第二章 建筑结构设计的基本原则
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基本组合（用于持久和短暂设计状况）其内力组合值：
由可变荷载控制的效应组合
内力组合设计值 S
考虑永久性荷载和可变荷载共同作用所得 的结构内力值称为结构的内力组合值。
由永久荷载控制的效应组合
。
取两种组合的最不利值
（与数值大小无关）
02 Part Two 建筑结构设计的基本原则 2.5 极限状态设计表达式 由可变荷载控制的效应组合
练习题2
某教学楼楼面采用预制板，计算跨度l0=5.70m，板宽0.9m，板自 重2.2kN/m2。楼面采用水磨石地面（10mm厚面层，20mm厚水泥砂浆 打底），板底20mm厚抹灰。楼面活荷载标准值为2.0kN/m2。试求： ① 板的跨中截面弯矩设计值M;② 标准组合荷载效应组合的设计值M； ③ 频遇组合荷载效应组合的设计值M；④ 准永久组合荷载效应组合 的设计值M。
建筑结构
安徽建筑大学城建学院土木工程系 授课教师—曹 蕊
目录
01 绪论 02 建筑结构设计的基本原则 03 钢筋混凝土结构 04 砌体结构 05 钢结构 06 建筑结构抗震设计基础知识 07 高层钢筋混凝土结构 08 地基与基础 09 大跨度及其他类型建筑结构简介
Part Two 建筑结构设计的基本原则
结构类型
临时性结构 易于替换的结构构件 普通房屋和构筑物
设计基准期—设计时所考虑荷载和作用的统计参 4
100
纪念性建筑和特别重要的建筑物
数按基准期确定
设计使用年限—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的时期。
02 Part Two 建筑结构设计的基本原则 2.2 结构的可靠性和极限状态
1
fck 混凝土抗压强度标准值 ftk 混凝土抗拉强度标准值 fyk 钢筋屈服强度标准值
02 Part Two 建筑结构设计的基本原则
2.6 结构抗力设计值 R 2 材料强度设计值
02 Part Two 建筑结构设计的基本原则
练习题1
已知由永久荷载产生的弯矩标准值Mgk=11kN·m，起控制 作用的可变荷载产生的弯矩标准值Mqk=16kN·m，安全等级为 二级，求弯矩设计值。
THANK YOU FOR WATCHING
授课老师：曹蕊
根据建筑物的重要性，即根据结构破坏可能产生的后果（生命、财产损失、社会影响 等）的严重性，将建筑物划分为三个安全等级。
02 Part Two 建筑结构设计的基本原则
2.4 可靠指标和目标可靠指标
建筑结构的安全等级
建筑类型
破坏后果
安全等级
重要房屋
很严重
一级
一般房屋
严重
二级
次要房屋
不严重
三级
结构构件承载力极限状态的目标可靠指标
由永久荷载效应控制的组合 γG=1.35，γQ=1.4,ψci=0.7 M=γGMgk+γQψciMqk=22.90kN·m
由计算知，楼板荷载效应组合值由可变荷载效应控制。 故板跨中截面的弯矩设计值为24.22kN·m。
02 Part Two 建筑结构设计的基本原则
练习题2
(3) 标准组合荷载效应组合的设计值M
【解】本例中，γ0=1.0，γG=1.2, γQ1=1.4 SGk=Mgk=11kN·m SQ1k=Mqk=16kN·m
则弯矩设计值
M=γ0(γGSGk+γQ1SQ1k） =1.0×(1.2×11+1.4×16)kN·m=35.6kN·m
弯矩设计值为35.6kN·m。
02 Part Two 建筑结构设计的基本原则
M=Mgk+Mqk=11.66+7.31=18.97kN·m (4) 频遇组合荷载效应组合的设计值M
ψf1=0.6 M=SGk+ψf1SQ1k=Mgk+ψf1Mqk=16.05kN·m (5) 准永久组合荷载效应组合的设计值M
ψq1=0.5 M=SGk+ψq1SQ1k=Mgk+ψq1Mqk＝15.32kN·m
结构的可靠性—安全性、适用性、耐久性 结构的极限状态
02 Part Two 建筑结构设计的基本原则 极限状态是区分结构工作状态可靠或失效的标志
