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1、土建结构基本计算原则土建结构基本计算原则学习目标学习目标 1 1了解建筑结构的功能要求、极限状态和概了解建筑结构的功能要求、极限状态和概率极限状态设计方法的基本概念。率极限状态设计方法的基本概念。 2 2理解结构的可靠度和可靠指标。理解结构的可靠度和可靠指标。 3 3掌握承载能力极限状态和正常使用极限状掌握承载能力极限状态和正常使用极限状态实用设计表达式。态实用设计表达式。 4 4理解作用和作用效应、结构重要性系数。理解作用和作用效应、结构重要性系数。 5 5理解荷载和材料的分项系数、荷载和材料理解荷载和材料的分项系数、荷载和材料强度的标准值及设计值。强度的标准值及设计值。1学习重点学习重点1
2、 1建筑结构的功能要求，结构可靠度、失效概建筑结构的功能要求，结构可靠度、失效概率和可靠指标。率和可靠指标。2 2承载能力和正常使用两种极限状态的意义和承载能力和正常使用两种极限状态的意义和实用设计表达式。实用设计表达式。3 3作用和作用效应、结构重要性系数、荷载和作用和作用效应、结构重要性系数、荷载和材料的分项系数及荷载和材料强度的标准值和材料的分项系数及荷载和材料强度的标准值和设计值。设计值。学习建议学习建议1 1学习本章前应复习随机变量的统计特征等基学习本章前应复习随机变量的统计特征等基本知识。本知识。2 2注意结构设计使用年限及设计基准期的规定。注意结构设计使用年限及设计基准期的规定。
3、3 3注意正常使用极限状态设计表达式的规定注意正常使用极限状态设计表达式的规定. .22.12.1结构上的作用和结构的承载力结构上的作用和结构的承载力一一. .结构上的作用结构上的作用1.1.作用的定义：使结构或构件产生效应作用的定义：使结构或构件产生效应（内力、应力、位移等）的因素。（内力、应力、位移等）的因素。2.2.作用的分类：作用的分类： （1 1）直接作用（如荷载）；）直接作用（如荷载）； （2 2）间接作用（如温差、不均匀沉降）间接作用（如温差、不均匀沉降）33.3.荷载的分类荷载的分类（1 1）永久荷载：在设计基准期内大小、方向、作）永久荷载：在设计基准期内大小、方向、作用点及形
4、式不随时间变化，或者其变化可忽略不计，用点及形式不随时间变化，或者其变化可忽略不计，通常称为恒载；通常称为恒载；（2 2）可变荷载：在设计基准期内大小、方向、作）可变荷载：在设计基准期内大小、方向、作用点及形式等任意因素随时间变化，通常称为活载；用点及形式等任意因素随时间变化，通常称为活载；（3 3）偶然荷载：在设计基准期内一般不出现，一）偶然荷载：在设计基准期内一般不出现，一旦出现，其值很大且持续时间很短。旦出现，其值很大且持续时间很短。44.4.荷载的标准值荷载的标准值（1 1）荷载标准值的定义：具有一定概率的最大荷）荷载标准值的定义：具有一定概率的最大荷载值；载值；（2 2）确定方法：荷
5、载标准值为其平均值减去）确定方法：荷载标准值为其平均值减去1.6451.645倍标准差，此时所对应的出现概率为倍标准差，此时所对应的出现概率为95%95%。二二. .结构的功能要求结构的功能要求1.1.结构的安全等级结构的安全等级（1 1）确定原则：根据破坏后果的严重性；）确定原则：根据破坏后果的严重性；（2 2）等级标准。）等级标准。52.22.2结构的功能要求结构的功能要求一、结构的使用年限一、结构的使用年限（1 1）结构使用年限的概念：结构保持规定的可）结构使用年限的概念：结构保持规定的可靠性的时间；靠性的时间；（2 2）结构使用年限的规定：）结构使用年限的规定：A.A.一般房屋结构为一
