建筑结构设计标准

1、工程案例 图图1.1 1.1 结构破坏状态示例结构破坏状态示例(a)(a)雨篷倾斜；雨篷倾斜；(b)(b)简支梁断裂；简支梁断裂；(c)(c)连续梁变为机动体系；连续梁变为机动体系；(d)(d)柱子被压曲柱子被压曲模块模块1 1 结构设计标准结构设计标准【教学目标】 能力目标能力目标: : 根据工程结构可靠度设计标准的规定，学会荷载效应基本组合值、标准组合值、准永久组合值的计算； 知识目标知识目标: : 掌握建筑结构的功能要求、极限状态、荷载效应、结构抗力的概念；掌握结构构件承载能力极限状态和正常使用极限状态的设计表达式以及表达式中各符号所代表的含义；熟悉耐久性设计。 态度养成目标态度养成目标

2、: :培养遵循设计规范和认真负责的态度；培养对规范规定进行综合分析和综合运用的能力。课题课题1 1结构设计结构设计的基本要求的基本要求课题课题2 2荷载效应荷载效应与结构抗力与结构抗力 课题课题3 3概率极限概率极限状态设计法状态设计法 课题课题4 4 混凝土结构混凝土结构的耐久性设计的耐久性设计课题课题5 5砌体结构砌体结构 的耐久性规定的耐久性规定 一、结构的功能要求一、结构的功能要求 设计任何建筑物或构筑物，必须在其设计使用年限内，满足以下各预定功能要求： 1、安全性要求安全性要求 即要求结构在正常施工和正常使用时,能承受可能出现的各种作用；在设计规定的偶然事件发生时和发生后，仍能保持必

3、需的整体稳定性，不致倒塌。 2、适用性要求适用性要求 要求结构在正常使用时保持良好的使用性能。如受弯构件在正常使用时不出现过大的挠度和过宽的裂缝，不妨碍使用。 3、耐久性要求耐久性要求 要求结构在正常维护下具有足够的耐久性能，不发生锈蚀和风化现象。 4、耐火性要求耐火性要求 当发生火灾时，在规定的时间内可保持足够的承载力。 5、稳固性要求稳固性要求 当发生撞击、爆炸、人为错误等偶然事件时，结构能保持必须的整体稳固性，不出现与起因不相称的破坏结果，防止出现结构的连续倒塌。 课题1 结构设计的基本要求设计使用年限设计使用年限 指设计规定的结构或构件不需要大修即可按其预定目的使用的时期。换言之，设计

4、使用年限就是房屋建筑在正常设计、正常施工、正常使用和正常维护条件下所应达到的持久年限。房屋结构的设计使用年限应符合表1-12的规定。 课题1 结构设计的基本要求职业标准规定二、结构可靠性与可靠度二、结构可靠性与可靠度结构可靠性结构可靠性是指结构在规定的时间内，在规定的条件下，完成预定功能的能力。但是由于结构可靠性随着各种作用、材料性质和几何参数的变异而不同，结构完成预定能力的能力不能事先确定，只能用概率来描述。为此，引入结构可靠度的概念。结构可靠度结构可靠度是指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。规定的时间指设计使用年限；规定条件指正常设计、正常施工、正常使用和正常维护；预

5、定功能指结构的安全性、适用性和耐久性、耐火性和稳固性要求。结构的可靠度是结构可靠性的概率度量，即对结构可靠性的定量概述。结构的设计、施工和维护应使结构在规定的设计使用年限内以适当的可靠度且经济的方式满足规定的各项功能要求。当建筑结构的使用年限到达后，并不意味着结构立刻报废不能使用了，而是说它的可靠性水平从此要逐渐降低了，在做结构鉴定及必要加固后，仍可继续使用 课题1 结构设计的基本要求三、结构构件的极限状态三、结构构件的极限状态 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，此特定状态称为该功能的极限状态。因此，极限状态也可简称为临界状态，不超过这一状态，结构处于安全

6、状态，超过这一界限，则结构进入失效状态。 （1 1）承载能力极限状态。）承载能力极限状态。这种极限状态对应于结构或构件达到最大承载能力或不适于继续承载的变形。当结构或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：结构构件或连接因超过材料强度而破坏，或因过度变形而不适于继续承载；整个结构或其一部分作为刚体失去平衡； 结构转变成机动体系；结构或结构构件丧失稳定； 结构因局部破坏而发生连续倒塌；地基丧失承载力而破坏； 结构或结构构件的疲劳破坏。（2 2）正常使用极限状态。）正常使用极限状态。这种极限状态对应于结构或结构构件达到正常使用或耐久性能的某项规定限值。当结构或结构构件出现下列状态之一

