第二章钢筋砼结构设计计算原理

1、第第1 1节节 结构的功能要求、荷载效应与结构抗力结构的功能要求、荷载效应与结构抗力v结构的功能要求结构的功能要求v作用（荷载）与荷载效应作用（荷载）与荷载效应v结构抗力结构抗力 第二章 钢筋砼结构设计计算原理2.1 结构设计的极限状态第二章第二章 钢筋砼结构设计计算原理钢筋砼结构设计计算原理第二章 钢筋砼结构设计计算原理2.1 结构的功能安全性（安全性（SafetySafety） 要求结构在要求结构在正常施工、正常使用正常施工、正常使用情况下能承受可能出现的情况下能承受可能出现的各种荷载、外加变形（如超静定结构的支座不均匀沉降）、约各种荷载、外加变形（如超静定结构的支座不均匀沉降）、约束变形

2、（如温度和收缩变形受到约束时）等的作用。束变形（如温度和收缩变形受到约束时）等的作用。 在偶然事件（如校核洪水位、地震、爆炸等）发生时和发在偶然事件（如校核洪水位、地震、爆炸等）发生时和发生后，生后，结构应能保持必要的整体稳定性，结构应能保持必要的整体稳定性，不发生倒塌或连续破不发生倒塌或连续破坏而造成生命财产的严重损失。坏而造成生命财产的严重损失。第二章 结构设计方法2.1 结构的功能适用性（适用性（ ServiceabilityServiceability ） 要求要求结构在结构在正常使用正常使用期间，期间，具有良好的工作性能具有良好的工作性能。如不发。如不发生影响正常使用的生影响正常使用

3、的过大变形（挠度、侧移）、振动（频率、过大变形（挠度、侧移）、振动（频率、振幅），振幅），或不产生让使用者感到不安的过大的裂缝宽度。或不产生让使用者感到不安的过大的裂缝宽度。耐久性（耐久性（ DurabilityDurability ） 要求要求结构在结构在正常使用和正常维护正常使用和正常维护条件下，具有足够的耐久条件下，具有足够的耐久性能。即在各种不利因素的影响下（性能。即在各种不利因素的影响下（混凝土碳化、钢筋锈混凝土碳化、钢筋锈蚀蚀），），结构的承载力和刚度结构的承载力和刚度不随时间有过大的降低，从而保不随时间有过大的降低，从而保证结构在其预定的设计使用年限内的安全性和适用性。证结构在其

4、预定的设计使用年限内的安全性和适用性。第二章 结构设计方法2.1 结构的功能结构的可靠性结构的可靠性 （reliabilityreliability）v可靠性可靠性安全性、适用性和耐久性的总称安全性、适用性和耐久性的总称指结构在规定的时间内（指结构在规定的时间内（设计使用年限设计使用年限=50年年），在规定的），在规定的条件下（条件下（正常设计、正常施工、正常使用和维护正常设计、正常施工、正常使用和维护），完成预定），完成预定功能的能力，称为功能的能力，称为结构可靠性。结构可靠性。设计使用年限：设计使用年限：是指结构在使用过程中仅需一般维护（包括是指结构在使用过程中仅需一般维护（包括构件表面涂

5、刷）而不需进行大修的期限。构件表面涂刷）而不需进行大修的期限。水利水电工程结构可靠度设计统一标准水利水电工程结构可靠度设计统一标准(GB50199-94(GB50199-94）规定除）规定除1 1级壅水建筑物的设计使用年限采用级壅水建筑物的设计使用年限采用100100年外年外，其他永久性建筑物，其他永久性建筑物均采用均采用5050年年。第二章 结构设计方法2.1 结构的功能显然这种可靠性与经济性的均衡受到多方面的影响，如国家显然这种可靠性与经济性的均衡受到多方面的影响，如国家经济实力、设计工作寿命、维护和修复等。经济实力、设计工作寿命、维护和修复等。规范规范规定的设计方法，是这种均衡的最低限度

6、，也是国规定的设计方法，是这种均衡的最低限度，也是国家法律。家法律。设计人员可以根据具体工程的重要程度、使用环境和情况，设计人员可以根据具体工程的重要程度、使用环境和情况，以及业主的要求，提高设计水准，增加结构的可靠性。以及业主的要求，提高设计水准，增加结构的可靠性。v结构可靠性越高，建设造价投资越大。结构可靠性越高，建设造价投资越大。v如何在结构可靠性与经济性之间取得均衡如何在结构可靠性与经济性之间取得均衡，就是设计方法要，就是设计方法要解决的问题。解决的问题。v要保证结构的可靠性，就必须要处理好结构中以下两个方面要保证结构的可靠性，就必须要处理好结构中以下两个方面的对立关系：的对立关系：荷

7、载效应与结构抗力荷载效应与结构抗力二、作用（荷载）与荷载效应二、作用（荷载）与荷载效应（一）作用（荷载）及分类一）作用（荷载）及分类1 1、作用：、作用：是指使结构产生内力和变形的所有原因。是指使结构产生内力和变形的所有原因。分为：分为：直接作用：直接作用：直接施加在结构上的力，也称为直接施加在结构上的力，也称为荷载；荷载；如自重、如自重、 楼面活荷载、风荷载、水压力等楼面活荷载、风荷载、水压力等间接作用间接作用：引起结构外加变形、约束变形的其他原因。：引起结构外加变形、约束变形的其他原因。如温如温 度变形、砼收缩、基础不均匀沉降、地震等。度变形、砼收缩、基础不均匀沉降、地震等。2 2、荷载的

