等称为荷载称为荷载 永久荷载永久荷载可变荷载可变荷载偶然荷载偶然荷载作用效应、结构抗力作用效应、结构抗力 作用效应是指结构上的各种作用在结构内作用效应是指结构上的各种作用在结构内产生的内力（产生的内力（M、N、V）和变形的总称）和变形的总称 是随机变量是随机变量 结构抗力是指结构或结构构件承受内力和结构抗力是指结构或结构构件承受内力和变形的能力变形的能力(如构件的承载能力、刚度等如构件的承载能力、刚度等) 也是随机变量也是随机变量极限状态方程极
10、限状态方程 作用效应作用效应S 结构抗力结构抗力R RS0，可靠，可靠 RS0，失效，失效 RS0，极限状态，极限状态承载能力极限状态实用设计表达式承载能力极限状态实用设计表达式基本变量和相应的分项系数基本变量和相应的分项系数荷载标准值荷载标准值（分恒载和活载），（分恒载和活载），荷载设计值荷载设计值强度标准值强度标准值， 强度设计值强度设计值三个系数：三个系数：1、恒载分项系数、恒载分项系数 活载分项系数活载分项系数 2、强度分项系数、强度分项系数 3、结构重要性系数、结构重要性系数 荷载标准值和强度标准值荷载标准值和强度标准值 荷载标准值荷载标准值-结构使用期间在正常情况下结构使用期间在正
11、常情况下出现的最大荷载值出现的最大荷载值 材料强度标准值材料强度标准值-在符合规定质量的材料在符合规定质量的材料强度实测总体中具有一定保证率的强度强度实测总体中具有一定保证率的强度设计值设计值荷载设计值荷载设计值标准值乘一标准值乘一分项系数分项系数 活载活载-活载分项系数活载分项系数 恒载恒载恒载分项系数恒载分项系数材料强度设计值材料强度设计值-标准值除一分项系数标准值除一分项系数 钢筋：钢筋：1.1 混凝土：混凝土：1.4（材料强度设计值通常直接查表）（材料强度设计值通常直接查表）承载能力极限状态设计表达式承载能力极限状态设计表达式 0SRS承载能力极限状态的荷载效应组合的设承载能力极限状态
12、的荷载效应组合的设计值计值R结构构件的承载力设计值结构构件的承载力设计值0结构的重要性系数（按重要性和使用年结构的重要性系数（按重要性和使用年限分为限分为1.1、1.0、0.9） eg，某钢筋承受轴拉力某钢筋承受轴拉力N50KN，此钢筋，此钢筋为为HRB335钢筋，直径钢筋，直径d=16mm，结构的，结构的重要性系数为重要性系数为1.0，其强度满足要求否？，其强度满足要求否？ 荷载设计值：荷载设计值：S=50KN 承载力：承载力：R=fyAs=300201.1103 60.33KN0S50KNR60.33KN强度满足要求强度满足要求一般表达式一般表达式 由可变荷载效应控制的组合：由可变荷载效应
13、控制的组合： S=GSGK+Q1SQ1K+QiciSQiK 由永久荷载效应控制的组合：由永久荷载效应控制的组合： S=GSGK+QiciSQiK分项系数分项系数永久荷载（恒载）：对结构承载能力不利时，永久荷载（恒载）：对结构承载能力不利时，一般取一般取1.2，以永久荷载为主的，取，以永久荷载为主的，取1.35 对结构承载能力有利时，取对结构承载能力有利时，取1.0 抗倾覆验算时，取抗倾覆验算时，取0.9可变荷载（活载）：一般可变荷载（活载）：一般取取1.4，楼面均布活，楼面均布活载大于载大于4kN/m2取取1.3一般的排架、框架结构一般的排架、框架结构可采用下列简化公式可采用下列简化公式 由可变荷载效应控制的组合：由可变荷载效应控制的组合： S=GSGK+Q1SQ1K S=GSGK+0.9QiSQiK 由永久荷载效应控制的组合：由永久荷载效应控制的组合： S=GSGK+QiciSQiK正常使用极限状态实用设计表达式正常使用极限状态实用设计表达式 SC 荷载的标准组合（老规范的短期效应组合）荷载的标准组合（老规范的短期效应组合） S=SGK+SQ1K+ciSQiK 准永久准永久 组合（老规范的长期效应组合）组合（老规范的长期效应组合） S=SGK+qiSQiKci 标准组合系数标准组合系数qi准永久值系数准永久值系数
