混凝土结构设计的基本原则

2023/7/12第三章

混凝土结构基本设计原则2023/7/12本章重点理解结构上的作用、作用效应和结构抗力的概念及其随机特性；

了解混凝土结构设计方法的理论基础——可靠度理论；

掌握我国规范的设计方法——概率极限状态设计法。2023/7/121.混凝土结构定义与分类结构：由不同受力构件组成的承受各种外部作用的骨架

按空间位置和力的传递关系分为：水平承重结构、竖向承重结构、地下承重结构一、结构的功能要求2023/7/122.结构上的作用、作用效应和结构抗力作用直接作用间接作用：指施加在结构上的荷载，如恒荷载、风荷载等：指引起结构外加变形和约束变形的其它作用，如地基沉降、温度变化、混凝土收缩等。作用的分类结构的反应特点分静态作用：使结构产生的加速度可以忽略不计的作用，如自重动态作用：使结构产生的加速度不可忽略的作用，如地震、吊车荷载等一、结构的功能要求20拣23退/7弟/9一、旅结餐构的拍功能纽奉要求按时族间变枪异性索分永久悄作用型：在设挤计基瓶准期问内量犁值基叶本不架变，急如自旁重、肯土压垫力等可阴变振作抹用恋：在设赢计基丧准期宜内量挽值随临时间嫁变化具且其未变化疮与平炭均值疯相比首不可贫忽略堵，如确楼面约活荷阴载、等吊车漂荷载宅等偶然故作用犹：在坟设椒计谊基签准桥期嫂内富不堆一斗定恶出誉现狂，剖而每一女旦村出抢现俱，冒其裂量抢值吧很绞大脆且矩持犬续放时份间野很墨短胜的漆作认用伤，得如义地升震叹、郊爆善炸围、发冲忆击宫等按空镇间位背置的率变异选性分固矿定节作霞用创：在念结彻构壁上颜具励有娇固汗定证的舅分滔布杨，汉如俩自征重塌、估固腹定辩设破备跪荷北载保等可动顶作用刮：在恋结古构她上壁一柴定煮范驱围放内发可散任挑意撒分谱布密的反作吓用释，滥如夏人忠群稍荷央载2融0支2眉3概/即7果/沸9作用锐效应断和结卖构抗萍力指作用引起的结构或构件的内力、变形和裂缝等指结构或构件承受作用效应的能力，如承载力、刚度和抗裂度等一生、刘结粘构反的测功误能忙要恋求20搜23疑/7灰/93伟.结弄构开设暮计叉中栏的布不润确仍定想性a.恒载g与构亭件尺晋寸、头材料敲容重够等有凤关b.活载q的数养值是技随时雹在变吼化的c车.计祥算桌跨针度l的树不薯准烂确a咐.材料湖强度fy和fc的固离星散b.截面伏尺寸h0和b的施气工误本差不一航定安萍全（傲可靠井）!g+q虽设疤计保时证一、狡结贞构的触功能漠要求随架机锻变威量20铲23文/7期/9一、右结辰构的订功能停要求20智23勇/7柔/9一、畜结挡构的竹功能贫要求结构止设计预的目最的：在虚一定矛的经候济条叉件下矮，使侧结构示在预洗定的允使用衣期限过内能甜满足服设计搅所预怎期的践各种以功能捧要求途，包帝括安耻全丹性丽、努适档用搁性冤和抛耐覆久鄙性。3弟.结构卸的功络能要筒求◆安泼全岗性Sa蝴fe都ty结汁构谜在正常还设计趴、施问工、和使用喂情况役下能牵承词受厘可脊能廉出翁现制的业各顿种直接忘作用取和间晨接作框用，如双施加环的荷码载、疏外加筋变形启、约戒束变勿形;在妻偶彩然务事醋件（闲如窄地圈震宽、凭校聪核禽洪纷水徒位昨等齐）发生狼时和陶发生汤后，结辣构仍助能保持相必需猎的承咽载力币和稳闻定性，座不封致贿发础生撕倒挎塌励或厚连板续呼破本坏静而恭造疲成花生苏命车财东产荒的欣严溪重迅损团失转。◆适唱用饮性Se爽rv姐ic喇ea伏bi桨li风ty结构脉在正肯常使茅用荷爷载作和用下水具有良静好趟的护工丽作育性。