《钢筋混凝土结构设计原理》混凝土结构设计的基本原则

1、混凝土结构根本原理混凝土结构根本原理主主 页页目目 录录上一章上一章帮帮 助助下一章下一章 混凝土结构设计的根本原那么混凝土结构设计的根本原那么混凝土结构根本原理混凝土结构根本原理主主 页页目目 录录上一章上一章帮帮 助助下一章下一章本章重点本章重点 结构上的作用、作用效应和结构抗力的概结构上的作用、作用效应和结构抗力的概念及其随机特性；念及其随机特性； 混凝土结构设计方法的理论根底混凝土结构设计方法的理论根底可靠可靠 度理论；度理论； 我国标准的设计方法我国标准的设计方法概率极限状态设概率极限状态设 计法。计法。混凝土结构根本原理混凝土结构根本原理主主 页页目目 录录上一章上一章帮帮 助助下

2、一章下一章3.1.1 结构上的作用结构上的作用定义：定义：凡能使结构产生内力、应力、位移、应变、凡能使结构产生内力、应力、位移、应变、裂缝的因素，都称之为结构上的作用。裂缝的因素，都称之为结构上的作用。 直接作用：直接作用：荷载荷载； 间接作用：温度、收缩、徐变、地基不均匀沉降、间接作用：温度、收缩、徐变、地基不均匀沉降、地震等。地震等。3.1结构上的作用、作用效应与结构抗力结构上的作用、作用效应与结构抗力 1按随时间的变异可分为三类：按随时间的变异可分为三类：永久作用永久作用可变作用可变作用偶然作用偶然作用在设计基准期内其量值不随时在设计基准期内其量值不随时间变化，或其变化与平均值相间变化，

3、或其变化与平均值相比可以忽略不计的作用。比可以忽略不计的作用。在设计基准期内其量值随时间在设计基准期内其量值随时间变化，且其变化与平均值相比变化，且其变化与平均值相比不可忽略的作用。不可忽略的作用。在设计基准期内不一定出现，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而一旦出现其量值很大且持续时间很短的作用。时间很短的作用。如楼面活荷载、吊车如楼面活荷载、吊车荷载、风荷载、雪荷荷载、风荷载、雪荷载、温度变化等。载、温度变化等。如爆炸力、撞击力、如爆炸力、撞击力、罕遇的地震等。罕遇的地震等。如结构自重、土压力、如结构自重、土压力、预应力、地基沉降、预应力、地基沉降、焊接等。焊接等。2.

4、2. 作用的分类作用的分类混凝土结构根本原理混凝土结构根本原理2 2按随空间位置的变异可分为二类：按随空间位置的变异可分为二类：固定作用固定作用自由作用自由作用在结构上具有固定分布在结构上具有固定分布的作用。其特点是在结的作用。其特点是在结构上出现的空间位置固构上出现的空间位置固定不变，但其量值可能定不变，但其量值可能具有随机性。具有随机性。在结构上一定范围内可以在结构上一定范围内可以任意分布的作用。任意分布的作用。如房屋建筑楼面上位如房屋建筑楼面上位置固定的设备荷载、置固定的设备荷载、屋盖上的水箱等屋盖上的水箱等。如楼面的人员荷载、如楼面的人员荷载、吊车荷载等吊车荷载等。混凝土结构根本原理混

5、凝土结构根本原理混凝土结构根本原理混凝土结构根本原理主主 页页目目 录录上一章上一章帮帮 助助下一章下一章3.1.2 作用效应作用效应 定义：定义：凡能使结构产生内力、应力、位移、应变、裂凡能使结构产生内力、应力、位移、应变、裂 缝的，都称之为结构上的作用。缝的，都称之为结构上的作用。3.1.3 结构抗力结构抗力 定义：定义：结构抵抗作用效应的能力结构抵抗作用效应的能力。混凝土结构根本原理混凝土结构根本原理结构抗力结构抗力(resistance) 结构抗力是指整个结构或结构构件承受作用效应即内力结构抗力是指整个结构或结构构件承受作用效应即内力和变形的能力。和变形的能力。 影响抗力的主要因素影响

6、抗力的主要因素有哪些？有哪些？材料性能的不确定性材料性能的不确定性几何参数的不确定性几何参数的不确定性计算模式的不确定性计算模式的不确定性强度、变形模量等强度、变形模量等构件尺寸等构件尺寸等抗力计算所采用的根本假设抗力计算所采用的根本假设和计算公式不够精确等和计算公式不够精确等 地震作用：地震作用：地震引起的地面运动会使房屋在竖向或水平方向产生加地震引起的地面运动会使房屋在竖向或水平方向产生加速度反响，其加速度反响值与房屋本身质量的乘积，就速度反响，其加速度反响值与房屋本身质量的乘积，就形成地震对房屋的作用。形成地震对房屋的作用。混凝土结构根本原理混凝土结构根本原理什么是震级什么是地震烈度？什

7、么是震级什么是地震烈度？混凝土结构根本原理混凝土结构根本原理1. 地震震级是表征地震强弱的指标，是地震释放能量多少的尺度，一次地震仅一个震级。2. 震级定义有三种：近震震级ML、面波震级MS和体波震级MB。3.是地震对地面影响的强烈程度，主要依据宏观的地震影响和破坏现象来判断。 地震烈度把地震的强烈程度，从无感到建筑物消灭及山河改观等划分为假设干等级，列成表格，以统一的尺度衡量地震的强烈程度。混凝土结构根本原理混凝土结构根本原理静态作用静态作用动态作用动态作用 3按结构的反响特点可分为二类：按结构的反响特点可分为二类：使结构产生的加速度可以忽略不使结构产生的加速度可以忽略不计的作用。计的作用。

