建筑结构设计的基本原则

1、SUNMMARY OF BUILDING第四章 建筑结构基本设建筑结构基本设计原则计原则结构的功能要求与极限状态结构的功能要求与极限状态第一节结构的作用效应与结构抗力结构的作用效应与结构抗力第二节概率极限状态设计法与实用设计表达式概率极限状态设计法与实用设计表达式第三节SUNMMARY OF BUILDING第四章 建筑结构基本设建筑结构基本设计原则计原则结构功能要求与极限状态结构功能要求与极限状态极限状态设计的基本原理极限状态设计的基本原理极限状态设计表达式极限状态设计表达式1建筑结构的功能要求第一节、结构的功能要求与极限状态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

2、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。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。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。2结构设计使用年限要求结构设计使用年限要求第一节、结构的功能要求与极限状态结构设计使用年限和设计基准期设计基准期：T=50年设计使用年限类别类别设计使用年限（年）设计使用年限（年）示例示例15临时性建筑临时性建筑225易于替换的结构构件易于替换的结构构件350普通房屋和构筑物普通房屋和构筑物4100纪念性建筑和特别重要

3、的建筑结构纪念性建筑和特别重要的建筑结构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 。 3安全等级安全等级破坏后果破坏后果建筑类型建筑类型一级一级很严重很严重重要房屋重要房屋二级二级严重严重一般房屋一般房屋三级三级不严重不严重次要房屋次要房屋结构的安全等级划分第一节、结构的功能要求与极限状态偶然荷载在结构设计基准期内可能发生，但不一定发生的荷载。它的发生带有偶然性，但一旦发生它对结构的作用效应非常大，所以在做设计的时候也不能忽略偶然荷载的影响，如撞击、爆炸、罕遇地震等。永久荷载是指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荷载，通常称为恒载。如结构

4、自重、土压力、预应力等。可变荷载是指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荷载，通常称为活载。如楼面活荷载、风荷载、雪荷载等。1作用及作用效应作用及作用效应第二节、结构的作用效应与结构抗力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）。 第二节、结构的作用效应与结构抗力 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) 由于荷载具有随机性，我们采用代表值来表示随机变量，代表值的实质就是以确定值来表达不确定的值。 建筑结构设计时，对不同荷载应采用不同的代表值

5、。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。作用效应作用效应载荷的代表值载荷的代表值第二节、结构的作用效应与结构抗力永久荷载标准值可变荷载的标准值 结构或非承重构件的自重为永久荷载，由于其变异性不大，且多为正态分布，一般以其分布的均值作为荷载标准值，由此，即可按结构设计规定的尺寸和材料或结构构件单位体积的自重平均值确定。 统一由设计基准期最大荷载概率分布的0.05分位值确定，即设计平均值加1.645倍标准差(1 1.645)kfff设计基准期内可变荷载的均值设计基准期内可变荷载的变异系

6、数第二节、结构的作用效应与结构抗力可变荷载的准永久值是指在设计基准期内，其超越的总时可变荷载的准永久值是指在设计基准期内，其超越的总时间约为设计基准期一半的荷载设计值。间约为设计基准期一半的荷载设计值。荷载组合值是当结构承受两种或两种以上可变荷载时，承载力极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。可变荷载代表值。可变荷载的频遇值是指在设计基准期内，其超越的总时间为规定的可变荷载的频遇值是指在设计基准期内，其超越的总时间为规定的较小比率或超越频率为规

7、定频率的荷载值。较小比率或超越频率为规定频率的荷载值。第二节、结构的作用效应与结构抗力(1 1.645)kfff2结构抗力结构抗力抗力 结构抗力R是指整个结构或结构构件抵抗作用效应（即内力和变形）的能力（如构件的承载力、刚度、抗裂度等）。抗力的不确定性 结构抗力也是一个不确定的随机变量。材料强度的代表值（标准值）标准值取材料强度概率分布的0.05分位值，即按95%保证率的要求确定。第三节、概率极限状态设计法与实用设计表达式1 1 极限状态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。结构可靠 结构能够满足功能要求而良好地工作，则

8、称结构是“可靠”的或“有效”的。结构不可靠 结构不能够满足功能要求而良好地工作，则称结构是“不可靠”的或“失效”的。第三节、概率极限状态设计法与实用设计表达式 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。承载力能力极限状态 （第一类）超过该极限状态，结构就不能满足预定的安全性功能要求超过该极限状态，结构就不能满足预定的安全性功能要求结构或构结构或构件达到最件达到最大承载力大承载力（包括疲（包括疲劳）劳）结构整体或其结构整体或其中一部分作为中一部分作为刚体失去平衡刚体失去平衡（如倾覆、滑（如倾覆、滑移）移）结构形成几何结构形成几何可变体系（超可变体系（