乘如炎不框产黄生贺影倚响终使灾用动的过大民变形宪或振裙幅，不抗发生僵足以济让使冷用者膀感到熄不安思的过流宽的汉裂缝仗等。◆耐久谱性D岔u总r兆a弯b牌i规l奏i颤t简y结概构盐在伸正蹈常荣使辨用踩、范维郊护篇条返件趟下装应深有先足尚够植的晨耐时久沿性。完暖好使蒸用到体设计蜜规定碰的年下限。至如，蛾混凝营土不殃发生声严重悉风化驱、腐宣蚀、称脱落傲，钢恢筋不麻发生碍锈蚀版等。可靠性2王0匪2扑3影/弄7耕/铜9一、丈结卧构的酿功能夜要求4幕.结施构雪的饰可谣靠较性疗与残安浑全永等盆级可靠勒性：结墙构或运构件况在规杆定的松时间邮内，散规定希的条均件下维完成慰预定容功能植的能亮力。设计使用年限设姑计肠使识用倾年铃限是遣设总计讲规姻定芬的乔结盟构踢或桨构问件额不凳需舰进如行吓大慌修造就咬能候按俱预度期个目真的量使皆用农、训完概成品预圾定悄功携能撤的清时解期翼，即团结优构音在木规完定疫的诞条园件纤下内所园应榆达艺到凶的帜使返用久年造限宫。设必计停基警准线期为确幸定可挠变作射用及池与时冰间有贿关的军材料鬼性能围等取芝值而票选用籍的时魂间参匀数。20灰23慎/7吸/9可靠侨性：指养结雀构欲在雹规键定伍的求时要间觉内乌，政在草规却定窄的茄条优件久下饿，铲完与成敲预怪定健功蜓能帮的僚能挂力涝。可率靠荣度：结构冬在规莫定的确时间煮内，艰在规某定的稿条件贸下，落完成那预定疼功能笛的概剑率。规定的条件正常设计、施工、使用和维护条件下安全性、适用性、耐久性预定功能一、盘结特构的盒功能该要求2旗0霞2未3辽/陆7摩/跟9一救、规结白构隶的杯功谦能卸要算求可烤靠鬼性甘与暑经引济姓性作相祝协培调安全等级破坏后果建筑物类型一级很严重重要建筑二级严重一般建筑三级不严重次要建筑根据桐破坏彻后果没的严如重性龟，将魔建筑倾物划培分为欧三个安全拦等级。2坝0管2蒜3燃/娃7柔/箭9二、夸结报构的厉极限恼状态1.极群限孩状晓态锈定喉义己与危分毒类承载抢能力偏极限狡状态收：结构却或构以件达讨到最词大承粥载能喝力或欺不适眉于承偷载的羊过大寺变形婆。若整善个结毅构或形结构盈的一竭部分委超过哭某一扭特定携状态顺就不举能满饱足设革计规载定的舅某一膊功能芹要求安，此爱状态侄即为枕该功颈能的症极限堪状态垫。承载可能力苹极限政状态和正常左使用趁极限鸡状态。（1）整个结构或结构的一部分作为刚体失去平衡（如倾覆等）。（2）结构构件或连接发生材料强度破坏，或因过度变形而不适于继续承载。（3）结构转变为机动体系。（4）结构或构件丧失稳定（如压屈等）。（5）地基丧失承载能力而破坏（如失稳等）。正宿常反使突用挑极熟限凶状绕态灰：结构始或构精件达称到正肌常使挣用或河耐久捐性能浅的某零项规课定的鼓限值谢。（1）影响正常使用或外观的变形。（2）影响正常使用或耐久性能的局部破坏（包括裂缝）。（3）影响正常使用的振动。（4）影响正常使用的其他特定状态。2隔0披2训3管/迎7闻/效9结暑构鸣的占极岛限票状袄态(li包mi坡t胆st竖at恳e)临界状态正常使用极限状态适用性、耐久性承载能力极限状态安恶全型性二、杆结愚构的淹极限谈状态2角0浸2貌3证/鼠7豆/皱92、结窄构的临功能余函数努和极悦限状功态方梁程结船构涨构饿件乌的川工沿作请状末态路可沿用帮包而括牲各客有匙关胸变勺量供在僚内跑的艺结熄构杠功旗能示函庸数胖来垦表偶达墓。——极广限己状史态减方羡程

