第2章建筑结构基本设计原则

1、2.1 结构上的荷载与荷载效应使结构或构件产生效应(内力、变形等)的各种原因的总称直接作用间接作用直接以力的不同集结形式（集中力或均布力）施加在结构上的作用，通常也称为荷载。 能够引起结构外加变形和约束变形，从而产生内力效应的各种原因(地震、地基不均匀沉降）。 2.1 2.1 结构上的荷载与荷载效应结构上的荷载与荷载效应 作用作用可变荷载(活荷载)永久荷载(恒荷载)结构设计基准期内，其作用量值随时间而变化，其变化幅度与平均值相比不可忽略。结构设计基准期内，其作用量值不随时间变化，或其变化幅度与平均值相比可忽略不计。荷载的分类偶然荷载在结构设计基准期内不一定出现，而一旦出现其量值很大且持续时间很

2、短的荷载。 2.1 2.1 结构上的荷载与荷载效应结构上的荷载与荷载效应 荷载代表值荷载代表值 永久荷载标准值2.1 2.1 结构上的荷载与荷载效应结构上的荷载与荷载效应 标准值 结构或构件设计时，需针对不同设计目的对荷载赋予一个规定的量值，即荷载代表值。可变荷载组合值频遇值准永久值为基本代表值荷载标准值荷载标准值 荷载标准值是指在结构使用期间，在荷载标准值是指在结构使用期间，在正常情况下可能出现的最大荷载值。正常情况下可能出现的最大荷载值。 永久荷载标准值永久荷载标准值G Gk k按结构构件设按结构构件设计尺寸和材料重力密度计算确定，荷计尺寸和材料重力密度计算确定，荷载规范载规范给出常用材料

3、和构件的自重。给出常用材料和构件的自重。可变荷载标准值可变荷载标准值Q Qk k直接查直接查荷载荷载规范规范得出。得出。 2.1 2.1 结构上的荷载与荷载效应结构上的荷载与荷载效应 可变荷载组合值可变荷载组合值结构承受结构承受2种可变荷载时，其同时达各自种可变荷载时，其同时达各自最大值可能性很小，故除主导可变荷载外，其最大值可能性很小，故除主导可变荷载外，其他他可变荷载均乘以小于可变荷载均乘以小于1.0的组合系数的组合系数作为可变作为可变荷载组合值。荷载组合值。 可变荷载组合值可变荷载可变荷载组合值可变荷载标准值标准值组合值系数组合值系数C C C C荷载规范荷载规范查得。查得。2.1 2.

4、1 结构上的荷载与荷载效应结构上的荷载与荷载效应 可变荷载频遇值可变荷载频遇值 可变荷载在设计基准期内在结构上偶而可变荷载在设计基准期内在结构上偶而出现的较大荷载值。其具有持续时间较短或出现的较大荷载值。其具有持续时间较短或发生次数较少的特点。发生次数较少的特点。 可变荷载频遇值可变荷载可变荷载频遇值可变荷载标准值标准值荷载频遇值系数荷载频遇值系数f f 。 f f 荷载规范荷载规范查得查得。2.1 2.1 结构上的荷载与荷载效应结构上的荷载与荷载效应 可变荷载准永久值可变荷载准永久值在设计基准期内经常作用的可变荷载。在设计基准期内经常作用的可变荷载。其具有总持续时间较长的特点，对结构的影其具

5、有总持续时间较长的特点，对结构的影响类似于永久荷载。响类似于永久荷载。 可变荷载准永久值可变荷载可变荷载准永久值可变荷载标准值标准值准永久值系数准永久值系数。 荷载规范荷载规范查得查得 2.1 2.1 结构上的荷载与荷载效应结构上的荷载与荷载效应 荷载效应荷载效应S S由荷载在结构上产生的各种内力（弯矩、剪力等）和变形（挠度、裂缝等）的统称。 一般情况: S=CQ 例例 简支梁承受简支梁承受均布荷载均布荷载q作用，计算作用，计算跨度为跨度为l，由力学计算可知其跨中，由力学计算可知其跨中弯矩弯矩 M ， 支座剪力支座剪力V 。 M 与与 V S q Q 与与 C 281qlql21281ll21