8、分类、荷载的分类v按其随时间的变异分类按其随时间的变异分类v按其随空间位置的变异分类按其随空间位置的变异分类v按结构的反应特点分类按结构的反应特点分类第二章 结构设计原理2.1 结构的功能u设计基准期：设计基准期：是一个为了确定可变荷载和材料性能的取值而是一个为了确定可变荷载和材料性能的取值而选定的时间参数。选定的时间参数。我国一般取我国一般取5050年。年。v按其随时间的变异性不同，可分为三类：按其随时间的变异性不同，可分为三类：（1 1）永久荷载）永久荷载( (Permanent loadPermanent load) )：又称恒荷载又称恒荷载。 在结构设计基准期内，其量值不随时间而变化，

9、或其变化在结构设计基准期内，其量值不随时间而变化，或其变化值与平均值相比可以忽略不计的荷载。值与平均值相比可以忽略不计的荷载。如结构自重，土压力、如结构自重，土压力、围岩压力、淤沙压力、预应力等围岩压力、淤沙压力、预应力等。常用。常用G、g表示表示（2 2）可变荷载）可变荷载( (Variable loadVariable load) )：又称活荷载又称活荷载 在结构设计基准期内，其量值随时间而变化，且其变化值在结构设计基准期内，其量值随时间而变化，且其变化值与平均值相比不可忽略的荷载。与平均值相比不可忽略的荷载。如楼面活荷载、风荷载，雪荷如楼面活荷载、风荷载，雪荷载、吊车荷载、静水压力、启闭

10、机的启门力等。载、吊车荷载、静水压力、启闭机的启门力等。常用常用Q、q表示表示（3 3）偶然荷载：）偶然荷载：( (Accidental load)Accidental load) 在设计基准期内出现的概率很小，但一旦出现，其值很大在设计基准期内出现的概率很小，但一旦出现，其值很大且持续时间较短的荷载，如地震且持续时间较短的荷载，如地震、爆炸、校核洪水位等。、爆炸、校核洪水位等。2.2 结构的功能第二章 结构设计原理v按其随空间位置的变异不同，可分为二类按其随空间位置的变异不同，可分为二类：（1 1）固定荷载）固定荷载 是指在结构上具有固定位置的荷载。是指在结构上具有固定位置的荷载。如结构自重

11、，固定设如结构自重，固定设备重等备重等。（2 2）移动荷载）移动荷载 是指在结构空间位置的一定范围内可任意移动的荷载。是指在结构空间位置的一定范围内可任意移动的荷载。如如楼面人群荷载、吊车荷载、汽车轮压等。楼面人群荷载、吊车荷载、汽车轮压等。2.2 结构的功能第二章 结构设计原理v按结构的反应特点不同，可分为二类按结构的反应特点不同，可分为二类：（1 1）静态荷载）静态荷载 是指不使结构产生加速度，或产生的加速度可以忽略不计是指不使结构产生加速度，或产生的加速度可以忽略不计的荷载。的荷载。如结构自重，楼面人群荷载等如结构自重，楼面人群荷载等。（2 2）动态荷载）动态荷载 是指使结构产生不可忽略

12、的加速度的荷载。是指使结构产生不可忽略的加速度的荷载。如吊车荷载、如吊车荷载、地震、机械设备振动等。地震、机械设备振动等。 动态荷载所引起的荷载效应不仅与荷载有关，还与结构自动态荷载所引起的荷载效应不仅与荷载有关，还与结构自身的动力特性有关。身的动力特性有关。2.2 结构的功能第二章 结构设计原理荷载是随机变量荷载是随机变量第二章 钢筋砼结构设计计算原理2.2 概率极限状态设计的基本概念（二）荷载效应（二）荷载效应( (Load effect)Load effect)是指由荷载所引起的结构或构件的内力与变形是指由荷载所引起的结构或构件的内力与变形。用符号。用符号S S表示。表示。包括弯矩包括弯

13、矩M M、轴向力、轴向力N N、剪力、剪力V V、扭矩、扭矩T T、挠度、挠度f、侧移、侧移或裂缝或裂缝w等等。 S = CQ02021)qg(81q)l(gVlM材料力学的主要内容材料力学的主要内容v荷载荷载是决定是决定荷载效应荷载效应的主要因素。的主要因素。v荷载效应与荷载成正比。荷载效应与荷载成正比。v由于荷载的离散性、结构计算简图与实际受力情况之间的差由于荷载的离散性、结构计算简图与实际受力情况之间的差异等，由此产生的荷载效应是一个异等，由此产生的荷载效应是一个随机变量随机变量S S为随机变量为随机变量C:C:荷载效应系数荷载效应系数Q Q：某种荷载；：某种荷载；S S：荷载效应：荷载

14、效应g+ql0 0第二章 钢筋砼结构设计计算原理2.2 极限状态 结构或构件抵抗荷载效应的能力，是结构自身具有的性能。结构或构件抵抗荷载效应的能力，是结构自身具有的性能。用用符号符号 R表示。如受弯承载力表示。如受弯承载力Mu 、 受剪承载力受剪承载力Vu、受压承载力、受压承载力Nu、容许挠度容许挠度f、容许裂缝宽度、容许裂缝宽度wmax。R = R(fc, fy, A, h0, As, )三三. 结构抗力（结构抗力（R）（resistanceresistance）)()2(02xhbxfMxhAfM0cusyuv截面尺寸截面尺寸和和材料强度材料强度是决定是决定结构抗力结构抗力的主要因素。的主

15、要因素。v由于材料强度的离散性、构件几何尺寸和钢筋位置的偏差、由于材料强度的离散性、构件几何尺寸和钢筋位置的偏差、施工的局部缺陷以及计算模式的不定性，结构抗力是一个施工的局部缺陷以及计算模式的不定性，结构抗力是一个随随机变量机变量R为随机变量为随机变量第二节第二节 概率极限状态设计的概念概率极限状态设计的概念 极限状态的概念及分类极限状态的概念及分类 极限状态方程式、失效概率和可靠指标极限状态方程式、失效概率和可靠指标 极限状态：极限状态：结构或结构的一部分超过某一特定状态就不能满足设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。计规定的某