8、使结构产生的加速度不可忽略不使结构产生的加速度不可忽略不计的作用。在结构分析时一般均计的作用。在结构分析时一般均应考虑其动力效应。应考虑其动力效应。如结构自重、住宅或如结构自重、住宅或办公楼的楼面活荷载办公楼的楼面活荷载如吊车荷载、地震作如吊车荷载、地震作用、大型动力设备的用、大型动力设备的作用、高耸结构上的作用、高耸结构上的风荷载等。风荷载等。2.震级与震中烈度的关系震级与震中烈度的关系对于中浅源地震，震中烈度与震级的大致对照关对于中浅源地震，震中烈度与震级的大致对照关系如表系如表地震震级地震震级(M)23456788以上以上震中烈度震中烈度(I0)123456778910111213烈烈度

9、度在地面上在地面上人的感觉人的感觉房屋震害程度房屋震害程度其他震害现象其他震害现象水平向地面运动水平向地面运动震害现象震害现象平均平均震害震害指数指数峰值加峰值加速度速度(cm/s2)峰值速峰值速度度(cm/s)无感无感 室内个别静止中室内个别静止中的人感觉的人感觉 室内少数静止中室内少数静止中的人感觉的人感觉 门、窗轻微作门、窗轻微作响响 悬挂物微动悬挂物微动 室内多数人、室室内多数人、室外少数人感觉，外少数人感觉，少数人梦中惊醒少数人梦中惊醒门、窗作响门、窗作响 悬挂物微动明显摆动，悬挂物微动明显摆动，器皿作响器皿作响 室内普遍、室内普遍、室外多数人感觉室外多数人感觉，多数人梦中惊，多数人

10、梦中惊醒醒 门窗、屋顶、门窗、屋顶、屋架颤动作响，屋架颤动作响，灰土掉落，抹灰土掉落，抹灰出，现微细灰出，现微细裂缝，有檐瓦裂缝，有檐瓦掉落，个别屋掉落，个别屋顶烟囱掉砖顶烟囱掉砖 不稳定器物摇动或翻不稳定器物摇动或翻倒倒31(22-44)3(2-4)中国地震烈度表中国地震烈度表GB/T17742-199914多数人站立不稳，多数人站立不稳，少数人惊逃屋外少数人惊逃屋外损坏损坏墙体墙体出现裂缝，檐出现裂缝，檐瓦掉落，个别瓦掉落，个别屋顶烟囱裂缝、屋顶烟囱裂缝、掉落，掉落， 0-0.10-0.1河岸和松软土上出现河岸和松软土上出现裂缝；饱和砂层出现裂缝；饱和砂层出现喷砂冒水；有的独立喷砂冒水；有

11、的独立砖烟囱轻度裂缝、掉砖烟囱轻度裂缝、掉头头6363(45-89)(45-89)6 6(5-9)(5-9)大多数人惊逃户大多数人惊逃户外，骑自行车的外，骑自行车的人有感觉，行驶人有感觉，行驶中的汽车驾乘人中的汽车驾乘人员有感觉员有感觉轻度破坏轻度破坏局部破坏、开局部破坏、开裂、小修和不裂、小修和不需要修理可继需要修理可继续使用续使用0.11-0.11-0.300.30河岸出现坍方，饱和河岸出现坍方，饱和砂层常见喷砂冒水；砂层常见喷砂冒水；松软土上地裂缝较多；松软土上地裂缝较多；大多数独立砖烟囱中大多数独立砖烟囱中等破坏等破坏125125(90-(90-177)177)1313(10-18)(

12、10-18)多数人摇晃颠簸，多数人摇晃颠簸，行走困难行走困难中等破坏中等破坏结构受损，需结构受损，需要修复才能使要修复才能使用用0.31-0.31-0.500.50干硬土上亦出现裂缝；干硬土上亦出现裂缝；大多数独立砖烟囱严大多数独立砖烟囱严重破坏。树梢折断，重破坏。树梢折断，房屋破坏，人畜伤亡房屋破坏，人畜伤亡250250(178-(178-353)353)2525(19-35)(19-35) 行动的人摔倒行动的人摔倒严重破坏严重破坏结构严重破坏结构严重破坏，局部倒塌，局部倒塌，修复困难修复困难0.51-0.51-0.700.70干硬土上出现许多地干硬土上出现许多地方出现裂缝；基岩可方出现裂缝

13、；基岩可能出现裂缝、滑坡坍能出现裂缝、滑坡坍方常见；独立砖烟囱方常见；独立砖烟囱许多倒塌许多倒塌500500(354-(354-707)707)5050(36-71)(36-71)15骑自行车的人会骑自行车的人会摔倒，处不稳状摔倒，处不稳状态的人会摔离原态的人会摔离原地，有抛起感地，有抛起感大多数部倒塌大多数部倒塌0.71-0.71-0.900.90山崩和地震断裂出现；山崩和地震断裂出现；基岩上拱桥破坏；大基岩上拱桥破坏；大多数独立砖烟囱从根多数独立砖烟囱从根部破坏或倒毁部破坏或倒毁10001000(708-(708-1414)1414)100100(72-(72-141)141) 普遍倒塌普

14、遍倒塌0.91-0.91-1.001.00地震断裂延续很长；地震断裂延续很长；大量山崩滑坡大量山崩滑坡 地面剧烈变化，山河地面剧烈变化，山河改观改观 注：数量词的含义为：个别指注：数量词的含义为：个别指10%10%以下；少数指以下；少数指10%-15%10%-15%；多数指；多数指50%-70%50%-70%；大多数指；大多数指70%-90%70%-90%；普；普遍指遍指90%90%以上。以上。使用说明：使用说明：1 1-度以地面上人的感觉及其他震害为主；度以地面上人的感觉及其他震害为主；-度以房屋震害和其他其他震害现象综合度以房屋震害和其他其他震害现象综合考虑，人的感觉仅供参考；考虑，人的感

15、觉仅供参考；-度以地表震害现象为主。度以地表震害现象为主。2 2在高楼上的人感觉要比地面上室内人的感觉明显，应适当降低评定值。在高楼上的人感觉要比地面上室内人的感觉明显，应适当降低评定值。3 3表中房屋为未经抗震设计和加固的单层和数层砖混和砖木房屋。相对建筑质量特别差或特表中房屋为未经抗震设计和加固的单层和数层砖混和砖木房屋。相对建筑质量特别差或特别好以及地基特别差或特别好的房屋，可根据具体情况，对表中个烈度相应的震害程度和平均震别好以及地基特别差或特别好的房屋，可根据具体情况，对表中个烈度相应的震害程度和平均震害指数予以提高和降低。害指数予以提高和降低。4 4平均震害指数可以在调查区域内用普