6、2.1 2.1 结构上的荷载与荷载效应结构上的荷载与荷载效应 荷载设计值及荷载分项系数荷载设计值及荷载分项系数荷载设计值荷载分项系数荷载设计值荷载分项系数荷载标准值荷载标准值 荷载是随机变量，具荷载是随机变量，具有超过荷载标准值的有超过荷载标准值的可能性，设计时将荷可能性，设计时将荷载标准值乘以一个大载标准值乘以一个大于于1 1的调整系数。的调整系数。 它比荷载标准值具它比荷载标准值具有更大可靠度。有更大可靠度。荷载荷载类别类别荷载特征荷载特征荷载分荷载分项系数项系数永久永久荷载荷载当其效应对结构不利时当其效应对结构不利时对由可变荷载效应控制的组合对由可变荷载效应控制的组合对由永久荷载效应控制

7、的组合对由永久荷载效应控制的组合1.21.35当其效应对结构有利时当其效应对结构有利时一般情况下一般情况下对结构的倾覆、滑移或漂浮验算对结构的倾覆、滑移或漂浮验算1.00.9可变可变荷载荷载一般情况下一般情况下标准值标准值4kN/m2工业房屋楼面活载工业房屋楼面活载1.41.32.1 2.1 结构上的荷载与荷载效应结构上的荷载与荷载效应 结构抗力结构抗力R R指结构或构件承受指结构或构件承受各种荷载效应的能各种荷载效应的能力，即承载能力和力，即承载能力和抗变形能力。抗变形能力。 R = R(fc, fs,k)结构抗力也是一个随机变量，结构抗力也是一个随机变量，影响因素主要有材料性能（强影响因素

8、主要有材料性能（强度、变形模量等）、构件几何度、变形模量等）、构件几何参数、配筋情况以及计算模式参数、配筋情况以及计算模式的精确性等。的精确性等。2.2 2.2 结构抗力和材料强度结构抗力和材料强度 2.2 结构抗力和材料强度材料强度的取值材料强度的取值材料强度设计值材料强度标准值材料强度设计值材料强度标准值/ /材料分项系数材料分项系数 考虑材料强度的考虑材料强度的变异、几何参数变异、几何参数和设计模式的不和设计模式的不定性可能使结构定性可能使结构抗力降低的不利抗力降低的不利影响。影响。 设计设计将荷载标准值除将荷载标准值除以一个大于以一个大于1的的调整系数。调整系数。 根据标准试件根据标准

9、试件用标准试验方用标准试验方法测得的具有法测得的具有95保证率保证率的强度值。的强度值。 根据结构可靠根据结构可靠度分析，并考度分析，并考虑材料质量分虑材料质量分布规律和一定布规律和一定的保证率确定的保证率确定。 可由规范或附录直接查用可由规范或附录直接查用2.2 2.2 结构抗力和材料强度结构抗力和材料强度 材料强度的取值材料强度的取值材料强度设计值材料强度标准值材料强度设计值材料强度标准值/ /材料分项系数材料分项系数 根据结构可靠根据结构可靠度分析，并考度分析，并考虑材料质量分虑材料质量分布规律和一定布规律和一定的保证率确定的保证率确定。 砼材料分项系数砼材料分项系数c=1.40钢筋材料

10、分项系数钢筋材料分项系数s:HPB235、HRB335、HRB400级：级： s =1.10钢丝、钢绞线、热处理钢筋：钢丝、钢绞线、热处理钢筋： s =1.202.2 2.2 结构抗力和材料强度结构抗力和材料强度 适用性安全性结构在正常使用期间应具有良好的工作结构在正常使用期间应具有良好的工作性能。如无过大变形、振幅、过宽裂缝性能。如无过大变形、振幅、过宽裂缝等，以免影响正常使用。等，以免影响正常使用。 结构应能承受在正常施工和正常使用情结构应能承受在正常施工和正常使用情况下可能出现的各种作用，在设计规定况下可能出现的各种作用，在设计规定的偶然事件发生时及发生后，结构仍能的偶然事件发生时及发生

11、后，结构仍能保持必需的整体稳定性，不致倒塌保持必需的整体稳定性，不致倒塌。 结构的功能要求耐久性结构在正常使用和正常维护条件下应具结构在正常使用和正常维护条件下应具有足够的耐久性能，以保证结构能够正有足够的耐久性能，以保证结构能够正常使用到预定的设计使用期限。常使用到预定的设计使用期限。 2.2 2.2 结构抗力和材料强度结构抗力和材料强度 2.3 结构设计要求2.2 2.2 结构抗力和材料强度结构抗力和材料强度 2.3 结构设计要求结构设计的目的结构设计的目的：使所设计的结构在规定使所设计的结构在规定设计使用年限内，用设计使用年限内，用最最经济的手段经济的手段获得预定条获得预定条件下件下满足