16、一功能要求，此特定状态称为该功能的极限状态。 一旦超过这种状态，结构就进入失效状态。一旦超过这种状态，结构就进入失效状态。 2 2、结构极限状态的分类、结构极限状态的分类 根据功能要求，国际上通常把极限状态分为两大类：根据功能要求，国际上通常把极限状态分为两大类： 承载能力极限状态承载能力极限状态 正常使用极限状态正常使用极限状态 第二章 钢筋砼结构设计计算原理2.1 结构设计的极限状态一结构的极限状态的概念及分类一结构的极限状态的概念及分类1、极限状态的概念、极限状态的概念 结构能够满足预定功能要求而良好地工作，则称结构是结构能够满足预定功能要求而良好地工作，则称结构是“可靠可靠”的或的或“

17、有效有效”的。反之，则结构为的。反之，则结构为“不可靠不可靠”或或“失效失效”。区。区分结构分结构“有效有效”与与“失效失效”的临界工作状态称为的临界工作状态称为“极限状态极限状态” 第二章 钢筋砼结构设计计算原理2.1 结构设计的极限状态（1 1）承载能力极限状态）承载能力极限状态（Bearing Capacity Limit States)Bearing Capacity Limit States) 指结构或构件达到指结构或构件达到最大承载力最大承载力或达到或达到不适于继续承载的变形不适于继续承载的变形的的极限状态极限状态。超过该极限状态，结构就不能满足预定的。超过该极限状态，结构就不能满

18、足预定的安全性安全性要要求。结构或构件出现下列状态之一时，应认为超过了承载力极求。结构或构件出现下列状态之一时，应认为超过了承载力极限状态：限状态：结构或结构的一部分丧失稳定；结构或结构的一部分丧失稳定；( (如细长受压构件的压曲失稳）如细长受压构件的压曲失稳）结构变为机动体系而丧失承载能力；结构变为机动体系而丧失承载能力；（超静定结构中出现足够（超静定结构中出现足够 多塑性铰多塑性铰) )结构发生滑移、上浮或倾覆等不稳定情况；结构发生滑移、上浮或倾覆等不稳定情况；( (如雨篷倾覆如雨篷倾覆）构件的截面因材料强度不足而发生破坏构件的截面因材料强度不足而发生破坏（包括疲劳破坏）（包括疲劳破坏）结

19、构或构件产生过大的塑性变形而不适于继续承载。结构或构件产生过大的塑性变形而不适于继续承载。地基丧失承载能力而破坏（地基丧失承载能力而破坏（如失稳等如失稳等）。）。 （2 2）正常使用极限状态）正常使用极限状态(Serviceability Limit States) 是指结构或构件达到影响正常使用或耐久性能的某项规定是指结构或构件达到影响正常使用或耐久性能的某项规定限值的极限状态。限值的极限状态。超过该极限状态，结构就不满足预定的超过该极限状态，结构就不满足预定的适用适用性性和和耐久性耐久性要求。要求。结构或构件出现下列状态之一时，应认为超结构或构件出现下列状态之一时，应认为超过了承载力能力极

20、限状态：过了承载力能力极限状态：v产生过大的振动影响使用。产生过大的振动影响使用。 v产生过大的变形和侧移，影响正常使用和外观；产生过大的变形和侧移，影响正常使用和外观； （不安全感、不能正常使用等）（不安全感、不能正常使用等）v产生过宽的裂缝，对耐久性有影响或者产生人们心理上不产生过宽的裂缝，对耐久性有影响或者产生人们心理上不能接受的感觉；能接受的感觉；（钢筋锈蚀、不安全感、漏水等）（钢筋锈蚀、不安全感、漏水等）v局部破坏局部破坏 第二章 钢筋砼结构设计计算原理2.1 结构设计的极限状态 第二章 钢筋砼结构设计计算原理2.2 结构按概率极限状态设计的基本概念如结构的预定功能用如结构的预定功能

21、用Z表示表示但但由于由于S 、R的不确定性，无论如何设计结构，都有的不确定性，无论如何设计结构，都有R S不一定安全可靠不一定安全可靠结构或构件能否完成预定功能与结构的荷载效应结构或构件能否完成预定功能与结构的荷载效应S与结构抗力与结构抗力R有关。有关。其中其中Z=R-S=0Z=R-S=0为极限状态方程为极限状态方程二、极限状态方程式、失效概率和可靠指标二、极限状态方程式、失效概率和可靠指标1 1、结构功能函数及极限状态方程式、结构功能函数及极限状态方程式可靠度：可靠度：结构在规定的时间内，规定的条件下完成预定功能结构在规定的时间内，规定的条件下完成预定功能 的概率。用的概率。用ps表示表示失

22、效概率失效概率：结构构件不能完成预定功能的概率。用：结构构件不能完成预定功能的概率。用pf表示。表示。 第二章 钢筋砼结构设计计算原理2.2 结构按概率极限状态设计的基本概念v失效概率越小，结构可靠性越大。失效概率越小，结构可靠性越大。v可用失效概率来度量结构可靠性的大小。可用失效概率来度量结构可靠性的大小。v当失效概率当失效概率pf小于某个值时，结构失效的可能性很小，可认为小于某个值时，结构失效的可能性很小，可认为结构设计是可靠的。该失效概率限值称为结构设计是可靠的。该失效概率限值称为容许失效概率容许失效概率 pf 。pf = p (R S)= p (Z 0)pf+ p ps s=1=12