16、查或随机抽样的方法确定。平均震害指数可以在调查区域内用普查或随机抽样的方法确定。5 5在农村可按自然村为单位，在城镇可按街区进行烈度的评定，面积以在农村可按自然村为单位，在城镇可按街区进行烈度的评定，面积以1km21km2左右为宜。左右为宜。6 6凡有地面强震记录资料的地方，表列水平向地面峰值加速度和峰值速度可作为综合评定烈凡有地面强震记录资料的地方，表列水平向地面峰值加速度和峰值速度可作为综合评定烈度的依据。度的依据。16结构布置的规那么性结构布置的规那么性w平面布置宜简单、对称，具有良好的整体平面布置宜简单、对称，具有良好的整体性。性。w建筑物立面和竖向剖面宜规那么，侧向刚建筑物立面和竖向

17、剖面宜规那么，侧向刚度宜均匀变化，竖向构件尺寸及强度宜自度宜均匀变化，竖向构件尺寸及强度宜自上而下逐渐减小，防止刚度和承载力的突上而下逐渐减小，防止刚度和承载力的突变。变。w建筑物平、立面复杂时，可考虑用防震缝建筑物平、立面复杂时，可考虑用防震缝将结构分割开。将结构分割开。2021-7-2617不 规 则 类不 规 则 类型型定定 义义扭转扭转不规则不规则楼层的最大弹性水平位移（或层间位移），大于该楼楼层的最大弹性水平位移（或层间位移），大于该楼层两端弹性水平位移（或层间位移）平均值的层两端弹性水平位移（或层间位移）平均值的1.2倍倍凹 凸 不 规凹 凸 不 规则则结构平面凹进的一侧尺寸，大于

18、相应投影方向总尺寸结构平面凹进的一侧尺寸，大于相应投影方向总尺寸的的30%楼 板 局 部楼 板 局 部不连续不连续楼板尺寸和平面刚度急剧变化，例如，有效楼板宽度楼板尺寸和平面刚度急剧变化，例如，有效楼板宽度小于该层楼板典型宽度地小于该层楼板典型宽度地50%，或开洞面积大于该层，或开洞面积大于该层楼面面积的楼面面积的30%，或较大的楼层错层，或较大的楼层错层 结构布置不规那么结构布置不规那么平面不规平面不规那么那么2021-7-2618xy122/ )(21水平地震作用2/ )(5 . 12/ )(212212应使，属扭转不规则扭转不规那么扭转不规那么2021-7-2619maxBmaxBmax

19、3 . 0 BBmax3 . 0 BBmaxBmaxBmax3 . 0 BBmax3 . 0 BB平面凹凸不规那么平面凹凸不规那么2021-7-2620BLBAAA3.00BBb5.0L平面局部不连续平面局部不连续(大开洞大开洞)2021-7-2621不规则类型定 义侧向刚度不规则该层的侧向刚度小于相邻上一层的70%，或小于其上相邻三个楼层侧向刚度平均值的80%；除顶层外，局部收进的水平向尺寸大于相邻下一层的25% 竖向抗侧力构件不连续竖向抗侧力构件（柱、抗震墙、抗震支撑）的内力由水平转换构件（梁、桁架等）向下传递楼层承载力突变抗侧力结构的层间受剪承载力小于相邻上一层楼层的80% 结构布置不规

20、那么结构布置不规那么竖向不规竖向不规那么那么2021-7-2622iiiVK/1iKiK17 . 0iiKK38 . 0321iiiiKKKK3iK2iK1iKiK沿竖向的侧向刚度不规那么沿竖向的侧向刚度不规那么2021-7-2623竖向抗侧力构件不连续竖向抗侧力构件不连续2021-7-26241, iyQiyQ,1,8 . 0iyiyQQ竖向抗侧力结构竖向抗侧力结构屈服抗剪强度屈服抗剪强度非均匀化非均匀化 由温差和地基不均匀沉降引起的内力由温差和地基不均匀沉降引起的内力昼夜温差、季节性温差，每时每刻都在改变着形状和尺昼夜温差、季节性温差，每时每刻都在改变着形状和尺寸，当寸，当这种改变受到约束

21、这种改变受到约束时，就会使房屋结构受到内力时，就会使房屋结构受到内力效应。效应。内外柱相差几十毫米外柱温差内力效应在高层中尤其明显。 由地基不均匀沉降引起的内力效应由地基不均匀沉降引起的内力效应混凝土结构根本原理混凝土结构根本原理主主 页页目目 录录上一章上一章帮帮 助助下一章下一章3.2荷载分类荷载分类(1)按照随时间的变异性分类按照随时间的变异性分类 永久荷载永久荷载( (恒荷载恒荷载) ) 定义：定义：大小、方向、作用点不随时间改变的荷载，如大小、方向、作用点不随时间改变的荷载，如 自重，土压力，预应力等；自重，土压力，预应力等；可变荷载可变荷载( (活荷载活荷载) ) 定义：定义：大小

22、、方向、作用点随时间改变的荷载，如楼大小、方向、作用点随时间改变的荷载，如楼 面和屋面活载，风荷载、雪荷载、吊车荷载、面和屋面活载，风荷载、雪荷载、吊车荷载、 车辆荷载等；车辆荷载等；偶尔荷载偶尔荷载 定义：定义：结构使用期间可能不出现，一旦出现，时间短、结构使用期间可能不出现，一旦出现，时间短、 效应大的荷载，如爆炸力，撞击等。效应大的荷载，如爆炸力，撞击等。 混凝土结构根本原理混凝土结构根本原理 (2)按照随位置的变异性分类 固定荷载：在结构空间位置上具有固定的分布； 可动荷载：在结构空间位置一定范围内可以任意分布。 (3)按照结构的反响分类： 静态荷载：对结构不产生动力效应，或小的可以忽

