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1、第三章 混凝土结构设计原则,3.1 结构设计的基本要求 3.2 结构的作用、作用效应和结构抗力 3.3 概率极限状态设计法 3.4 混凝土结构的耐久性规定,建筑结构可靠度设计统一标准（GB 50068）,工程结构可靠性设计统一标准（GB 50153）,结构功能要求,具有足够的承载力和整体稳定性,安全性,适用性,耐久性,在正常使用时不产生过大的裂缝、变形或振动,3.1.1 功能要求（P17）,在正常使用和维护条件下,在混凝土碳化和钢筋锈蚀等因素的影响下,在一定时期内仍能维持其安全性和适用性的能力,3.1 结构设计的基本要求,二.结构的可靠性,安全性、适用性、耐久性的统称。 结构的可靠性用可靠度度
2、量。,结构在规定的时间内、规定的条件下完成预定功能的能力。,设计使用年限,正常设计、施工、使用、维护,安全、适用、耐久,三.结构的设计使用年限,正常施工、正常使用、正常维护下，不需大修，即可达到预定使用目的的年限。,结构超过设计使用年限，说明可靠性降低，但仍可使用,四.结构的设计基准期 T,确定荷载和材料强度取值时所采用的时间参数，取50年。,在同一地区，不因结构的重要性而改变,结构能够满足功能要求而良好地工作，则结构“可靠” 或“有效” 。反之，则结构“不可靠”或“失效”。 区分结构“可靠”与“失效”的临界工作状态为“极限状态”。,3.1.2 结构的极限状态(P18),1.定义,指整个结构或
3、构件的一部分，超过某一特定状态就不能满足某一功能的要求，此特定状态称为该功能的极限状态。,超过该极限状态，结构不能满足预定的安全性的功能要求结构或构件达到最大承载力（包括疲劳），或过度变形而不适于继续使用结构整体或其中一部分作为刚体失去平衡（如倾覆、滑移） 结构形成几何可变体系（超静定结构中出现足够多塑性铰） 结构或构件丧失稳定（如细长受压构件的压曲失稳） 遭遇偶然作用时的连续倒塌（规范新要求，需进行防连续倒塌设计）,2.分类,承载能力极限状态结构或构件达到最大承载力或达到不适于继续承重的变形状态,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,超过该极限状态，结构不能满足预定
4、的适用性和耐久性的功能要求 过大的变形、侧移（影响非结构构件、不安全感、不能正常使用（吊车）等） 过大的裂缝（钢筋锈蚀、不安全感、漏水等） 过大的振动（不舒适，新规范要求进行竖向自振频率验算） 超过其他正常使用要求（相对沉降过大等）,3.2 结构的作用、作用效应和结构抗力,3.2.1 结构的作用,是使结构或构件产生内力、变形和裂缝的各种原因。 1.直接作用-施加在结构上的集中荷载或分布荷载（简称荷载） 2.间接作用-引起外加变形和约束变形的各种原因（不直接以力的形式出现）如：地震、温度、混凝土收缩、焊接、地基沉降等,二.作用的分类按作用时间的长短和性质分类：永久作用: 其值不随时间变化，或变化
5、的数值与平均值相比可忽略不计。可变作用：其值随时间变化，或变化的数值与平均值相比不可忽略不计。偶然作用：不一定出现，一旦出现，其值很大且持续时间很短。,三.荷载代表值（P19）,设计中用以验算各种极限状态所采用的荷载量值。,标准值 Qk组合值c Qk 准永久值q Qk 频遇值f Qk,永久荷载：,可变荷载：,标准值Gk,用于承载能力、正常使用极限状态设计,仅用于正常使用极限状态设计,标准值是基本代表值。是指结构在设计基准期内，在正常情况下可能出现的具有一定保证率的最大荷载。,各种荷载的标准值、c、q、f 按荷载规范查用。,结构由于各种原因引起的内力和变形称为作用效应。,内力：轴力、弯矩、剪力、
6、扭矩,变形：挠度、转角、裂缝,1.作用效应S,作用、作用效应都具有随机性，且 S = cQ,3.2.2 作用效应与结构抗力,2.结构的抗力R,结构或构件抵抗作用效应的能力（各种承载力、刚度）,结构抗力的影响因素,材料性能的不确定性,结构构件几何尺寸的不确定性,计算模式的不确定性,结构抗力具有随机性。,3.材料强度标准值和设计值,标准值具有不小于95%保证率 设计值材料强度的标准值除以材料分项系数。s =1.1 （热轧钢筋）, s =1.2（钢丝、钢绞线、热处理钢筋），c =1.4（混凝土） 钢筋和混凝土的强度标准值、设计值见附录B。,3.3 概率极限状态设计法,以概率理论为基础的极限状态设计方