6、般房屋结构为5050年；年；B.B.桥梁结构和水工结构超过桥梁结构和水工结构超过5050年，可根据业主要年，可根据业主要求确定；求确定；C.C.结构使用时间超过规定的年限后，可靠性降低，结构使用时间超过规定的年限后，可靠性降低，但不一定不能用。但不一定不能用。6二、建筑结构的功能要求二、建筑结构的功能要求（1 1）安全性：在使用年限期间能承受各种作）安全性：在使用年限期间能承受各种作用；用；（2 2）适用性：在使用年限期间能良好工作；）适用性：在使用年限期间能良好工作；（3 3）耐久性：在使用年限期间保持安全和适）耐久性：在使用年限期间保持安全和适用。用。72.32.3结构功能的极限状态结构功
7、能的极限状态1.1.极限状态的一般定义：结构或构件不能满极限状态的一般定义：结构或构件不能满足某一功能要求的特定状态；足某一功能要求的特定状态；2.2.极限状态的物理意义：未达到极限状态则极限状态的物理意义：未达到极限状态则处于有效状态；超过极限状态则处于失效状处于有效状态；超过极限状态则处于失效状态。态。83.3.极限状态的分类极限状态的分类（1 1）承载力极限状态：结构或构件丧失承载能力）承载力极限状态：结构或构件丧失承载能力或不能继续承载的状态；其主要表现为材料破坏、或不能继续承载的状态；其主要表现为材料破坏、丧失稳定或结构机动。丧失稳定或结构机动。（2 2）正常使用极限状态：结构或构件
8、达到正常使）正常使用极限状态：结构或构件达到正常使用时的规定限值的状态；其主要表现为过大变形、用时的规定限值的状态；其主要表现为过大变形、裂缝过宽或较大振动；裂缝过宽或较大振动；9（3 3）两种极限状态之间的关系：结构或构件）两种极限状态之间的关系：结构或构件必须必须进行承载力极限状态进行承载力极限状态计算计算，必要时进行，必要时进行正常使用极限状态正常使用极限状态验算验算。104.4.极限状态方程极限状态方程（1 1）极限状态函数：）极限状态函数：Z=R-SZ=R-S 上式中，上式中，R R表示结构构件抗力，它与材料表示结构构件抗力，它与材料的力学指标及材料用量有关；的力学指标及材料用量有关
9、；S S表示作用（荷表示作用（荷载）效应及其组合，它与作用的性质有关；载）效应及其组合，它与作用的性质有关；（2 2）极限状态函数中各量的数学意义：）极限状态函数中各量的数学意义： R R和和S S均可视为随机变量，均可视为随机变量，Z Z为复合随机变为复合随机变量，它们之间的运算规则应按概率理论进行。量，它们之间的运算规则应按概率理论进行。11（3 3）极限状态函数的物理意义：）极限状态函数的物理意义： Z=R-S0 Z=R-S0，结构处于可靠状态；，结构处于可靠状态； Z=R-S=0 Z=R-S=0，结构处于极限状态；，结构处于极限状态； Z=R-S0 Z=R-S0，结构处于失效状态；，结
10、构处于失效状态；122.42.4按近似概率的极限状态设计法按近似概率的极限状态设计法一一. .结构的可靠度结构的可靠度（1 1）传统方法存在的问题：缺乏科学性）传统方法存在的问题：缺乏科学性（2 2）发展方向：应采用概率来描述结构的）发展方向：应采用概率来描述结构的可靠性。可靠性。 （3 3）结构的可靠性：结构在规定的时间内）结构的可靠性：结构在规定的时间内和规定的条件下完成预定功能的能力；和规定的条件下完成预定功能的能力；13（4 4）结构的可靠度：结构在规定的时间内和）结构的可靠度：结构在规定的时间内和规定的条件下完成预定功能的概率；规定的条件下完成预定功能的概率；（5 5）规定的时间：设
11、计基准期；）规定的时间：设计基准期；（6 6）规定的条件：正常设计、正常施工和正）规定的条件：正常设计、正常施工和正常使用。常使用。14二二. .可靠指标和失效概率可靠指标和失效概率（1 1）失效概率的求解根据极限状态函数，由概）失效概率的求解根据极限状态函数，由概率论可知如下关系成立：率论可知如下关系成立： (a) (a) ，为失效概率；，为失效概率； (b) (b) ，为可靠概率；，为可靠概率； (c) (c) ，失效和可靠一定发生。，失效和可靠一定发生。15（2 2）求解上述概率存在的困难）求解上述概率存在的困难A.A.概率密度函数很难确定或不可积分；概率密度函数很难确定或不可积分；B.