23、略； 动态荷载：对结构产生动力效应，且不可以忽略。混凝土结构根本原理混凝土结构根本原理主主 页页目目 录录上一章上一章帮帮 助助下一章下一章3.3.1 永久荷载永久荷载3.3荷载代表值荷载代表值标准值：标准值：结构使用期间可能出现的最大值。结构使用期间可能出现的最大值。标准值：结构使用期间可能出现的最大值，也是可标准值：结构使用期间可能出现的最大值，也是可变荷载的根本代表值变荷载的根本代表值 。3.3.2 可变荷载可变荷载组合值：组合值：当有两个或两个以上可变荷载同时作用十当有两个或两个以上可变荷载同时作用十的代表值的代表值 。组合值组合值 = c 标准值标准值 实质：以确定值代表值表达不确定

24、的随机变量，实质：以确定值代表值表达不确定的随机变量， 便于设计时，定量描述和运算便于设计时，定量描述和运算混凝土结构根本原理混凝土结构根本原理1 1荷载标准值荷载标准值(characteristic value of a load)(characteristic value of a load) 荷载标准值是建筑结构按极限状态设计时采用的荷载根荷载标准值是建筑结构按极限状态设计时采用的荷载根本代表值。荷载标准值可由设计基准期最大荷载概率分布的本代表值。荷载标准值可由设计基准期最大荷载概率分布的某一分位值确定，即取比统计平均值大的某一荷载值。假设某一分位值确定，即取比统计平均值大的某一荷载值。

25、假设为正态分布，那么如图中的为正态分布，那么如图中的 。kP荷载标准值的概率含义荷载标准值的概率含义混凝土结构根本原理混凝土结构根本原理2可变荷载的组合值可变荷载的组合值 由于施加在结构上的各种可变荷载不可能由于施加在结构上的各种可变荷载不可能同时到达各自的最大值，因此，必须考虑荷同时到达各自的最大值，因此，必须考虑荷载组合，使组合后的荷载效应在设计基准期载组合，使组合后的荷载效应在设计基准期内的超越概率能与该荷载单独出现时的相应内的超越概率能与该荷载单独出现时的相应概率趋于一致。可变荷载组合值系数概率趋于一致。可变荷载组合值系数 是是根据两种或两种以上可变荷载在设计基准期根据两种或两种以上可

26、变荷载在设计基准期内的相遇情况及其组合的最大值的概率分布，内的相遇情况及其组合的最大值的概率分布，并根据在不同荷载效应组合下结构构件所具并根据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那么确定的。有的可靠指标相一致的原那么确定的。 称为可变荷载的组合值。称为可变荷载的组合值。cckQ混凝土结构根本原理混凝土结构根本原理3可变荷载的频遇值：可变荷载的频遇值：4 可变荷载的准永久值：可变荷载的准永久值：在设计基准期内，在设计基准期内，其超越的总时间为其超越的总时间为规定的较小比率或超越频率为规定频规定的较小比率或超越频率为规定频率的荷载值。率的荷载值。可由可变荷载的频遇值可由可变荷载的

27、频遇值系数乘以可变荷载标准值求得。系数乘以可变荷载标准值求得。在设计基准期内，在设计基准期内，其超越的总时间其超越的总时间约为设计基准期一半的荷载值。约为设计基准期一半的荷载值。可可由可变荷载的准永久值系数乘以可由可变荷载的准永久值系数乘以可变荷载标准值求得。变荷载标准值求得。混凝土结构根本原理混凝土结构根本原理主主 页页目目 录录上一章上一章帮帮 助助下一章下一章频遇值：频遇值：常遇值常遇值,计算裂缝变形时用。计算裂缝变形时用。准永久值：可变荷载中，较稳定的那一局部值，计准永久值：可变荷载中，较稳定的那一局部值，计算裂缝变形时用。算裂缝变形时用。频遇值频遇值 = f 标准值标准值 t/T0.

28、13.3.3 偶然荷载：偶然荷载：按使用特点定。按使用特点定。准永久值准永久值 = q 标准值标准值 t/T=0.5t为设计基准期内荷载到达和超过该值的总持续时间，为设计基准期内荷载到达和超过该值的总持续时间，T为设计基准期。为设计基准期。混凝土结构根本原理混凝土结构根本原理准永久值系数与频遇值系数准永久值系数与频遇值系数可变荷载的最大值并非长期作用于结构之上，对于可变荷载长可变荷载的最大值并非长期作用于结构之上，对于可变荷载长期作用局部，要对其标准值进行折减。期作用局部，要对其标准值进行折减。建筑结构设计统一标准采用准永久值系数与频遇值系数建筑结构设计统一标准采用准永久值系数与频遇值系数(小

29、于小于1)来考虑这种折减。来考虑这种折减。 按近似概率论的极限状态设计法 可变荷载的准永久值系数，系根据在设计基准期内荷载到达和超过该值的总持续时间与设计基准期总持续时间的比值而确定。 可变荷载的频遇值系数，是根据可变荷载超越的总时间或超越次数确定的。混凝土结构根本原理混凝土结构根本原理荷载短期效应组合和长期效应组合荷载短期效应组合和长期效应组合 可变荷载已有四种代表值，即标准值、组合值、可变荷载已有四种代表值，即标准值、组合值、准永久值、频遇值，其中标准值称为根本代表准永久值、频遇值，其中标准值称为根本代表值，其他代表值可由根本代表值乘以相应的系值，其他代表值可由根本代表值乘以相应的系数而得