23、2、失效概率与可靠度、失效概率与可靠度(probability of failure (probability of failure and and degree of reliability)degree of reliability) f(Z)zzPfZ = R - S失效概率计算失效概率计算R、S为随机变量，假定服从正态分布，所以为随机变量，假定服从正态分布，所以Z也是随机变量也是随机变量. .Z的概率密度分布曲线也服从正态分布。的概率密度分布曲线也服从正态分布。 第二章 钢筋砼结构设计计算原理2.2 结构按概率极限状态设计的基本概念0)()0()(dzzfZpSRppf失效概率：失效概

24、率：若若Z的均值为的均值为 Z、标准差为、标准差为 Z，由概率论知：由概率论知：pfpf222)(21)(zzzzezf220 0Z=R-SZ=R-S f(Z)zzPfZ = R - S 值 2.7 3.2 3.7 4.2 失效概率 pf 3.510-3 6.910-4 1.110-4 1.310-5 与与pf的对应关系的对应关系 表表2-12-13 3、可靠指标、可靠指标 用失效概率用失效概率pf来度量结来度量结构的可靠性具有明确的物理构的可靠性具有明确的物理意义，但计算繁琐，可以利意义，但计算繁琐，可以利用可靠指标用可靠指标代替失效概率代替失效概率来度量结构的可靠性。来度量结构的可靠性。

25、第二章 钢筋砼结构设计计算原理2.2 结构按概率极限状态设计的基本概念v与与pf之间存在着相应的之间存在着相应的 关系，关系，pf 。 z平均值；平均值； z标准差标准差zzzz 第二章 钢筋砼结构设计计算原理2.2 结构按概率极限状态设计的基本概念v可靠指标可靠指标 计算：计算：22SRSRZZ f(Z)zzPfZ = R - S当当 R与与 S相差越大，相差越大，R远大于远大于S，越大，结构越安全。越大，结构越安全。当当 R与与 S越小，即越小，即R与与S的变异性的变异性越小，越小，越大，结构越安全。越大，结构越安全。(1)(1)目标可靠指标目标可靠指标T要使结构设计既安全可靠，又经济合理

26、，只要使结构构件的失要使结构设计既安全可靠，又经济合理，只要使结构构件的失效概率应低于允许失效概率效概率应低于允许失效概率 pf ，即，即 pfpf 当用可靠指标当用可靠指标表示时，则为表示时，则为T T目标可靠指标。目标可靠指标。 第二章 钢筋砼结构设计计算原理2.2 结构按概率极限状态设计的基本概念建筑结构统一标准建筑结构统一标准根据结构的安全等级和破坏类型，在对根据结构的安全等级和破坏类型，在对代表性的构件进行可靠度分析的基础上，规定了按承载力极代表性的构件进行可靠度分析的基础上，规定了按承载力极限状态设计时的目标可靠指标限状态设计时的目标可靠指标 T值，见值，见下表：下表：4、目标可靠

27、指标（、目标可靠指标（ T）与结构安全级别）与结构安全级别v影响目标可靠指标的因素影响目标可靠指标的因素(1)(1) 与结构安全级别有关。安全级别愈高，与结构安全级别有关。安全级别愈高， T T愈大。愈大。(2)(2)与构件破坏性质有关。延性破坏的与构件破坏性质有关。延性破坏的 T T低于脆性破坏。低于脆性破坏。(3(3）与极限状态有关。承载能力极限状态的与极限状态有关。承载能力极限状态的 T T高于正常使用极高于正常使用极限状态。限状态。正常使用极限状态的目标可靠指标正常使用极限状态的目标可靠指标 T T=12 第二章 钢筋砼结构设计计算原理2.2 结构按概率极限状态设计的基本概念破坏类型破

28、坏类型结构的安全等级结构的安全等级级级级级级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 T 表表2-22-2 第二章 钢筋砼结构设计计算原理2.2 结构按概率极限状态设计的基本概念 水工砼结构设计时，应根据水工砼结构设计时，应根据水利水电工程结构可靠度设水利水电工程结构可靠度设计统一标准计统一标准(GB50199-94) 将水工建筑物的安全级别划分为三将水工建筑物的安全级别划分为三个级别。不同安全级别结构，可靠度水平要求不同。个级别。不同安全级别结构，可靠度水平要求不同。水工建筑物级别水工建

29、筑物级别结构的安全级别结构的安全级别破坏后果的影响程度破坏后果的影响程度建筑物的类型建筑物的类型1很严重很严重重要建筑重要建筑2，3严重严重一般建筑一般建筑4，5不严重不严重次要建筑次要建筑水工建筑物结构安全级别水工建筑物结构安全级别 表表2-2水工建筑物级别根据水工建筑物级别根据水利水电工程等级划分及洪水标准水利水电工程等级划分及洪水标准（SL252-2000SL252-2000）或）或水电枢纽工程等级划分及设计安全标准水电枢纽工程等级划分及设计安全标准(DL5180-2003)(DL5180-2003)确定。确定。（2 2）结构的安全级别）结构的安全级别 第二章 钢筋砼结构设计计算原理2.

30、2 结构按概率极限状态设计的基本概念v在实际设计中求可靠指标在实际设计中求可靠指标，需已知影响结构可靠度的，需已知影响结构可靠度的随机变量随机变量R和和S的统计参数（的统计参数（ , , ）。）。v对于十分重要的结构，如原子能反应堆的安全壳等可采对于十分重要的结构，如原子能反应堆的安全壳等可采用这种方法。用这种方法。v对于一般构件，如果也采用这种复杂的统计参数分析，对于一般构件，如果也采用这种复杂的统计参数分析，即不现实，设计人员也不习惯，故即不现实，设计人员也不习惯，故规范规范给出给出实用设计实用设计表达式。表达式。v实用设计表达式即把实用设计表达式即把可靠指标可靠指标用用五五个分项系数个分

