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混 凝 土 结 构 （ 上 册 ） 24 第三章 混凝土结构设计的基本原则 第一节 混凝土结构设计理论发展简史 混凝土结构设计理论对建筑结构物的可靠性与经济性有重要的影响。 自从 19 世纪末混凝 土结构在建筑工程中应用以来，随着生产实践的经验积累和科学研究的不断深入，混凝土结 构的设计理论也在不断地发展。 最早的混凝土结构设计理论是采用以弹性理论为基础的容许应力计算法。这种方法要求 混凝土结构构件在规定的标准荷载作用下，按弹性理论计算的应力不大于规定的容许应力。 容许应力是由材料强度除以安全系数求得的，安全系数则根据经验和主观判断来确定。 由于混凝土结构构件并不是一种弹性体，而是有着明显的塑性性能。因此，这种以弹性 理论为基础的计算方法不能正确地反映混凝土结构构件的实际应力状态，也就不能正确地计 算出混凝土结构构件的承载力。 20 世纪 30 年代，出现了破坏阶段计算方法。这种方法考虑了材料塑性性能对结构构件 承载力的影响，要求按材料平均强度计算的承载力必须大于计算的最大荷载产生的内力。计 算的最大荷载是由规定的标准荷载乘以单一的安全系数得出的。安全系数仍是根据经验和主 观判断来确定的。 20 世纪 50 年代，在对荷载和材料强度的变异性进行研究的基础上，又出现了极限状态 计算法，它规定了结构的极限状态，并将单一安全系数改为三个分项系数（即荷载系数、材 料系数和工作条件系数） ，故又称为“三系数法” 。 “三系数法”将不同的材料和不同的荷载用 不同的系数区别开来，使不同的构件具有比较一致的可靠度，而部分荷载系数和材料系数基 本上是根据统计资料，用概率的方法确定的。我国 1966 年颁布的 bjg 211966钢筋混凝 土结构设计规范即采用这一方法，1974 年颁布的 tj 101974钢筋混凝土结构设计规范 也是采用这种计算法，但在承载力计算中采用了半经验、半统计的单一安全系数。 由上述可见，在容许应力计算法和破坏阶段计算法中，都是采用定值的安全系数来表达 结构的安全度，而这些系数主要是根据经验确定的。极限状态计算法中部分地应用了概率理 论以确定荷载、材料强度的特征值（标准值）和分项系数，这是设计方法上的很大进步。 国际上在应用概率论来研究和解决结构可靠度问题， 并统一各种结构的基本设计原则 方面取得了显著的进展， 使结构可靠度理论进入了一个新的阶段。 国际土木工程协会联络 委员会编制了结构统一标准规范的国际体系 。其中，于 1978 年由欧洲国际混凝土委 员会出版的第一卷各类构件和材料的通用统一规则是该体系的统一指导原则，它既采 用近代建立的概率极限状态计算法， 又采用工程结构设计中惯用的设计表达式，是较为先 进和合理的。 国际土木工程协会联络委员会是由欧洲国际混凝土委员会（ceb） 、国际预应力协会（fip） 、欧洲钢结构协会（cecm） 、国际 建筑研究与文献委员会（cib） 、国际桥梁与结构工程学会（iabse） 、国际壳体与特种结构协会（iass）和国际材料与结构试 验研究所联合会（rilem）等结构工程方面的主要国际组织组成。 第三章 混凝土结构设计的基本原则 25 在学习国外科技成果和总结我国实践经验的基础上，我国已颁布的 gbj 681984 建筑结构设计统一标准 及其修订版 gb 500682001 建筑结构可靠度设计统一标准 （以下简称统一标准 ）也是采用以概率论为基础的极限状态计算法。 统一标准将 概率方法引入到工程设计中来，从而使结构可靠度具有比较明确的物理意义，使我国的 建筑结构设计基本原则更为合理，并开始趋向统一。 统一标准的应用是设计概念上 的重大变革，对提高我国建筑结构设计规范的质量和逐步形成完整的体系起了重大的推 动作用。 目前，国际上将概率方法按精确程度不同分为三个水准：水准半概率法，如 tj 101974钢筋混凝土结构设计规范所采用的方法；水准近似概率法，如混凝土 结构设计规范gbj 101989、gb 500102002 和 gb 500102010 所采用的方法；水准 全概率法。本书主要介绍近似概率法。 第二节 结构的功能要求和极限状态 一、结构的功能要求 结构设计的基本目的是在一定的经济条件下，使结构在预定的使用期限内能满足设计所 预期的各种功能要求。结构的功能要求包括安全性、适用性和耐久性。 统一标准规定，建 筑结构必须满足下列各项功能要求： （1）能承受在正常施工和正常使用时可能出现的各种作用（如荷载、温度和地震等） 。 （2）在正常使用时具有良好的工作性能（例如，不发生影响使用的过大变形或振幅，不 发生过宽的裂缝等） 。 （3）在正常维护下具有足够的耐久性（例如，混凝土不发生严重风化、脱落，钢筋不发 生严重锈蚀等） 。 （4）在偶然事件发生时及发生后，仍能保持必须的整体稳定性。 上述第（1）和（4）两项通常是指结构的承载力和稳定性，即安全性；第（2）和（3） 两项分别指结构的适用性和耐久性。 二、结构的极限状态 极限状态是区分结构工作状态可靠或失效的标志。在使用中若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要求，则此特定状态称为该功能的极限状 态。