第2章 基本原则

1、 第二章第二章 混凝土结构基本计算原则混凝土结构基本计算原则第一节第一节 建筑结构的功能要求和极限状态建筑结构的功能要求和极限状态 一、建筑结构的功能要求一、建筑结构的功能要求 建筑结构设计的目的：建筑结构设计的目的： 使结构在正常施工和正常使用的条件下，满足使结构在正常施工和正常使用的条件下，满足各项预定的功能要求，并取得最佳的经济效果。各项预定的功能要求，并取得最佳的经济效果。 安全性安全性适用性适用性耐久性耐久性 结构可靠的标志，结构可靠的标志，总称为结构总称为结构可靠性可靠性。 能承受正常施工和使用时的各种作用，以及偶然能承受正常施工和使用时的各种作用，以及偶然事件发生时，仍能保持整体

2、稳定性。事件发生时，仍能保持整体稳定性。 在正常使用时，能保证具有良好的工作性能，不出在正常使用时，能保证具有良好的工作性能，不出现过大的变形和裂缝。现过大的变形和裂缝。 在正常使用及维护下，具有足够的耐久性能，不发在正常使用及维护下，具有足够的耐久性能，不发生锈蚀和风化现象。生锈蚀和风化现象。安全性安全性适用性适用性 耐久性耐久性 设计基准期和设计使用年限设计基准期和设计使用年限设计基准期设计基准期：结构设计所采用的荷载统计结构设计所采用的荷载统计参数、与时间有关的材料性能取值，都需参数、与时间有关的材料性能取值，都需要选定要选定一个时间参数，即为设计基准期。一个时间参数，即为设计基准期。我

3、国所采用的设计基准期为我国所采用的设计基准期为5050年年。设计使用年限，设计使用年限，是指设计规定的结构或结是指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构构件不需进行大修即可按其预定目的使用的时期。用的时期。 承载能力极限状态安全性承载能力极限状态安全性正常使用极限状态适用性、耐久性正常使用极限状态适用性、耐久性二、二、结构的极限状态结构的极限状态 结构或结构的一部分超过某一特定的状结构或结构的一部分超过某一特定的状态就不能满足设计规定的某一功能要求。态就不能满足设计规定的某一功能要求。极限状态分类极限状态分类第二节第二节 结构上的作用与作用效应结构上的作用与作用效应S一、结构

4、上的作用与荷载一、结构上的作用与荷载 直接施加在结构上的力及引起结构变形的直接施加在结构上的力及引起结构变形的原因称为作用。原因称为作用。1、按随时间的变异分类、按随时间的变异分类可变荷载可变荷载偶然荷载偶然荷载永久荷载永久荷载2、按随空间位置的变异分类按随空间位置的变异分类 固定荷载固定荷载 自由荷载自由荷载 3、按结构的反应特点分类按结构的反应特点分类 静态荷载静态荷载 动态荷载动态荷载 二、结构上的荷载效应二、结构上的荷载效应S 荷载效应是结构由于各种作用原因，引起荷载效应是结构由于各种作用原因，引起内力和变形的总称，用内力和变形的总称，用S表示。表示。三、荷载代表值三、荷载代表值 荷载

5、规范荷载规范对不同的荷载给予了相应的规对不同的荷载给予了相应的规定量值，这种量值，称为荷载的定量值，这种量值，称为荷载的代表值代表值。 荷载的几种代表值荷载的几种代表值标标 准准 值值 由由荷载规范荷载规范给出给出可变荷载准永久值可变荷载准永久值 = 可变荷载标准值可变荷载标准值q 可变荷载可变荷载频遇值频遇值 = 可变荷载标准值可变荷载标准值f 可变荷载可变荷载组合值组合值 =可变荷载标准值可变荷载标准值c c 第三节第三节 结构抗力结构抗力 R一、结构抗力概念一、结构抗力概念 二、结构构件的材料强度二、结构构件的材料强度 材料强度材料强度标准值标准值 材料强度的材料强度的设计值设计值 材料

6、强度材料强度设计值设计值 = 材料强度的材料强度的标准值标准值 / 材料强度材料强度分项系数分项系数样本数或频率密度混凝土强度的正态分布曲线第四节第四节 概率极限状态设计法概率极限状态设计法一、功能函数与极限状态方程 用来描述结构构件完成预定功能状态的函数称为功能函数。功能函数。 （1）作用效应）作用效应 S作用（荷载）对结构产生的各种效应，作用（荷载）对结构产生的各种效应，如如弯矩、剪力、轴力、变形、裂缝弯矩、剪力、轴力、变形、裂缝等等 M V N f w结构构件抵抗各种作用效应的能力。结构构件抵抗各种作用效应的能力。如如抗弯、抗剪、抗压、抗拉、抗扭抗弯、抗剪、抗压、抗拉、抗扭承载力承载力以