30、。数而得。根据实际设计工作中的需要，须区分根据实际设计工作中的需要，须区分荷载短期荷载短期作用和荷载长期作用作用和荷载长期作用下构件的变形大小和裂缝宽下构件的变形大小和裂缝宽度的计算。度的计算。因此，根据不同的设计目的，分别因此，根据不同的设计目的，分别考虑考虑荷载短荷载短期效应组合和长期效应组合期效应组合和长期效应组合。 按近似概率论的极限状态设计法混凝土结构根本原理混凝土结构根本原理单位：千牛单位：千牛/立方米立方米 恒载的计算恒载的计算 自重自重 钢：钢： 木：木：49 杉木、马尾松、栎木杉木、马尾松、栎木 混凝土：混凝土：25 加气混凝土：加气混凝土：混凝土结构根本原理混凝土结构根本原

31、理 花岗岩、大理石花岗岩、大理石 28 瓷砖：瓷砖： 玻璃：玻璃：25.6 钢丝玻璃：钢丝玻璃：26 砖：砖：18混凝土结构根本原理混凝土结构根本原理主主 页页目目 录录上一章上一章帮帮 助助下一章下一章标准值查荷载标准标准值查荷载标准3.4楼面和屋面活荷载楼面和屋面活荷载荷载标准中的荷载值不包括隔墙重和二次装修重。荷载标准中的荷载值不包括隔墙重和二次装修重。 2kN/m0 . 5 直升飞机坪：直升飞机坪： 楼面：楼面：2kN/m0 . 2 屋面：屋面：不上人屋面不上人屋面 上人屋面上人屋面 屋顶花园屋顶花园2kN/m5 . 02kN/m0 . 22kN/m0 . 3活载为人、家具、活载为人、

32、家具、贮存物、设备等。贮存物、设备等。家具设备为什么是恒载还是活载？混凝土结构根本原理混凝土结构根本原理活载：可移动。按它们最可能大的值和活载：可移动。按它们最可能大的值和 放在最不利位置进行计算放在最不利位置进行计算。 混凝土结构根本原理混凝土结构根本原理主主 页页目目 录录上一章上一章帮帮 助助下一章下一章当计算主要承重结构时当计算主要承重结构时3.5风荷载风荷载wk = zs z w0 21式中：式中： z 高度高度Z处的风振系数处的风振系数; s 体型系数体型系数;z 风压高度变化系数，按地面粗糙程度风压高度变化系数，按地面粗糙程度 A、B、C、D四级定，四级定， A 海岸、湖海岸、湖

33、 区；区； B 农村、市郊；农村、市郊； C 一般城市一般城市 市区；市区； D有密集高层建筑市区有密集高层建筑市区 ;混凝土结构根本原理混凝土结构根本原理主主 页页目目 录录上一章上一章帮帮 助助下一章下一章n1050100长沙地区长沙地区 w0 （ ）0.250.350.40根本风压值根本风压值 w0 50年一遇的基本风压（年一遇的基本风压（ ）。）。2kN/m2kN/m北京郊区某5m高单层房屋迎风面风载222. 0mkn同处一幢18层高层建筑27 . 0mkn3.风载风载混凝土结构根本原理混凝土结构根本原理主主 页页目目 录录上一章上一章帮帮 助助下一章下一章n1050100长沙地区长沙

34、地区 W0（ ）0.350.450.50根本雪压值根本雪压值2kN/m3. 雪荷载雪荷载sk = r s0 22式中：式中： r 屋面积雪分布系数屋面积雪分布系数; s0 50年一遇的根本雪压。年一遇的根本雪压。2kN/m 按近似概率论的极限状态设计法 按近似概率论的极限状态设计法混凝土结构根本原理混凝土结构根本原理 设计使用年限设计使用年限-计算结构可靠度所依据的年限。 是是指设计规定的结构或结构构件不需要进行大修即可按其预定的目的使用的时期。注意：设计使用年限不同于实际寿命、耐久年限或注意：设计使用年限不同于实际寿命、耐久年限或设计基准期。设计基准期。设计基准期指为确定可变作用及与时间有关

35、的材料设计基准期指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。统一标准规定设计性能等取值而选用的时间参数。统一标准规定设计基准期为基准期为50年。年。3.7结构的设计使用年限与安全等级结构的设计使用年限与安全等级混凝土结构根本原理混凝土结构根本原理主主 页页目目 录录上一章上一章帮帮 助助下一章下一章3.7结构的设计使用年限与安全等级结构的设计使用年限与安全等级3.7.1 结构的设计使用年限结构的设计使用年限类类别别结构类型结构类型结构的设计使结构的设计使用年限（年）用年限（年）临时性结构临时性结构5易于替换的结构构件易于替换的结构构件25普通房屋和构筑物普通房屋和构筑物50纪

36、念性建筑和特别重要建筑纪念性建筑和特别重要建筑1003.7.2 结构的平安等级结构的平安等级按结构的按结构的重要性重要性划分划分一级：一级：重要建筑重要建筑二级：二级：一般建筑一般建筑三级：三级：次要建筑次要建筑 按近似概率论的极限状态设计法混凝土结构根本原理混凝土结构根本原理主主 页页目目 录录上一章上一章帮帮 助助下一章下一章建筑结构的功能建筑结构的功能:3.8结构的功能和极限状态及其分类结构的功能和极限状态及其分类混凝土结构根本原理混凝土结构根本原理混凝土结构根本原理混凝土结构根本原理平安性：在正常施工和正常使用时，能承受可能出现的各种平安性：在正常施工和正常使用时，能承受可能出现的各种

37、作用包括荷载及外加变形或约束变形；在偶然事件如作用包括荷载及外加变形或约束变形；在偶然事件如强烈地震、爆炸、冲击力等发生时及发生后，仍能保持必强烈地震、爆炸、冲击力等发生时及发生后，仍能保持必需的整体稳定性即结构仅产生局部的损坏而不致发生连续需的整体稳定性即结构仅产生局部的损坏而不致发生连续倒塌。倒塌。适用性：结构在正常使用时具有良好的工作性能，如不发生适用性：结构在正常使用时具有良好的工作性能，如不发生过大的变形或过宽的裂缝等；过大的变形或过宽的裂缝等；耐久性：在正常维护的条件下，结构应在预定的设计使用年耐久性：在正常维护的条件下，结构应在预定的设计使用年限内满足各项功能的要求，即应具有足够

