第二章 结构可靠度设计方法

一、结构上的作用、作用效应及结构抗力1、结构上的作用是指施加在结构上的集中力或分布力，以及引起结构外加变形或约束变形的各种因素。以力的形式作用于结构直接作用或荷载地震、基础差异沉降、温度变化以变形的形式作用于结构间接作用结构上的作用按时间的变异，可分为三大类：1、永久作用：在结构使用期间，其值不随时间变化，或者变化与平均值相比可以忽略不计，或者变化是单调的并能趋于限制的作用，如结构的自身重力、土压力等。通常称为永久荷载或恒荷载。2、可变作用：其值随时间变化且变化与平均值相比不可忽略的作用，如楼面活荷载、桥面或路面的行车荷载、风荷载、雪荷载等。通常称为可变荷载。3、偶然作用：在结构使用期间不一定出现，一旦出现，其量值很大且持续时间很短的作用，如强烈地震、爆炸、撞击等引起的作用，多为间接作用。2、结构上的作用效应直接作用或间接作用作用在结构构件上，由此在结构内产生内力和变形，称为作用效应。轴力、弯矩、剪力、扭矩挠度、转角、裂缝当为直接作用，即荷载时，其效应也称为荷载效应，用S表示。SGk:永久荷载标准值的效应。SQk：可变荷载标准值的效应。3、结构抗力结构抗力是指整个结构或结构构件承受作用效应的能力，如构件的承载能力、刚度等。内力和变形结构抗力用R表示。影响结构抗力的因素：1、材料性能（强度、变形模量）2、几何参数（构件尺寸）3、计算模式的精确性（抗力计算所采用的基本假设和计算公式）结构可靠度结构在规定的设计使用年限内应该满足的功能要求：1、在正常施工和正常使用时，能承受可能出现的各种作用，如荷载及外加变形或约束变形。2、在设计规定的偶然事件，如的证、爆炸等，发生时及发生后，仍能保持必须的整体稳定性，即结构仅产生局部的损坏而不知发生连续倒塌。3、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。4、在正常维护下具有足够的耐久性能，如结构材料的风化、腐蚀和老化不超过一定限度。安全性适用性耐久性安全性、适用性和耐久性称为结构的可靠性。结构可靠度指结构在规定的时间、条件下，完成预定功能的概率，它是可靠性的概率度量结构功能的表达SR可靠S=R极限状态SR失效S——作用效应ActionEffect结构上的作用引起的效应R——结构抗力Resistant结构抵抗作用效应的能力对于砌体结构承载力，应该有γ0SR),()(2110kniQikCiQikQQGKGafRSSS),()(1i0kniQikCiQGKGafRSS砌体结构按承载能力极限状态设计时，应按下列公式进行最不利组合：二、永久荷载G建筑结构中的屋面、楼面、墙体、梁柱等构件自重重力及找平层、保温层、防水层等自重重力都是永久荷载，通常称为恒荷载，其值不随时间变化或变化很小。荷载标准值是建筑结构按极限状态设计时采用的荷载基本代表值。由设计基准其最大荷载概率分布的某一分位值确定。永久荷载标准值Gk永久荷载标准值Gk可按结构设计规定的尺寸和《荷载规范》规定的材料容重（或单位面积的自重）平均值确定，一般相当于永久荷载概率分布的平均值。三、可变荷载Q建筑结构的楼面活荷载、风荷载和雪荷载等都属于可变荷载，其数值随时间而变化。一般民用楼面活荷载分为持久性活荷载和临时性活荷载两种，持久性活荷载是经常出现的，如家居数量、布置随房屋用途变化；临时活荷载是短暂出现的，如人员临时聚会，上课等。可变荷载标准值Qk《荷载规范》规定，办公楼、住宅楼楼面均布活荷载标准值Qk为2.0kN/m2四、荷载组合值系数ψc当结构上作用有几个可变荷载时，各可变荷载最大值在同一时刻出现的概率很小，若设计中仍用各荷载作用效应设计值叠加，则可能造成结构可靠度不一致，因而必须对可变荷载设计值再乘以调整系数ψc。对于风荷载，ψc=0.6一般情况下，ψc=0.7对于书库、档案库、贮藏室或通风机房、电梯机房，ψc=0.9五、荷载分项系数⑴永久荷载分项系数γG对由可变荷载效应控制的组合，取γG=1.2对由永久荷载效应控制的组合，取γG=1.35⑵可变荷载分项系数γQ一般情况下，取γQ=1.4当活荷载标准值大于4kN/m2时，取γQ=1.3六、荷载设计值荷载分项系数与荷载标准值的乘积，称为荷载设计值。),()4.12.1(210kniQikCiQikQGKafRSSS),()4.135.1(10kniQikCiGKafRSS1、砌体结构的可靠指标砌体结构按承载能力极限状态设计时，应按下列公式进行最不利组合：由可变荷载效应控制由永久荷载效应控制注：无法判断结构是由可变荷载效应控制还是永久荷载效应控制时，两个都需要计算，并取两者最大值。当仅有一个可变荷载时，可按下列两个最不利组合进行计算：),()4.12.1(0kQkGKafRSS),()0.135.1(0kQKGKafRSS021121.21.40.85nGkQkQikGkiSSSS2、整体稳定性验算【例2.1】截面为490mm×370mm的砖柱，采用强度等级为MU10的烧结普通砖及M5混合砂浆砌筑，柱计算高度H0=5m，柱顶承受轴心压力设计值为140kN，试验算柱的恒荷载设计值及柱底截面的轴向力设计值。已知砖砌体密度为18kN/m3【解】恒荷载标准值GK=0.49X0.37X5X18=16.317kN恒荷载设计值γGGK=16.317X1.2=19.580kN柱底截面轴心压力设计值N=140+19.580=159.58kN例2.2截面尺寸为370×490mm的砖柱，砖的强度等级为MU10，混合砂浆强度等级为M5，柱高3.2M,两端为不动铰支座。柱顶承受轴向压力标准值=160KN（其中永久荷载130KN，已包括砖柱的自重），试求：砖柱的轴力设计值；解：永久荷载130KN可变荷载160-130=30可以判断荷载效应组合应是由永久荷载控制的组合轴力设计值为：N=1.35×130+1.0×30=205.5KN