02 Part Two 建筑结构设计的基本原则
➢ 过大变形会造成房屋内部粉刷层剥落、填充墙、隔断墙开裂及屋 面积水等后果；
➢ 水池、油罐等结构开裂会引起渗漏现象； ➢ 过大裂缝会影响结构耐久性； ➢ 过大变形和裂缝也将会使用户心里上产生不安全； ➢ 过大晃动或振动引起人们心里上的不安，无法正常学习和工作。
02 Part Two 建筑结构设计的基本原则
2.1 设计基准期和设计使用年限
设计计算方法：概率极限状态设计法
设计使用年限分类
《建筑结构可靠度统一标准》（GB50068-2001）
类别
我国建筑结构的设计基准期：50 年
1
结构的可靠度—规定时间内在规定条件下完成预
2
定功能的概率
3
设计使用年限 （年） 5 25 50
（1）永久荷载的分项系数： 当其效应对结构不利时 ——对由可变荷载效应控制的组合，取 =1.2；
。
——对由永久荷载效应控制的组合，取 =1.35。
——一般情况下，取 =1.0； ——对结构的倾覆、滑移或漂浮验算，取 =0.9
02 Part Two 建筑结构设计的基本原则 2.5 极限状态设计表达式
破坏类型
延性破坏 脆性破坏
一级 3.7 4.2
安全等级 二级 3.2 3.7
三级 2.7 3.2
02 Part Two 建筑结构设计的基本原则 2.5 极限状态设计表达式
承载能力极限状态设计表达式
结构构件的承载能力极限状态设计应根据荷载效应的基本组合或偶然组合进行，并以内力和承 载力的设计值来表达，其设计表达式为：
S≤C
n
（1） 对于标准组合（短期）： S SGk SQ1k S ci Qik
n
i2
（2） 对于准永久组合（长期）：S SGk S ci Qik
i 1
02 Part Two 建筑结构设计的基本原则
2.6 结构抗力设计值 R
取决于截面尺寸大小和材料强度高低 材料强度分为标准值和设计值
作用效应S< 结构抗力R：可靠状态 作用效应S> 结构抗力R：失效状态 可靠概率+失效概率=1
极限状态方程 当功能函数中仅包括作用效应S 和结构抗力R两 个基本变量时，可得：
当 Z 0 当 Z0 当 Z 0
时，结构处于可靠状态 时，结构处于失效状态 时，结构处于极限状态
失效概率
（ 2-2 ）
Baidu Nhomakorabea
02 Part Two 建筑结构设计的基本原则 2.4 可靠指标和目标可靠指标
qk=2.0×0.9=1.8kN/m (2) 板的跨中截面弯矩设计值
永久荷载产生的弯矩标准值
Mgk=1/8gkl02=11.66 kN·m 可变荷载产生的弯矩标准值
Mqk=1/8qkl02=7.31 kN·m
02 Part Two 建筑结构设计的基本原则
练习题2
由可变荷载效应控制的组合 γG=1.2，γQ=1.4 M=γGMgk+γQMqk=24.22kN·m
02 Part Two 建筑结构设计的基本原则
2.5 极限状态设计表达式
正常使用极限状态设计表达式
由于达到或超过正常使用极限状态时的危害程度不如承载力不足引起的破坏严重，因此未考虑结 构重要度系数和荷载分项系数。
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、频遇组合和准永久组合 进行设计，使变形、裂缝、振幅、基底应力等荷载效应的组合值符合下式的要求：
根据式 2-2 求出失效概率有困难，因此《统一标准》采用了可
靠指标b来代替结构的失效概率 。
可靠性指标与失效概率的对应关系
b值
失效概率Pf
2.7 3.5×10-3
3.2 6.9×10-4
3.7 1.1×10-4
4.2 1.3×10-5
目标可靠指标
结构的最优失效概率 或 作为设计依据的可靠指标（达到安全与经济的最佳平衡）
按随结构反应特点分类 静态作用-结构加速度忽略不计，如结构自重、楼面活荷载 动态作用-加速度不能忽略，如地震、吊车荷载、设备振动
02 Part Two 建筑结构设计的基本原则
结构的可靠度 结构和构件在规定的时间、规定的条件下完成 预定功能的概率，是对结构可靠性的概率度量。 规定的条件 正常的设计、施工、使用和维护 预定功能 安全性、适用性和耐久性
