建筑结构设计基本原则(2)
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建筑结构的基本设计原则
本章提要
本章讲述了建筑结构的设计原则——概率 极限状态设计法。重点应掌握掌握荷载的分类、 荷载的代表值、荷载的标准值与设计值的计算方 法及在设计中的应用结构的可靠性和可靠度、结 构功能的极限状态、各类极限状态的标志、极限 状态设计实用设计表达式的意义及用法。
※（一）荷载分类 ※ 按时间分
它是基本的代表值，其它的代表值都是以它 为基础计算的。
※ （1）永久荷载标准值Gk ——尺寸和材料容重（查荷载规范）。
※ （2）可变荷载标准值Qk
楼面活载 雪载载 积灰荷载 屋面施工检修荷载
风载
地震作用
查荷载规范
吊车荷载
表1 民用建筑楼面均布活荷载标准值及其组合值、频遇值和准永久值系数
表1 民用建筑楼面均布活荷载标准值及其组合值、频遇值和准永久值系数
2、可变荷载准永久值Qq
指可变荷载中比较呆滞的部分值，即指经常作用于结 构的这样一部分活载值。
Qq qQk
3、可变荷载频遇值Qf
对可变荷载，在设计基准期内，其超越的总时间为规 定的较小比率或超越次数为规定次数的荷载值。
Q f f Qk
4、可变荷载组合值Qc
Qc cQk
※荷载分布形式
京沈铁路胥各庄段铁路被毁
结构耐久性的规定
1998年美国土木工程学会报告，美国现有29%以上桥梁 和1/3以上的道路老化，有2100座水坝不安全，估计需有1.3 万亿美元改善其安全状态。
美国每年基础设施修复费用约为这些设施总资产的 10% ！
发达国家土建设施耐久性问题造成的年损失，约占GDP 的1.5~2%，其中主要是混凝土结构的耐久性破坏。
(1)永久荷载-----(2)可变荷载-----(3)偶然荷载------
如结构自重、土压力、预应力
如楼面活荷载、吊车荷载、风荷载、雪荷 载、温度变化等。
如爆炸力、撞击力、罕遇的地震等。
※（二）源自文库载的代表值
※ 1、荷载标准值
是指结构在使用期间，在正常情况下可能出 现的最大荷载值（使其保证率达到95%）而确定 的。
※(二）正常使用极限状态
1、影响正常使用或外观的变形； 2、影响正常使用耐久性能的局部破坏（包括 裂缝）； 3、影响正常使用的振动； 4、影响正常使用的其他特定的状态。
（1）过大的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；
（2）水池、油罐等结构开裂会引起渗漏现象； （3）过大裂缝会影响结构耐久性； （4）过大变形和裂缝也将会使用户心里上产生 不安全；
建筑结构在正常维护下，材料性能虽随时间变化，如不 发生由于保护层碳化或裂缝宽度开展过多导致钢筋锈蚀，混 凝土不发生严重风化、老化、腐蚀而影响结构的使用寿命。
安徽暴雪压塌合肥 5000 平方米厂房倒塌
风灾图片 河南省体育馆，遭九级风破坏。
3、地震 1978年7月28日唐山7.8级大地震
1978年7月28日，唐山市文化路青年宫，为砖混结构的二层楼房，除四 根门柱外，全部坍塌
Q QcQk（或Qi Q Qi ci ik ），当采用荷载组合
值时。
※荷载的作用效应S
由荷载引起的结构内力,如轴力、弯矩、剪力、扭矩
等，称荷载作用效应,用S表示。S GQ G为荷载效应系
数，Q为荷载。
§1.2 结构的功能和极限状态
结构抗力R
结构构件的截面形式、尺寸以及材料等级确定以后，各 截面将具有一定的抵抗作用效应的能力。
？
安全性
建筑结构预定功能
适用性 耐久性
1、安全性 建筑结构在正常施工和正常使用时应能承受可能出现的
各种荷载、外加变形、约束变形的作用，以及在偶然事件
（地震、火灾、冲撞）发生时及发生后，仍能保持必须的整
体稳定性，不发生倒塌或连续破坏。
2、适用性 建筑结构在正常使用时，应能满足预定的使用要求，如
不发生影响正常使用的变形和裂缝宽度。 3、耐久性
材料强度fk
材料强度标准值用符号fk表示，是结构设计时采用的材料 性能的基本代表值，也是生产过程中控制材料质量的主要依据。