31、项系数来反映来反映，在多系数分析的基础上，引入结构承载力安全系数在多系数分析的基础上，引入结构承载力安全系数K,K,并对并对影响结构抗力影响结构抗力R R和荷载效应和荷载效应S S的材料强度和荷载采用相应的的材料强度和荷载采用相应的设计值设计值和和标准值。标准值。 第二章 钢筋砼结构设计计算原理2.3 荷载的标准值第三节第三节 荷载的代表值和材料强度标准值荷载的代表值和材料强度标准值u荷载标准值（荷载标准值（Characteristic Value of a loadCharacteristic Value of a load) )u可变荷载组合值可变荷载组合值（Combination Val

32、ue of Variable loadCombination Value of Variable load）u可变荷载的频遇值可变荷载的频遇值u可变荷载的准永久值可变荷载的准永久值u荷载设计值荷载设计值（Design Value of a load)Design Value of a load)u材料强度的标准值材料强度的标准值u材料强度的设计值材料强度的设计值 第二章 钢筋砼结构设计计算原理定义定义：结构构件在使用期间正常情况下可能出现的最大荷载值：结构构件在使用期间正常情况下可能出现的最大荷载值。永久荷载可由构件的设永久荷载可由构件的设计尺寸与材料容重来确定。计尺寸与材料容重来确定。可变荷

33、载可查可变荷载可查水工建水工建筑物荷载设计规范筑物荷载设计规范得到。得到。2.3 荷载的标准值确定：确定：水工建筑物荷载设计规范水工建筑物荷载设计规范规定：规定：Sk= s+ s s= s(1+ s s) )S Sk由设计基准期内荷载最大值的概率密度分布的由设计基准期内荷载最大值的概率密度分布的某一分某一分位值位值来确定。来确定。数。荷载标准值的保证率系；荷载的变异系数，荷载的统计标准差；荷载的统计平均值；sssssss一、荷载标准值一、荷载标准值S Sk k（Characteristic Value of a load)Characteristic Value of a load)二可变荷载

34、组合值（二可变荷载组合值（ Combination Value of Variable load ）v各种可变荷载不可能同时以其最大值（标准值）出现，除一个各种可变荷载不可能同时以其最大值（标准值）出现，除一个主要可变荷载（主要可变荷载（产生最大荷载效应的可变荷载产生最大荷载效应的可变荷载）外，其余可变荷）外，其余可变荷载应在其标准值基础上乘以小于载应在其标准值基础上乘以小于1 1的的组合系数组合系数对可变荷载标准值对可变荷载标准值进行折减。进行折减。 第二章 钢筋砼结构设计计算原理2.3 荷载的标准值ikcnikQQQ21组v水工结构设计中，水工结构设计中，规范规范不考虑可变荷载组合时的折减

35、。不考虑可变荷载组合时的折减。都直接采用标准值。都直接采用标准值。c c可变荷载组合系数，可变荷载组合系数，c c1.01.0三可变荷载频遇值三可变荷载频遇值v可变可变荷载荷载的量值是随时间变化的，有时出现的大些，有时出现的量值是随时间变化的，有时出现的大些，有时出现的小些，有时甚至不出现。的小些，有时甚至不出现。v可变荷载频遇值：是指在设计基准期内，可变荷载超越的总时可变荷载频遇值：是指在设计基准期内，可变荷载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。间为规定的较小比率或超越频率为规定频率的荷载值。 第二章 钢筋砼结构设计计算原理2.3 荷载的标准值kfQQ频v水工结构设计中

36、，水工结构设计中，规范规范不考虑可变荷载不考虑可变荷载的频遇值的频遇值f f可变荷载可变荷载频遇值频遇值系数，系数，f=0.5=0.50.90.9四可变荷载准永久值四可变荷载准永久值v在设计基准期内，可变在设计基准期内，可变荷载荷载时有时无，时大时小，持续时间可时有时无，时大时小，持续时间可长可短。长可短。v可变荷载准永久值：是指在设计基准期内，可变荷载累计出现可变荷载准永久值：是指在设计基准期内，可变荷载累计出现的总时间为设计基准期的的总时间为设计基准期的1/21/2以上的荷载值。以上的荷载值。 第二章 钢筋砼结构设计计算原理2.3 荷载的标准值kqqQQv水工结构设计中，水工结构设计中，规

37、范规范不考虑可变荷载不考虑可变荷载的准永久值的准永久值q q可变荷载可变荷载准永久值准永久值系数，系数，q q1.01.0五、荷载设计值与分项系数五、荷载设计值与分项系数结构构件按结构构件按承载力极限状态计算承载力极限状态计算时，考虑到实际出现的荷时，考虑到实际出现的荷载还有超出其标准值的可能。故设计时将永久荷载和可变载还有超出其标准值的可能。故设计时将永久荷载和可变荷载标准值分别乘以一个大于荷载标准值分别乘以一个大于1.01.0的分项系数的分项系数 ，得，得到荷载的设计值。到荷载的设计值。 第二章 钢筋砼结构设计计算原理2.4 荷载的标准值QG、kQkGQQGGQG、永久荷载、可变荷载分项系

38、数，可按表永久荷载、可变荷载分项系数，可按表2-52-5取值，取值， 但不应超出表但不应超出表2-42-4中相关数值。中相关数值。kQkGqqgg永久荷载设计值永久荷载设计值可变荷载设计值可变荷载设计值G(g)、Q(q) 永久荷载、可变荷载的设计值；永久荷载、可变荷载的设计值；Gk(gk)、Qk(qk)永久荷载、可变荷载的标准值。永久荷载、可变荷载的标准值。六、材料强度的标准值六、材料强度的标准值u取值原则取值原则材料强度的标准值以材料强度概率密度分布的某一分位值来确材料强度的标准值以材料强度概率密度分布的某一分位值来确定。定。水工砼结构设计规范水工砼结构设计规范规定：砼和钢筋强度的标准值可规