【解】 (1) 荷载标准值
① 永久荷载
水磨石地面
0.65kN/m2
20mm板底抹灰
17×0.02=0.34kN/m2
02 Part Two 建筑结构设计的基本原则
练习题2
板自重2.2kN/m2 作用在板上的永久荷载线荷载标准值为 gk=(0.65+0.34+2.2)×0.9=2.871kN/m ② 可变活荷载
由可变荷载控制的效应组合
（2） 可变荷载的分项系数：
——一般情况下， =1.4；
——对标准值大于4kN/m2（400kg）的工业房屋楼面结构的活荷载，取
=1.3。
式（2-5）中
在本书中用内力设计值（N、M、V等）表示
各种荷载的具体组合规则，应符合现行国家标准《建筑结构荷载规范》 （GB50009-2001）的规定，如考虑地震作用时应按《建筑抗震设计规范》 （GB50011-2001）确定。
结构或结构构件承受内力和变形的 能力(如构件的承载能力、刚度等)。
结构上的作用：
直接作用 荷载
间接作用
沉降、温度、地震
按随时间变异性分类 永久作用-基本不变，如结构自重、土压力、预加应力 可变作用-随时间变化，如楼面活荷载、风荷载、雪荷载 偶然作用-不一定出现但量值大时间短，地震、爆炸、撞击
按随空间位置的变异性分类 固定作用-固定分布，如结构自重、设备荷载 自由作用-一定范围内可任意分布，如人员荷载、吊车荷载
(2-5)
S 荷载效应组合的设计值
R 结构构件抗力的设计值 结构重要性系数 γ0 的确定 ≥ 1.1, 安全等级为一级或设计使用年限≥100 ≥ 1.0, 安全等级为二级或设计使用年限=50 ≥ 0.9，安全等级为三级或设计使用年限≤5
02 Part Two 建筑结构设计的基本原则 2.5 极限状态设计表达式
02 Part Two 建筑结构设计的基本原则
02 Part Two 建筑结构设计的基本原则
02 Part Two 建筑结构设计的基本原则
2.3 结构的可靠度和极限状态方程
作用效应S（需求） 由于直接作用或间接作用作用于结构
构件上，在结构内产生的内力和变形(如 轴力、弯矩、剪力、扭矩；挠度、转角 和裂缝等)。 结构抗力R（能力）
由可变荷载控制的效应组合
内力组合设计值 S
考虑永久性荷载和可变荷载共同作用所得 的结构内力值称为结构的内力组合值。
由永久荷载控制的效应组合
。
取两种组合的最不利值
（与数值大小无关）
02 Part Two 建筑结构设计的基本原则 2.5 极限状态设计表达式 由可变荷载控制的效应组合
练习题2
某教学楼楼面采用预制板，计算跨度l0=5.70m，板宽0.9m，板自 重2.2kN/m2。楼面采用水磨石地面（10mm厚面层，20mm厚水泥砂浆 打底），板底20mm厚抹灰。楼面活荷载标准值为2.0kN/m2。试求： ① 板的跨中截面弯矩设计值M;② 标准组合荷载效应组合的设计值M； ③ 频遇组合荷载效应组合的设计值M；④ 准永久组合荷载效应组合 的设计值M。
建筑结构
安徽建筑大学城建学院土木工程系 授课教师—曹 蕊
目录
01 绪论 02 建筑结构设计的基本原则 03 钢筋混凝土结构 04 砌体结构 05 钢结构 06 建筑结构抗震设计基础知识 07 高层钢筋混凝土结构 08 地基与基础 09 大跨度及其他类型建筑结构简介
Part Two 建筑结构设计的基本原则
结构类型
临时性结构 易于替换的结构构件 普通房屋和构筑物
设计基准期—设计时所考虑荷载和作用的统计参 4
100
纪念性建筑和特别重要的建筑物
数按基准期确定
设计使用年限—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的时期。
02 Part Two 建筑结构设计的基本原则 2.2 结构的可靠性和极限状态
1
fck 混凝土抗压强度标准值 ftk 混凝土抗拉强度标准值 fyk 钢筋屈服强度标准值
02 Part Two 建筑结构设计的基本原则
2.6 结构抗力设计值 R 2 材料强度设计值
02 Part Two 建筑结构设计的基本原则
练习题1