极限状态可分为承载能力极限状态和正常使用极限状态两类。 （一）承载能力极限状态 承载能力极限状态是指结构或结构构件达到最大的承载力，出现疲劳、倾覆、失稳、漂 浮、连续倒塌等破坏或不适于继续承载的变形。当结构或结构构件出现下列状态之一时，即 认为超过了承载能力极限状态： （1）整个结构或结构的一部分作为刚体失去平衡（如倾覆、漂浮、滑移等） 。 （2）结构构件或连接因达到材料强度而破坏（包括疲劳破坏） ，或因过度的塑性变形而不 适于继续承载。 （3）结构转变为机动体系。 混 凝 土 结 构 （ 上 册 ） 26 （4）结构或结构构件丧失稳定（如压屈等） 。 （二）正常使用极限状态 正常使用极限状态是指对应于结构或结构构件达到正常使用和耐久性能的某项限值。当 结构或结构构件出现下列状态之一时，即认为超过了正常使用极限状态： （1）影响正常使用或外观的变形。 （2）影响正常使用或耐久性的局部损坏（包括裂缝） 。 （3）影响正常使用的振动。 （4）影响正常使用的其他特定状态。 三、结构的设计状况 建筑结构设计时，应根据结构在施工和使用中的环境条件和影响，区分以下三种设计 状况： （1）持久状况：在结构使用过程中一定出现，且持续期很长的状况。持续期一般与设计 使用年限为同一数量级。 （2）短暂状况：在结构施工和使用过程中出现概率较大，而与设计使用年限相比，持续 期很短的状况，如施工和维修等。 （3）偶然状况：在结构使用过程中出现概率很小，且持续期很短的状况，如火灾、爆炸、 撞击等。 对建筑结构的三种设计状况均应进行承载能力极限状态设计；对持久状况，尚应进行正 常使用极限状态设计；对短暂状况，可根据需要进行正常使用极限状态设计。 第三节 结构的可靠度和极限状态方程 一、作用效应和结构抗力 任何结构或结构构件中都存在对立的两个方面：作用效应 s 和结构抗力 r。如何保证结 构抗力 r 大于作用效应 s 是结构设计中必须解决的问题。 （一）作用和作用效应 结构上的作用有直接作用和间接作用两种。直接作用是指施加在结构上的荷载，如恒荷 载、活荷载、风荷载和雪荷载等。间接作用是指引起结构外加变形和约束变形的其他作用， 如地基沉降、混凝土收缩、温度变化和地震等。 作用效应 s 是指作用对结构产生的效应，如内力、变形和裂缝等。 1作用的分类 结构上的作用，可按下列性质分类。 （1）按随时间的变异分类。 1）永久作用在设计基准期内，其值不随时间变化或变化与平均值相比可以忽略不计。例 如，结构自重、土压力、预加应力等。 2） 可变作用在设计基准期内， 其值随时间变化， 且其变化与平均值相比不可忽略。 例如， 第三章 混凝土结构设计的基本原则 27 楼面活荷载、风荷载、雪荷载、吊车荷载或温度变化等。 （3）偶然作用在设计基准期内不一定出现，而一旦出现，其量值很大且持续时间很短。 例如，地震、爆炸、撞击等。 （2）按随空间位置的变异分类。 1）固定作用在结构上，具有固定分布的作用。例如，工业与民用建筑楼面上的固定设备 荷载、结构构件自重等。 2）自由作用在结构上，在一定范围内可以任意分布。例如，工业与民用建筑楼面上的人 员荷载、吊车荷载等。 （3）按结构的反映分类。 1）静态作用，使结构产生的加速度可以忽略不计。例如，民用建筑楼面活荷载等。 2）动态作用，使结构产生的加速度不可忽略不计。例如，地震、吊车荷载、设备振动等。 2荷载代表值 直接作用又称荷载。结构设计时，应根据各种极限状态的要求采用不同的荷载代表值。 荷载代表值主要有标准值、组合值和准永久值等。当设计上有特殊需要时，也可规定其 他代表值，例如，较标准值更常出现的频遇值。 荷载标准值是结构设计时采用的荷载基本代表值。荷载标准值可以统一由设计基准期内 最大荷载概率分布的某一分位数确定。 可变荷载组合值cqk是由结构承受两种或两种以上可变荷载时， 承载能力极限状态按基 本组合设计和正常使用极限状态按标准组合设计时采用的可变荷载代表值。由于施加在结构 上的各可变荷载不可能同时达到各自的最大值，因此，必须考虑荷载组合值。可变荷载组合 值系数c是根据两种或两种以上可变荷载在设计基准期内的相遇情况及其组合的最大荷载 效应的概率分布，并考虑到在不同荷载效应组合下结构构件所具有的可靠指标相一致的原则 确定的。 可变荷载准永久值qqk是正常使用极限状态按长期效应组合设计时采用的可变荷载代 表值。准永久值反映了可变荷载的一种状态，其取值是根据在设计基准期内荷载达到和超过 该值的总持续时间 tq与设计基准期 t 的比值为一给定值（例如 0.5）的原则确定的，即按可 变荷载出现的频繁程度和持续时间长短确定的。 （二）结构抗力 结构抗力 r 是指结构或结构构件承受荷载和变形的能力，如结构构件的承载力、刚度和 抗裂能力等。它主要与结构构件的材料性能和几何参数等因素有关。 1材料性能指标 在混凝土结构中，钢筋和混凝土的性能指标应根据有关的试验方法标准经试验确定。 钢筋和混凝土的性能指标包括强度、弹性模量和粘结力等。其中，最重要的指标是强度。 下面将介绍钢筋和混凝土强度指标的确定方法。 （1）材料强度指标的取值原则。 由上述极限状态设计表达式可知，材料的强度指标有标准值和设计值两种。 混 凝 土 结 构 （ 上 册 ） 28 材料强度标准值是结构设计时所采用的材料强度的基本代表值，也是生产中控制材料性 能质量的主要指标。