7、时，即认为超过了正常使用极限状态：影响正常使用或外观的变形；影响正常使用或耐久性能的局部损坏（包括裂缝）；影响正常使用的振动；影响正常使用的其它特定状态。规范对结构的各种极限状态其标志及限值均有明确的规定。结规范对结构的各种极限状态其标志及限值均有明确的规定。结构设计时，应对不同极限状态分别进行计算与验算；当某一极限构设计时，应对不同极限状态分别进行计算与验算；当某一极限状态的计算或验算起控制作用时，可仅对该极限状态进行计算或状态的计算或验算起控制作用时，可仅对该极限状态进行计算或验算。验算。四、设计状况与极限状态设计四、设计状况与极限状态设计1.设计状况：（1）持久设计状况，适用于结构使用时

8、的正常情况；（2）短暂设计状况，适用于结构出现的临时情况，包括结构施工和维修时的情况；（3）偶然设计状况，适用于结构出现的异常情况，包括结构遭受火灾、爆炸、撞击时的情况；（4）地震设计状况，适用于结构遭受地震时的情况，在抗震设防地区必须考虑地震设计状况。 2.设计状况与极限状态设计：（1）对四种设计状况，均应进行承载能力极限状态设计；（2）对持久设计状况，尚应进行正常使用极限状态设计；（3）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；（4）对偶然设计状况，可不进行正常使用极限状态设计课题2 荷载效应与结构抗力一、荷载与荷载效应一、荷载与荷载效应 1 1、作用（、作用（F

9、F） 作用是指施加在结构上的集中或分布力以及引起结构外加变形或约束变形因素的总称。 直接作用（前者），即通常所说的荷载，如结构自重、楼面人群，屋面的雪荷 载等。 间接作用（后者），如地震、地基沉降、混凝土收缩及温度等因素。 永久作用 作用按随时间变化分类 可变作用 偶然作用课题2 荷载效应与结构抗力一、荷载与荷载效应一、荷载与荷载效应 2 2、荷载、荷载 按照其作用时间和性质不同按照其作用时间和性质不同 （1 1）永久荷载）永久荷载：也称恒荷载，在结构使用期间内，其值不随时间变化，或其变化与平均值相比可以忽略不计，或其变化是单调的并能趋于限值的荷载。如结构自重、土压力、预应力等。对应于作用就是

10、永久作用 （2 2）可变荷载：）可变荷载：也称活荷载，在结构使用期间内，其值随时间变化，且其变化与平均值相比不可以忽略不计的荷载。如楼面活荷载、屋面活荷载和积灰荷载、吊车荷载、风荷载、雪荷载、施工和检修荷载及栏杆水平荷载等。对应于作用就是可变作用。 （3 3）偶然荷载：）偶然荷载：在结构使用期间内不一定出现，一旦出现，其值很大且持续时间很短的荷载。如爆炸力、撞击力等。对应于作用就是偶然作用。 3 3、荷载的代表值、荷载的代表值 进行建筑结构设计时，对于不同的荷载和不同的设计情况，应采用不同的代表值。 荷载代表值荷载代表值 设计中用以验算极限状态所采用的荷载量值，包括标准值、组合值、频遇值和准永

11、久值。 标准值标准值 荷载的基本代表值，为设计基准期内最大荷载统计分布的特征值(例如均值、众值、中值或某个分位值)。 设计基准期设计基准期 为确定可变荷载代表值而选用的时间参数，房屋建筑结构的设计基准期为50年。 永久荷载的代表值。永久荷载的代表值。对于永久荷载而言，只有一个代表值，这就是它的标准值，用大写符号Gk (小写符号gk）表示。永久荷载标准值，对于结构自重，可按结构构件的设计尺寸与材料单位体积（或单位面积）的自重计算确定。我国GB5009-2012建筑结构荷载规范附录给出了常用材料和构建的自重，使用时可查用。对于某些自重变异较大的材料构件（如现场制作的保温材料、混凝土薄壁构件等），自

12、重的标准值应根据对结构的不利状态，取上限值或下限值。3 3、荷载的代表值、荷载的代表值对于可变荷载而言，应根据设计要求，分别取如下不同的荷载值作为其代表值。1 1）标准值）标准值 2）组合值）组合值 当结构承受两种或两种以上可变荷载，考虑到这两种或两种以上可变荷载同时达到最大值的可能性较小，因此，除主导荷载（产生最大效应的荷载）仍可以其标准值为代表值外，其他伴随荷载可以将它们的标准值乘以一个小于或等于1的荷载组合系数。这种将可变荷载标准值乘以荷载组合系数以后的数值，称为可变荷载的组合值。因此，可可变荷载的组合值是当结构承受两种或两种以上可变荷载时的代表值。变荷载的组合值是当结构承受两种或两种以

