建筑结构的功能要求和极限状态

混凝土结构基本计算原则本章提要：本章主要介绍我国现行规范所采用的以概率理论为基础的极限状态设计方法的基本概念。讲述概率极限状态设计表达式其内涵和应用；给出了混凝土结构耐久性的规定。第一节建筑结构的功能要求和极限状态第二节结构上的作用与作用效应S第三节结构抗力R第四节概率极限状态设计法第五节、混凝土结构的耐久性第一节建筑结构的功能要求和极限状态一、建筑结构的功能要求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，满足各项预定的功能要求，并取得最佳的经济效果。建筑结构功能要求主要包括：安全性适用性耐久性承载能力极限状态正常使用极限状态第一节建筑结构的功能要求和极限状态二、结构的极限状态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。极限状态分类例题钢筋混凝土简支梁的可靠、失效和极限状态概念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MMuM=MuMMu适用性挠度变形f[f]f=[f]f[f]耐久性裂缝宽度wmax[wmax]wmax=[wmax]wmax[wmax]第二节结构上的作用与作用效应S一、结构上的作用与荷载1、作用与荷载的定义直接施加在结构上的力及引起结构变形的原因统称为“作用”。荷载的分类和荷载效应《建筑结构可靠度设计统一标准》将结构上的荷载作如下分类：永久荷载1、按随时间的变异分类偶然荷载2、按随空间位置的变异分类可变荷载自由荷载3、按结构的反应特点分类静态荷载动态荷载固定荷载第二节结构上的作用与作用效应S一、结构上的作用与荷载2、荷载的分类和荷载效应二、结构上的荷载效应S荷载效应是结构由于各种作用引起的内力和变形的总称，用S表示。三、荷载代表值《建筑结构荷载规范》将荷载分为三类：永久荷载可变荷载偶然荷载第二节结构上的作用与作用效应S《建筑结构荷载规范》对不同功能设计的荷载给予了相应的规定量值，这种量值，称为荷载的代表值。三、荷载的代表值第二节结构上的作用与作用效应S几种荷载的代表值标准值——由《建筑结构荷载规范》(p387)给出可变荷载准永久值=可变荷载标准值×ψq可变荷载频遇值=可变荷载标准值×ψf可变荷载组合值=可变荷载标准值×ψc第三节结构抗力R一、结构抗力概念sykyff表示结构或结构构件承受和抵抗荷载效应的能力，用R表示。如承载力、刚度、抗裂度等二、结构构件的材料强度材料强度标准值是结构设计时采用的材料性能的基本代表值，以材料强度概率分布的某一分位值来确定。三、材料强度的设计值材料强度的设计值用于承载力计算时的材料强度的代表值。P27(式2-5)cckcff第四节概率极限状态设计法一、功能函数与极限状态方程SRSRgZ,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Z:二、结构的可靠度与失效概率可靠概率Ps结构能完成预定功能的概率失效概率Pf（见下页表格）不能完成预定功能的概率可靠指标β：22SRSRZZ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》根据建筑结构破坏后果的严重程度，将建筑结构划为三个安全等级：结构安全等级破坏后果建筑物类型设计使用年限一级很严重重要建筑物100年及以上二级严重一般建筑物50年三级不严重次要建筑物5年及以下第四节概率极限状态设计法表2-2结构的安全等级划分荷载效应组合的设计值应从下列组合中取最不利值确定：由可变荷载效应控制组合由永久荷载效应控制组合GGkQ1Q1kQiciQik2niSSSSGGkQiciQik1niSSS2、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进行变形验算p388和裂缝控制验算。P389如：屋盖楼盖及楼梯构件，当长度小于7m时，挠度限制为1/200；钢筋混凝土结构环境类别为一类，裂缝控制等级为三级，即0.3mm（or0.4mm;年平均湿度60%时）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第四节概率极限状态设计法标准组合：频遇组合：准永久组合：kGkQ1kciQik2niSSSSfGkf1Q1kqiQik2niSSSSqGkqiQik1niSSS仅适用于荷载效应为线性的情况第四节概率极限状态设计法第五节、混凝土结构的耐久性一、混凝土结构的耐久性混凝土耐久性钢筋锈蚀在正常维护的条件下，预计使用时期内和指定的工作环境中能保证结构满足既定功能要求的性能。影响耐久性因素主要两个方面：二、混凝土结构耐久性设计规定1、混凝土结构的使用环境的分类第五节、混凝土结构的耐久性《混凝土结构设计规范》混凝土结构使用环境分为五大类，作为耐久性设计的主要依据；第五节、混凝土结构的耐久性二、混凝土结构耐久性设计规定第五节、混凝土结构的耐久性2、设计使用年限与耐久性等级的划分混凝土规范把设计使用年限与耐久性结合，将设计使用年限（耐久性）划分为四类；第五节、混凝土结构的耐久性3、结构耐久性对混凝土的要求按近似概率论的极限状态设计法极限状态按近似概率论的极限状态设计法实用设计表达式按极限状态设计时材料强度和荷载取值结构上的作用结构的功能要求极限状态极限状态方程（Z=R-S）结构的可靠度失效概率分项系数正常使用极限状态设计表达式承载能力极限状态设计表达式直接作用间接作用结构的安全等级使用年限建筑结构的功能承载能力极限状态正常使用极限状态[本章小结]