12、预期各种功能满足预期各种功能的要求。的要求。适用性安全性结构的功能要求耐久性2.3 2.3 结构设计要求结构设计要求2.3 结构设计要求统称：结构的可靠性统称：结构的可靠性适用性安全性结构的功能要求耐久性结构的可靠性结构的可靠性 在规定时间内在规定时间内（设计使用年限设计使用年限），在规定条件下，在规定条件下（正正常设计、正常施工、正常使用和维修常设计、正常施工、正常使用和维修），结构完成预，结构完成预定功能定功能（安全性、适用性、耐久性安全性、适用性、耐久性）的能力。的能力。 结构在设计使用年限内，在正常设计、施工、使用结构在设计使用年限内，在正常设计、施工、使用和维护的条件下完成预定功能的

13、概率和维护的条件下完成预定功能的概率。 结构的可靠度结构的可靠度具随机性具随机性, ,只能用概率描述只能用概率描述 对可靠性的定量描述对可靠性的定量描述 2.3 2.3 结构设计要求结构设计要求设计基准期设计基准期为时间参数为时间参数（我国我国5050年年）。目的为确定荷载代表值及目的为确定荷载代表值及与时间有关的材料性能等与时间有关的材料性能等取值而选用的。取值而选用的。类别类别设计使用设计使用 年限（年）年限（年）示示 例例1 15 5 临时性建筑临时性建筑2 22525易于替换的结构构件易于替换的结构构件 3 35050普通房屋和构筑物普通房屋和构筑物 4 4100100纪念性建筑和特别

14、重纪念性建筑和特别重 要的建筑结构要的建筑结构 设计规定的一个期限，指按规定指标设设计规定的一个期限，指按规定指标设计的建筑结构或构件，在正常施工、正计的建筑结构或构件，在正常施工、正常使用和维护下，不需进行大修即可达常使用和维护下，不需进行大修即可达到其预定功能要求的使用年限。到其预定功能要求的使用年限。 设计使用年限设计使用年限说明：说明：当结构使用年限达到或当结构使用年限达到或超过后，并不意味结构超过后，并不意味结构立即报废，而只意味结立即报废，而只意味结构的可靠度将逐步降低。构的可靠度将逐步降低。2.3 2.3 结构设计要求结构设计要求设计使用年限与设计基准期为两个不同的时间域设计使用

15、年限与设计基准期为两个不同的时间域 结构功能的极限状态结构功能的极限状态 能够满足功能要求能够满足功能要求可靠状态失效状态可靠度可靠度极限状态极限状态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结构或结构构结构或结构构件达到最大承件达到最大承载能力或不适载能力或不适于继续承载的于继续承载的变形时的状态变形时的状态 结构或结构构结构或结构构件达到正常使件达到正常使用或耐久性的用或耐久性的某项规定限值某项规定限值时的状态时的状态 特定状态特定状态不能满足功能要求不能满足功能要求2.3 2.3 结构设计要求结构设计要求安安全全性性适适用用性性耐耐久久性性 Z0,即即R SZ0,即

16、即R S Z=g(R,S)=R-SZ=0,即即R=S可靠状态可靠状态极限状态极限状态 失效状态失效状态结构可靠工作基本条件：结构可靠工作基本条件：Z0 Z0 或或 RSRS2.3 2.3 结构设计要求结构设计要求结构功能函数结构功能函数 2.4 概率极限状态设计法可靠度PS失效概率Pf可靠度及失效概率可靠度及失效概率 结构完成预定功能的概率结构完成预定功能的概率（即（即R S的概率）的概率）PS 与与Pf关系：关系： PS Pf1或或PS 1Pf不能完成预定功能概率不能完成预定功能概率（即（即R S的概率）的概率）2.4 2.4 概率极限状态设计法概率极限状态设计法2.4 概率极限状态设计法建

17、建筑筑结结构构安安全全等等级级结构安全等级与目标可靠指标结构安全等级与目标可靠指标安全等级安全等级一级一级二级二级三级三级破坏后果破坏后果很严重很严重严重严重不严重不严重建筑物类型建筑物类型 重要建筑物重要建筑物一般建筑物一般建筑物次要建筑物次要建筑物划分依据：破坏可能产生后果严重程度划分目的：确定结构设计目标可靠度2.4 2.4 概率极限状态设计法概率极限状态设计法2.4 概率极限状态设计法结结构构可可靠靠指指标标结构安全等级与目标可靠指标结构安全等级与目标可靠指标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延性破坏破坏可靠指标可靠指标3.73.22.7失效概率失效概率