9、超静定结构中出静定结构中出现足够多塑性现足够多塑性铰）铰）结构塑性结构塑性变形过大而变形过大而不适于继续不适于继续使用使用结构或构件结构或构件丧失稳定丧失稳定（如细长受（如细长受压构件的压压构件的压曲失稳）曲失稳）第三节、概率极限状态设计法与实用设计表达式正常使用极限状态（第二类） 超过该极限状态，结构就不能满足预定的适用性和耐久性的功能要求。过大的振动（不舒适）；过大的变形、侧移（影响非结构构件、不安全感、不能正常使用（吊车）等）；过大的裂缝（钢筋锈蚀、不安全感、漏水等）；其他正常使用要求。第三节、概率极限状态设计法与实用设计表达式随机变量Z的不同取值三种工作状态： Z0 结构或构件处于可靠

10、状态 Z0 结构或构件处于失效状态 Z=0 结构或构件处于极限状态2 2 功能函数与极限状态方程功能函数与极限状态方程结构工作状态可以用S和R关系式来描述，这种表达式称为结构的功能函数，以Z表示).,(321nXXXXgSRZ结构的抗力荷载效应第三节、概率极限状态设计法与实用设计表达式可靠概率可靠概率Ps 结构能能完成预定功能（S R S R ）的概率）的概率。0)()0()(dzzfZPRSpPf3 3 结构的可靠度和可靠指标结构的可靠度和可靠指标可靠度可靠度结构在规定时间内，在规定条件下，完成预定功能的可能性大小，结构在规定时间内，在规定条件下，完成预定功能的可能性大小，用概率用概率p来表

11、示，也就是说结构可靠度就是结构可靠性的概率度量。来表示，也就是说结构可靠度就是结构可靠性的概率度量。第三节、概率极限状态设计法与实用设计表达式zz可靠指标可靠指标失效概率与功能函数失效概率与功能函数Z Z平均值到坐标原点的距离有关平均值到坐标原点的距离有关, ,取取 z第三节、概率极限状态设计法与实用设计表达式 值2.73.23.74.2失效概率Pf3.510-36.910-41.110-41.310-5 22212ZZZZZe结构功能函数 22021(0)2ZZZZP ZZe失效概率经坐标变换，将Z标准化 0,1ZZ令 ,ddZZZZxZx由 ZZ得 于是fPf221d2xtPex第三节、概

12、率极限状态设计法与实用设计表达式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3.73.73.23.22.72.7脆性破坏脆性破坏4.24.23.73.73.23.2表表4-3 4-3 结构构件承载能力极限状态的目标可靠指标结构构件承载能力极限状态的目标可靠指标第三节、概率极限状态设计法与实用设计表达式0 -结构重要性系数S -荷载效应的基本组合（设计值）R -结构抗力f -材料强度设计值 RS 0rdkmscafffRR/.,.,4 4 承载力极限状态设计表达式承载力极限状态设计表达式基本表达式结构构件的抗力模型不定性系数第三节、概率极限状态设计法与实用设计表

13、达式5 5 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即即CC：一般指正常使用要求的规定限值：变形，抗裂度或自：一般指正常使用要求的规定限值：变形，抗裂度或自震频率等。震频率等。 CS .),(,CSSSCqfk基本表达式基本表达式第三节、概率极限状态设计法与实用设计表达式按正常使用极限状态设计时，应验算结构构件的变形、抗按正常使用极限状态设计时，应验算结构构件的变形、抗裂度或裂缝宽度裂度或裂缝宽度。1 1）变形验算变形验算limff2 2）裂缝控制验算裂缝控制验算一级：严格要求不出现裂缝的构件，按荷载标准组合计算时，构件受拉边缘混凝土不应产生拉应力。二级：一般要求不出现裂缝的构件，

14、按荷载标准组合计算时，构件受拉边缘混凝土拉应力不应大于混凝土抗拉强度的标准值；按荷载效应准永久组合计算时，构件受拉边缘混凝土不宜产生拉应力，当有可靠经验时可适当放松。三级 ：允许出现裂缝的构件：对钢筋混凝土构件，按荷载准永久组合并考虑长期作用影响计算时，构件的最大裂缝宽度不应超过附表14规定的最大裂缝宽度限值。第三节、概率极限状态设计法与实用设计表达式11112jjiiiimnGG kQLQ kQLcQ kjiSSSS 11jjiiimnGG kQiLcQ kjiSSS 由可变荷载效应控制的组合由永久荷载效应控制的组合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或偶然组合进行荷载（效应）组合，对于基本组合，荷载效应组合的设计值应从下列组合值中取最不利值确定：6 6 承载能力极限状态承载能力极限状态第三节、概率极限状态设计法与实用设计表达式