7、法。用可靠指标值来度量结构构件的可靠性。 一.极限状态函数结构的极限状态可用极限状态函数表示：Z=R-SZ=R-S0 时， 可靠状态；Z=R-S=0时， 极限状态；(极限状态方程)Z=R-S0时， 失效状态。,3.3.1 失效概率与可靠指标,二.可靠度、失效概率、可靠指标1.结构的可靠度：结构可靠性的概率度量。2.失效概率3.可靠指标Z = R S 服从正态分布Pf =P（Z 0）,Pf = P（Z 0）,z,阴影部分的面积 z,阴影部分的面积,越大,失效概率越小,称为可靠指标，也是衡量结构可靠度的一个指标。,三.结构的安全等级,建筑结构应根据破坏时可能产生的后果严重与否，区分不同的安全等级。
8、,结构构件宜与整个结构的安全等级同级，也可根据实际情况调整，但不得低于三级。,三.目标可靠指标 校准法确定在结构设计中,应使PfPf对延性破坏可小些对脆性破坏可大些,3.3.2 实用表达式,概率极限状态设计法虽比较科学，给出了结构可靠度的定量指标，但计算较为复杂。实用设计表达式中采用了以荷载和材料强度的标准值以及相应的“分项系数”来表示的方式。 一.承载能力极限状态设计表达式,1.可变荷载效应控制的组合,2.由永久荷载效应控制的组合,二.正常使用极限状态实用设计表达式,SC （变形，裂缝限值）,正常使用极限状态，可靠度要求可适当降低，不需乘分项系数，也不考虑结构重要性系数0,荷载效应组合,标准
9、组合,准永久组合,频遇组合,规范按使用阶段对结构构件裂缝的不同要求，将裂缝控制等级分为三级：,一级：严格要求不开裂，按标准组合计算时不允许出现拉应力,二级：一般要求不开裂，按标准组合计算时允许出现拉应力，但拉应力 ftk,2.裂缝宽度的验算,3. 受弯构件挠度验算,3.1 混凝土结构的耐久性规定,1.耐久性概念,指暴露在使用环境中的材料，抵抗各种物理和化学作用的能力。钢筋混凝土结构具有很好的耐久性，但由于混凝土表面暴露于空气中，受外界温、湿度影响及有害物质侵蚀等，随时间也会出现碳化、开裂等现象，降低材料耐久性。结构设计时要进行耐久性设计。,2.耐久性规定,耐久性设计内容,确定结构所处的环境类别
10、 提出材料的耐久性质量要求 确定构件中钢筋的混凝土保护层厚度 满足耐久性要求相应的技术措施 在不利的环境条件下应采取的防护措施 提出结构使用阶段检测与维护的要求,（1） 一类，二类和三类环境中，设计使用年限为50年的结构混凝土应符合表3.4的规定。 表3.4 结构混凝土耐久性的基本要求,（2）一类环境中，设计使用年限为100年的结构混凝土应符合下列规定： 1.钢筋混凝土结构的最低混凝土强度等级为C30;预应力混凝土结构的最低混凝土强度等级为C40; 2.混凝土中的最大氯离子含量为0.06%; 3.宜使用非碱活性骨料；当使用碱活性骨料时，混凝土中的最大碱含量为3.0kg/m3; 4.混凝土保护层
11、厚度应按附表C.2的规定增加40%；当采取有效的表面防护措施时，混凝土保护层厚度可适当减少； 5.在使用过程中，应定期维护。,（3） 二类和三类环境中，设计使用年限为100年的混凝土结构，应采取专门有效措施。 （4） 有抗冻、抗渗要求的混凝土结构，混凝土的抗冻、抗渗等级应符合有关标准的要求。 （5） 三类环境中的结构构件，其受力钢筋宜采用环氧树脂涂层带肋钢筋；对预应力钢筋，锚具及连接器，应采取专门防护措施。（6） 四类和五类环境中的混凝土结构，其耐久性要求应符合有关标准的规定。 对临时性混凝土结构，可不考虑混凝土的耐久性要求。,本章学习要求,了解结构的功能要求；结构或构件的极限状态； 结构上作用效应和结构抗力的概念及随机性。 掌握荷载代表值的概念和用途。 了解结构可靠度的基本概念和表达方法。 掌握极限状态实用设计表达式；掌握荷载取值、钢筋和混凝土材料强度取值。,