18、1.0810-56.8710-43.4710-3脆性脆性破坏破坏可靠指标可靠指标4.23.73.2失效概率失效概率1.3310-61.0810-56.8710-42.4 2.4 概率极限状态设计法概率极限状态设计法2.4 概率极限状态设计法概率极限状态设计法概率极限状态设计法设计方法设计方法: :采用失效概率度量结构的可靠性采用失效概率度量结构的可靠性, ,使其足够小使其足够小 即即PfPf结构设计目的结构设计目的: : 达到结构的可靠与经济上的最佳平衡达到结构的可靠与经济上的最佳平衡 2.4 2.4 概率极限状态设计法概率极限状态设计法结构设计依据结构设计依据: : 相应于结构各种功能要求的

19、极限状态相应于结构各种功能要求的极限状态2.5 极限状态实用设计表达式承载能力极限状态实用设计表达式承载能力极限状态实用设计表达式 0S R 0结构重要结构重要性系数性系数 安全等级为三级安全等级为三级（或（或5年年 ） 00.9安全等级为一级安全等级为一级（或（或100年）年）01.1 安全等级为二级安全等级为二级（或（或50年年 ）01.02.5 2.5 极限状态实用设计表达式极限状态实用设计表达式S荷载效应荷载效应组合设计值组合设计值 2.5 极限状态实用设计表达式承载能力极限状态实用设计表达式承载能力极限状态实用设计表达式由可变荷载效应控制的组合：由可变荷载效应控制的组合： SGSGk

20、Q1SQ1kQiCiSQik由永久荷载效应控制的组合：由永久荷载效应控制的组合： SGSGkQiCiSQik一般排架、框架结构一般排架、框架结构，可采用简化公式：可采用简化公式： SGSGkQiSQik 0S R 2.5 2.5 极限状态实用设计表达式极限状态实用设计表达式R结构构件结构构件抗力抗力设计值设计值 2.5 极限状态实用设计表达式承载能力极限状态实用设计表达式承载能力极限状态实用设计表达式RR（fc，fs，k） 0S R 2.5 2.5 极限状态实用设计表达式极限状态实用设计表达式S正常使用极限状态正常使用极限状态荷载效应荷载效应组合值，组合值，根据设计目的进行根据设计目的进行组合

21、组合 2.5 极限状态实用设计表达式正常使用极限状态实用设计表达式正常使用极限状态实用设计表达式Sd C标准组合：标准组合： SdSGkSQ1kCiSQik频遇组合：频遇组合：准永久组合：准永久组合： SdSGk qiSQik SdSGkf1SQ1kqiSQik2.5 2.5 极限状态实用设计表达式极限状态实用设计表达式C结构构件达正常结构构件达正常使用极限要求的规使用极限要求的规定限值定限值 2.5 极限状态实用设计表达式正常使用极限状态实用设计表达式正常使用极限状态实用设计表达式S C截面应力截面应力变形限值变形限值裂缝宽度限值裂缝宽度限值2.5 2.5 极限状态实用设计表达式极限状态实用

22、设计表达式2.6 建筑结构抗震基本知识地震的基本概念地震的基本概念 地地震震类类型型诱发地震诱发地震构造地震构造地震约占约占90%90%天然地震天然地震火山地震火山地震2.6 2.6 建筑结构抗震基本知识建筑结构抗震基本知识人工开采、工程活动、水库蓄水人工开采、工程活动、水库蓄水常用术语常用术语震源震源深度 震中 震中距 地面 地面某处 浅源地震（震源深度60 km）中源地震（震源深度60 300km）深源地震（震源深度300 km）2.6 建筑结构抗震基本知识2.6 2.6 建筑结构抗震基本知识建筑结构抗震基本知识断层错动、引起周围介质振动的部位。断层错动、引起周围介质振动的部位。地震的基本

23、概念地震的基本概念 2.6 2.6 建筑结构抗震基本知识建筑结构抗震基本知识地地 震震 波波地震的基本概念地震的基本概念 形成：地震能量以波的形式从震源向外传播形成：地震能量以波的形式从震源向外传播形形式式面面波波体体波波纵波纵波横波横波振动：质点与传播方向一致振动：质点与传播方向一致效果：垂直方向上下颠簸效果：垂直方向上下颠簸特点：周期短特点：周期短、振幅小振幅小、波速快波速快地地 震震 波波地震的基本概念地震的基本概念 形形式式面面波波体体波波纵波纵波横波横波振动：质点与传播方向垂直振动：质点与传播方向垂直效果：水平方向摆动效果：水平方向摆动特点：周期长特点：周期长、振幅大振幅大、波速慢波