当功能函数中仅包括作用效应和结构抗力两个基本变量时，可得—犁—功膝能妈函获数

当时，结构处于可靠状态

当时，

当时，结构处于失效状态结构处于极限状态二序、丽结飘构则的器极购限夫状唤态选方谷程歇和怠可孝靠胃度20榆23歼/7谈/9三、辫概议率极肠限状倦态设饮计法1爸.结构颤可靠分度和煌失效映概率作用妈效应鞋和结讽构抗那力均言为随纪机鸽的，当结著构疏满弄足程或剪不奇满潮足尸其河功暑能册要啄求冶的国事怜件责也储是泉随许机咸的妖。结构村在规恳定的错时间壤内、符规定衣条件诵下，托完成鼻预定脆功能存的概杜率称为可晚靠利概宫率（Ps），葛亦称搞为结覆构可组靠山度，是健结霞构站可窃靠痕性盐的用概奔率涂度葱量；出虫现不笔满足彼功能钱要求宰的概启率称娃为失当效趴概社率（Pf）。20价23登/7及/9--铁-均繁值融：表锡示湿随迅机婆变粗量取值乐的集俭中位曾置--歇-标准若差：表哲示葡随朋机络变这量苍的肢离匀散絮程哭度-俯-议-变异蒸系数称：反映丸相对橡离散交程度概潮率肥知狠识三、孝概谦率极刊限状幻玉态设收计法2棵0徒2赵3央/榜7省/郊9由宵于镇作依用者效糕应S和智结除构尸抗倒力R都是徒随机井变量撒，要纹绝对尝保证R总是鱼大于S是秆不骄可稀能宗的。三匙、甚概划率捎极叹限钱状衬态甩设假计同法20肃23珠/7垮/9

当结构功能函数中仅有两个独立的随机变量和，且都服从正态分布时，功能函数的概率密度曲线如图所示。

功能函数的概率密度曲线

结构的失效概率可直接通过的概率（图中阴影面积）来表达，即三搬、欢概哭率姜极铲限奏状申态感设紧计趟法2姥0葡2草3证/变7东/善9

f(Z)bszmzpfZ=R-S2司.结塌构蔑的龄可已靠今指众标假设R、S相辆互汪独端立奇，燃均练服政从裁正蝇态畅分金布倚，沸则R、S的宿统治计麦规抓律民不齐充柴分球，Pf不易草计算障，用责可靠旋指标逼代替均值客越大京，β越大遍，结渔构越挥可靠碌；标营准差佳越小突，β越颤大像，签结庄构焰越匹可峰靠三栋、滩概暴率粒极吃限树状诊态脏设乳计到法2裙0构2痒3蛙/霜7细/条9设计岗规范边所规搭定的贸、作峡为设龟计结召构或恰结构广构件劲时所灭应达傍到的斗可靠甩指标及，称砖为设计趟可靠戏指标，又庸称为目标丧可靠嫂指标。3、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按辩正跑常足使岸用史极导限智状维态虎设荒计害时涨的捏可截靠蛋指姓标远衡低塔于按承糟载能项力极喘限状痛态设丙计时逃的可肢靠指刷标。三、脸概桂率极既限状营态设宗计法20穷23搁/7直/9将极挠限状元态方愉程转纺化为以基顺本变惰量（这荷载勉和材剂料强伏度）杏代表盐值和访相应谜的分辜项系窝数来撕表示碰的设凉计表超达式即气可撒满堪足圆目延标员可坐靠办指竖标鹊。四、突极限插状态咱设计忙表达答式过于走繁琐实睁用武设接计忠表算达仗式2捡0堂2牧3凯/抽7厨/隶9以强基辛本贫变伙量浸的代缺表值答和泪分乒项掌系麦数育表蹈达躬的雨概俩率寺极桌限姿状央态瘦设航计琴表赚达魔式荷截载陪标娱准尺值隔可痒由旷设好计锄基伏准倘期晴最异大呼荷剃载奋概灾率同分庙布悬的疯某倾一踢分俱位溜值趋确悬定夫。荷载令的标锋准值－－队－荷笛载基黎本代成表值荷载退是随慌机变弦量，箱任何孤一种嚼荷载德都具劫有程社度不伯同的膨变异堂性。永堵久讽荷研载坑标括准恋值悠：按结败构设俗计规贴定的船尺寸疫和材刚料容野重确蜓定。Gk可可变鹿荷焰载片标坛准谷值各类可变荷载标准值及各种材料容重可由《荷载规范》查取。Qk楼面中：≥2K所N逢/杀m2屋日面怜：不传上可人0.筋5K斗N/某m2上份人2.赞0K位N/证m2屋狐顶康花暑园3.纪0K怜N/鉴m2四、拢极限舌状态铲设计睁表达负式1吓.荷蹦载芦代脆表宰值：标准拘值、酒设计腹值、小准永座久值论和组绢合值睬等20构23属/7学/9四、鞠极限刊状态客设计啄表达姐式荷局载欧设近计辱值家与兰荷捎载快分勾项雕系浇数在承载搬能力膜极限毯状态设计堤中，塑为充引分考绩虑荷脾载的弓离散鸽性及貌计算隙内力填时进盖行简犬化所肯带来公的不设利影负响，址需对旗荷载急标准泥值乘以一区个歇大财于1洪.蒜0的系物数，隐称为荷产载驰分附项斤系流数。设堡计寒时槽，绘查答得趴荷俗载题标蔑准卸值纤，猜并搞乘鹊以史荷毒载碌分快项龟系戴数似作换为撒设航计蛮的羡荷雄载堂取逃值救（荷监载茶的雪设禁计挨值）尚，违进纳行呆内墨力逆计鲁算颤和慕截窑面特设欠计假。荷载虾设计卸值＝戒荷载伶标准拆值×荷挽载钥分选项仍系高数2加0地2鞭3租/登7宅/留9在正某常尤使岁用册极桥限盟状凉态计算瓣中，烂要考慌虑荷说载长期边效应的影矛响。可变择荷载时有旱时无控，时氧大时哗小，母但若勺达到微或超苍过某效一抢值的愤可粮变突荷周载睬出秘现剖次恶数烫较敌多株、傻持这续皇时轮间兼较眯长山，涌以垃致份其瓦累舍计适的始总晃持削续饲时徐间愈与签整差个外设约计嘴基往准鬼期甜的叹比户值娃已鞋达饼到寒一摧定殃值呢（符一零般抚取帝为0.必5）中，饰则领该突值净便瞒称吵为盾荷桃载咐准司永梅久歼值永。荷载荒的准齿永久仰值四架、渐极唱限旦状阔态汉设军计垒表金达宣式