已知由永久荷载产生的弯矩标准值Mgk=11kN·m，起控制 作用的可变荷载产生的弯矩标准值Mqk=16kN·m，安全等级为 二级，求弯矩设计值。
THANK YOU FOR WATCHING
授课老师：曹蕊
根据建筑物的重要性，即根据结构破坏可能产生的后果（生命、财产损失、社会影响 等）的严重性，将建筑物划分为三个安全等级。
02 Part Two 建筑结构设计的基本原则
2.4 可靠指标和目标可靠指标
建筑结构的安全等级
建筑类型
破坏后果
安全等级
重要房屋
很严重
一级
一般房屋
严重
二级
次要房屋
不严重
三级
结构构件承载力极限状态的目标可靠指标
由永久荷载效应控制的组合 γG=1.35，γQ=1.4,ψci=0.7 M=γGMgk+γQψciMqk=22.90kN·m
由计算知，楼板荷载效应组合值由可变荷载效应控制。 故板跨中截面的弯矩设计值为24.22kN·m。
02 Part Two 建筑结构设计的基本原则
练习题2
(3) 标准组合荷载效应组合的设计值M
【解】本例中，γ0=1.0，γG=1.2, γQ1=1.4 SGk=Mgk=11kN·m SQ1k=Mqk=16kN·m
则弯矩设计值
M=γ0(γGSGk+γQ1SQ1k） =1.0×(1.2×11+1.4×16)kN·m=35.6kN·m
弯矩设计值为35.6kN·m。
02 Part Two 建筑结构设计的基本原则
M=Mgk+Mqk=11.66+7.31=18.97kN·m (4) 频遇组合荷载效应组合的设计值M
ψf1=0.6 M=SGk+ψf1SQ1k=Mgk+ψf1Mqk=16.05kN·m (5) 准永久组合荷载效应组合的设计值M
ψq1=0.5 M=SGk+ψq1SQ1k=Mgk+ψq1Mqk＝15.32kN·m
结构的可靠性—安全性、适用性、耐久性 结构的极限状态
02 Part Two 建筑结构设计的基本原则 极限状态是区分结构工作状态可靠或失效的标志
02 Part Two 建筑结构设计的基本原则
➢ 过大变形会造成房屋内部粉刷层剥落、填充墙、隔断墙开裂及屋 面积水等后果；
➢ 水池、油罐等结构开裂会引起渗漏现象； ➢ 过大裂缝会影响结构耐久性； ➢ 过大变形和裂缝也将会使用户心里上产生不安全； ➢ 过大晃动或振动引起人们心里上的不安，无法正常学习和工作。
02 Part Two 建筑结构设计的基本原则
2.1 设计基准期和设计使用年限
设计计算方法：概率极限状态设计法
设计使用年限分类
《建筑结构可靠度统一标准》（GB50068-2001）
类别
我国建筑结构的设计基准期：50 年
1
结构的可靠度—规定时间内在规定条件下完成预
2
定功能的概率
3
设计使用年限 （年） 5 25 50
（1）永久荷载的分项系数： 当其效应对结构不利时 ——对由可变荷载效应控制的组合，取 =1.2；
。
——对由永久荷载效应控制的组合，取 =1.35。
——一般情况下，取 =1.0； ——对结构的倾覆、滑移或漂浮验算，取 =0.9
02 Part Two 建筑结构设计的基本原则 2.5 极限状态设计表达式
破坏类型
延性破坏 脆性破坏
一级 3.7 4.2
安全等级 二级 3.2 3.7
三级 2.7 3.2
02 Part Two 建筑结构设计的基本原则 2.5 极限状态设计表达式
承载能力极限状态设计表达式
结构构件的承载能力极限状态设计应根据荷载效应的基本组合或偶然组合进行，并以内力和承 载力的设计值来表达，其设计表达式为：
S≤C
n
（1） 对于标准组合（短期）： S SGk SQ1k S ci Qik
n
i2
（2） 对于准永久组合（长期）：S SGk S ci Qik
i 1
02 Part Two 建筑结构设计的基本原则
2.6 结构抗力设计值 R
取决于截面尺寸大小和材料强度高低 材料强度分为标准值和设计值
作用效应S< 结构抗力R：可靠状态 作用效应S> 结构抗力R：失效状态 可靠概率+失效概率=1
极限状态方程 当功能函数中仅包括作用效应S 和结构抗力R两 个基本变量时，可得：
当 Z 0 当 Z0 当 Z 0
时，结构处于可靠状态 时，结构处于失效状态 时，结构处于极限状态