13、上可变荷载时的代表值。荷载规范对组合值得定义为：对可变荷载，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概率趋于一致的荷载值；或使组合后的结构具有统一规定的可靠指标的荷载值。 3）频遇值）频遇值 对可变荷载，在设计基准期内，其超越的总时间为规定的较小比率或超越频率为规定频率的荷载值，称为可变荷载的频遇值。可变荷载的频遇值为可变荷载的标准值乘以荷载频遇值系数。 4）准永久值）准永久值 对可变荷载，在设计基准期内，其超越的总时间约为设计基准期一半的荷载值，称为该可变荷载的准永久值。可变荷载的准永久值为可变荷载标准值乘以荷载准永久值系数。 4 4、作用效应（、作用效应（S

14、S）与荷载效应（）与荷载效应（S S） 由作用引起的结构或构件的反应称为作用效应，通常用由作用引起的结构或构件的反应称为作用效应，通常用S S来表示。如对钢筋来表示。如对钢筋混凝土结构而言，结构上的作用使结构产生内力与变形，还可能使之出现裂混凝土结构而言，结构上的作用使结构产生内力与变形，还可能使之出现裂缝，这些都是作用效应，是作用在结构上的反应。缝，这些都是作用效应，是作用在结构上的反应。由荷载引起的结构或构件的反应称为荷载效应。由荷载引起的结构或构件的反应称为荷载效应。二、结构抗力（二、结构抗力（R R） 结构或结构构件承受作用效应的能力称为结构抗力。例如结构构件承载力（轴力、剪力、弯矩、

15、扭矩）、变形（刚度）、抗裂等，都统称为结构的抗力。 影响结构抗力的主要因素影响结构抗力的主要因素材料性能和构件的几何尺寸及计算的精确性等。 由于材质及生产工艺等因素的影响，构件的制作误差及施工安装误差等的存在，构件几何参数和强度、变形也将存在差别，加之计算公式的不精确和理论上的假定，这些都导致结构抗力具有随机性。一、概率极限状态设计原理一、概率极限状态设计原理 建筑结构在规定的时间内，在规定的条件下，要完成预定的功能，就要考虑作用效应作用效应和结构抗力结构抗力这两个相互独立的随机变量，为此引入结构的功能函数： Z=g（R,S）=R-S 式中， Z结构的功能函数。 当Z0（RS）时，结构处于可靠

16、状态； 当Z0(RS)时，结构处于失效状态； 当Z=0（R=S）时，结构处于极限状态。 式式Z=gZ=g（R,SR,S）=R-S=0=R-S=0称为极限状态方程称为极限状态方程课题3 概率极限状态设计法图图1.2 1.2 功能概率密度分布功能概率密度分布 结构能够完成预定功能的概率，称为可靠概率spsp反之，称为失效概率 1.0sfpp统计特征值，平均值为22zRS标准差为 由图1.2可知 ZZ则 ：22()RSzzRSzRS 为使结构构件即安全可靠又经济合理，必须确定一个公众能够接受的结构构件失效概率或可靠指标，此值分别称为允许失效概率pf或目标可靠指标，要求pfpf或，并尽量接近。 我国规

17、定房屋建筑结构构件持久设计状况承载能力极限状态设计的可靠指标，不应小于表1-4的规定。 房屋建筑结构构件持久设计状况正常使用极限状态设计的可靠指标，根据其可逆程度取01.5。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表表1-4 1-4 房屋结构构件的可靠指标房屋结构构件的可靠指标 工程结构可靠性设计统一标准(GB50153-2008)采用以概率论为基础的以分项系数表达的极限状态设计方法。二、概率极限状态设计方法二、概率极限状态设计方法（1）房屋建筑结构的安全等级和结构重要性系数）房屋建筑结构的安全等级和结构重要性

18、系数工程结构设计时，根据结构破坏可能产生的后果（危及人的生命、造成经济损失、对社会或环境产生影响等）的严重性，采用不同的安全等级。根据建筑结构破坏后果的严重程度，建筑结构划分为3个安全等级，设计时应根据具体情况按照表1-5的规定选用相应的安全等级。表表1-5 1-5 建筑结构的安全等级建筑结构的安全等级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：对人的生命、经济、社会或环境影很严重：对人的生命、经济、社会或环境影响很大响很大大型的公共建筑等大型的公共建筑等二级二级严重：对人的生命、经济、社会或环境影响严重：对人的生命、经济、社会或环境影响较大较大普通的住宅和办公楼等普通