可变荷载的准永久值记为，为准永久值系数，小于等于1.0。荷载卸的组穷合值

可变荷载的组合值记为，是当结构承受两种或两种以上可变荷载时，设计采用的一种可变荷载代表值，为荷载组合系数。2朝0扑2酸3让/旺7珠/涛9强度振标准愈值四奸、岂极欣限含状析态章设猫计风表露达池式2妥.材得料与强雾度系的仿取妈值：标吐准值哭和设合计值材料棋强度狡标准欣值应跑根据词符合忽规定径质量碑的材户料强蚕度的躬概率坊分布披的某诱一分率位值莲确定单。一堂般取墙具有9贿5％遇保罚证毙率合的野材撒料膨强玩度传值竖。－－旅－材尼料强泻度基叮本代鹿表值20改23毁/7粉/9为训充馋分炮考津虑浸材棵料钓的雾离咐散槽性织和驼施增工嫁中阁不拿可川避嚷免用的征偏膜差佣所也带共来付的零不袭利茂影夜响手，成将仍强挥度桨标映准锋值除以一个打大于1.爱0的赌系最数驻，粪这坚个班系歇数除称起为材料寻分项透系数，得笼到的叮强度属即为强度愚设计母值。四古、滑极央限爆状雀态职设遥计苦表典达眯式强吵度冬设塘计贼值2日0迎2羽3讽/疗7自/薄9偶然绝状况短暂各状况建询筑炒结柜构皇设沸计本时脆，感应蚕根闷据砖结漫构珍在岗施孤工光和弱使教用奇中游的临环妄境辣条倒件娃和妨影们响牛，禁区赖分驳下冬列码三某种蛛设瞒计桨状春况畏：持久榨状况在结减构使逢用过黑程中麻一定镜出现针，持解续时才间较印长的宁状况在锋结绵构私施短工烧和争使陆用渠过仰程吗中导出身现版概临率肺较影大嗽，深而腾与补设漂计剃使惜用框年有限抖相谣比浙持赤续懒时死间储很院短抱的汽状刺况在结限构使计用过真程中乒出现爪概率这很小剑，且档持续山期很披短的少状况均筛应欲进草行粱承桌载播能扎力潜极册限巡寿状皆态亦设袋计投；斥对杠持弦久求状丹况话，昌尚狡应哪进棕行讲正盾常好使贷用斜极馅限底状布态秤设咐计均；虏对印短被暂记状杨况指，衔可钉根役据欲需予要湖进似行栽正仙常耳使跨用厘极篮限积状妙态呆设朗计——————3.结构率的设汪计状来况四、许极限释状态醋设计话表达呢式2戒0突2挎3窄/菜7蜂/腾9计算般荷载踏效应S时仰，位取恼足点够罩大芽的巷荷趋载呀值绝，涂多半种猴荷颗载按同出时踪蝶作圣用沟时戏考筑虑睁荷还载北的蚕合讯理述组细合尿；在计说算结鸣构的植抗力R时楚，码取哑足漏够现低矿的必强疼度卫指辈标糕；对安董全等矮级不弄同的钳建筑贸结构然，采获用一状个重参要友性辨系丑数进买行蜡调谁整落。四林、管极男限摄状些态搬设芹计昼表醉达植式4串.承杜载径能魂力世极拴限村状店态避设锋计胖表哀达奶式20迁23嫌/7献/9四、刘极限考状态络设计间表达苦式γ0——结烂构谅构价件党的蚕重冠要扑性捧系蹈数祸。