失效概率
（ 2-2 ）
Baidu Nhomakorabea
02 Part Two 建筑结构设计的基本原则 2.4 可靠指标和目标可靠指标
qk=2.0×0.9=1.8kN/m (2) 板的跨中截面弯矩设计值
永久荷载产生的弯矩标准值
Mgk=1/8gkl02=11.66 kN·m 可变荷载产生的弯矩标准值
Mqk=1/8qkl02=7.31 kN·m
02 Part Two 建筑结构设计的基本原则
练习题2
由可变荷载效应控制的组合 γG=1.2，γQ=1.4 M=γGMgk+γQMqk=24.22kN·m
02 Part Two 建筑结构设计的基本原则
2.5 极限状态设计表达式
正常使用极限状态设计表达式
由于达到或超过正常使用极限状态时的危害程度不如承载力不足引起的破坏严重，因此未考虑结 构重要度系数和荷载分项系数。
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、频遇组合和准永久组合 进行设计，使变形、裂缝、振幅、基底应力等荷载效应的组合值符合下式的要求：
根据式 2-2 求出失效概率有困难，因此《统一标准》采用了可
靠指标b来代替结构的失效概率 。
可靠性指标与失效概率的对应关系
b值
失效概率Pf
2.7 3.5×10-3
3.2 6.9×10-4
3.7 1.1×10-4
4.2 1.3×10-5
目标可靠指标
结构的最优失效概率 或 作为设计依据的可靠指标（达到安全与经济的最佳平衡）
按随结构反应特点分类 静态作用-结构加速度忽略不计，如结构自重、楼面活荷载 动态作用-加速度不能忽略，如地震、吊车荷载、设备振动
02 Part Two 建筑结构设计的基本原则
结构的可靠度 结构和构件在规定的时间、规定的条件下完成 预定功能的概率，是对结构可靠性的概率度量。 规定的条件 正常的设计、施工、使用和维护 预定功能 安全性、适用性和耐久性
【解】 (1) 荷载标准值
① 永久荷载
水磨石地面
0.65kN/m2
20mm板底抹灰
17×0.02=0.34kN/m2
02 Part Two 建筑结构设计的基本原则
练习题2
板自重2.2kN/m2 作用在板上的永久荷载线荷载标准值为 gk=(0.65+0.34+2.2)×0.9=2.871kN/m ② 可变活荷载
由可变荷载控制的效应组合
（2） 可变荷载的分项系数：
——一般情况下， =1.4；
——对标准值大于4kN/m2（400kg）的工业房屋楼面结构的活荷载，取
=1.3。
式（2-5）中
在本书中用内力设计值（N、M、V等）表示
各种荷载的具体组合规则，应符合现行国家标准《建筑结构荷载规范》 （GB50009-2001）的规定，如考虑地震作用时应按《建筑抗震设计规范》 （GB50011-2001）确定。
结构或结构构件承受内力和变形的 能力(如构件的承载能力、刚度等)。
结构上的作用：
直接作用 荷载
间接作用
沉降、温度、地震
按随时间变异性分类 永久作用-基本不变，如结构自重、土压力、预加应力 可变作用-随时间变化，如楼面活荷载、风荷载、雪荷载 偶然作用-不一定出现但量值大时间短，地震、爆炸、撞击
按随空间位置的变异性分类 固定作用-固定分布，如结构自重、设备荷载 自由作用-一定范围内可任意分布，如人员荷载、吊车荷载
(2-5)
S 荷载效应组合的设计值
R 结构构件抗力的设计值 结构重要性系数 γ0 的确定 ≥ 1.1, 安全等级为一级或设计使用年限≥100 ≥ 1.0, 安全等级为二级或设计使用年限=50 ≥ 0.9，安全等级为三级或设计使用年限≤5
02 Part Two 建筑结构设计的基本原则 2.5 极限状态设计表达式
02 Part Two 建筑结构设计的基本原则
02 Part Two 建筑结构设计的基本原则
02 Part Two 建筑结构设计的基本原则
2.3 结构的可靠度和极限状态方程
作用效应S（需求） 由于直接作用或间接作用作用于结构
构件上，在结构内产生的内力和变形(如 轴力、弯矩、剪力、扭矩；挠度、转角 和裂缝等)。 结构抗力R（能力）