19、的住宅和办公楼等三级三级不严重：对人的生命、经济、社会或环境影不严重：对人的生命、经济、社会或环境影响较小响较小小型的或临时性贮存建小型的或临时性贮存建筑等筑等（1）房屋建筑结构的安全等级和结构重要性系数）房屋建筑结构的安全等级和结构重要性系数对应于房屋建筑结构的安全等级，房屋建筑的结构重要性系数，不应小于表1-6的规定。表表1-6 1-6 房屋建筑的结构重要性系数房屋建筑的结构重要性系数结构重要性结构重要性系数系数对持久设计状况和短暂设计状况对持久设计状况和短暂设计状况对偶然设计状况和地震设计状对偶然设计状况和地震设计状况况 安全等级安全等级一级一级二级二级三级三级1.11.11.01.00

20、.90.91.01.00 （2）材料强度的分项系数和设计值）材料强度的分项系数和设计值 材料强度设计值等于材料强度标准值除以材料的分项系数。 （3）荷载的分项系数和设计值）荷载的分项系数和设计值荷载的设计值等于荷载的标准值乘以荷载的分项系数。混凝土结构极限状态计算混凝土结构极限状态计算 根据GB50153-2008工程结构可靠性设计统一标准所确定的原则，GB500102010混凝土结构设计规范采用以概率理论为基础的极限状以概率理论为基础的极限状态设计方法，以可靠指标度量结构构件的可靠度，采用分项系数的设计表达态设计方法，以可靠指标度量结构构件的可靠度，采用分项系数的设计表达式进行设计。式进行设

21、计。混凝土结构的安全等级安全等级和设计使用年限设计使用年限应符合现行国家标准工程结构可靠性设计统一标准GB50153 的规定。混凝土结构中各类结构构件的混凝土结构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。安全等级，宜与整个结构的安全等级相同。对其中部分结构构件的安全等级，可根据其重要程度适当调整。对于结构中重要构件和关键传力部位，宜适当提高其安全等级。 1 1、承载能力极限状态、承载能力极限状态 （1 1）混凝土结构的承载能力极限状态计算应包括的内容：）混凝土结构的承载能力极限状态计算应包括的内容： 结构构件应进行承载力（包括失稳）计算；结构构件应进行承载力（包括失稳）计算； 直接

22、承受重复荷载的构件应进行疲劳验算；直接承受重复荷载的构件应进行疲劳验算； 有抗震设防要求时，应进行抗震承载力计算；有抗震设防要求时，应进行抗震承载力计算； 必要时尚应进行结构的倾覆、滑移、漂浮验算；必要时尚应进行结构的倾覆、滑移、漂浮验算； 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。行防连续倒塌设计。（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 对持久设计状况、暂短设计状况和地震设计状况，当用对持久设计状况、暂短设计状况和地震设计状况，当用内力的形式内力的形式表表达时，结构构件应采用

23、下列承载能力极限状态设计表达式：达时，结构构件应采用下列承载能力极限状态设计表达式： 承载能力极限状态下作用组合的效应设计值S，对持久设计状况和暂短设计状况按作用的基本组合计算。建筑结构荷载规范规定：对于基本组合基本组合，荷载效应组合的设计值应从由可变荷载效应控制的组合和由永久荷载效应控制的两组组合中取最不利值确定。 1）由可变荷载效应控制的组合设计值表达式为2）由永久荷载效应控制的组合设计值表达式为 11112mnGjGjkQLQ kQiLiciQikjiSSSS 11mnGjGjkQiLiciQikjiSSS 对于基本组合的荷载分项系数，应按下列规定采用：永久荷载的分项系数 当其效应对结构

24、不利时对由可变荷载效应控制的组合，应取1.2；对由永久荷载效应控制的组合，应取1.35； 当其效应对结构有利时的组合，应取1.0。可变荷载的分项系数一般情况，应取1.4；对标准值大于4kNm2的工业房屋楼面结构的活荷载，应取1.3。对结构的倾覆、滑移或漂浮验算，荷载的分项系数应按有关的结构设计规范的规定采用。3）基本组合的荷载分项系数）基本组合的荷载分项系数4）可变荷载考虑设计使用年限的调整系数）可变荷载考虑设计使用年限的调整系数L应用案例应用案例1-11-1能力训练项目：荷载效应组合值的计算能力训练项目：荷载效应组合值的计算1.某简支梁，计算跨度04lm，承受均布荷载为永久荷载，其标准值为

25、3000/kgN m，跨中承受集中荷载为可变荷载，其标准值为 1000kFN。结构的安全等级为二级。求由可变荷载效应控制和由永久荷载效应控制的梁跨中截面的弯矩设计值。 2.如图1.3所示为某悬臂外伸梁，跨度 6lABm，伸臂的外挑长度 2aBCm截面尺寸 250500b hmmmm，承受永久荷载标准值 20/kgkN m，可变荷载标准值 10/kqkN m。组合值系数 0.7c试计算：（1）AB跨中的最大弯矩设计值。（2）B支座截面处的最大弯矩设计值。结构的安全等级为二级。图图1.3 1.3 结构计算简图结构计算简图应用案例应用案例1-21-22 2、正常使用极限状态验算、正常使用极限状态验算

