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1、项目1 建筑结构设计方法应用,任务1.1 了解结构的极限状态 任务1.2 概率极限状态设计方法的应用,返回,任务. 了解结构的极限状态,. 结构的安全等级 我国根据建筑结构破坏后果的影响程度，将结构分为三个安全等级，见表-。破坏后果很严重的为一级；破坏后果严重的为二级；破坏后果不严重的为三级。对人员比较集中、使用频繁的体育馆、影剧院等，安全等级宜按一级设计。建筑物中各类结构构件的安全等级，宜与整个结构的安全等级相同，允许对部分结构构件根据其重要程度和综合效益进行适当的提高或降低，但不得低于三级。 . 结构的设计使用年限和设计基准期 . 设计使用年限,下一页,返回,任务. 了解结构的极限状态,设
2、计使用年限是指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，完成预定功能的时期，即结构在规定的条件下所应达到的使用年限。一般建筑结构的设计使用年限为年。各类工程结构的设计使用年限并不统一，总的来讲，桥梁应比房屋长，大坝应更长一些。 . 设计基准期 设计基准期是为确定可变作用及与时间有关的材料性能等取值而选用的时间参数，它是结构可靠度分析的一个时间范围。设计基准期可根据结构设计使用年限的要求适当选定。,上一页,下一页,返回,任务. 了解结构的极限状态,一般来说，设计使用年限长，设计基准期可能长一些；设计使用年限短，设计基准期可能短一些。荷载规范规定，确定可变荷载代表值时应采用年设计基
3、准期。设计使用年限分类见表-。 . 结构的功能要求 设计的结构和结构构件，在规定的设计使用年限内，在正常维护条件下，应能保持其实用功能，而不需进行大修加固。工程结构的功能要求应包括以下几项。 . 安全性,上一页,下一页,返回,任务. 了解结构的极限状态,结构在规定的使用期间内，应能承受在正常施工、正常使用情况下可能出现的各种荷载、各种变形；在偶然事件（如地震、爆炸等）发生时和发生后，应能保持整体稳定性，不应发生倒塌或连续破坏而造成生命、财产的严重损失。 . 适用性 结构在正常使用过程中应具有良好的工作性能。 . 耐久性 结构在正常维护条件下应具有足够的耐久性，完好使用到设计规定的年限，即设计使
4、用年限。,上一页,下一页,返回,任务. 了解结构的极限状态,. 结构功能的极限状态 结构在使用期间的工作情况称为结构的工作状态。结构能满足功能要求，称结构“可靠”或“有效”，否则称结构“不可靠”或“失效”。区分结构工作状态“可靠”与“失效”的界限是“极限状态”。因此，结构的极限状态可定义为：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（安全性、适用性、耐久性）要求，该特定状态称为该功能的极限状态。极限状态是结构开始失效的标志。结构极限状态分为以下两类： . 承载能力极限状态,上一页,下一页,返回,任务. 了解结构的极限状态,承载能力极限状态是指相应于结构或结构构件达到最
5、大承载力、出现疲劳破坏或不适合继续承载的变形的情形。当结构或结构构件出现下列状态之一时，应认为超过了承载能力极限状态： （）整个结构或结构的一部分作为刚体失去平衡（如倾覆等）。 （）结构构件或连接因超过材料强度而破坏（包括疲劳破坏），或因过度变形而不适于继续承载。 （）结构转变为机动体系。 （）结构或结构构件丧失稳定（如压屈等）。 （）地基丧失承载能力而破坏（如失稳等）。,上一页,下一页,返回,任务. 了解结构的极限状态,承载能力极限状态主要考虑有关结构安全性的功能，出现超过此种极限状态的概率必须很低。因此，任何承载的结构或者构件都需要按承载能力极限状态进行设计。 . 正常使用极限状态 正常使
