第二章 混凝土结构设计方法

坏而造成生命财产的严重损失。
• • 2、适用性（Serviceability） 结构在正常使用期间，具有良好的工作性能。如：不发生影响正常使用的过大的变形（挠度、 侧移）、振动（频率、振幅），或产生让使用者感到不安的过大的裂缝宽度。 • • 3、耐久性 （Durability ） 结构在正常使用和正常维护条件下，应具有足够的耐久性。即在各种因素的影响下（混凝土碳 化、钢筋锈蚀、材料的老化等），结构的承载力和刚度不应随时间有过大的降低，而导致结构 在其预定使用期间内丧失安全性和适用性，降低使用寿命。
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设计使用年限是设计规定的一个期限，在这一规定的时期内，结构或结构构件只需进行正常的维护
（包括必要的检测、维护和维修）而不需进行大修就能按预期目的使用，完成预定的功能，即结构 在正常设计、正常施工、正常使用和维护下所应达到的使用年限。根据建筑物的使用要求和重要性，
《建筑结构可靠度设计统一标准》（GB50068-2001）规定设计使用年限分别采用5、25、50和100年，
§2.1 结构可靠度 2.1.1 结构上的作用、作用效应及结构抗力
• • • • • 一、结构上的作用和作用效应 1、作用及其分类 结构上的作用是使结构产生内力、变形和裂缝的原因的总称，分为直接作用和间接作用。 直接作用：是指施加在结构上的集中和分布荷载。即荷载，如恒载、活载等。 间接作用：是指引起结构外加变形和约束变形的其它作用。如地基不均匀沉降、混凝土收缩、 温度变化、地震（地面运动）等。 • 结构上的作用按其随时间的变异性可分为：永久作用（如：自重、土压力等）、可变作用（如： 楼面活载、风载、雪载等）和偶然作用（如：地震、爆炸等）。
建筑结构设计所考虑的荷载统计参数，都是按设计基准期为50年（《建筑结构可靠度设计统一标准》 GB50068-2001规定）确定的，如设计时需采用其他设计基准期，则必须另行确定在该基准期内最大荷载 的概率分布及相应的统计参数。
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2.1.2 结构的预定功能及结构可靠度
一、结构的功能要求 建筑结构设计的目的：在一定的经济条件下，使结构在预定的使用期限内能满足设计所预期的各种功能要求，同时 具有足够的可靠性。
如表2-1所示。
表2-1 结构的设计使用年限
类别
１ ２ ３ ４
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 纪念性建筑和特别重要建筑
结构的设计 使用年限（年） 5 25 50 100
各类工程结构的设计使用年限是不应统一的，若业主提出更高的要求，经主管部门批准， 也可按业主的要求确定。总体而言，桥梁应比房屋的设计使用年限长，大坝的设计使用年限更 长。 当结构的使用年限达到或超过设计使用年限后，并不意味着结构立即报废，而只意味着结 构的可靠度逐渐降低，但结构仍可继续使用或经大修后可继续使用。
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从结构的观点来考虑，建筑结构应满足的功能要求可归纳为以下三项：
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1、安全性（Safety）
结构在预定的使用期间内（设计使用年限），应能承受在正常施工、正常使用情况下可能出现的各 种荷载、外加变形（如超静定结构的支座不均匀沉降）、约束变形等的作用；
在偶然事件（如地震、爆炸）发生时和发生后，结构应能保持整体稳定性，不应发生倒塌或连续破
第2章 混凝土结构设计方法
工程结构的设计，既要保证其安全可靠，又要做到经济合理。由于多种因素的影响，结构 上的荷载作用、结构尺寸、材料强度等均有不同程度的不确定性，而且结构的计算简图、计算 理论也与实际情况有一定的差别。 所谓结构设计方法，就是研究这些工程设计中的各种不确定性问题，以取得结构设计的安 全可靠与经济合理之间的均衡。 因此，本章需要解决的问题有：根据工程结构应满足的实际使用的各种要求（结构的功 能），对安全可靠给出更具体的科学定义；如何考虑结构设计中存在的各种不确定性，建立科 学的结构设计方法；同时，了解结构在不同情况下（施工、使用、破坏）可能受到的各种外界 影响（各种荷载、温度变化、收缩、徐变等），以及结构尺寸、材料强度等的变异情况，以便 科学合理地确定其设计值。 本章主要讲述以近似概率理论为基础的极限状态设计方法的有关基本知识。包括建筑结构 的功能要求、结构可靠度、失效概率和可靠指标以及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。
受剪承载力、容许挠度、容许裂缝宽度等。
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结构抗力的影响因素：材料性能的不确定性；材料几何参数的不确定性和计算模式 的不确定性等。结构抗力具有随机性，是随机变量。
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由上可见，结构上的作用（特别是可变作用）与时间有关，结构抗力也随时间变化。 为确定可变作用及与时间有关的材料性能取值而选用的时间参数，称为设计基准期。
表2-2 建筑结构的安全等级
安全等级 一级 二级 三级
破坏后果 很严重 严重 不严重
建筑物类型 重要建筑物 一般建筑物 次要建筑物
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建筑物中各类结构构件的安全等级宜与整个结构的安全等级相同，对其中部分结构构件的安 全等级可根据其重要程度适当调整，但不得低于三级。例如，如果提高某一结构构件的安全等 级所需额外费用很少，又能减轻整个结构的破坏，从而大大减少人员伤亡和财产损失时，可将 该结构构件的安全等级提高一级；相反，如果某一结构构件的破坏并不影响整个结构，则可将 其安全等级降低一级。
2.1.3 结构的安全等级
• 结构设计时，应根据房屋的重要性不同，即一旦结构发生破坏，对生命财产的危害程度 以及对社会的影响程度不同，采用不同的可靠度水准（即目标可靠指标）。 《建筑结构 可靠度设计统一标准》（GB50068-2001）用结构的安全等级来表示房屋的重要性程度， 划分为三个等级。如表2-2
2、作用效应（Action Effect） 作用效应是指作用引起的结构或结构构件的内力和变形，用S表示。如：轴力、弯矩、剪力、挠度、 裂缝等。 由于结构上的作用是不确定的随机变量，所以作用效应也是一个随机变量。
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二、结构抗力（Resistant）
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结构抗力是指结构或结构构件抵抗作用效应的能力，用R表示。如：受弯承载力、
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二、结构的可靠性和可靠度
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1、可靠性
可靠性是指结构的安全性、适用性和耐久性的总称，即结构或结构构件在规定的时间（设计使用年 限）内，规定的条件（正常设计、正常施工和正常维修）下完成预定功能的能力。
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2、可靠度
可靠度是指结构或结构构件在规定的时间（设计使用年限）内，规定的条件（正常设计、正常施工 和正常维修）下完成预定功能的概率。可靠度是结构可靠性的概率度量。