26、 QiKcinkS2 (1) (1)混凝土结构构件应根据其使用功能及外观要求，按下列规定进行正常混凝土结构构件应根据其使用功能及外观要求，按下列规定进行正常使用极限状态验算：使用极限状态验算： 1）对需要控制变形的构件，应进行变形验算；）对需要控制变形的构件，应进行变形验算； 2）对不允许出现裂缝的构件，应进行混凝土拉应力验算；）对不允许出现裂缝的构件，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；）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）对有舒适度要求的楼盖结构，应进行竖向自振频率验算。 (2) (2

27、) 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 对于正常使用极限状态，钢筋混凝土构件、预应力混凝土构件应分别按对于正常使用极限状态，钢筋混凝土构件、预应力混凝土构件应分别按荷荷载的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载的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，采用下列极限状态设计表达式进行验算：用下列极限状态设计表达式进行验算：QiKcinkS2 1 1）荷载效应组合）荷载效应组合在计算正常使用极限状态的荷载组合效应值在计算正常使用极限状态的荷载组合效应值S S时，须首先确定荷载效应的时，须首先确定荷载效应的标准组合、频遇组合和准永久

28、组合。标准组合、频遇组合和准永久组合。QiKcinkS2QiKcinkS2应用案例应用案例1-31-3 2）变形验算钢筋混凝土受弯构件的最大挠度应按荷载的准永久组合荷载的准永久组合，预应力混凝土受弯构件的最大挠度应按荷载的标准组合，并均考虑荷载长期作用的影并均考虑荷载长期作用的影响进行计算响进行计算，其计算值不应超过表1-8规定的挠度限值，即表表1-8 1-8 受弯构件的挠度限值受弯构件的挠度限值构件类型构件类型挠度限值挠度限值吊车梁吊车梁手动吊车手动吊车l0/500电动吊车电动吊车l0/600屋盖、楼盖屋盖、楼盖及楼梯构件及楼梯构件当当l0 7m时时l0/200 (l0/250)当当7m l

29、0 9m时时l0/250 (l0/300)当当l0 9m时时l0/300 (l0/400) 3）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：表表1-91-9 结构构件的裂缝控制等级及最大裂缝宽度的限值（结构构件的裂缝控制等级及最大裂缝宽度的限值（mm）环境类别环境类别钢筋混凝土结构钢筋混凝土结构预应力混凝土结构预应力混凝土结构裂缝控制等级裂缝控制等级裂缝控制等裂缝控制等级级一一三级三级0.30（0.40）三级三级0.20二二a0.200.10二二b二级二级三三a、三、三b一级一级limwlimw表表1-91-9中环境类别按

30、表中环境类别按表1-101-10确定，严寒和寒冷的划分如表确定，严寒和寒冷的划分如表1-111-11所示。所示。 环境类别环境类别条件条件一一室内干燥环境；无侵蚀性静水浸没环境室内干燥环境；无侵蚀性静水浸没环境二二a a室内潮湿环境；非严寒和非寒冷地区的露天环境；室内潮湿环境；非严寒和非寒冷地区的露天环境；非严寒和非寒冷地区与无侵蚀性的水或土壤直接接触的环境；非严寒和非寒冷地区与无侵蚀性的水或土壤直接接触的环境；严寒和寒冷地区的冰冻线以下与无侵蚀性的水或土壤直接接触的环境严寒和寒冷地区的冰冻线以下与无侵蚀性的水或土壤直接接触的环境b b干湿交替环境；水位频繁变动环境；严寒和寒冷地区的露天环境；

31、干湿交替环境；水位频繁变动环境；严寒和寒冷地区的露天环境；严寒和寒冷地区的冰冻线以上与无侵蚀性的水或土壤直接接触的环境严寒和寒冷地区的冰冻线以上与无侵蚀性的水或土壤直接接触的环境三三a a严寒和寒冷地区冬季水位变动区环境；受除冰盐影响环境；海风环境严寒和寒冷地区冬季水位变动区环境；受除冰盐影响环境；海风环境三三b b盐渍土环境；受除冰盐影响环境；海岸环境盐渍土环境；受除冰盐影响环境；海岸环境四四海水环境海水环境五五受人为或自然的侵蚀性物质影响的环境受人为或自然的侵蚀性物质影响的环境表表1-101-10混凝土结构的环境类混凝土结构的环境类别别表表1-11 1-11 严寒和寒冷的划分严寒和寒冷的划