39、定：砼和钢筋强度的标准值可由其概率密度分布的由其概率密度分布的0.050.05分位值来保证，其保证率不小于分位值来保证，其保证率不小于95%95%。)1.645(11.645ffffkf。材料强度的保证率系数；材料强度的变异系数，差；材料强度的统计标准；材料强度的统计平均值ffffff =1.645=1.645 第二章 钢筋砼结构设计计算原理2.4 荷载的标准值混凝土立方体抗压强度标准值用混凝土立方体抗压强度标准值用fcu,k表示。根据上述取值原则，表示。根据上述取值原则，得得 （一）（一） 砼强度标准值砼强度标准值1 1、立方体抗压强度标准值、立方体抗压强度标准值fcu,k)1.645(11

40、.645cucucucuffffk ,cuf.cucucucucucuffffff的变异系数，混凝土立方体抗压强度度的统计标准差；混凝土立方体抗压强的统计平均值；混凝土立方体抗压强度例如：平均值例如：平均值2/39mmNcuf变异系数变异系数 则则14. 0cuf立方体抗压强度标准值为立方体抗压强度标准值为2/30)14. 0645. 11 (39)645. 11 (mmNfcucuffcuk2.4 荷载的标准值 第二章 钢筋砼结构设计计算原理cucff67. 02 2、砼轴心抗压强度标准值、砼轴心抗压强度标准值fckckcucff.670轴心抗压强度标准值轴心抗压强度标准值fck)645.

41、11 (645. 1167. 0)645. 11 (67. 0)645. 11 (ccuccuccffcukffffckff假定假定ccuffcukckff67.0 第二章 钢筋砼结构设计计算原理2.4 荷载的标准值由第一章知由第一章知)1.645(11.645ffffkf3/223. 0cutff 3 3、混凝土轴心抗拉强度标准值、混凝土轴心抗拉强度标准值ftk3/13/23/23/2)645. 11 (0.23)64511 (645. 110.23)64511 (230cutcutcuttfcukffcukfffftkf.f.f1.645砼结构设计时，砼结构设计时，fck、ftk取值取值按

42、附录二表按附录二表6 6采用。采用。 第二章 钢筋砼结构设计计算原理2.4 荷载的标准值由第一章知由第一章知3/2230cutff. 第二章 钢筋砼结构设计计算原理（二）钢筋强度标准值（用（二）钢筋强度标准值（用fyk和和fptk表示）表示）2.4 材料强度的标准值（1 1）对于有明显屈服点的钢筋（热轧钢筋），采用其屈服强度）对于有明显屈服点的钢筋（热轧钢筋），采用其屈服强度为标准值；用为标准值；用fyk表示；表示；（2 2）对于无明显屈服点的预应力钢筋，取国标规定的极限抗拉）对于无明显屈服点的预应力钢筋，取国标规定的极限抗拉强度强度 b b作为标准值，但在构件承载力计算时，则取作为标准值，但

43、在构件承载力计算时，则取0.850.85 b b作为设作为设计上取用的协定流限（条件屈服强度）。用计上取用的协定流限（条件屈服强度）。用fptkptk表示。表示。对于钢材，国家冶金局标准中已规定了每一种钢材的对于钢材，国家冶金局标准中已规定了每一种钢材的废品限值废品限值。抽样检查所得的统计资料表明，确定的这个废品限值大体能满足抽样检查所得的统计资料表明，确定的这个废品限值大体能满足保证率为保证率为97.73%97.73%，高于，高于建筑结构设计统一标准建筑结构设计统一标准规定的保证率规定的保证率95%95%的要求。的要求。水工混凝土结构设计规范水工混凝土结构设计规范关于钢筋强度标准值关于钢筋强

44、度标准值的具体取值规定为：的具体取值规定为：结构设计时，热轧钢筋、预应力钢筋的强度标准值的取值查附结构设计时，热轧钢筋、预应力钢筋的强度标准值的取值查附录二表录二表7 7和表和表8 8 第二章 钢筋砼结构设计计算原理2.4 材料强度的标准值七、材料强度设计值七、材料强度设计值考虑到原材料性能及施工质量等因素可能使材料强度考虑到原材料性能及施工质量等因素可能使材料强度发生不利的变异，按发生不利的变异，按承载力极限状态设计承载力极限状态设计时，时，材料强材料强度应采用设计值度应采用设计值。设计值为材料强度标准值除以一个。设计值为材料强度标准值除以一个大于大于1.01.0材料强度分项系数材料强度分项

45、系数 m m。mkdff 第二章 钢筋砼结构设计计算原理（二）钢筋强度设计值（二）钢筋强度设计值钢筋强度设计值等于钢筋强度标准值除以钢筋强度分项系数钢筋强度设计值等于钢筋强度标准值除以钢筋强度分项系数 s s2.4 材料强度的标准值（一）砼强度设计值（一）砼强度设计值砼强度设计值等于砼强度标准值除以砼强度分项系数砼强度设计值等于砼强度标准值除以砼强度分项系数 。cctktcckcffff/4 . 1cssptkpysykyffff/结构设计时，砼、钢筋屈服强度设计值的取值直接查附录二表结构设计时，砼、钢筋屈服强度设计值的取值直接查附录二表1 1、表表3 3和表和表4.4.fc、ft：砼轴心抗压

46、、抗拉强度设计值砼轴心抗压、抗拉强度设计值fck、ftk：砼轴心抗压、抗拉强度标准值砼轴心抗压、抗拉强度标准值c c：砼强度分项系数：砼强度分项系数fy、fpy：普通钢筋、预应力筋抗拉屈服强度设计值普通钢筋、预应力筋抗拉屈服强度设计值fyk、fptk：普通钢筋、预应力筋抗拉屈服强度标准值普通钢筋、预应力筋抗拉屈服强度标准值 s s：钢筋强度分项系数：钢筋强度分项系数。普通钢筋。普通钢筋 s s=1.1=1.1； 预应力钢筋预应力钢筋 s s=1.2=1.2第四节第四节 水工砼结构设计规范水工砼结构设计规范的的 实用设计表达式实用设计表达式 第二章 钢筋砼结构设计计算原理2.5 水工钢筋砼结构设