7、及以及抗变形、抗裂缝抗变形、抗裂缝的能力。的能力。（2）结构抗力）结构抗力 R结构的功能函数结构的功能函数 SRSRgZ,结果分析结果分析uZ=R-S0Z=R-S0：uZ=R-S0Z=R-S0：uZ=R-S=0Z=R-S=0：处于可靠状态；处于可靠状态；处于不可靠状态，即失效；处于不可靠状态，即失效；处于极限状态，此方程称极限状态方程处于极限状态，此方程称极限状态方程有一农夫，能肩挑有一农夫，能肩挑300斤斤当给他当给他300斤的担子时，斤的担子时，效应刚好等于抗力；效应刚好等于抗力； 当给他当给他100斤的担子时，斤的担子时，效应小于抗力；效应小于抗力； 当给他当给他400斤的担子时，斤的担

8、子时， 效应大于抗力。效应大于抗力。二、结构的可靠度与失效概率二、结构的可靠度与失效概率 SRSRgZ,可靠概率可靠概率Ps 结构能完成预定功能的概率结构能完成预定功能的概率 失效概率失效概率Pf 不能完成预定功能的概率不能完成预定功能的概率可靠指标可靠指标22SRSRZZ三、建筑结构的安全等级和目标可靠指标三、建筑结构的安全等级和目标可靠指标 建筑结构可靠度设计统一标准建筑结构可靠度设计统一标准根据建筑结构破根据建筑结构破坏后的严重程度，将建筑结构划为三个安全等级：坏后的严重程度，将建筑结构划为三个安全等级：结构安结构安全等级全等级 破坏后果破坏后果 建筑物类型建筑物类型 设计使用年限设计使

9、用年限 一级一级 很严重很严重 重要建筑物重要建筑物 100年及以上年及以上 二级二级严重严重 一般建筑物一般建筑物 50年年 三级三级不严重不严重 次要建筑物次要建筑物 5年及以下年及以下 建筑结构可靠度设计统一标准建筑结构可靠度设计统一标准根据根据不同的安全等级和破坏类型确定承载能力极不同的安全等级和破坏类型确定承载能力极限状态设计时的目标可靠指标限状态设计时的目标可靠指标 ： 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 4.23.73.2四、实用设计表达式四、实用设计表达式 承载能力极限状态设计表达式：承载

10、能力极限状态设计表达式： ; 9 . 05; 0 . 1, 1 . 1_0时取年及以下三级或设计使用年限为二级时取安全等级时取结构重要性系数，一级作用效应组合的设计值_S其中其中RS 0ksc,affR结构的承载力函数sc, ff混凝土、钢筋的强度设计值； ka几何参数标准值，当几何参数的变异性对 结构性能有明显不利影响时，可另增减一个 附加值。 dRREdR 结构构件的抗力模型不定性系数，静 力设计取1.0，对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；抗震设计 时应用抗震调整系数 代替抗力_R正常使用极限状态设计表达式：正常使用极限状态设计表达式：CS 正常使用极限状态计算主要

11、进行变形验算和裂缝控制验算正常使用极限状态计算主要进行变形验算和裂缝控制验算S_正常使用极限状态的荷载效应(变形、裂缝宽度等) 组合设计值C_结构构件达到正常使用要求的规定限值k2k11kiQciniiQQQGGSSSS按永久荷载标准值计算的荷载效应值按可变荷载标准值计算的荷载效应值 可变荷载效应中的最大值 永久荷载分项系数永久荷载分项系数第第i i个可变荷载个可变荷载的分项系数的分项系数 第第1 1个可变荷载个可变荷载的分项系数的分项系数 可变荷载的可变荷载的组合值系数组合值系数 1）由可变荷载效应控制的组合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2）由永久荷载效应控制的组合1n

12、GGkQiciQikiSSS恒荷载效应设计值活荷载效应设计值排架、框架简化规则排架、框架简化规则（1）由可变荷载效应控制的组合（取不利）由可变荷载效应控制的组合（取不利）k11kGGQQSSSkk10.9nGGQiQiiSSS（2）由永久荷载效应控制的组合）由永久荷载效应控制的组合不变不变荷载分项系数的取值荷载分项系数的取值荷载特性荷载特性分项系数分项系数永久永久荷载荷载永久荷载效应永久荷载效应对结构不利对结构不利由可变荷载效应控制的组合由可变荷载效应控制的组合1.21.2由永久荷载效应控制的组合由永久荷载效应控制的组合1.351.35永久荷载效应对结构有利永久荷载效应对结构有利1.01.0倾