32、分分区名称分区名称最冷月平均温度最冷月平均温度/ /0 0C C日平均温度不高于日平均温度不高于5 50 0C C的天数的天数严寒地区严寒地区寒冷地区寒冷地区-10-10 0 09090 145145砌体结构极限状态计算砌体结构极限状态计算 GB50017-2011砌体结构设计规范采用了以概率论为基础的极限状态设计方法，以可靠指标度量结构构件的可靠度，采用分项系数的设计表达式进行设计。 砌体结构除应按承载能力极限状态设计外，还应满足正常使用极限状态的要求。根据砌体结构的特点，砌体结构正常使用极限状态的要求，一般情况下可由相应的构造措施构造措施保证，只需对砌体结构进行承载力极限状态验算即可。砌体

33、结构极限状态计算砌体结构极限状态计算 砌体结构按承载能力极限状态设计时，应按下列公式中最不利组合进行计算：012(1.21.4)( ,.)nGKLQ KLQCiQiKkiSSSR f i01(1.351.4)( ,.)nGKLQiKkiSSRCif砌体结构极限状态计算砌体结构极限状态计算 当砌体结构作为一个刚体，需验算整体稳定性时，如倾覆、滑移、漂浮等，应按下列公式中最不利组合进行验算：02112(1.21.4)nG KLQ KLQiKG KiSSSS 0211(1.351.4)nG KLQiKG KiSSS Ci式中式中 起有利作用的永久荷载标准值的效应；起有利作用的永久荷载标准值的效应；

34、起不利作用的永久荷载标准值的效应；起不利作用的永久荷载标准值的效应； 钢结构极限状态计算钢结构极限状态计算 钢结构设计有两种设计方法，即容许应力法容许应力法和以概率论为基础的极限概率论为基础的极限状态设计法。状态设计法。现行钢结构设计规范除疲劳计算疲劳计算外，均采用以概率论为基础的极限状态设计法，用分项系数的设计表达式进行计算。（1）容许应力法是一种传统的设计方法，为保证结构在一定使用条件下连续、安全、正常地工作，它用一个总的安全系数来考虑实际工作和设计计算的差异，即将钢材可以使用的最大强度（如屈服强度）除以一个笼统的安全系数，作为结构计算时容许达到的最大应力容许应力，其表达式为： yfk （

35、2 2）以概率论为基础的极限状态设计法）以概率论为基础的极限状态设计法 钢结构的安全等级和设计使用年限应符合现行国家标准建筑结构可靠性设计统一标准GB50068和工程结构可靠度性设计统一标准GB50153的规定。一般工业与民用建筑钢结构的安全等级应取为二级，其他特殊建筑钢结构的安全等级应根据具体情况另行确定。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。对其中部分结构构件的安全等级可进行调整，但不得低于三级。 钢结构应按承载能力极限状态和正常使用极限状态进行设计：钢结构应按承载能力极限状态和正常使用极限状态进行设计： 1）承载能力极限状态包括：承载能力极限状态包括：构件或连接的强

36、度破坏、疲劳破坏、脆性断裂、因过度变形而不适用于继续承载，结构或构件丧失稳定、结构转变为机动体系和结构倾覆； 2）正常使用极限状态包括：正常使用极限状态包括：影响结构、构件或非结构构件正常使用或外观的变形，影响正常使用的振动，影响正常使用或耐久性能的局部损坏（包括混凝土裂缝）。 按承载能力极限状态承载能力极限状态设计钢结构时，应考虑荷载效应的基本组合荷载效应的基本组合，必要时尚应考虑荷载效应的偶然组合。按正常使用极限状态正常使用极限状态设计钢结构时，应考虑荷载效应的标准组合标准组合，对钢与混凝土组合梁，尚应考虑准永久组合。 计算结构或构件的强度、稳定性以及连接的强度计算结构或构件的强度、稳定性

37、以及连接的强度时，应采用荷载设计值荷载设计值（荷载标准值乘以荷载分项系数）；计算疲劳和正常使用极限状态的变形疲劳和正常使用极限状态的变形时，应采用荷载标准值荷载标准值。 对于直接承受动力荷载直接承受动力荷载的结构：在计算强度和稳定性强度和稳定性时，动力荷载设计值应乘以动力系数乘以动力系数；在计算疲劳和变形疲劳和变形时，动力荷载标准值不乘动力系数不乘动力系数。 设计钢结构时，荷载的标准值、荷载分项系数、荷载组合系数、动力荷载的动力系数等，应按建筑结构荷载规范的规定采用。 一、耐久性与主要影响因素一、耐久性与主要影响因素 1耐久性耐久性 混凝土结构的耐久性是指在设计使用年限内，在正常维护条件下，必

