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第二章 钢筋砼结构基本设计原则
本章主要内容
结构上的作用、作用效应及结构抗力
结构的功能要求与极限状态
极限状态设计法
2.1 结构上的作用、作用效应及结构抗力
2.1.1 作用与作用效应
１.基本概念
 作用（或荷载）
施加在结构上的集中力或分布力，称为作用——直接作用
引起结构外加变形或约束变形的原因——间接作用
 作用效应（S）—由作用引起的结构或构件的反应
 结构抗力（R）—结构或结构构件承受作用效应的能力
q
M
Ｖ
2.1 结构上的作用、作用效应及结构抗力
2.1.2 荷载分类
１.按时间变异分类
a.永久荷载 ——在设计基准期内，其值不随时间变化，或其变
化与平均值相比可以忽略不计的荷载。也称恒
荷载或恒载。比如结构自重或土压力等。
b.可变荷载 ——在设计基准期内，其值随时间变化，或其变化
与平均值相比不可以忽略不计的荷载。也称活
荷载或活载。比如楼面活载、屋面活载、雪荷
载、风荷载、吊车荷载等。
c.偶然荷载 ——在设计基准期内不一定出现，而一旦出现,其量
值很大而持续时间较短的荷载。比如爆炸力、
撞击力等。
2.1 结构上的作用、作用效应及结构抗力
２.按空间变异分类
a. 固定荷载——在结构空间位置上具有固定的分布；
b.可动荷载——在结构空间位置一定范围内可以任意分布。
３.按照结构的反应分类
a. 静态荷载——对结构不产生动力效应，或小的可以忽略；
b.动态荷载——对结构产生动力效应，且不可以忽略。
CH.2.1 结构上的作用、作用效应及结构抗力
2.1.3 功能函数
 功能函数：Z=R-S=g(X1,X2,X3….Xn)
 结果分析

Z=R-S>0： 结构可靠；

Z=R-S<0： 结构不可靠状态，即失效；

Z=R-S=0： 结构处于极限状态，此方程称为极限状态方程
由于作用效应和结构抗力都是随机变量，则功能函数也是不确
定的变量。设计时用近似概率来保证Z=R-S≧0。
作用的不确定性：
结构抗力的不确定性：
2.2 结构的功能要求与极限状态
2.2.1
结构功能要求
 设计使用年限:设计规定的一个时期。在这一规定时间内，房
屋建筑在正常设计、正常施工、正常使用和维护下不需进行大
修就能按其预定目的使用。（5年，25年，50年，100年）
安全性：建筑物在正常情况下能承受可能出现的各种作用,
并保持结构的稳定性。
适用性：保证结构在日常使用中满足要求，要求结构具有良
好的工作性能。
耐久性：保证结构的承载力的持续时间与环境相适应，指在
正常维护条件下结构能够正常使用到规定的设计使
用年限。
2.2结构的功能要求与极限状态
2.2.2
极限状态设计法
 极限状态 ——整个结构或结构的一部分超过某一特定状态，
或不能满足设计规定的某一功能要求的特定
状态。
a.承载能力极限状态 ——结构或构件达到最大承载力或产生不适于
继续承载的变形。如倾覆、疲劳破坏、压
屈等。
b.正常使用极限状态 ——结构或构件达到正常使用或耐久性能的某
项规定限值。如过大变形、开裂、振动等。
我国结构设计是以概率理论为基础的极限状态设计法。
2.3 极限状态设计法
2.3.1 结构可靠度理论
1.结构的可靠度
——在规定的时间内（一般为50年），在规定
的条件下（正常设计、正常施工和正常使
用），完成预定功能的概率，称为结构的
0
可靠度，即可靠概率。以Ps表示
f ( z )dz

——结构不能完成预定功能的概率，以P 表示。
2.失效概率
Pf  Ps  1
P   f ( z )dz
Pf 

f

s
出
现
概
率
0
μS
σS
μR
σS
σR
σR
[R]
γ0[S]
失效
可靠
强度/荷载值
2.3 极限状态设计法
3.可靠指标
——为方便计算，用可靠指标来衡量结构可靠度
的一个指标。
 R  S
z