24、速慢2.6 2.6 建筑结构抗震基本知识建筑结构抗震基本知识形成：地震能量以波的形式从震源向外传播形成：地震能量以波的形式从震源向外传播地地 震震 波波地震的基本概念地震的基本概念 形形式式面面波波体体波波纵波纵波横波横波振动：复杂振动：复杂瑞雷波：椭圆形滚动瑞雷波：椭圆形滚动特点：周期长特点：周期长、振幅大振幅大、波速最慢波速最慢洛夫波：蛇行运动洛夫波：蛇行运动2.6 2.6 建筑结构抗震基本知识建筑结构抗震基本知识形成：地震能量以波的形式从震源向外传播形成：地震能量以波的形式从震源向外传播地地 震震 波波地震的基本概念地震的基本概念 形形式式面面波波体体波波纵波纵波横波横波2.6 2.6

25、建筑结构抗震基本知识建筑结构抗震基本知识 纵波最快，横波纵波最快，横波次之，次之， 面波最慢。面波最慢。 地震顺序：地震顺序： 先上下颠簸，先上下颠簸， 后左右摇晃。后左右摇晃。形成：地震能量以波的形式从震源向外传播形成：地震能量以波的形式从震源向外传播2.6 2.6 建筑结构抗震基本知识建筑结构抗震基本知识震震 级级作用作用定义定义表示表示划分划分衡量一次地震本身强弱程度的指标衡量一次地震本身强弱程度的指标标准地震仪、距震中标准地震仪、距震中100km、最大地面、最大地面水水平位移平位移A（m）的常用对数）的常用对数值。值。MlgAR() 微微 震震： M2有感地震：有感地震： M24破坏性

26、地震：破坏性地震：M5强烈地震：强烈地震： M7特大地震：特大地震： M8R()起伏函数，起伏函数， 依震依震 中距中距而变化而变化震级每增加一级，地震所释放出的能量约增加30倍。地地 震震 烈烈 度度 作用作用规律规律确定确定反映反映某一区域地表、建筑物受一次地震某一区域地表、建筑物受一次地震影响的强弱程度。影响的强弱程度。规律：震中距越小，影响越严重，规律：震中距越小，影响越严重， 地震烈度大。地震烈度大。考虑因素：人的感觉、器物反应、地考虑因素：人的感觉、器物反应、地 表及建筑物的破坏程度。表及建筑物的破坏程度。 地震烈度表：地震烈度表：12度度 我国采用我国采用2.6 2.6 建筑结构

27、抗震基本知识建筑结构抗震基本知识划分划分多遇烈度多遇烈度：超越概率为超越概率为63.2%，为基本烈度为基本烈度-1.55度度众值烈度（基本烈度）：超越概率为众值烈度（基本烈度）：超越概率为10%罕遇烈度：超越概率罕遇烈度：超越概率23%，为基本烈度，为基本烈度1度度基准期基准期5050年内年内注意：注意： 一次地震只有一个震级，但对一次地震只有一个震级，但对于不同地区却有不同的烈度。于不同地区却有不同的烈度。 主要城市基本烈度：主要城市基本烈度： 北京北京8度，太原度，太原8度，临汾度，临汾9度度 长治长治7度，大同度，大同8度，候马度，候马7度度地地 震震 烈烈 度度 2.6 2.6 建筑结

28、构抗震基本知识建筑结构抗震基本知识房屋结构的抗震设防房屋结构的抗震设防 建筑抗震设防分类建筑抗震设防分类设防依据：抗震设防烈度设防依据：抗震设防烈度通常取基本烈度通常取基本烈度设防分类设防分类甲类建筑：重大工程、可能发生次生灾害的甲类建筑：重大工程、可能发生次生灾害的 建筑。建筑。乙类建筑：使用功能不能中断或需尽快恢复乙类建筑：使用功能不能中断或需尽快恢复 建筑建筑城市生命线工程核心建筑城市生命线工程核心建筑丙类建筑：一般的工业与民用建筑丙类建筑：一般的工业与民用建筑丁类建筑：次要建筑丁类建筑：次要建筑一般仓库一般仓库设防标准设防标准2.6 2.6 建筑结构抗震基本知识建筑结构抗震基本知识设防目的：通过抗震设计和采取构造措施，设防目的：通过抗震设计和采取构造措施， 达到减轻地震灾害的目的。达到减轻地震灾害的目的。房屋结构的抗震设防房屋结构的抗震设防 建筑抗震设防分类建筑抗震设防分类设防目的：通过抗