12、B.上述积分运算较繁琐，不便于工程设计。上述积分运算较繁琐，不便于工程设计。（3 3）关于可靠指标）关于可靠指标A.A.物理意义：简化积分运算；物理意义：简化积分运算；B.B.计算公式：计算公式： 式（式（2-12-1）；）；C.C.几何意义：几何意义：P14P14图图2-12-1；D.D.可靠指标与失效概率的数量关系：可靠指标与失效概率的数量关系：P14P14表表2-12-1；16E.E.关于目标可靠指标关于目标可靠指标 a. a.目标可靠指标：结构设计必须达到的指目标可靠指标：结构设计必须达到的指标；标； b. b.目标可靠指标的确定：校准法；目标可靠指标的确定：校准法； c. c.目标可
13、靠指标与安全等级的关系：目标可靠指标与安全等级的关系： d. d.延性破坏：破坏前有预兆；延性破坏：破坏前有预兆； e. e.脆性破坏：破坏前无预兆。脆性破坏：破坏前无预兆。172.5实用设计表达式实用设计表达式一.承载能力极限状态设计表达式 （2-4）上式的物理意义为：荷载效应设计值不超过抗力的设计值；上式中各符号的意义见P.2018二二. .关于承载能力极限状态设计表达式的可靠性关于承载能力极限状态设计表达式的可靠性1.1.可靠性的评价包含在三类分项系数之中，即结构可靠性的评价包含在三类分项系数之中，即结构构件重要性系数构件重要性系数 ； 荷载分项系数荷载分项系数 ； 材料分项系数材料分项
14、系数 ；2.2.分项系数的确定原则：由实用设计表达式求得的分项系数的确定原则：由实用设计表达式求得的可靠指标满足目标可靠指标的要求。可靠指标满足目标可靠指标的要求。3.3.引入分项系数的原因：利用积分求解失效概率困引入分项系数的原因：利用积分求解失效概率困难、计算可靠指标麻烦且不便工程师设计。难、计算可靠指标麻烦且不便工程师设计。19三三. .正常使用极限状态设计表达式正常使用极限状态设计表达式1.1.表达式：类似承载力极限状态表达式，但表达式：类似承载力极限状态表达式，但是将分项系数全取为是将分项系数全取为1.01.0；2.2.理由：正常使用极限状态仅用于验算，所理由：正常使用极限状态仅用于
15、验算，所以可降低可靠度；以可降低可靠度；203.63.6按极限状态设计时材料强度和荷载的按极限状态设计时材料强度和荷载的取值取值1.1.材料强度标准值等于其均值减去材料强度标准值等于其均值减去1.6451.645倍倍标差；由概率论知，保证率为标差；由概率论知，保证率为95%95%；2.2.荷载标准值等于其均值加上荷载标准值等于其均值加上1.6451.645倍标准倍标准差；由概率论知，保证率为差；由概率论知，保证率为95%95%；213 3. .材料和荷载分项系数根据目标可靠指标确定，材料和荷载分项系数根据目标可靠指标确定， 且均大于且均大于1.01.0；4.4.标准值与设计值之间的关系标准值与设计值之间的关系（1 1）材料强度：设计值）材料强度：设计值= =（标准值）（标准值）/ /分项系数；分项系数；（2 2）荷载：设计值）荷载：设计值= =（标准值）（标准值）* *分项系数。分项系数。5.5.运用范围运用范围（1 1）设计值用于承载力极限状态计算；）设计值用于承载力极限状态计算；（2 2）标准值用于正常使用极限状态验算）标准值用于正常使用极限状态验算本章结束本章结束22