38、的耐久性，如混凝限内满足各项功能的要求，即应具有足够的耐久性，如混凝土不发生严重的脱落、剥离；钢筋不发生严重的锈蚀，以免土不发生严重的脱落、剥离；钢筋不发生严重的锈蚀，以免影响结构平安或正常使用。影响结构平安或正常使用。混凝土结构根本原理混凝土结构根本原理主主 页页目目 录录上一章上一章帮帮 助助下一章下一章定义：整个结构或结构的一局部超过某一特定状态定义：整个结构或结构的一局部超过某一特定状态就不能满足设计指定的某一功能要求，这个特定的就不能满足设计指定的某一功能要求，这个特定的状态称之为该功能的极限状态。状态称之为该功能的极限状态。 承载能力极限状态：承载能力极限状态：超过这一极限状态时结

39、构超过这一极限状态时结构将发生将发生破坏、倒塌或失稳破坏、倒塌或失稳等现象。等现象。分类：分类： 正常使用极限状态：正常使用极限状态：超过这一极限状态时结构将出超过这一极限状态时结构将出现现过大的变形过大的变形、过宽的裂缝或出现、过宽的裂缝或出现钢筋严重锈蚀、钢筋严重锈蚀、混凝土腐蚀、风化、剥落混凝土腐蚀、风化、剥落等现象。等现象。3.8结构的功能和极限状态及其分类结构的功能和极限状态及其分类混凝土结构根本原理混凝土结构根本原理 极限状态分为两类：极限状态分为两类：承载能力极限态承载能力极限态正常使用极限态正常使用极限态平安性平安性适用性、耐久性适用性、耐久性混凝土结构根本原理混凝土结构根本原

40、理 结构的极限状态结构的极限状态极限状态：极限状态： 整个结构或结构的一局部超过某一特定状 态就不能满足设计规定的某一功能要求，这个 特定状态称为该功能的极限状态。 结构能够完成预定的各项功能时，那么称结构是“可靠的或“有效的。反之，那么结构为“不可靠或“失效。混凝土结构根本原理混凝土结构根本原理结构的极限状态结构的极限状态“有效状态与有效状态与“失效状态的分界称为失效状态的分界称为“极限状态。极限状态。 钢筋混凝土简支梁的可靠、失效和极限状态概念 结构的功能 可靠 极限状态 失效 安全性 受弯承载力 M Mu 适用性 挠度变形 f f 耐久性 裂缝宽度 wmax wmax 1.承载力能力极限

41、状态：承载力能力极限状态：超过该极限状态，结构就不能满足预定的平安超过该极限状态，结构就不能满足预定的平安性功能要求。性功能要求。结构或构件到达最大承载力包括疲劳结构或构件到达最大承载力包括疲劳结构整体或其中一局部作为刚体失去平衡如倾覆、结构整体或其中一局部作为刚体失去平衡如倾覆、滑移滑移结构塑性变形过大而不适于继续使用结构塑性变形过大而不适于继续使用结构形成几何可变体系超静定结构中出现足够多结构形成几何可变体系超静定结构中出现足够多塑性铰塑性铰结构或构件丧失稳定如细长受压构件的压曲失稳结构或构件丧失稳定如细长受压构件的压曲失稳 按近似概率论的极限状态设计法第一节 结构与结构设计 按近似概率论

42、的极限状态设计法 按近似概率论的极限状态设计法混凝土结构根本原理混凝土结构根本原理2.2.正常使用极限状态正常使用极限状态超过该极限状态，结构就不能满足预定的适用性超过该极限状态，结构就不能满足预定的适用性和耐久性的功能要求。和耐久性的功能要求。影响正常使用的变形、侧移影响非结构构件、影响正常使用的变形、侧移影响非结构构件、不平安感、不能正常使用吊车等；不平安感、不能正常使用吊车等；影响正常使用的裂缝钢筋锈蚀、不平安感、漏影响正常使用的裂缝钢筋锈蚀、不平安感、漏水等；水等；影响正常使用的振动不舒适；影响正常使用的振动不舒适；其他正常使用要求。其他正常使用要求。第二节 极 限 状 态第一节 结构

43、与结构设计 按近似概率论的极限状态设计法混凝土结构根本原理混凝土结构根本原理主主 页页目目 录录上一章上一章帮帮 助助下一章下一章结构的可靠性：指结构的平安性、适用性、耐久性。结构的可靠性：指结构的平安性、适用性、耐久性。结构的可靠度：结构的可靠度：指结构在规定时间内指结构在规定时间内(50)、规定条件下、规定条件下(sss)完完成预定功能的概率，是结构可靠性的概率度量。成预定功能的概率，是结构可靠性的概率度量。3. 结构的可靠性和可靠度结构的可靠性和可靠度平均值zf (z)反弯点zpspr可靠概率失效概率Z0Z0失效 可靠标准差正态分布正态分布 = 2 0 0，结构可靠；，结构可靠；= 0=

44、 0，极限状态；，极限状态；0 0，结构失效。，结构失效。 变异系数变异系数z=z/z混凝土结构根本原理混凝土结构根本原理结构的可靠度、失效概率结构的可靠度、失效概率 结构在规定的时间内，在规定的条件下，完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或者达不到预定功能的成预定功能的概率或者达不到预定功能的概率概率-失效概率。失效概率。 因此，结构的可靠度是用结构完成预定功能因此，结构的可靠度是用结构完成预定功能的概率的大小来定量描述的。的概率的大小来定量描述的。 可靠度是可靠性的概率的度量。可靠度是可靠性的概率的度量。 按近似概率论的极限状态设计法概念概念3.9.1 3.9.1 结构

45、可靠度理论结构可靠度理论在规定的时间内一般为在规定的时间内一般为50年，在规定年，在规定的条件下正常设计、正常施工和正常使的条件下正常设计、正常施工和正常使用，完成预定功能的概率，称为结构的用，完成预定功能的概率，称为结构的可靠度，即可靠概率。以可靠度，即可靠概率。以Ps表示表示平安性、适用性、耐久性平安性、适用性、耐久性结构的可靠度结构的可靠度 失效概率失效概率强度强度/ /荷载值荷载值出出现现概概率率0 0SSS SS SS S失效失效可靠可靠00)()(dzzfPdzzfPsf1 sfPP结构不能完成预定功能的概率，以结构不能完成预定功能的概率，以P Pf f表示。表示。混凝土结构根本原