47、计规范的使用设计表达式根据极限状态设计法，用结构的失效概率根据极限状态设计法，用结构的失效概率pf 或或可靠指标可靠指标 来衡量结构的可靠性，物理意义十分明确，但来衡量结构的可靠性，物理意义十分明确，但计算过程复杂，计算过程复杂，应用于实际设计中存在很大困难。应用于实际设计中存在很大困难。规范规范以可靠度理论作为设计的理论基础，以可靠度理论作为设计的理论基础，DL5057-DL5057-20092009规范采用规范采用5 5个分项系数代替可靠指标个分项系数代替可靠指标 ，SL191-2008SL191-2008规范规范在多系数分析的基础上引入承载力安全系数在多系数分析的基础上引入承载力安全系数

48、K K，由此得到与可，由此得到与可靠度理论（概率理论）相当的实用设计表达式。靠度理论（概率理论）相当的实用设计表达式。第五节第五节 水工砼结构设计规范水工砼结构设计规范的的 实用设计表达式实用设计表达式 第二章 钢筋砼结构设计计算原理2.5 水工钢筋砼结构设计规范的使用设计表达式u结构设计状况与荷载效应组合结构设计状况与荷载效应组合u水工砼结构设计规范水工砼结构设计规范DL/T5057-2009DL/T5057-2009设计表达式设计表达式u水工砼结构设计规范水工砼结构设计规范SL191-2008SL191-2008设计表达式设计表达式（一）结构的设计状况（一）结构的设计状况规范规范规定，结构

49、设计时，应根据结构在施工、安装、运行、规定，结构设计时，应根据结构在施工、安装、运行、检修等不同时期可能出现的检修等不同时期可能出现的不同结构体系不同结构体系、荷载和环境条件荷载和环境条件，按以下三种状况进行设计：按以下三种状况进行设计：v持久状况持久状况: :在结构运行使用过程中，不仅出现且持续时间很在结构运行使用过程中，不仅出现且持续时间很 长，一般与设计使用年限为同一量级的设计状况。长，一般与设计使用年限为同一量级的设计状况。v短暂状况短暂状况: :在结构施工在结构施工、安装、检修或使用过程中短暂出现安装、检修或使用过程中短暂出现 的设计状况。的设计状况。v偶然状况偶然状况: :在结构使

50、用过程中，出现概率很小，持续时间在结构使用过程中，出现概率很小，持续时间极极短短 的设计状况。的设计状况。如地震或校核洪水位。如地震或校核洪水位。 第二章 钢筋砼结构设计计算原理一结构设计状况与荷载效应组合一结构设计状况与荷载效应组合2.5 水工钢筋砼结构设计规范的使用设计表达式l不同设计状况，结构设计计算的内容有所不同。如表所示不同设计状况，结构设计计算的内容有所不同。如表所示结构设计时结构设计时 设计计算情况设计计算情况设计状况设计状况承载力极限状态计算承载力极限状态计算 正常使用极限状态验算正常使用极限状态验算持久状况持久状况 是是 是是短暂状况短暂状况 是是根据需要确定根据需要确定偶然

51、状况偶然状况 是是 否否注：注：设计时，不同的设计状况，所要求的可靠度水平是不同的，构设计时，不同的设计状况，所要求的可靠度水平是不同的，构件按承载力极限状态进行计算时，利用件按承载力极限状态进行计算时，利用设计状况系数设计状况系数来体现。来体现。 第二章 钢筋砼结构设计计算原理 第二章 钢筋砼结构设计计算原理2.5 水工钢筋砼结构设计规范的使用设计表达式（二）荷载效应组合（二）荷载效应组合1 1、进行承载能力极限状态计算时、进行承载能力极限状态计算时 基本组合基本组合:持久和短暂状况下持久和短暂状况下永久荷载效应与可变荷载效应的组永久荷载效应与可变荷载效应的组合。合。即即 基本组合基本组合=

52、永久荷载效应永久荷载效应+可变荷载效应可变荷载效应 偶然组合偶然组合：偶然状况：偶然状况下永久荷载、可变荷载效应与一种偶然荷载下永久荷载、可变荷载效应与一种偶然荷载效应的组合。即效应的组合。即 偶然组合偶然组合=永久荷载效应永久荷载效应+可变荷载效应可变荷载效应+一种偶然荷载效应一种偶然荷载效应2 2、进行正常使用极限状态验算时、进行正常使用极限状态验算时 标准组合标准组合：持久或短暂状况下：持久或短暂状况下永久荷载标准值效应与全部可变永久荷载标准值效应与全部可变荷载荷载标准值标准值的效应的组合。的效应的组合。 标准组合标准组合=永久荷载标准值效应永久荷载标准值效应+全部可变荷载标准值效应全部

53、可变荷载标准值效应（荷载均取设计值）（荷载均取设计值）（荷载均取标准值）（荷载均取标准值） 计算内容计算内容 组合组合设计状况设计状况承载力极限状态计算承载力极限状态计算正常使用极限状态正常使用极限状态验算验算持久状况、短暂状况持久状况、短暂状况 基本组合基本组合 标准组合标准组合 偶然状况偶然状况 偶然组合偶然组合 不计算不计算荷载效应组合荷载效应组合1 1、结构重要性系数、结构重要性系数 0结构安全级别为结构安全级别为、级的结构构件，级的结构构件， 0 0分别取为分别取为1.11.1、1.01.0及及0.90.9，反映不同安全级别的可靠度水平要求不同。，反映不同安全级别的可靠度水平要求不同