钢筋和混凝土的强度标准值是按标准试验方法测得的具有不小于 95%保 证率的强度值，即 kmm 1.645(1 1.645 )fff （3-1） 式中 fk、fm分别为材料强度的标准值和平均值； 、分别为材料强度的均方差和变异系数。 钢筋和混凝土的强度设计值是由强度标准值除以相应的材料分项系数确定的，即 dkd /ff （3-2） 式中 fd材料强度设计值； d材料分项系数。 钢筋和混凝土的材料分项系数及其强度设计值主要是通过对可靠指标的分析及工程经验 校准确定的。为了明确起见，式（3-2）可改写为 ssks /ff （3-3） cckc /ff （3-4） 式中 fs、fc分别为钢筋强度设计值和混凝土强度设计值； fsk、fck分别为钢筋强度标准值和混凝土强度标准值； s、c分别为钢筋材料分项系数和混凝土材料分项系数。 （2）钢筋的强度标准值和设计值。 根据上述原则，钢筋强度标准值是按下述方法确定的。对有明显流幅的热轧钢筋，采用 国家标准中规定的屈服强度标准值（废品限值） ；对无明显流幅的钢筋，采用国家标准中规定 的极限抗拉强度。 钢筋材料分项系数s的取值如下： 延性较好的热轧钢筋，s取 1.1； 但对新投产的 500mpa 级钢筋，s取 1.15；延性稍差的预应力钢筋，s取 1.2。 钢筋抗压强度设计值 y f 取与抗拉强度设计值 fy相同。 这是由于构件中混凝土受到箍筋的 约束，实际极限受压应变增大，受压钢筋可达到屈服。 （3）混凝土的强度等级、强度标准值和强度设计值。 1）混凝土的强度等级。混凝土强度等级（fcu,k）是指按照标准方法制作和养护的、边长 为 150mm 的立方体试件，在 28d 龄期或规定龄期，用标准试验方法测得的具有 95%保证率 的抗压强度，即 cu,kcu,mcucu,mcu 1.645(1 1.645)fff （3-5） 式中 fcu,m混凝土立方体强度的平均值； cu混凝土立方体强度的标准差； cu混凝土立方体强度的变异系数。 规范规定的混凝土强度等级有 14 级，分别为 c15、c20、c25、c30、c35、c40、c45、 c50、c55、c60、c65、c70、c75 和 c80。c20 代表 fcu,k为 2 20n/mm的强度等级，c25 代表 fcu,k为 25n/mm2的强度等级，其余依此类推。 2） 混凝土的强度标准值和强度设计值。 假定混凝土轴心抗压强度和抗拉强度的变异系数 与立方体强度的变异系数cu相同，则混凝土轴心抗压强度标准值 fck和混凝土轴心抗拉强度 第三章 混凝土结构设计的基本原则 29 标准值 ftk可按下列公式确定 ckc,mcuc1c2cu,mcu (1 1.645)0.88(1 1.645)fff （3-6） 即 c kc 1c 2c u , k 0 . 8 8ff （3-7） 0.55 tkt,mcuc2cu,mcu (1 1.645)0.88 0.395(1 1.645)fff （3-8） 即 0.550.45 tkc2cu,kcu 0.348(1 1.645)ff （3-9） 上式中 fc,m混凝土轴心抗压强度平均值； c1混凝土轴心抗压强度与立方体强度的比值； c2混凝土脆性折减系数，对c40 取c2=1.0，对c80 取c2=0.87，其间按线性插入； ft,m混凝土轴心抗拉强度平均值。 按照上述方法求得的混凝土轴心抗压强度和轴心抗拉强度的材料分项系数为 1.4。 将混 凝土轴心抗压强度标准值和轴心抗拉强度标准值除以上述材料分项系数，即可得混凝土轴心 抗压强度设计值和轴心抗拉强度设计值。 混凝土强度的标准值和设计值列于附表 1 和附表 2。 2几何参数 结构或构件的几何参数 a 是以正常生产情况下结构或结构构件几何尺寸的测试数据为基 础，用数理统计方法确定的。几何参数标准值 ak可采用设计值。 二、设计基准期和设计使用年限 （一）设计基准期 必须指出， 结构的可靠度与使用期有关。 这是因为设计中所考虑的基本变量， 如荷载 （尤 其是可变荷载）和材料性能等，大多是随时间而变化的。因此，在计算结构可靠度时，必须 确定结构的使用期，即设计基准期。换句话说，设计基准期是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。我国取用的设计基准期为 50 年。还须说明，当结构的 使用年限达到或超过设计基准期后，并不意味着结构立即报废，而只意味着结构的可靠度将 逐渐降低。 （二）设计使用年限 设计使用年限是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的使用的时 间。换句话说，在设计使用年限内，结构和结构构件在正常维护下应能保持其使用功能，而 不需进行大修加固。结构的设计使用年限应按表 3-1 采用（详见统一标准 ） 。若建设单位 提出更高要求，也可按建设单位的要求确定。 表 3-1 设计使用年限分类 类别 设计使用年限（年） 示 例 1 15 临时性建筑 2 25 易于替换的结构构件 3 50 普通房屋和构筑物 混 凝 土 结 构 （ 上 册 ） 30 4 100 及以上 纪念性建筑和特别重要的建筑结构 三、结构的可靠性和可靠度 结构和结构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，称为结构的可 靠性。