46、理混凝土结构根本原理 失效概率越小，表示结构可靠性越大。因此，可以用失效失效概率越小，表示结构可靠性越大。因此，可以用失效概率来定量表示结构可靠性的大小。结构可靠性的概率度量概率来定量表示结构可靠性的大小。结构可靠性的概率度量称为结构可靠度。称为结构可靠度。 当失效概率当失效概率Pf小于某个值时，人们因结构失效的可能性很小于某个值时，人们因结构失效的可能性很小而不再担忧，即可认为结构设计是可靠的。该失效概率限小而不再担忧，即可认为结构设计是可靠的。该失效概率限值称为容许失效概率值称为容许失效概率Pf。失效概率失效概率Pf = P (Z S。但在重叠区阴影段内仍有可能出现RS是不可能的。fp混凝

47、土结构根本原理混凝土结构根本原理主主 页页目目 录录上一章上一章帮帮 助助下一章下一章式中：式中： 结构抗力的平均值和标准差；结构抗力的平均值和标准差；作用效应的平均值和标准差。作用效应的平均值和标准差。RR 、ss 、3.10结构的可靠指标结构的可靠指标现行设计方法以概率理论为基础，用可靠指标度量，采现行设计方法以概率理论为基础，用可靠指标度量，采用多个分项系数表达。设，则用多个分项系数表达。设，则zz 242s2RsRzz 混凝土结构根本原理混凝土结构根本原理 3.10.1 3.10.1 结构设计方法结构设计方法容许应力设计法容许应力设计法破损阶段设计法破损阶段设计法极限状态设计法极限状态

48、设计法以概率论为根底的极限状态设计法以概率论为根底的极限状态设计法 按近似概率论的极限状态设计法混凝土结构根本原理混凝土结构根本原理1.容许应力设计法容许应力设计法 按近似概率论的极限状态设计法kf钢筋混凝土结构的受力性能不是弹性的；钢筋混凝土结构的受力性能不是弹性的；结构中一点到达容许应力，结构即认为失效；结构中一点到达容许应力，结构即认为失效；没有考虑结构功能的多样性要求；没有考虑结构功能的多样性要求；平安系数是凭经验确定的，缺乏科学依据。平安系数是凭经验确定的，缺乏科学依据。混凝土结构根本原理混凝土结构根本原理2.2.破损阶段设计法破损阶段设计法KMMu 整个截面到达极限承载力才认为失效

49、，整个截面到达极限承载力才认为失效，考虑了材料塑性和强度的充分发挥，极考虑了材料塑性和强度的充分发挥，极限荷载可以直接由试验验证，构件的总限荷载可以直接由试验验证，构件的总平安度较为明确。平安度较为明确。 但平安系数但平安系数K K仍然凭经验确定，仍然凭经验确定， 没有考虑结构功能的多样性要求的问没有考虑结构功能的多样性要求的问题。题。第三节 荷载、承载力、可靠性与可靠度 按近似概率论的极限状态设计法3.3.极限状态设计法极限状态设计法第三节 荷载、承载力、可靠性与可靠度 按近似概率论的极限状态设计法 除要求对承载力极限状态进行设计外，还包括了挠度和裂除要求对承载力极限状态进行设计外，还包括了

50、挠度和裂缝宽度适用性的极限状态的设计。缝宽度适用性的极限状态的设计。 对于承载力极限状态，针对荷载、材料的不同变异性，不对于承载力极限状态，针对荷载、材料的不同变异性，不再采用单一的平安系数，而采用的多系数表达。再采用单一的平安系数，而采用的多系数表达。)()(0，hbAkfkfMqkMssskcckuikqi 材料强度材料强度 fck 和和 fsk 是根据统计后按一定保证率取其下限分是根据统计后按一定保证率取其下限分位值，反映的材料强度的变异性。位值，反映的材料强度的变异性。 荷载值荷载值 qik 也尽可能根据各种荷载的统计资料，按一定保证也尽可能根据各种荷载的统计资料，按一定保证率取其上限

51、分位值。率取其上限分位值。 荷载系数荷载系数 kqi ，材料强度系数材料强度系数 kc 和和 ks 仍按经验确定，但对仍按经验确定，但对于不同荷载的变异大小，可取不同的荷载系数。于不同荷载的变异大小，可取不同的荷载系数。混凝土结构根本原理混凝土结构根本原理4.4.以概率理论为根底的极限状态设计法以概率理论为根底的极限状态设计法 由于实际结构中的不确定性，因此无论如何由于实际结构中的不确定性，因此无论如何设计结构，都会有失效的可能性存在，只是可设计结构，都会有失效的可能性存在，只是可能性大小不同而已。能性大小不同而已。 为了科学定量的表示结构可靠性的大小，采用为了科学定量的表示结构可靠性的大小，

52、采用概率方法是比较合理的。概率方法是比较合理的。第三节 荷载、承载力、可靠性与可靠度 按近似概率论的极限状态设计法 混凝土结构基本构件设计原则结构设计中的结构设计中的不确定性不确定性 2)(81lqgM 恒载恒载 g与构件尺寸、材料容重等有关与构件尺寸、材料容重等有关 活载活载 q楼面活载、雪荷载的数值是随时在变化楼面活载、雪荷载的数值是随时在变化的的 计算跨度计算跨度 l 的不准确的不准确bfkAfkhAfMcsysyu120)1 (材料强度材料强度 fy 和和 fc 的离散的离散截面尺寸截面尺寸h0和和 b 的施工误差的施工误差应力应力-应变关系参数应变关系参数 k1 和和 k2uMM 不