系安傅全么等堂级锄为轮一抄级鲜，服不春小祥于1.枯1，二驰级，绘不小鸟于1，三建级，州不小歇于0吗.弓9。S——承载下能力程极限拐状态坐的荷驳载效仙应（晴内力粱）组耻合的尸设计暗值。R——结希构骗构德件瓣的突承驶载喉力介设惑计困值。fs、fc——钢筋鸣、混病凝土将的强接度设上计值。ak——几何亚参数掉的标先准值。20律23逮/7街/9γG——永栏久嘱荷拥载扁分胖项委系禁数俘，次当持荷者载君对波承膝载描力环不筛利仪时患对谢由赵可冠变灯荷警载壶效允应裤控库制赚的仰组荒合虾取1.废2，蒸对耳由荡永茅久太荷数载宜控独制抖的遵组宇合珍取1裹.消3鸦5；伞有巧利晶时叉，润不欢应品大旬于1.蕉0。γQ1、γQ勉i—众—第一籍个和蛇第i个求可识变浸荷向载惑分生项鸣系肾数民，泉当唉荷金载祖对潜承跌载与力删不拥利元时炼取1.也4；轮有俊利悟时傍，眼取0。SQi浑k—亦—第i个可变猾荷载台标准赢值的地效应。SQ1锋k——在基幸本组庭合中闹其控紫制作驾用的渴一个秘可变疤荷载颜标准辩值的正效应。SQik——第i个可变荷载的组合系数，不应大于1.0；对于式（2）一般取0.9，若只有一个可变荷载取1.0。四、绕极限秃状态还设计鹊表达学式荷哭载醉效乔应瞧组究合基域本上组劳合SG啦k——永久傲荷载较标准链值的祝效应。由猪可重变得荷裹载炉控妙制盖的翻组贩合由永久荷载控制的组合2闻0浆2作3拆/碰7辜/费9四耀、荣极鼓限胀状守态梯设坦计探表颂达皮式偶惹然身作碌用之的底代帜表众值蹲不死乘筑分雀项插系挠数奖；弄与监偶碗然经作拔用箱同危时粗出恭现菌的烫可多变壁荷嘴载汽，状应团根芬据富观确测恶资窗料绢和兽工镰程欲经涂验箩采辩用唉适办当姐的援代著表迹值帮。客具乌体起的欣设但计手表推达刘式明及扭各径种尽系累数应符资合专什门规凤范的减规定。肠例巷如瞎，低当增考住虑盘地鸣震翻作岩用骑时少，才应知按《建您筑懒抗芒震袖设烤计验规忧范》G厚B5碎00泊11确定邮。偶然萍组合荷默载土效乘应武组邻合2约0烤2惑3估/壮7当/枣9C—稳—结构溉构件字达到渐正常型使用危要求箩所规脏定的应限值。达蜻到瓦或愁超丢过盗正柔常脆使贡用劝极嫌限应状补态馋的忘危翼害救较腥承蛛载玩力蹈不伙足唯小螺，扎可抗降学低贝要虎求单：那对创于搞荷卷载辽与呆材滩料乎强梦度捷均同采异用标芒准腔值（不掀需乘好荷载怒分项元系数比或除走材料都分项戏系数逝），衣也不配再考酿虑结哪构的倍重要振性系些数。四蒸、益极疾限睡状编态竞设纪计研表狭达趣式5.正常味使用骡极限怖状态沫设计蛙表达亚式验算界构件见的变形转、