作用效应小于结构抗力时，结构处于可靠工作状态。反之，结构处于失效状态。 由于作用效应和结构抗力都是随机的，因而结构不满足或满足其功能要求的事件也是随 机的。一般将出现前一事件的概率称为结构的失效概率，记为 pf；将出现后一事件的概率称 为可靠概率，记为 ps。 结构的可靠概率又称结构可靠度。更确切地说，结构在规定的时间内、规定的条件 下，完成预定功能的概率称为结构可靠度。由此可见，结构可靠度是结构可靠性的概率 度量。 由于可靠概率和失效概率是互补的，即 pf+ps=1。因此，结构可靠性也可用结构的失效 概率来度量。 四、结构的极限状态方程 结构的极限状态可用极限状态方程来表示。当只有作用效应s和结构抗力r两个基本变 量时，可令 urs （3-10） 显然，当 u0 时，结构可靠；当 u0 时，结构失效；当 u=0 时，结构处于极限状态。 u 是 s 和 r 的函数，一般记为 u=g（s，r） ，称为极限状态函数。相应地，u=g（s，r）=r s=0，称为极限状态方程。于是结构 的失效概率为 0 f 0( )pp ursf u du = （3-11） 图 3-1 所示为 s 和 r 的概率密度 分布曲线，作用效应分布的上尾部分 和结构抗力分布的下尾部分相重合， 说明在抗力较弱的构件上可能出现大于其结构抗力 r 的作用效应 s，导致结构失效。 第四节 可靠指标和设计可靠指标 一、可靠指标 当已知作用效应 s 和结构抗力 r 的理论分布函数，则可由式（3-11）求得结构失效概 率 pf。由于 pf的计算在数学上比较复杂，目前对于 s 和 r 的统计规律研究深度还不够，要 按上述方法求得失效概率是有困难的。因此， 统一标准采用可靠指标来代替结构失效 概率 pf。 结构的可靠指标是指 u 的平均值u与标准差u的比值，即 u u （3-12） 可靠指标与失效概率pf具有一定的对应关系。表3-2 表示了与pf在数值上的对应关系。 图 3-1 r、s 的概率密度分布曲线 第三章 混凝土结构设计的基本原则 31 表 3-2 可靠指标 与失效概率 pf的对应关系 2.7 3.2 3.7 4.2 pf 3 3.410 4 6.810 4 1.010 5 1.310 可靠指标和失效概率 pf的对应关系也可用图 3-2 表示。 可以证明， 假定 s 和 r 是互相 独立的随机变量，且都服从于正态分布，则极限状态函数 u=rs 也服从正态分布，于是 可得 urs 22 urs 则 22 rsrs ()/ （3-13） 由式（3-13）可看出，可靠指标不仅与 作用效应 s、结构抗力 r 的平均值s和r有 关，而且与两者的标准差s和r有关。s和 r相差越大，也越大，结构越可靠，这与传 统的安全系数概念是一致的；在s和r不变 的情况下，s和r越小，即离散性越小， 就越大，结构越可靠，这与传统的安全系数 有根本的不同。 二、设计可靠指标和安全等级 在解决可靠性的定量尺度（即可靠指标）后，必须解决的另一个重要问题是如何选取结 构的最优失效概率或设计可靠指标，以达到安全与经济上的最佳平衡。 设计可靠指标可根据各种结构的重要性及失效后果以优化方法分析确定，也可采用校准 法或协商给定法确定。 由于目前统计资料尚不完备，并考虑到 规范的继承性， 统一标准 采用了校准法。 校准法的实质就是在总体上接受原有各种设计规范规定的反映我国长期工程经验的可靠 度水准，通过对原有规范的反演计算和综合分析，确定各种结构相应的可靠指标，从而制订 出设计可靠指标。 根据对各种荷载效应组合情况及各种结构构件大量的计算分析后， 统一标准规定，对 于一般工业与民用建筑，当结构构件属延性破坏（延性破坏是指结构构件在破坏前有明显的 变形或其他预兆）时，设计可靠指标 取为 3.2；当结构构件属脆性破坏（脆性破坏是指结构 构件在破坏前无明显变形或其他预兆）时，设计可靠指标 取为 3.7。 此外， 统一标准根据建筑物的重要性，将建筑物划分为三个安全等级，并分别给出相 应的设计可靠指标（表 3-3） 。由表 3-3 可见，不同安全等级之间的 值相差 0.5，这相当于结 构失效概率大约相差一个数量级。 当承受偶然作用时，结构的设计可靠指标应符合专门规范的规定。 表 3-3 建筑结构的安全等级及结构构件承载力极限状态的设计可靠指标 建筑结构的安全等级 破坏后果 建筑物类型 结构构件承载力极限状态的设计可靠指标 图 3-2 与 f p的关系 混 凝 土 结 构 （ 上 册 ） 32 延性破坏类型 脆性破坏类型 一级 很严重 重要的建筑 3.7 4.2 二级 严重 一般的建筑 3.2 3.7 三级 不严重 次要的建筑 2.7 3.2 第五节 极限状态设计表达式 确定了设计可靠指标以后，即可按照结构可靠度的概率分析方法进行结构设计。为了便 于工程技术人员的应用，并使实用设计表达式的计算结果近似地满足设计可靠指标的要求， 统一标准采用了以基本变量（荷载和材料强度）标准值和相应的分项系数来表示的设计表 达式。其中，分项系数是按照设计可靠指标，并考虑工程经验经优选确定的。 