13、覆、滑移或飘浮验算倾覆、滑移或飘浮验算0.90.9可变可变荷载荷载一般情况一般情况1.41.4对标准值大于对标准值大于4kN/m4kN/m2 2的工业房屋楼面结构的活荷载取的工业房屋楼面结构的活荷载取1.31.3k2k1kiQniciQGSSSS按永久荷载标准值计算的荷载效应值按可变荷载标准值计算的荷载效应值 可变荷载效应中的最大值 可变荷载的可变荷载的组合值系数组合值系数 1 1）荷载标准组合）荷载标准组合正常使用极限状态设计表达式正常使用极限状态设计表达式相当于取消了所以荷载分项系数2 2） 荷载频遇组合荷载频遇组合112nGkfQ kqiQikiSSSS1nGkqiQikiSSS3 3）

14、 荷载准永久组合荷载准永久组合第五节、混凝土结构的耐久性第五节、混凝土结构的耐久性一、混凝土结构的耐久性 在正常维护的条件下，预计使用时期内和指定在正常维护的条件下，预计使用时期内和指定的工作环境能保证结构满足既定功能要求的性能。的工作环境能保证结构满足既定功能要求的性能。 设计使用年限进行分类设计使用年限进行分类 碳化碳化内部因素：内部因素： 混凝土强度、渗透性、混凝土强度、渗透性、 保护层厚度、水泥品种、保护层厚度、水泥品种、 标号和用量、外加剂，等标号和用量、外加剂，等外部因素：外部因素： 环境温度、湿度、环境温度、湿度、COCO2 2含量含量 侵蚀性介质，等侵蚀性介质，等混凝土损伤混凝

15、土损伤钢筋锈蚀钢筋锈蚀粘结锚固削弱粘结锚固削弱混凝土结构的环境类别混凝土结构的环境类别 二、混凝土结构耐久性设计规定二、混凝土结构耐久性设计规定保证耐久性措施保证耐久性措施a.a.最小保护层厚度最小保护层厚度为保证耐久性和钢筋的粘结力，对一、二、三类环为保证耐久性和钢筋的粘结力，对一、二、三类环境一般建筑结构（设计工作寿命境一般建筑结构（设计工作寿命5050年），年），规范规范规定了最小混凝土保护层厚度。规定了最小混凝土保护层厚度。对四、五类环境种的建筑结构，应按专门规定考虑。对四、五类环境种的建筑结构，应按专门规定考虑。当对结构设计工作寿命有更高要求时（当对结构设计工作寿命有更高要求时（10

16、0100年），年），混凝土保护层厚度应乘以混凝土保护层厚度应乘以1.41.4或采用表面防护，定或采用表面防护，定期维修等措施。期维修等措施。结构混凝土耐久性的基本要求结构混凝土耐久性的基本要求 b.b.混凝土的要求混凝土的要求c.c.裂缝控制裂缝控制 规范规范根据结构构件所处环境类别，钢筋种类对腐根据结构构件所处环境类别，钢筋种类对腐蚀的敏感性，以及荷载作用时间，将裂缝控制分为三个蚀的敏感性，以及荷载作用时间，将裂缝控制分为三个等级。等级。对于结构中使用环境较差的构件，宜设计成可更换或易对于结构中使用环境较差的构件，宜设计成可更换或易更换的构件。更换的构件。对于暴露在侵蚀性环境中的结构和构件，宜采用带肋环对于暴露在侵蚀性环境中的结构和构件，宜采用带肋环氧涂层钢筋，预应力钢筋应有防护措施。氧涂层钢筋，预应力钢筋应有防护措施。采用有利提高耐久性的高强混凝土。采用有利提高耐久性的高强混凝土。d.d.其他措施其他措施1.已知由永久荷载产生的弯矩标准值已知由永久荷载产生的弯矩标准值Mgk=11kNm，起控制作用的可变荷载产生的弯矩标准值起控制作用的可变荷载产生的弯矩标准值Mqk=16kNm，安全等级为二级，求弯矩设计值。，安全等级为二级，求弯矩设计值。2.某教学楼楼面采用预制板，计算跨度某教学楼楼面采用预