  
2
2
z
 R S
4.建筑结构的安全等级
目标可
靠指标
 我国将建筑物的重要程度分为三级：
一级，破坏后果极其严重，属于重要的建筑物；
二级，破坏后果比较严重，属于一般的建筑物；
三级，破坏后果相对不严重，属于比较次要的建筑物。
2.3 极限状态设计法
5.结构的设计基准期
结构保证其设计可靠度指标的时间期限称为设计基准期，即
在基准期内，结构的可靠度指标完全满足设计要求；
设计基准期是测算最大荷载重现期的基本期限；
在超过设计基准期后，并非意味着结构的失效，而是其可靠
度有所降低，因此基准期不能等同于建筑物的使用寿命；
我国对于多数建筑物的设计基准期均为50年，特殊建筑物可以除
外。
2.3.2 荷载的代表值
在实用的极限状态设计表达式中所采用的荷载规定值
——结构计算时，需根据不同的设计要求采用不同的荷载数值。
a.荷载标准值
——荷载基本代表值。指在结构使用期间，在正常情
况下出现具有一定保证率的最大荷载。
G orQ
k
k
b.可变荷载组合值 ——当结构同时承受两种或两种以上可变荷载时，
除主导荷载（产生荷载效应最大的荷载）取
Qc   c Qk
标准值，其它伴随荷载取小于其标准值的组
组合
合值为代表值。
系数
c.可变荷载准永久值 ——在设计基准期内经常作用在结构上的可
变荷载。
Qq   q Qk
准永久
值系数
 恒荷载（结构自重、土压力）
结构自重：按构件或材料单位体积（或单位面积）自重平均值确
定。
土压力：由水工构筑物结构设计规范确定。
 楼面及屋面活荷载
 水压力
 雪荷载等
2.3.3 极限状态设计表达式
1. 承载能力极限状态表达式
 0s  R
式中γ0—结构重要性系数；
S—荷载效应组合的设计值；
R—结构构件抗力的设计值，应按各有关建筑结构设计规
范的规定确定。
a.对于贮液结构、地下构筑物等可不计风荷载效应的结构：
m
n
i 1
j 2
S    GiCGiGik   Q1CQ1Q1k  c   QjCQjQ jk
式中：γGi 、γQi ----恒荷载、活荷载的荷载分项系数
（1） 永久荷载的分项系数：
1)当其效应对结构不利时
—对结构和设备自重，应取1.2；
—对其他永久作用，应取1.27；
2)当其效应对结构有利时
—均应取1.0；
（2） 可变荷载的分项系数：
—对地表水或地下水应作为
第一可变作用，取1.27；
—对其他可变作用应取1.4。
Gk----恒荷载标准值，
Q1k ----最大的活荷载的标准值，
Ψci----其他活荷载的组合值系数，可取0.9计算，
Qik----其他活荷载的标准值。
b.对水塔等构筑物，应计入风荷载的效应，进行整体
分析时：
m
n
i 1
j 2
S    GiCGiGik  1.4(CQ1Q1k  0.6 CQjQ jk )
注:第一个可变荷载应为风荷载。
2. 正常使用极限状态
S ≤C
C—结构或结构构件达到正常使用要求的规定限值，
例如变形、裂缝、振幅、加速度、应力等的限值,
应按各有关建筑结构设计规范的规定采用。
a.标准组合
m
n
i 1
j 2
S k   SGik  SQ1k  c  SQjk  C
对水塔等构筑物，应计入风荷载效应，取Ψc=0.6；
当不计入风荷载时，表达式为：
m
n
i 1
j 1
S k   SGik   cj SQjk  C
b.长期效应组合
变形验算
m
n
i 1
j 1
S d   SGik   qj SQjk  C
a f max  a f lim
裂缝控制
裂缝控制划分为三个等级:
一级——严格要求不出现裂缝的构件
 ck   pc  0
二级——一般要求不出现裂缝的构件
 ck   pc  f tk
 cq   pc  0
三级——允许出现裂缝的构件
 max   lim