一、承载能力极限状态的计算内容和设计表达式 任何结构构件均应进行承载力设计，以确保安全。 （一）计算内容 混凝土结构的承载能力极限状态计算应包括下列内容： （1）结构构件应进行承载能力（包括失稳）计算。 （2）直接承受反复荷载的构件应进行疲劳验算。 （3）有抗震设防要求时，应进行抗震承载力计算。 （4）必要时尚应进行结构的倾覆、滑移、漂浮验算。 （5）对于可能遭受偶然作用且倒塌可引起严重后果的重要结构，宜进行防连续倒塌设计。 （二）极限状态设计表达式 对持久设计状况、短暂设计状况和地震设计状况，当用内力的形式表达时，结构构件应 采用下列承载能力极限状态设计表达式 0s r （3-14） cskrd (,)/rr ff al （3-15） 式中 0 结构重要性系数。在持久设计状况和短暂设计状况下，对安全等级为一级的结 构构件不应小于 1.1，对安全等级为二级的结构构件不应小于 1.0，对安全等级 为三级的结构构件不应小于 0.9；对地震设计状况下不应小于 1.0。 s 承载能力极限状态下作用组合的效应设计值。对持久设计状况和暂短设计状况 按作用的基本组合计算；对地震设计状况按作用的地震组合计算。 r 结构构件的抗力设计值。 r（ ） 结构构件的抗力函数。 rd 结构构件的抗力模型不定性系数。对静力设计，一般结构构件取 1.0，重要结 构构件或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；对抗震设 计，采用承载力抗震调整系数re代替rd的表达形式。 fc、fs 混凝土、钢筋的强度设计值，应分别按附表 2、附表 9 和附表 10 取值。 第三章 混凝土结构设计的基本原则 33 ak 几何参数的标准值，当几何参数的变异性对结构性能有明显的不利影响时，可 另增减一个附加值。 式（3-14）中的0s，用内力值（n、m、v、t 等）表达；对预应力混凝土结构，尚应计 入预应力作用效应（参阅规范第 10.1.2 条的规定） 。 对持久或短暂设计状况下的二维、三维混凝土结构及其他情况下的承载能力极限状态设 计，可参阅规范第 3.3.33.3.5 条。此处从略。 二、正常使用极限状态设计表达式 （一）验算内容 混凝土结构构件应根据其使用功能及外观要求，进行正常使用极限状态的验算。 混凝土结构构件正常使用极限状态的验算应包括下列内容： （1）对需要控制变形的构件，应进行变形验算； （2）对使用上限制出现裂缝的构件，应进行混凝土拉应力验算； （3）对允许出现裂缝的构件，应进行受力裂缝宽度验算； （4）对有舒适度要求的楼盖结构，应进行竖向自振频率验算。 （二）极限状态设计表达式 对于正常使用极限状态，结构构件应分别按荷载的准永久组合、标准组合、准永久组合 并考虑长期作用的影响或标准组合并考虑长期作用的影响，采用下列极限状态设计表达式进 行验算 sc （3-16） 式中 s 正常使用极限状态的荷载组合效应值； c 结构构件达到正常使用要求所规定的变形、应力、裂缝宽度和自振频率等 的限值。 （三）验算要求 1变形验算 混凝土受弯构件的挠度不应影响其使用功能和外观要求。 钢筋混凝土受弯构件的最大挠度应按荷载的准永久组合，预应力混凝土受弯构件的最大 挠度应按荷载的标准组合，均应考虑荷载的长期作用的影响进行计算，其计算值不应超过附 表 14 规定的挠度限值。 2裂缝控制验算 结构构件正截面的受力裂缝控制等级分为三级。在直接作用下，结构构件的裂缝控制等 级划分及要求应符合下列规定： 一级严格要求不出现裂缝的构件，按荷载标准组合计算时，构件受拉边缘混凝土不 应产生拉应力。 二级一般要求不出现裂缝的构件，按荷载标准组合计算时，构件受拉边缘混凝土不 混 凝 土 结 构 （ 上 册 ） 34 应大于混凝土抗拉强度的标准值。 三级允许出现裂缝的构件，对钢筋混凝土构件，按荷载准永久组合并考虑长期作用 影响计算时， 构件的最大裂缝宽度不应超过附表 15 规定的最大裂缝宽度限值。 对预应力混凝 土构件，按荷载标准组合并考虑长期作用的影响计算时，构件的最大裂缝宽度不应超过附表 15 规定的最大裂缝宽度限值。对二 a 类环境的预应力混凝土构件，尚应按荷载准永久组合计 算，构件受拉边缘混凝土的拉应力不应大于混凝土的抗拉强度标准值。 预应力混凝土结构构件的荷载组合应包括预应力作用。 结构构件应根据结构类型和附表 16 规定的环境类别，按附表 16 的规定选用不同的裂缝 控制等级及最大裂缝宽度限值 lim w。 3自振频率验算 对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： （1）住宅和公寓不宜低于 5hz； （2）办公楼和旅馆不宜低于 4hz； （3）大跨度公共建筑不宜低于 3hz； （4）工业建筑及有特殊要求的建筑应根据使用功能提出要求。 第六节 混凝土结构耐久性设计 混凝土结构在预期的自然环境的化学和物理作用下，应能满足设计工作寿命要求，即混 凝土结构在正常维护下应具有足够的耐久性。因此，对混凝土结构，除进行承载能力极限状 态计算和正常使用极限状态验算外，尚应进行耐久性设计。 一、设计内容 混凝土结构应根据设计使用年限和环境类别进行耐久性设计， 耐久性设计包括下列内容： （1）确定结构所处的环境类别； （2）提出材料的耐久性质量要求； （3）确定构件中钢筋的混凝土保护层厚度； （4）满足耐久性要求响应的技术措施； （5）在不利的环境条件下应采取的防护措施； （6）提出结构使用阶段检测与维护的要求。 