53、一定平安可靠不一定平安可靠g+q 混凝土结构基本构件设计原则混凝土结构根本原理混凝土结构根本原理 极限状态方程极限状态方程第三节 荷载、承载力、可靠性与可靠度S荷载效应荷载效应 结构上的各种作用如荷载、不均匀沉降、温度变形、收结构上的各种作用如荷载、不均匀沉降、温度变形、收缩变形、地震等产生的效应总和如弯矩缩变形、地震等产生的效应总和如弯矩M、轴力、轴力N、剪力、剪力V、扭矩、扭矩T、挠度、挠度 f、裂缝宽度、裂缝宽度 w 等等R结构抗力结构抗力 结构抵抗作用效应的能力结构抵抗作用效应的能力 (如受弯承载力Mu、受剪承载力Vu、容许挠度f、容许裂缝宽度w ) S = S(Q) -力学的主要内容

54、力学的主要内容R = R(fc, fy, A, h0, As, ) -本课程的主要内容本课程的主要内容S R 失效失效 混凝土结构基本构件设计原则第三节 荷载、承载力、可靠性与可靠度结构的极限状态可用下面的极限状态函数表示：结构的极限状态可用下面的极限状态函数表示：Z=R-S (极限状态方程极限状态方程)对应的：对应的：Z=R-S0 时，结构处于可靠状态；时，结构处于可靠状态；Z=R-S=0时，结构到达极限状态；时，结构到达极限状态；Z=R-SR) =P(Z 0)ZZfP与与Pf的对应关系的对应关系0)(dxZf 按近似概率论的极限状态设计法2S2RSR结构构件承载能力极限状态的目标可靠指标结

55、构构件承载能力极限状态的目标可靠指标破坏类型破坏类型安安 全全 等等 级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混凝土结构根本原理混凝土结构根本原理主主 页页目目 录录上一章上一章帮帮 助助下一章下一章 按承载能力极限状态设计时按承载能力极限状态设计时结构承载力的设计可靠指标结构承载力的设计可靠指标 按正常使用极限状态设计时按正常使用极限状态设计时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塑性破坏塑性破坏3.73.22.7脆性破坏脆性破坏4.23.73.2根据其可逆程度可取。根据其可逆程度可取。 可靠指标可靠指标 reliab

56、ility index 时，时，Pf=1.110-4，按设计基准期，按设计基准期50年考虑，年失效概率为年考虑，年失效概率为1.110-4/50=2.210-6 5050年后并不是结构就失效，而是失效概率增加。同年后并不是结构就失效，而是失效概率增加。同时，结构失效也并不表示结构倒塌，结构倒塌也不时，结构失效也并不表示结构倒塌，结构倒塌也不一定造成人员伤亡。一定造成人员伤亡。 我国对于一般工程结构，当为延性破坏时，其可靠指标取我国对于一般工程结构，当为延性破坏时，其可靠指标取 ，对脆性破坏取对脆性破坏取 。 对于重要的工程结构，应提高可靠指标。对于重要的工程结构，应提高可靠指标。混凝土结构根本

57、原理混凝土结构根本原理主主 页页目目 录录上一章上一章帮帮 助助下一章下一章2.11.1 计算公式计算公式2.11承载力极限状态的设计方法承载力极限状态的设计方法及其荷载组合及其荷载组合 25RS 0 式中：式中： 结构重要性系数；结构重要性系数； 平安等级为一级或使用年限为平安等级为一级或使用年限为100年时，年时， ； 平安等级为二级或使用年限为平安等级为二级或使用年限为50年时，年时， ； 平安等级为三级或使用年限为平安等级为三级或使用年限为5年时，年时， 。 荷载效应组合的设计值，用根本组合或偶荷载效应组合的设计值，用根本组合或偶 然组合；然组合； 结构构件抗力设计值。结构构件抗力设计

58、值。0 1 . 10 0 . 10 9 . 00 SR混凝土结构根本原理混凝土结构根本原理主主 页页目目 录录上一章上一章帮帮 助助下一章下一章2.11.2 荷载组合效应值荷载组合效应值 一般结构构件：选以下计算中较大者一般结构构件：选以下计算中较大者 由由可变荷载可变荷载控制时控制时 由由永久荷载永久荷载控制时控制时 26kQc2QQ1kQ1GkGiiniiSSSS 27kQc1QGkGiiniiSSS 根本组合效应设计值根本组合效应设计值2 2 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 可变荷载考虑设计使用年限的调整系数应按以下规定采用：可变荷载考虑设计使用年限的调整系数应按以

59、下规定采用：1楼面和屋面活荷载考虑设计使用年限的调整系数应下表采用。楼面和屋面活荷载考虑设计使用年限的调整系数应下表采用。L楼面和屋面活荷载考虑设计使用年限的楼面和屋面活荷载考虑设计使用年限的的调整系数的调整系数结构设计使用年限5501000.91.01.1注：注：1 当设计使用年限不为表中数值时，调整系数可按线性内插确定；当设计使用年限不为表中数值时，调整系数可按线性内插确定； 2 对于荷载标准值可控制的活荷载，设计使用年限调整系数取。对于荷载标准值可控制的活荷载，设计使用年限调整系数取。2对雪荷载和风荷载，应取重现期为设计使用年限，按对雪荷载和风荷载，应取重现期为设计使用年限，按建筑结构荷

60、载标准建筑结构荷载标准GB500092021的规定确定根本雪压的规定确定根本雪压和根本风压，或按有关标准的规定采用。和根本风压，或按有关标准的规定采用。混凝土结构根本原理混凝土结构根本原理主主 页页目目 录录上一章上一章帮帮 助助下一章下一章式中：式中： 荷载分项系数，当其效应对结构不利时，荷载分项系数，当其效应对结构不利时， 公式（公式（6）中的）中的 ，公式（，公式（7）中的）中的 ；当其效应对结构有利时，一般；当其效应对结构有利时，一般 情况下取情况下取1.0，验算倾覆、滑移或漂浮时，验算倾覆、滑移或漂浮时 取取0.9； 活载分项系数，一般情况下取活载分项系数，一般情况下取1.4，当活，