材料强度设计值是用于承载力计算时的材料强度的代表值， 它与材料的强度标准值的关系为
材料强度设计值=材料强度标准值/材料强度分项系数
一、建筑结构的功能
使所设计的结构能满足各种预定的功能要求。
• 均布面荷载，单位为N/㎡或kN/㎡。
• 均布线荷载，单位为N/m或kN/m。
• 非均布线荷载。
• 集中荷载，单位为N或kN。
※荷载设计值
荷载分项系数与荷载代表值的乘积
1、永久荷载设计值 G GGk
2、可变荷载设计值 Q QQk （或 Qi QQi ik ），当 采用荷载标准值时。
答案：B C D
1.3结构的可靠度和极限状态方程
1.作用效应
※ 结构上的作用
直接作用 间接作用
荷载 温度变化 地基沉降
极限状态方程
当功能函数中仅包括作用效应R和结构抗力S两个基本变量 时，可得：
Z g(R, S) R S
二、结构的极限状态
整个结构或结构的一部分超过某一特定状态就不能满足 设计规定的某一功能要求，此状态为该功能的极限状态。
※ （一）承载力极限状态
1、整个结构或结构的一部分作为刚体失去平衡（如倾 覆等）；
2、结构构件或连接因超过材料强度而破坏（包括疲劳 破坏）或因过度变形而不适于继续承载；
3、结构转变为机动体系 4、 结构或结构构件丧失稳定 （如压屈等）； 5、地基丧失承载能力而破坏（如失稳等）；
（5）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。
这几座呢? 世界十大“濒危”建
筑
这几座呢? 世界“濒危”建筑
这几座呢? 世界“濒危”建筑
练习：
以下何项不属于承载能力极限状态( ) A 结构的一部分出现倾覆 B 梁出现过大的挠度 C 梁出现裂缝 D 钢筋生锈 属于耐久性
我国土建工程耐久性现状民用房屋 干湿交替的室外构件 过早锈蚀；
1、30－40年工业厂房；20－3 0年 大修 海港码头；
2、10－20年大修浪溅区最严重 桥梁除冰盐侵蚀； 3、10－20年大修隧道。 渗漏严重钢筋保护层过薄！ 混凝土等级过低！ 钢筋 过细！断面过薄！
提高结构的耐久性刻不容缓
宁波北仑港码头混凝 土梁（建成后11年）
本章提要
本章讲述了建筑结构的设计原则——概率 极限状态设计法。重点应掌握掌握荷载的分类、 荷载的代表值、荷载的标准值与设计值的计算方 法及在设计中的应用结构的可靠性和可靠度、结 构功能的极限状态、各类极限状态的标志、极限 状态设计实用设计表达式的意义及用法。
※（一）荷载分类 ※ 按时间分
它是基本的代表值，其它的代表值都是以它 为基础计算的。
※ （1）永久荷载标准值Gk ——尺寸和材料容重（查荷载规范）。
※ （2）可变荷载标准值Qk
楼面活载 雪载载 积灰荷载 屋面施工检修荷载
风载
地震作用
查荷载规范
吊车荷载
表1 民用建筑楼面均布活荷载标准值及其组合值、频遇值和准永久值系数
表1 民用建筑楼面均布活荷载标准值及其组合值、频遇值和准永久值系数
2、可变荷载准永久值Qq
指可变荷载中比较呆滞的部分值，即指经常作用于结 构的这样一部分活载值。
Qq qQk
3、可变荷载频遇值Qf
对可变荷载，在设计基准期内，其超越的总时间为规 定的较小比率或超越次数为规定次数的荷载值。
Q f f Qk
4、可变荷载组合值Qc
Qc cQk
※荷载分布形式
京沈铁路胥各庄段铁路被毁
结构耐久性的规定
1998年美国土木工程学会报告，美国现有29%以上桥梁 和1/3以上的道路老化，有2100座水坝不安全，估计需有1.3 万亿美元改善其安全状态。
美国每年基础设施修复费用约为这些设施总资产的 10% ！
发达国家土建设施耐久性问题造成的年损失，约占GDP 的1.5~2%，其中主要是混凝土结构的耐久性破坏。
(1)永久荷载-----(2)可变荷载-----(3)偶然荷载------
如结构自重、土压力、预应力
如楼面活荷载、吊车荷载、风荷载、雪荷 载、温度变化等。
如爆炸力、撞击力、罕遇的地震等。
※（二）源自文库载的代表值
※ 1、荷载标准值
是指结构在使用期间，在正常情况下可能出 现的最大荷载值（使其保证率达到95%）而确定 的。