对临时性的混凝土结构，可不考虑混凝土的耐久性要求。 二、环境类别 根据工程经验，并参考国内外相关规范， 规范规定，混凝土结构的环境类别划分应符 合附表 16 的要求。 三、设计规定 影响混凝土结构耐久性的主要内因是混凝土材料抵抗性能退化的能力。因此，从建筑材 料的角度控制混凝土的质量是保证结构耐久性的根本措施。 根据耐久性状态的调查结果， 规 范作出了如下规定： （1）设计使用年限为 50 年的混凝土结构，其混凝土材料宜符合附表 17 的规定。 第三章 混凝土结构设计的基本原则 35 （2）一类环境中，设计使用年限为 100 年的混凝土结构应符合下列规定： 1）钢筋混凝土结构的最低强度等级为 c30；预应力混凝土结构的最低强度等级为 c40。 2）混凝土中的最大氯离子含量为 0.05%。 3）宜使用非碱活性骨料，当使用碱活性骨料时，混凝土中的最大碱含量为 3 3.0kg/m。 4）混凝土保护层厚度应按附表 18 的规定增加 40%；当采取有效的表面防护措施时，混 凝土保护层厚度可适当减小。 5）在设计使用年限内，应建立定期检测、维修的制度。 此外， 规范还对其他情况做出了相应的规定，详可参阅规范第 3.3.53.3.8 条， 此处从略。 思 考 题 3-1 结构设计时，必须使结构满足哪些功能要求？ 3-2 按统一标准规定，建筑物分为几个安全等级？ 3-3 什么是结构的极限状态？按我国规范规定，有哪几种极限状态？ 3-4 什么是作用效应？什么是结构抗力？ 3-5 什么是承载能力极限状态？什么是正常使用极限状态？ 3-6 什么是设计基准期？什么是设计使用年限？ 3-7 什么是可靠概率？什么是失效概率？什么是可靠指标？简述可靠指标与失效概率 的关系。 3-8 什么是延性破坏？什么是脆性破坏？为什么脆性破坏时的可靠指标比延性破坏时 设计可靠指标要增大些？ 3-9 荷载代表值有哪几种？ 3-10 承载能力极限状态的实用设计表达式是什么？正常适用极限状态的实用设计表达 式是什么？ 3-11 什么是荷载的基本组合、标准组合和准永久组合？ 3-12 什么是钢筋强度的标准值和设计值？什么是混凝土强度的标准值和设计值？ 习 题 3-1 两端简支的预制钢筋混凝土走道板的宽度为 0.9m，计算跨度 l0=3.6m。采用 25mm 厚水泥砂浆抹面，板底采用 15mm 厚纸筋石灰浆粉刷。楼面活荷载标准值为 2.5kn/m2，结构 重要性系数0=1.0。试计算沿板长的均布线荷载标准值和按基本组合计算楼板跨度重点截面 的弯矩设计值。 注：纸筋石灰自重为 16kn/m2，水泥砂浆自重为 20kn/m2，钢筋混凝土自重为 25kn/m2。 3-2 简支钢筋混凝土梁如图 3-3 所示,计算跨度 l0=6.0m。承受均布线恒荷载标准值 gk=9kn/m，均布线活荷载标准值 qk=6kn/m。结构安全等级为二级。试按基本组合计算该梁 跨中截面弯矩设计值和支座 a、b 的剪力设计值。 混 凝 土 结 构 （ 上 册 ） 36 图 3-3 习题 3-2 图 摘 要 随着社会经济的发展， 建筑施工企业面临着激烈的市场竞争，而作为 自由微利行业的建筑施工企业更是如此。 近几年， 建筑企业发展迅速。 随即今年金融风暴的影响，建筑行业受到影响更加大，企业能否在市 场竞争中立于不败之地，因此，建筑市场的竞争在一定程度上就是成 本竞争。 施工企业想在建筑行业上生存。关键在于企业能否为社会提 供质量高、工期短、造价低的建筑产品，创造出满意的经济效益，并 使其最大化，同时也为赢得更广阔的市场提供有利的条件和前提，为 此在建筑工程施工项目的成本控制成为施工项目成本控制的方法研 究。因此，施工项目的成本控制的方法在施工企业中显示尤为重要， 对施工项目成本控制的方法进行研究具有重要意义。 本文以建筑工程施工项目成本控制方法为研究对象,以有效实施施工 企业成本控制为目标， 通过对先进项目成本控制理论的介绍，讨论和 研究了项目成本控制的分析方法、 以计划成本为中心的集成wbs、 obs、 cbs的成本控制方法。 并且对建筑工程项目的组织架构进行了再设计， 根据施工项目的特点设计了各岗位的责任，以增强企业的经济效益。 关键词：施工项目；成本控制；wbs、obs、cbs 集成；施工定额 目录 前前 言言. i. i 第第 1 1 章章 绪论绪论. 1. 1 1.1 选题背景. 1 1.2 研究目的. 1 1.3 建筑工程施工项目成本管理现状. 2 第第 2 2 章章 项目成本控制理论项目成本控制理论. 5. 5 2.1 项目管理. 5 2.2 成本控制的概念. 6 2.3 成本控制理论的发展. 8 2.4 成本控制的体系. 10 2.5 成本控制的相对性. 11 第第 3 3 章章 施工项目成本控制方法施工项目成本控制方法. 13. 13 3.1 施工项目成本的控制分析方法. 13 3.2 围绕计划成本的成本控制. 18 第第 4 4 章章 施工项目成本控制组织措施施工项目成本控制组织措施. 26. 26 4.1 项目成本管理的层次和职责划分. 26 4.2 项目经理部组织的再设计. 