38、须满足正常使用的功能要求，而不需进行维修加固。 混凝土结构的耐久性设计主要根据结构的环境类别结构的环境类别和设计使用年限设计使用年限进行，同时还要考虑对混混凝土材料的基本要求凝土材料的基本要求。在我国，采用满足耐久性规定的方法进行耐久性设计，实质上是针对影响耐久性能的主要因素提出相应的对策。 2影响耐久性能的主要因素影响耐久性能的主要因素 主要有内部和外部两个方面。 内部因素内部因素 主要有混凝土的强度、密实性、水泥用量、水灰比、氯离子及碱 含量、外加剂用量、保护层厚度等； 外部因素外部因素 主要是环境条件，包括温度、湿度、CO2含量、侵蚀性介质等出现耐久性能下降的问题，往往是内、外部因素综合

39、作用的结果。此外，设计不周、施工质量差或使用中维修不当等也会影响耐久性能。课题4 混凝土结构耐久性设计 二、耐久性设计二、耐久性设计 1 1耐久性设计的目的和内容耐久性设计的目的和内容 耐久性设计的目的耐久性设计的目的 要求在规定的设计使用年限内，混凝土结构应能在自然和人为环境的化学和物理作用下，不出现无法接受的承载力减小、使用功能和不能接受的外观破损等耐久性问题。所出现的问题通过正常的维护即可解决，而不需付出很高的代价。 对临时性混凝土结构和大体积混凝土的内部可以不考虑耐久性设计。 耐久性设计的内容耐久性设计的内容 混凝土结构应根据结构的使用环境类别和设计使用年限进行设计。耐久性设计包括下列

40、内容： （1）确定结构所处的环境类别；）确定结构所处的环境类别； （2）提出对混凝土材料的耐久性要求；）提出对混凝土材料的耐久性要求； （3）确定构件中钢筋的混凝土保护层厚度；）确定构件中钢筋的混凝土保护层厚度； （4）不同环境条件下的耐久性技术措施；）不同环境条件下的耐久性技术措施； （5）提出结构使用阶段的检测与维护要求。）提出结构使用阶段的检测与维护要求。2 2混凝土结构设计使用年限和使用环境类别混凝土结构设计使用年限和使用环境类别 类别 设计使用年限年 示 例l 5 临时性结构2 25 易于替换的结构构件3 50 普通房屋和构筑物4 100 纪念性建筑和特别重要的建筑结构表表1-12

41、1-12 设计使用年限设计使用年限表表1-91-9中环境类别按表中环境类别按表1-101-10确定，严寒和寒冷的划分如表确定，严寒和寒冷的划分如表1-111-11所示。所示。 环境类别环境类别条件条件一一室内干燥环境；无侵蚀性静水浸没环境室内干燥环境；无侵蚀性静水浸没环境二二a a室内潮湿环境；非严寒和非寒冷地区的露天环境；室内潮湿环境；非严寒和非寒冷地区的露天环境；非严寒和非寒冷地区与无侵蚀性的水或土壤直接接触的环境；非严寒和非寒冷地区与无侵蚀性的水或土壤直接接触的环境；严寒和寒冷地区的冰冻线以下与无侵蚀性的水或土壤直接接触的环境严寒和寒冷地区的冰冻线以下与无侵蚀性的水或土壤直接接触的环境b

42、 b干湿交替环境；水位频繁变动环境；严寒和寒冷地区的露天环境；干湿交替环境；水位频繁变动环境；严寒和寒冷地区的露天环境；严寒和寒冷地区的冰冻线以上与无侵蚀性的水或土壤直接接触的环境严寒和寒冷地区的冰冻线以上与无侵蚀性的水或土壤直接接触的环境三三a a严寒和寒冷地区冬季水位变动区环境；受除冰盐影响环境；海风环境严寒和寒冷地区冬季水位变动区环境；受除冰盐影响环境；海风环境三三b b盐渍土环境；受除冰盐影响环境；海岸环境盐渍土环境；受除冰盐影响环境；海岸环境四四海水环境海水环境五五受人为或自然的侵蚀性物质影响的环境受人为或自然的侵蚀性物质影响的环境表表1-101-10混凝土结构的环境类别混凝土结构的

43、环境类别3 3、保证耐久性的技术措施及构造要求、保证耐久性的技术措施及构造要求 结构设计技术措施结构设计技术措施 （1)未经技术鉴定及设计许可，不能改变结构的使用环境，不得改变结构的用途。 （2)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。 （3)宜根据环境类别，规定维护措施及检查年限；对重要的结构，宜在与使用环境类别相同的适当位置设置供耐久性检查的专用构件。 （4)对于暴露在侵蚀性环境中的结构构件，其受力钢筋可采用环氧涂层带肋钢筋，预应力筋应有防护措施。在此情况下宜采用高强度等级的混凝土。对混凝土材料的要求对混凝土材料的要求 用于一、二和三类环境中设计使用年限为50年的混凝土

