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1、3.3 结构按极限状态计算的基本原则,学习要点： 极限状态 可靠性与可靠度 极限状态设计表达式 荷载组合, 工程结构的设计需要保证安全可靠、经济合理 由于实际工程结构中存在多种不确定性, 结构设计方法就是研究工程设计中的各种不确定性问题，取得安全可靠与经济合理之间的均衡,预定的作用,材料的性能,截面尺寸，配筋及构造要求,功能要求,设计,+,设计基准期：指分析结构可靠性的一个时间期限。结构在设计基准期内应能可靠地工作，我国的设计基准期一般定为50年。 设计基准期不等于建筑结构的设计使用年限,3.3.1 设计基准期和设计使用年限,设计使用年限：是设计规定的一个时期，在这一规定时期内，完成预定的功能
2、，即房屋建筑在正常设计、正常施工和正常维护下所达到的使用年限。,安全性 建筑结构在其设计使用年限内应能够承受可能出现的各种作用。且在设计规定的偶然事件发生时及发生后，结构应能保持必需的整体稳定性，不致倒塌。,3.3.2 极限状态的定义与分类,适用性 建筑结构在其设计使用年限内应能满足预定的使用要求，有良好的工作性能，其变形、裂缝或振动等性能均不超过规定的限度等。,耐久性 建筑结构在其设计使用年限内应有足够的耐久性。例如保护层厚度不得过薄、裂缝不得过宽而引起钢筋锈蚀等。,可靠性：结构的安全性、适用性和耐久性统称为结构的可靠性； 可靠度：度量结构的可靠性；是指机构在规定的时间（设计使用年限）内，在
3、规定的条件（正常设计、正常施工、正常使用）下，完成预定功能的概率。 结构极限状态 失效和可靠,规定的时间：设计基准期(Reference Period),规定的条件,正常设计，正常使用，正常施工条件，不考虑人为过失影响,预定功能,设计方法 The Design Methods,结构极限状态 (Limit State),定义：整个结构或结构的一部分超过某一特定状态而不能满足设计规定的某一功能要求，则此特定状态为该功能的极限状态。,承载能力极限状态,正常使用极限状态,1 承载能力极限状态ULS (Ultimate Limit State),对应于结构或构件达到最大承载能力或达到不适合于继续承载的变
4、形,从而丧失了安全功能,整个结构或结构的一部分作为刚体失去平衡； 结构构件达到最大承载力； 结构转变为机动体系； 结构或构件丧失稳定； 地基丧失承载能力而破坏。,2009年6月27日6时左右，上海闵行区莲花南路罗阳路口一幢13层在建商品楼发生倒塌事故,上海楼房倒塌由三大原因所致 http:/ 2009年06月29日06:01 华龙网-重庆晨报,堆土过多致侧面受力 古河道淤积层被掏空 违反程序野蛮施工,2 正常使用极限状态(Serviceability Limit State),对应于结构或构件达到正常使用或耐久性的某项规定限值,影响正常使用或外观的变形(过大的crack)； 影响正常使用或耐久
5、性能的局部损坏； 影响正常使用的振动(不舒适，影响精密仪器运作的振动)； 影响正常使用的其它特定状态(如沉降过大,侵蚀性介质作用下腐蚀等)。,承载能力极限状态,正常使用极限状态,安全功能要求,适用性、耐久性,在构件的承载能力极限状态进行设计后，再来对有使用限值要求的构件进行验算，以使所设计的结构和构件满足预定的功能要求,结构上的作用、作用效应、结构抗力,使结构产生内力和变形的所有原因统称为作用。,直接作用：通常是以力的形式作用，荷载 间接作用：以变形的形式作用(如砼收缩、温度变化、焊接变形、基础沉降、地震等,按方式分,按随时间的变异,永久作用(permanent action) 可变作用(va
6、riable action) 偶然作用(accidental action),补充：荷载,永久荷载（恒荷载）：大小、方向、作用点不随时间改变的荷载称为永久荷载，如自重、预应力等； 可变荷载（活荷载）：大小、方向或作用点随时间改变而变化的荷载为可变荷载，如楼面和屋面活载、风荷载、吊车荷载、车辆活载等； 偶然荷载：结构使用期间可能不出现，一旦出现，其作用时间短，效应大的荷载，如爆炸力，撞击等。,作用效应(S)：荷载、地震、温度、不均匀沉降等因素作用于结构构件上,在结构构件内产生的内力和变形称为作用效应。,结构抗力(R)：结构或结构构件承受内力和变形的能力。如构件的受弯承载力、构件的刚度等。,结构上
7、的作用、作用效应、结构抗力,3.3.3 承载能力极限状态设计方法,S：荷载效应组合的设计值,R：结构构件抗力的设计值,1 结构重要性系数,承载能力极限状态设计设计表达式,荷载效应分项系数,2 荷载效应组合设计值 S,1） 可变荷载效应控制的组合,各个系数的取值以概率理论为基础，根据结构的不同可靠指标确定。,住宅、宿舍、商店等绝大多数楼面活载0.7 书库、档案库、电梯机房0.9 高炉邻近建筑屋面积灰荷载1.0,2） 由永久荷载效应起控制作用的组合,可变荷载只考虑竖向荷载,正常使用极限状态,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
8、计规范的规定采用。,标准组合,准永久组合,规范将混凝土构件的裂缝控制等级分为三级： 一级严格要求不出现裂缝的构件。要求在荷载短期效应组合下不出现拉应力。 二级一般要求不出现裂缝的构件。要求在荷载长期效应组合下，构件受拉边缘混凝土不出现拉应力；在荷载短期效应组合下，构件受拉边缘混凝土允许产生拉应力，但拉应力不应 超过某一限值。 三级允许出现裂缝的构件，但应进行裂缝宽度验算，最大裂缝宽度不应超过最大裂缝 宽度允许值。,例题：,某简支梁，承受永久荷载标准值为6kN/m，可变荷载标准值为15kN/m，求该梁承受的均布荷载值。,课堂作业,1. 什么是结构可靠性？什么是结构可靠度？ 2. “作用”和“荷载”有什么区别？ 3. 承载力极限状态与正常使用极限状态要求有何不同？ 4. 有一混凝土简支梁，承受均布荷载，其中永久荷载标准值为10kN/m，梁自重为3.125kN/m，可变荷载标准值为9.5kN/m，求该梁承受的均布荷载值。,