6、用极限状态是指对应于结构或结构构件的变形、裂缝或耐久性能达到某项规定的限值，使其无法正常使用的情形。当结构或结构构件出现下列状态之一时，应认为超过了正常使用极限状态： （）影响正常使用或外观的变形。 （）影响正常使用或耐久性能的局部损坏（包括裂缝）。,上一页,下一页,返回,任务. 了解结构的极限状态,（）影响正常使用的振动。 （）影响正常使用的其他特定状态。 虽然超过正常使用极限状态的后果一般不如超过承载能力极限状态那样严重，但也不可忽视。 . 结构上的作用、作用效用和结构抗力 . 结构上的作用 凡是能够使结构产生内力、应力、位移、应变、裂缝的因素都称为结构上的作用，可分为两种，即直接作用和间
7、接作用。,上一页,下一页,返回,任务. 了解结构的极限状态,荷载是直接作用，如施加在结构上的集中力和分布力；温度变化、混凝土收缩徐变、地基不均匀沉降、地震等引起结构外加变形或约束变形的原因称为间接作用。 . 荷载的分类 按照作用时间的长短和性质，结构上的荷载可分为三类：永久荷载、可变荷载和偶然荷载。 （）永久荷载也称为恒荷载，是指在结构使用期间，其值不随时间变化，或者其变化值与平均值相比可忽略不计的荷载，如结构自重、土压力、预应力等。,上一页,下一页,返回,任务. 了解结构的极限状态,永久荷载应包括结构构件、围护构件、面层及装饰、固定设备、长期储物的自重，土压力、水压力，以及其他需要按永久荷载
8、考虑的荷载。 （）可变荷载也称为活荷载，是指在结构使用期间，其值随时间变化，且其变化值与平均值相比不可忽略的荷载，如楼面活荷载、屋面活荷载、风荷载、雪荷载、吊车荷载等。 （）偶然荷载，是指在结构设计使用期间可能不出现，一旦出现，其量值很大且持续时间很短的荷载，如爆炸力、撞击力等。 . 荷载的代表值 荷载是随机变量，任何一种荷载的大小都有一定的变异性。,上一页,下一页,返回,任务. 了解结构的极限状态,因此，结构设计时，对于不同的荷载和不同的设计情况，应赋予荷载不同的量值，该量值即荷载代表值。荷载规范规定，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
9、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。 （）荷载标准值。荷载标准值是结构在设计基准期内具有一定概率的最大荷载值，它是荷载的基本代表值。 ）永久荷载标准值。结构自重的标准值可按结构构件的设计尺寸与材料单位体积的自重计算确定。,上一页,下一页,返回,任务. 了解结构的极限状态,一般材料和构件的单位自重可取其平均值，对于自重变异较大的材料和构件，自重的标准值应根据对结构的不利或有利状态，分别取上限值或下限值。常用材料和构件单位体积的自重查荷载规范附录 采用。现将几种常用材料单位体积的自重（单位为）摘录如下：素混凝土（振捣或不振捣），钢筋混凝土，水泥砂浆，石灰砂浆、混合砂浆，普
10、通砖，普通砖（机器制）。 ）可变荷载标准值。民用建筑楼面均布活荷载标准值见表-，其余各种可变荷载标准值的取值，如屋面活荷载、工业建筑楼面活荷载、风荷载、雪荷载、厂房屋面积灰荷载等详见荷载规范。,上一页,下一页,返回,任务. 了解结构的极限状态,（）可变荷载组合值。两种或两种以上可变荷载同时作用于结构上时，所有可变荷载同时达到其单独出现时可能达到的最大值的概率极小，因此，除主导荷载（产生最大效应的荷载）仍可以其标准值为代表值外，其他荷载均应以小于标准值的荷载值为代表值，即可变荷载组合值。可变荷载组合值可表示为Q，其中为可变荷载组合值系数，其值可由荷载规范查取，部分的值见表-。 （）可变荷载准永久
