第1章极限状态设计原则

第一章混凝土结构基本设计原则3.1极限状态设计原则•3.1.1建筑结构的功能要求1.安全性建筑结构在其设计使用年限内应能够承受可能出现的各种作用。且在设计规定的偶然事件发生时及发生后，结构应能保持必需的整体稳定性，不致倒塌。2.适用性建筑结构在其设计使用年限内应能满足预定的使用要求，有良好的工作性能，其变形、裂缝或振动等性能均不超过规定的限度等。3.耐久性建筑结构在其设计使用年限内应有足够的耐久性。例如保护层厚度不得过薄、裂缝不得过宽而引起钢筋锈蚀等。3.1.2结构可靠度和安全等级•结构可靠性是指结构在规定的时间内(即设计使用年限)，在规定的条件下(结构正常的设计、施工、使用和维修条件)，完成预定功能(如承载力、刚度、稳定性、抗裂性、耐久性和动力性能等)的能力。•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，即结构可靠度是结构可靠性的概率度量。3.1.3结构的极限状态•结构的极限状态是指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。•《建筑结构可靠度设计统一标准》将结构的极限状态分为两类：承载能力极限状态及正常使用极限状态。•承载能力极限状态——结构或结构构件达到最大承载能力或不适于继续承载的变形。(1)整个结构或结构的一部分作为刚体失去平衡，如雨篷压重不足而倾覆、烟囱抗风不足而倾倒、挡土墙抗滑不足在土压力作用下而整体滑移等。(2)结构构件或其连接因超过材料强度而破坏(包括疲劳破坏)，如轴心受压构件中混凝土达到了轴心抗压强度、构件的钢筋因锚固长度不足而被拔出等；或因变形过大而不适于继续承受荷载。(3)结构转变为机动体系，如构件发生三铰共线而形成机动体系，丧失承载能力。(4)结构或构件丧失稳定，如细长柱到达临界荷载后压屈失稳而破坏。•正常使用极限状态——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。(1)影响正常使用或外观的变形，如吊车梁变形过大导致吊车不能正常行驶、梁挠度过大影响外观等。(2)影响正常使用或耐久性能的局部损坏，如水池池壁开裂漏水不能正常使用、如裂缝过宽导致钢筋锈蚀等。(3)影响正常使用的振动，如由于机器振动而导致结构的振幅超过按正常使用要求所规定的限位等。(4)影响正常使用的其它特定状态，如相对沉降量过大等。3.1.4结构上的作用F、作用效应S、结构抗力R•结构上的作用——施加在结构上的集中力或分布力（直接作用，也称为荷载）和引起结构外加变形或约束变形的原因（间接作用）。•作用效应——由于直接作用或间接作用作用于结构构件上，在结构内产生的内力和变形(如轴力、弯矩、剪力、扭矩、挠度、转角和裂缝等)。•结构抗力——结构或结构构件承受内力和变形的能力(如构件的承载能力、刚度等)。*结构上的作用、作用效应、结构抗力均是随机变量1结构上的作用分类(1)按随时间的变异分类：永久作用—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比可以忽略不计的作用。可变作用—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不可忽略的作用。偶然作用—在设计基准期内出现或不一定出现，而一旦出现其量值很大且持续时间很短的作用。(2)按随空间位置的变异分类固定作用—在结构空间位置上具有固定分布的作用。可动作用—在结构空间位置上的一定范围内可以任意分布的作用。(3)按结构的反应分类静态作用—使结构产生的加速度可忽略不计的作用。动态作用—使结构产生的加速度不可忽略的作用。2结构的安全等级*结构的设计使用年限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用的时期。*建筑结构的安全等级在进行建筑结构的设计时，应根据结构破坏可能产生的各种后果(危及人的生命、造成经济损失、产生社会影响等)的严重性，采用不同的安全等级。3.1.5结构的极限状态方程1结构极限状态方程可写为：Z=R—S=0当Z＞0时，结构处于可靠状态，当Z＝0时，结构处于极限状态，当Z＜0时，结构处于失效状态。2结构目标可靠指标*在工程设计中要求结构的可靠指标目标可靠指标。《标准》对一般工业与民用建筑结构所规定的、作为设计依据的可靠指标，称为目标可靠指标[β].3.2荷载和材料强度的取值3.2.1荷载结构上的荷载可分成三类：永久荷载—在结构使用期内，其值随时间因素的变化不大，或其变化与其平均值相比可以忽略的荷载。可变荷载—在结构使用期内，其值随时间变化，且其变化与其平均值相比不可以忽略的荷载。偶然荷载—在设计使用期内不一定出现，一旦出现其值很大且持续时间很短的荷载。3.2.2荷载代表值*建筑结构设计时，对不同荷载应采用不同的设计值。对永久荷载应采用标准值作为代表值；对可变荷载应根据设计要求采用标准值、组合值、频遇值或准永久值作为代表值；对偶然荷载应按建筑结构使用的特点确定其代表值。•1.荷载标准值荷载的基本代表值，是指结构在其使用期间,正常情况下可能出现的最大荷载值。•2.荷载频遇值是正常使用极限状态按频遇组合设计采用的一种可变荷载代表值。•3.荷载准永久值是正常使用极限状态按准永久组合和频遇组合设计采用的一种可变荷载代表值。•4.荷载组合值是当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采用的可变荷载代表值。3.2.3材料强度标准值•具有不小于95％的保证率的材料强度值称为材料强度标准值1.钢材的强度标准值《规范》将热轧钢筋的强度标准值取为冶金部门颁布的屈服强度废品限值，其保证率为97.73％。2.混凝土的强度标准值取保证率为95%的强度值为混凝土强度标准值3.3概率统计极限状态设计方法3.3.1可靠度、失效概率、可靠指标结构在规定的时间内，在规定的条件下，完成预定的功能的概率，称为结构可靠度。用Ps表示。结构不能完成预定功能，即Z＜0或R＜S的概率即为失效概率。用Pf表示。Ps+Pf=13.3.3极限状态设计表达式1承载能力极限状态设计表达式S——承载能力极限状态的荷载效应(内力)组合的设计值。对于承载能力极限状态，结构构件应按荷载效应的基本组合进行计算，必要时尚应按荷载效应的偶然组合进行计算。对于基本组合，其内力组合设计值可按以下两公式中最不利值确定：)(21100niQikciQikQQGkGSSSS)(100niQikciQiGkGSSS对于一般排架和框架结构，可采用下列简化公式：)(100niQikQiGkGSSS2正常使用极限状态设计表达式•Sd≤CC——设计对变形、裂缝等规定的相应限值。Sd——变形、裂缝等荷载效应设计值。*标准组合：*准永久组合:*频遇组合：niQikcikQGkdSSSS21niQikqiGkdSSS1niQikqikQfGkdSSSS211