27 4.3 项目管理人员的成本责任分析. 29 4.4 确保项目管理人员的稳定. 30 4.5 运用成本控制的组织措施解决的问题. 31 第第 5 5 章章 结论结论. 32. 32 致致 谢谢. 33. 33 参考文献参考文献. 34. 34 前 言随着市场经济向纵深发展和加入世界贸易组织，外国建筑施工企业也将进入 我国，加之今年金融风暴的影响，我国建筑市场的竞争更加是日趋激烈，施工企 业要想在激烈的竞争中生存和发展，关键在于企业能否为社会提供质量好，工期 短，造价低的建筑产品。按照这一要求施工企业不仅要在规定的时间内以合格质 量完成施工项目，而且要求施工企业通过运用管理方法和手段加强成本控制，努 力降低成本，提高管理水平。 目前，由于许多施工企业在多年的工程管理中，一向重视进度和质量管理，轻视 成本管理和控制方法的过程，使成本控制方法的运用未能起到应有的作用。成本 是衡量企业管理水平的一个综合指标。一般来说，施工企业的成本由直接成本和 间接成本构成。直接成本包括企业管理人员的工资、固定资产使用费、物资消耗 费、保险费、检验试验费、工程保修费、工程排污费以及其它费用等。施工项目 的成本控制， 通常是指在项目成本的形成过程中， 对生产经营所消耗的人力资源、 物资资源和费用开支，进行指导、监督、调节和限制，及时纠正将要发生和已经 发生的偏差，把各项生产费用，控制在计划成本的范围之内，以保证成本目标的 实现。施工项目的成本控制，伴随着项目建设的进程渐次、全方位地展开。 第 1 章 绪论 1.1选题背景 随着我国经济体制改革进一步深化，建筑施工企业已全面实行改制，企业将全面 走向市场，并同外国建筑施工企业一起在市场中竞争，这使企业需要承担更大的 风险。建筑施工企业的生存和发展，靠的是在竞争中获取更多的工程施工任务， 并通过对项目组织的实施，由此带来的可观经济效益和社会效益。那么实施建设 好每一个建设项目，在保证质量、安全的前提下，节约成本投入，创造出满意的 经济利润，并使其最大化，将是建设完成好每个施工项目的关键，也是施工企业 生存的根本， 同时也是为赢得更广阔的市场提供有利的条件和前提。 换个角度看， 就是说，施工项目成本控制管理就越显得重要，成本管理成为施工项目管理的核 心内容。实际上，质量管理、进度管理、资源管理、安全管理等，无不与其息息 相关，在每一项管理内容的每一个过程中，成本都无不伸出无形的手，在制约、 影响、推动或阻滞着各项专业管理活动，并且与管理的结果产生直接的关系。 1.2研究目的 当前在施工企业成本管理中，存在着许多问题。首先是对施工项目成本管理认识 上有误区。长期以来，施工项目成本管理方面存在重实际成本的计算和分析，轻 全过程的成本管理；重制造成成本的核算，轻采购成本、工艺成本和质量成本； 重财会人员的管理， 轻群众性的日常管理的现象。 其次， 施工项目成本管理粗放。 很多施工企业管理水平总体不高，尤其在基础管理方面，长期停滞在“领导一人 说了算”的水平上，管理粗放，不注重成本管理。另外，成本管理中缺乏可操作 的工程成本控制依据。目前的一些工程项目的成本管理措施，只有简单的规章制 度，具体由谁去做、怎样做、做到什么程度都没有涉及，都是一些空洞的理论性 规定，根本无法执行。最后，管理中缺乏完善的责权利相结合的激励机制。 因此，本文选择建筑工程施工项目成本控制方法为主题进行研究，以期丰富建筑 工程施工企业成本控制理论以及对我国建筑工程施工企业成本管理工作有所参 考。 1.3建筑工程施工项目成本管理现状 目前，我国施工企业施工项目成本管理走的是一条粗矿的路子，即使有一些较为 “先进”的建筑施工企业结合自身的施工项目成本管理方面的经验和方法， 提出 了一些进行项目成本控制的措施和手段， 但在施工项目成本管理方面还仍然不够 完善。 目前建筑工程施工项目成本控制存在的问题主要表现为： （一）成本管理和成本控制的基础工作差 许多施工企业没有建立健全成本控制制度，也没有实施有效的成本控制，具体表 现在： 1企业没有原始记录制度或制度不健全，固定资产报废没有报废清单，材料出 入库没有附相关的原始单据或随有原始单据但签字不全等； 2在定额管理制度方面，由于企业没有制定先进而又可行的材料、燃料、动力 等消耗定额，不能据以评价耗费是否合理、节约，不能据以控制耗费、降低施工 成本。 3在计量验收制度方面，没有适当的计量手段和计量设施，难以保证各项物资 计量的准确性。 4存货的清查盘点制度方面，不能准确反映施工过程中的各项消耗和支出，不 能形成完整的存货盘点原始记录等。 5管理费用等期间费用没有预算和控制指标，没有部门、个人控制指标和限额， 也没有超额和节约的奖罚，造成管理费用严重超支和失控。 （二）施工人员成本控制意识薄弱，重生产、轻效益 经过多年的市场竞争，施工企业也在进行经营体制的改革，这在一定程度上促进 了施工企业成本控制，但并未根本改变成本管理的观念。各施工企业仍普遍存在 这样一些问题： 1施工组织设计阶段忽视施工准备，人员、机器设备的安排、调度和衔接对成 本的影响。由于缺乏科学的计划组织，施工阶段普遍出现人员窝工、材料浪费、 设备闲置现象，加大了工程项目的成本支出。一些项目前期准备不足，一有条件 便匆匆备料，材料进场后不能合理堆放，验收、领用制度不健全，节约、奖惩措 施不力，导致材料大量浪费。