11、值。可变荷载在设计基准期内会随时间而发生变化，并且不同可变荷载在结构上的变化情况不一样。 （）可变荷载频遇值。,上一页,下一页,返回,任务. 了解结构的极限状态,对可变荷载，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定频率的荷载值称为可变荷载频遇值。即可变荷载频遇值是指在设计基准期内被超越的总时间仅为设计基准期一小部分的荷载值。 . 作用效用 直接作用或间接作用会使结构产生内力和变形（如弯矩、剪力、压力、拉力、扭矩、裂缝等），称为作用效应。当作用为直接作用（荷载）时，其效应也称为荷载效应，通常用S表示。 . 结构抗力,上一页,下一页,返回,任务. 了解结构的极限状态,整个结构
12、或结构构件抵抗作用效应的能力（如承载力、刚度等）称为结构抗力，通常用R表示。影响抗力的主要因素包括材料性能（强度等级、变形模量等）、几何参数（构件尺寸等）和计算模式的精确性（抗力计算所采用的基本假设和计算公式的精确性）等。,上一页,返回,任务.概率极限状态设计方法的应用,. 极限状态方程 结构的工作性能可用下列结构功能函数Z来描述。为简化起见，仅以荷载效应S和结构抗力R两个基本变量来表达结构的功能函数，则有 在实际工程中，可能出现以下三种情况： 当Z，即RS时，表示结构处于安全状态； 当Z，即RS时，表示结构处于失效状态； 当Z，即RS时，表示结构处于极限状态。,下一页,返回,任务.概率极限状
13、态设计方法的应用,. 承载能力极限状态设计表达式 承载能力极限状态设计表达式为 . 荷载基本组合 工程实际中，结构或结构上的荷载一般有多种，结构设计时应综合考虑在结构上可能同时出现的各种荷载，并应取最不利的效应组合进行设计。若结构上同时出现一种以上的可变荷载，由于各种可变荷载同时出现最大值的概率较低，因此，在多种可变荷载参与组合时应考虑组合值系数，对相应的可变荷载进行折减。,上一页,下一页,返回,任务.概率极限状态设计方法的应用,荷载基本组合的效应设计值S，应从下列荷载组合值中取用最不利的效应设计值确定： （）由可变荷载控制的效应设计值，应按下式进行计算： （）由永久荷载控制的效应设计值，应按
14、下式进行计算： . 荷载偶然组合,上一页,下一页,返回,任务.概率极限状态设计方法的应用,偶然组合是指一种偶然作用与永久荷载及其他可变荷载相组合。偶然作用发生的概率很小，持续的时间较短，但对结构可造成相当大的损害。鉴于这种特性，从安全与经济两方面考虑，当按偶然组合验算结构的承载能力时，所采用的可靠指标值允许比基本组合有所降低。 由于不同的偶然作用，如地震、爆炸和撞击，其性质差别较大，目前尚难给出统一的设计表达式，所以只规定了偶然组合设计表达式的一般原则：只考虑一种偶然作用与其他荷载相组合；偶然作用不乘以荷载分项系数；对与偶然作用同时出现的可变荷载，根据其可能性采用适当的代表值，如准永久值或频遇
15、值等。,上一页,下一页,返回,任务.概率极限状态设计方法的应用,（）用于承载能力极限状态计算的效应设计值，应按下式进行计算： （）用于偶然事件发生后受损结构整体稳固性验算的效应设计值，应按下式进行计算： . 正常使用极限状态设计表达式,上一页,下一页,返回,任务.概率极限状态设计方法的应用,按正常使用极限状态设计，主要是验算构件的变形和抗裂度或裂缝宽度。按正常使用极限状态设计时，变形过大或裂缝过宽虽然影响正常使用，但危害程度不及承载力引起的结构破坏造成的损失那么大，所以可适当降低对可靠度的要求。建筑结构可靠度设计统一标准（）规定，计算时取荷载标准值，不需乘分项系数，也不考虑结构重要性系数。对于正常使用极限状态，应根据不同的设计要求，采用荷载的标准组合、频遇组合或准永久组合，并应按下列设计表达式进行设计：,上一页,下一页,返回,任务.概率极限状态设计方法的应用,. 荷载效应标准组合值 荷载标准组合的效应设计值S 应按下式进行计算： . 荷载效应频遇组合值 荷载频遇组合的效应设计值S 应按下式进行计算：,上一页,下一页,返回,任务.概率极限状态设计方法的应用,. 荷载效应准永久组合值 荷载准永久组合的效应设计值S 应按下式进行计算：,上一页,返回,表- 建筑结构安全等级,返回,表- 设计使用年限分类,返回,表- 民用建筑楼面均布活荷载标准值及其组
