结构力学第七章

§7.2 建筑结构极限状态设计法 一、结构上的作用和作用效应
1、作用效应和结构抗力的概念
作用效应—— 结构上的各种作用，在结构内产生的内力 （轴力、弯矩、剪力、扭矩等）和变形（如挠度、转角、裂 缝等）的总称，用S 表示。由直接作用产生的效应，通常称 为荷载效应。
S=CQ Q—某种荷载作用
C—荷载效应系数
永久荷载标准值 永久荷载主要是结构自重及粉刷、装修，固定设备的重量。 一般可按结构构件的设计尺寸和材料或结构构件单位体积 （或面积）的自重标准值确定。 对于自重变异性较大的材料，在设计中应根据其对结构有 利或不利的情况，分别取其自重的下限值或上限值。 [例] 取钢筋混凝土单位体积自重标准值为25 kN/m3，则截 面尺寸为200×500mm的钢筋混凝土矩形截面梁的自重标 准值为0.2×0.5×25=2.5kN/m。
一级
很严重
重要的房屋
二级
严重
一般的房屋
三级
不严重
次要的房屋
2、结构的设计使用年限 定义：房屋建筑在正常设计、正常施工、正常使用
和维护下所应达到的持久年限。结构的设计使用年限应 按下表采用。
类别
设 计 使 用 年限（年）
1
5
2
25
3
50
4
100
示例 临时性结构 易于替换的结构构件 普通房屋和构筑物 纪念性建筑和特别重要的建筑结构
耐久性——结构在正常维护条件下具有足够的耐久性能，
即在正常维护条件下结构能够正常使用到规定的设计使用
年限。例如，结构材料不致出现影响功能的损坏，钢筋混
凝土构件的钢筋不致因保护层过薄或裂缝过宽而锈蚀等。
二、结构功能的极限状态 1、定义 整个结构或结构的一部份，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。
3、结构的功能要求 安全性——结构在正常施工和正常使用的条件下，能承受 可能出现的各种作用；在设计规定的偶然事件（如强烈地 震、爆炸、车辆撞击等）发生时和发生后，仍能保持必需 的整体稳定性，即结构仅产生局部的损坏而不致发生连续 倒塌。 适用性——结构在正常使用时具有良好的工作性能。例如， 不会出现影响正常使用的过大变形或振动；不会产生使使 用者感到不安的裂缝宽度等。
结构的可靠度是结构可靠性的概率度量，即对结构可靠性 的定量描述。 注意1：结构可靠度与结构使用年限长短有关。《统一标 准》以结构的设计使用年限为计算结构可靠度的时间基准。 注意2：结构的设计使用年限虽与结构使用寿命有联系， 但不等同。当结构的使用年限超过设计使用年限后，并不 意味着结构就要报废，但其可靠度将逐渐降低。
（2）可变荷载 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。 （3）偶然荷载 在结构使用期间不一定出现，而一旦出现，其量值很大 且持续时间很短的荷载称为偶然荷载。
2、荷载代表值 定义：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。 （1）荷载标准值 定义：荷载标准值就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。 设计基准期——为确定可变荷载代表值而选定的时间参 数，一般取为50年。
2、结构构件的可靠指标 β—结构的可靠指标
z z
1 1 pf
[β]值见课本表7.1
三、荷载代表值和材料性能的标准值 1、荷载分类 按随时间的变异，结构上的荷载可分为以下三类：
（1）永久荷载 永久荷载亦称恒荷载，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。
§7.1 结构的功能要求和极限状态
一、结构的功能要求 1、结构的安全等级
建筑结构设计时，应根据结构破坏可能产生的后果 （危及人的生命、造成经济损失、产生社会影响等）的严 重性，采用不同的安全等级。
根据破坏后果的严重程度，建筑结构划分为三个安全 等级。
表 建筑结构的安全等级
安全等级
破坏后果
建筑物类型
2、结构抗力 —— 结构或构件承受作用效应的能力，如构 件的承载力、刚度、抗裂度等，用R表示。结构抗力是结 构内部固有的，其大小主要取决于材料性能、构件几何参 数及计算模式的精确性等。
3、结构的功能函数
Z g (S , R) R S
(7.2)
实际工程中，可能出现以下三种情况
二、结构的可靠性和可靠度的概念 1、结构的可靠度 结构可靠性——结构的安全性、适用性和耐久性的总 称。 结构可靠度——结构在规定时间内，在规定条件下，完成 预定功能的概率。 规定时间指设计使用年限；规定条件指正常设计、正常施 工、正常使用和正常维护，不包括错误设计、错误施工和 违反原来规定的使用情况。
可变荷载准永久值
定义：在设计基准期内经常达到或超过的那部份荷载值 （总的持续时间不低于25年），称为可变荷载准永久值。
可变荷载准永久值可表示为ψqＱk ，其中Ｑkห้องสมุดไป่ตู้可变荷 载标准值，ψq为可变荷载准永久值系数。
可变荷载组合值
定义：两种或两种以上可变荷载同时作用于结构上时， 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，其他伴随荷载均应以小于标准值的荷载值为代表值， 此即可变荷载组合值。
正常使用极限状态 —— 正常使用极限状态对应于结构 或结构构件达到正常使用或耐久性能的某项规定限值。这 一状态对应于适用性或耐久性的功能。
当结构或结构构件出现下列状态之一时，即认为超过 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）； ●影响正常使用的振动； ●影响正常使用的其他特定状态等。
极限状态
承载力极限状态 正常使用极限状态
2、分类 承载能力极限状态 —— 这种极限状态对应于结构或结
构构件达到最大承载能力或不适于继续承载的变形。承载 能力极限状态主要考虑关于结构安全性的功能。 当结构或结构构件出现下列状态之一时，即认为超过了承 载能力极限状态： ●结构构件或连接因材料强度不够而破坏； ●整个结构或结构的一部分作为刚体失去平衡（如倾覆 等）； ●结构转变为机动体系； ●结构或结构构件丧失稳定（如柱子被压曲等）。