※(二）正常使用极限状态
1、影响正常使用或外观的变形； 2、影响正常使用耐久性能的局部破坏（包括 裂缝）； 3、影响正常使用的振动； 4、影响正常使用的其他特定的状态。
（1）过大的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；
（2）水池、油罐等结构开裂会引起渗漏现象； （3）过大裂缝会影响结构耐久性； （4）过大变形和裂缝也将会使用户心里上产生 不安全；
建筑结构在正常维护下，材料性能虽随时间变化，如不 发生由于保护层碳化或裂缝宽度开展过多导致钢筋锈蚀，混 凝土不发生严重风化、老化、腐蚀而影响结构的使用寿命。
安徽暴雪压塌合肥 5000 平方米厂房倒塌
风灾图片 河南省体育馆，遭九级风破坏。
3、地震 1978年7月28日唐山7.8级大地震
1978年7月28日，唐山市文化路青年宫，为砖混结构的二层楼房，除四 根门柱外，全部坍塌
Q QcQk（或Qi Q Qi ci ik ），当采用荷载组合
值时。
※荷载的作用效应S
由荷载引起的结构内力,如轴力、弯矩、剪力、扭矩
等，称荷载作用效应,用S表示。S GQ G为荷载效应系
数，Q为荷载。
§1.2 结构的功能和极限状态
结构抗力R
结构构件的截面形式、尺寸以及材料等级确定以后，各 截面将具有一定的抵抗作用效应的能力。
？
安全性
建筑结构预定功能
适用性 耐久性
1、安全性 建筑结构在正常施工和正常使用时应能承受可能出现的
各种荷载、外加变形、约束变形的作用，以及在偶然事件
（地震、火灾、冲撞）发生时及发生后，仍能保持必须的整
体稳定性，不发生倒塌或连续破坏。
2、适用性 建筑结构在正常使用时，应能满足预定的使用要求，如
不发生影响正常使用的变形和裂缝宽度。 3、耐久性
材料强度fk
材料强度标准值用符号fk表示，是结构设计时采用的材料 性能的基本代表值，也是生产过程中控制材料质量的主要依据。
材料强度设计值是用于承载力计算时的材料强度的代表值， 它与材料的强度标准值的关系为
材料强度设计值=材料强度标准值/材料强度分项系数
一、建筑结构的功能
使所设计的结构能满足各种预定的功能要求。
• 均布面荷载，单位为N/㎡或kN/㎡。
• 均布线荷载，单位为N/m或kN/m。
• 非均布线荷载。
• 集中荷载，单位为N或kN。
※荷载设计值
荷载分项系数与荷载代表值的乘积
1、永久荷载设计值 G GGk
2、可变荷载设计值 Q QQk （或 Qi QQi ik ），当 采用荷载标准值时。
答案：B C D
1.3结构的可靠度和极限状态方程
1.作用效应
※ 结构上的作用
直接作用 间接作用
荷载 温度变化 地基沉降
极限状态方程
当功能函数中仅包括作用效应R和结构抗力S两个基本变量 时，可得：
Z g(R, S) R S
二、结构的极限状态
整个结构或结构的一部分超过某一特定状态就不能满足 设计规定的某一功能要求，此状态为该功能的极限状态。
※ （一）承载力极限状态
1、整个结构或结构的一部分作为刚体失去平衡（如倾 覆等）；
2、结构构件或连接因超过材料强度而破坏（包括疲劳 破坏）或因过度变形而不适于继续承载；
3、结构转变为机动体系 4、 结构或结构构件丧失稳定 （如压屈等）； 5、地基丧失承载能力而破坏（如失稳等）；
（5）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。
这几座呢? 世界十大“濒危”建
筑
这几座呢? 世界“濒危”建筑
这几座呢? 世界“濒危”建筑
练习：
以下何项不属于承载能力极限状态( ) A 结构的一部分出现倾覆 B 梁出现过大的挠度 C 梁出现裂缝 D 钢筋生锈 属于耐久性
我国土建工程耐久性现状民用房屋 干湿交替的室外构件 过早锈蚀；
1、30－40年工业厂房；20－3 0年 大修 海港码头；
2、10－20年大修浪溅区最严重 桥梁除冰盐侵蚀； 3、10－20年大修隧道。 渗漏严重钢筋保护层过薄！ 混凝土等级过低！ 钢筋 过细！断面过薄！
提高结构的耐久性刻不容缓
宁波北仑港码头混凝 土梁（建成后11年）