54、。 第二章 钢筋砼结构设计计算原理2.5 水工钢筋砼结构设计规范的使用设计表达式二、二、水工砼结构设计规范水工砼结构设计规范DL/T5057-2009DL/T5057-2009 设计表达式设计表达式（一）承载力极限状态设计时采用的五个分项系数（一）承载力极限状态设计时采用的五个分项系数2 2、设计状况系数设计状况系数设计状况系数设计状况系数反映反映不同设计状况其可靠度水平要求不同。不同设计状况其可靠度水平要求不同。对应于持久情况、短暂情况对应于持久情况、短暂情况 、偶然情况、偶然情况分别取分别取 =1.0 =0.95 =0.85 第二章 钢筋砼结构设计计算原理2.5 水工钢筋砼结构设计规范的使

55、用设计表达式3 3、荷载分项系数、荷载分项系数 G、 Qv用来用来考虑荷载超过标准值的可能性，在水工建筑物设计中，考虑荷载超过标准值的可能性，在水工建筑物设计中，它实质上就是它实质上就是“超载系数超载系数”v荷载标准值乘以相应的荷载分项系数后即为荷载设计值。荷载标准值乘以相应的荷载分项系数后即为荷载设计值。v按按水工建筑物荷载设计规范水工建筑物荷载设计规范取用，其值大小主要依据取用，其值大小主要依据荷载的变异程度大小。荷载的变异程度大小。表表2-42-4、表、表2-52-5 第二章 钢筋砼结构设计计算原理5 5、结构系数、结构系数dv用来考虑荷载分项系数和材料强度系数没能反映用来考虑荷载分项系

56、数和材料强度系数没能反映的对的对结构可靠度有影响的因素，如荷载效应和抗力结构可靠度有影响的因素，如荷载效应和抗力计算模式的不定性。计算模式的不定性。 d =1.2 4 4、砼和钢筋的强度分项系数、砼和钢筋的强度分项系数 c、 sv考虑材料的离散性和施工偏差带来的材料实际强度考虑材料的离散性和施工偏差带来的材料实际强度低于其强度标准值，在承载能力极限状态计算时，采低于其强度标准值，在承载能力极限状态计算时，采用用材料强度设计值，即强度标准值除以相应的材料强材料强度设计值，即强度标准值除以相应的材料强度分项系数。度分项系数。2.5 水工钢筋砼结构设计规范的使用设计表达式4 . 1c2 . 11 .

57、 1ss普通钢筋普通钢筋预应力钢筋预应力钢筋 第二章 钢筋砼结构设计计算原理（二）（二）DL/T5057-2009DL/T5057-2009规范规范承载能力极限状态承载能力极限状态设计表达式设计表达式2.5 水工钢筋砼结构设计规范的使用设计表达式RSd10 0结构重要性系数，按表结构重要性系数，按表2-3取值；取值； 设计状况系数；持久：设计状况系数；持久：1.0；短暂：；短暂：0.95；偶然：；偶然：0.85 d结构系数，钢筋混凝土结构结构系数，钢筋混凝土结构 d=1.2 S荷载效应组合设计值；荷载效应组合设计值； R结构构件抗力设计值；结构构件抗力设计值； R= R(fc，fy，ak,）f

58、c c、fy y砼轴心抗压强度、钢筋抗拉屈服强度的设计值；砼轴心抗压强度、钢筋抗拉屈服强度的设计值； 按附录二表按附录二表1 1和表和表3 3取值取值ak k结构构件几何参数的标准值。结构构件几何参数的标准值。（2-202-20） 第二章 钢筋砼结构设计计算原理荷载效应组合设计值荷载效应组合设计值S S的计算：的计算：v基本组合：持久状况或短暂状况下永久荷载与可变荷载效应基本组合：持久状况或短暂状况下永久荷载与可变荷载效应组合。组合。2.5 水工钢筋砼结构设计规范的使用设计表达式Gk永久荷载标准值；如永久荷载标准值；如构件自重、固定设备重、土压力、构件自重、固定设备重、土压力、 淤沙压力及围岩

59、压力等淤沙压力及围岩压力等Qk1 一般可变荷载标准值。一般可变荷载标准值。Qk2 可控制其不超过规定限值的可变荷载标准值。可控制其不超过规定限值的可变荷载标准值。如吊车如吊车 最大轮压、以满槽水位设计时的水压力、闸门用启闭最大轮压、以满槽水位设计时的水压力、闸门用启闭 机的启门力等。机的启门力等。kQQkQQGkGkQQkQQkGGSSSQCQCGCS2211222111按按水工建筑物荷载设计规范水工建筑物荷载设计规范取用取用式式2-212-21 第二章 钢筋砼结构设计计算原理荷载效应组合设计值荷载效应组合设计值S S的计算：的计算：v基本组合：持久状况或短暂状况下永久荷载与可变荷载效应基本组

60、合：持久状况或短暂状况下永久荷载与可变荷载效应组合。组合。2.5 水工钢筋砼结构设计规范的使用设计表达式 G 永久荷载分项系数；永久荷载分项系数； Q1、Q2可变荷载分项系数。可变荷载分项系数。 CG 永久荷载效应系数永久荷载效应系数CQ1 、CQ2可变荷载效应系数；可变荷载效应系数；按表按表2-52-5采用，但不应超过采用，但不应超过表表2-42-4中有关数值。中有关数值。kQQkQQGkGkQQkQQkGGSSSQCQCGCS2211222111式式2-212-21 第二章 钢筋砼结构设计计算原理荷载效应组合设计值荷载效应组合设计值S S的计算：的计算：v基本组合基本组合：持久状况或短暂状