44、结构，应控制最大水灰比、最小水泥用量、最低强度等级、最大氯离子含量以及最大碱含量，符合表1-13的要求。表表1-131-13混凝土结构材料的耐久性基本要求混凝土结构材料的耐久性基本要求环境类别环境类别最大水胶比最大水胶比最低混凝土强最低混凝土强度度最大氯离最大氯离子含量子含量( () )最大碱含量最大碱含量(kg(kgm3)m3)一一0.650.65C20C200.30.3不限制不限制二二a aO O5555C25C250.20.23.03.0二二b b0.500.50（O O5555）C30C30（C25C25）O.15O.15三三a a0.450.45（O O5050）C35C35（C30

45、C30）O.15O.15三三b b0.400.40C40C40O.10O.10 施工要求施工要求 混凝土的耐久性主要取决于它的密实性，除应满足上述对混凝土材料的要求外，还应高度重视混凝土的施工质量，控制商品混凝土的各个环节，加强对混凝土的养护，防止过早受荷等。 混凝土保护层最小厚度混凝土保护层最小厚度 混凝土保护层最小厚度是从保证钢筋与混凝土共同工作，满足对受力钢筋的有效锚固以及保证耐久性的要求为依据的。 检测与维护要求检测与维护要求 （1）建立定期检测、维修制度； （2）设计中可更换的混凝土构件应按规定更换； （3）构件表面的保护层，应按规定维护或更换； （4）结构出现可见的耐久性缺陷时，应

46、及时进行处理。 砌体结构的耐久性应根据环境类别和设计使用年限进行设计砌体结构的耐久性应根据环境类别和设计使用年限进行设计环境类别环境类别 条条 件件 1 1 正常居住及办公建筑的内部干燥环境正常居住及办公建筑的内部干燥环境 2 2 潮湿的室内或室外环境，包括与无侵蚀性土和水接触的环境潮湿的室内或室外环境，包括与无侵蚀性土和水接触的环境 3 3 严寒和使用化冰盐的潮湿环境严寒和使用化冰盐的潮湿环境( (室内或室外室内或室外) ) 4 4 与海水直接接触的环境，或处于滨海地区的盐饱和的气体环境与海水直接接触的环境，或处于滨海地区的盐饱和的气体环境 5 5 有化学侵蚀的气体、液体或固态形式的环境，包

47、括有侵蚀性土有化学侵蚀的气体、液体或固态形式的环境，包括有侵蚀性土壤的环境壤的环境课题4 砌体结构耐久性规定1.5.1 砌体结构的环境类别的划分砌体结构的环境类别的划分1.5.2 1.5.2 砌体结构耐久性规定砌体结构耐久性规定1.1.钢筋钢筋当设计使用年限为当设计使用年限为5050年时，砌体中钢筋的耐久性选择应符合表年时，砌体中钢筋的耐久性选择应符合表1-151-15的规定。的规定。环境类别环境类别钢筋种类和最低保护要求钢筋种类和最低保护要求 位于砂浆中的钢筋位于砂浆中的钢筋 位于灌孔混凝土中的钢筋位于灌孔混凝土中的钢筋 1 1 普通钢筋普通钢筋 普通钢筋普通钢筋 2 2 重镀锌或有等效保护

48、的钢筋重镀锌或有等效保护的钢筋 当采用混凝土灌孔时，可为普通当采用混凝土灌孔时，可为普通钢筋；当采用砂浆灌孔时应为重镀钢筋；当采用砂浆灌孔时应为重镀锌或有等效保护的钢筋锌或有等效保护的钢筋 3 3 不锈钢或有等效保护的钢筋不锈钢或有等效保护的钢筋 重镀锌或有等效保护的钢筋重镀锌或有等效保护的钢筋 4 4和和5 5 不锈钢或等效保护的钢筋不锈钢或等效保护的钢筋 不锈钢或等效保护的钢筋不锈钢或等效保护的钢筋2.2.保护层保护层设计使用年限为50年时，砌体中钢筋的保护层厚度，应符合下列规定： （1）配筋砌体中钢筋的最小混凝土保护层应符合表1-16的规定； （2）灰缝中钢筋外露砂浆保护层的厚度不应小于15mm； （3）所有钢筋端部均应有与对应钢筋的环境类别条件相同的保护层厚度； （4）对填实的夹心墙或特别的墙体构造，钢筋的最小保护层厚度，应符合下列规定： 用于环境类别1时，应取20mm厚砂浆或灌孔混凝土与钢筋直径较大者； 用于环境类别2时，应取20mm厚灌孔混凝土与钢筋直径较大者； 采用重镀锌钢筋时，应取20mm厚砂浆或灌孔混凝土与钢筋直径较大者； 采用不锈