一些项目经理部对设备配置不作合理分析，希望设 备越多越好、越先进越好，造成了设备资源的浪费。设备使用当中，一些单位缺 乏维修保养，导致设备完好率、使用率低。这些因素均增加了费用支出。 2施工阶段忽视成本的中间控制，尤其不太重视质量成本和“工期成本”。工 期成本是指为实现工程目标或合同工期而采取相应措施所发生的一切费用。 由于 施工企业推行项目法管理，各工程项目分散于不同的施工区域，企业管理层属于 利润中心而不是成本中心，无法真正的对工程成本产生影响。作为成本控制中心 的项目而言，由于深受工期和超期罚款等合同条款的约束，为了保证工期目标取 得信誉， 在保证工程生产方面易于达成共识， 对工期成本及项目盈亏却顾及不周， 盲目地赶工期要进度， 造成工程成本的额外增加， 是效益向生产低头的典型表现。 3施工后期忽视成本分析、评价与考核。目前各企业的财务主管严格来说仅仅 是会计主管， 而诸多会计人员工作也仅局限于成本核算， 而对成本的超支 （结余） 的项目、原因不作分析或分析不祥，没有意识到自己应该为决策人员提供有针对 性的成本管理依据或意见。 （三）缺乏责权利相结合的控制机制 施工企业工程成本控制普遍缺乏统一领导。 项目经理往往认为自己的主要任务是 保质、保量、按期完成施工任务，最关心的问题是工程资金能否到位；技术人员 认为自己的主要任务是解决施工难题，搞好工程质量，确保顺利移交；工人最为 关心的问题是工资能否保证，资金能发多少。提起成本控制，一些人会自然而然 的认为这是一个会计方面的概念，是财务部门的事情，与自己所从事的工作风马 牛不相及。财务部门虽然对成本控制理解较深，但其责任似乎也只停留在日常的 成本核算上，况且自己也仅仅是一个项目部的职能部门，没有权利指挥管理其他 各部门。财务主管（项目总会计师）在多年的市场经济中接受了货币资金的资金 时间价值理论，忙于预付款的索取、工程款的结算以及对财务人员的传道、授业 解惑，对成本控制一时不知如何下手。 事实上，每一个人都涉及到了成本控制活动，但并不是每个人都能明白自己在成 本控制中的作用，并不是每个人都能明白如何去对成本施加影响。于是，成本控 制缺乏制度约束，缺乏具体责任，成本目标无从落实。 经常性的低价中标和长时期的艰苦创业，使得项目部员工对资金少有幻想。资金 发放往往表现为对工程某一形象进度的庆贺行为，如主体工程竣工奖等，此类资 金的发放范围仅限于从事某工程项目超过一定期限的人员， 且根据实际工作日人 人均等有份。另外，由于没有很好地将责权利三者结合起来。有些项目经理部简 单地将项目成本控制的责任归于成本管理主管，没有形成完善的成本控制体系， 赏罚不明。成本控制缺乏激励机制，职工从事成本控制的积极性就无法调动。对 成本的超支、结余情况或不作分析，或分析不祥。这便使得施工企业管理层无法 真正了解成本运行状况，难以进行成本控制和成本决策工作。 （四）成本管理计算手段落后，预测、分析缺乏科学依据 从成本管理的方法看，我国经过几十年的成本管理与实践的探索，从理论上形成 了一套关于成本预测、决策、核算、控制、监督、分析、考核的管理体系。但是， 企业在运用这些方法进行管理的时候， 还存在诸如事前成本管理与事中管理的严 重脱节等问题，企业缺乏适应社会主义市场经济需要的成本管理方法。从成本管 理手段来看，成本管理仍处于工操作阶段，离电子化、现代化要求相距甚远。随 着影响施工项目成本升降因素的不断增加， 迫切需要通过电算化手段进行成本管 理。实施施工项目成本控制，必须对大量的数据进行计算、分析，但是，由于我 国起重机起步较晚，在施工项目成本管理方面的应用尚不普及，这便使得成本计 算与分析仍然停留在手工阶段。 成本控制实际上就是通过信息流来控制物流的过程，没有信息流，物流就会无法 控制，信息流的任何堵塞，都会造成物流的混乱，成本控制就会无能为力。从控 制的角度看，要求信息流和物流是同步的，但实际上，信息流往往有滞后性，特 别是人工处理信息，跟不上物流，比物流迟缓很多，这就是影响到成本控制的效 果。缺乏灵敏的成本资料系统，不能为成本控制经济地提供及时、准确、适用的 信息，是目前施工企业共同的问题。 （五）管理人员素质不高，管理组织薄弱 要搞好成本管理，关键是提高成本管理者的素质。目前，企业成本管理人员综合 素质不高，缺乏先进的成本管理理论知识。完善的成本管理组织是现代企业进行 现代化成本管理的必要条件，是企业生产经营活动顺利进行的重要特征。当前， 企业各级成本组织的目标和责任不明确，成本管理混乱，上下级成本管理组织联 系不紧密，下级成本管理组织不能很好的完成上级成本管理组织下达的任务，企 业各部门之间的相互协调与配合不默契。 第 2 章 项目成本控制理论 2.1项目管理 2.1.1 项目管理概念 项目:是指在一定的资源约束下，为创造独特的产品或服务而进行的一次努力。 施工项目其有如下特征: (1)整体性；(2)一次性；(3)独特性；(4)生命周期属性；(5)约束性；（6）渐进 明细性。 项目管理:就是把知识、技能、工具和技术应用于项目各项工作之中，实或超过 项目厉害关系者对项目的要求和期望，其特点: (1)复杂性； (2)创造性；(3)需要集权领导和建立专门的项目组织；(4)目经理 起着重要的作用。