《混凝土结构设计原理》第三章-课堂笔记

《混凝土结构设计原理》第三章混凝土结构设计方法课堂笔记

遵照国家标准《建筑结构可靠度设计统一标准》GB50068一2001以下简称《标准》确定的原则，混凝土结构设计采用以概率理论为基础的极限状态设计方法二本章介绍混凝土结构设计方法的基本原则。

◆重点难点

现行规范采用的是基于概率理论的极限状态设计方法。作用效应和结构抗力都是随机变量。

极限状态设计法的基本概念:结构的功能要求、可靠性、可靠度、失效概率、可靠指标、作用效应、结构抗力、分项系数、荷载代表值。

概率极限状态设计式及各符号取值、意义。

◆学习要求

1、了解结构的功能、极限状态及结构可靠度的基本概念。

2、掌握结构设计中基本术语的定义，例如:设计基准期，结构上的作用，作用效应，结构抗力，荷载代表值，砼和钢筋的标准强度和设计强度。

3、掌握结构构件承载能力和正常使用极限状态的设计表达式，理解式中各符号代表的意义及取值。

一、建筑结构设计的几个基本概念

（一）结构设计与概率理论的关系

结构设计需要保证其安全可靠、经济合理。

结构设计中存在多种不确定性。

研究不确定性的随机事件就得借助概率论。

结构设计方法就是研究工程设计中的各种不确定性问题，取得安全可靠与经济合理之间的均衡。

（二）建筑结构的功能要求

建筑结构在正常设计、正常施工、正常使用和正常维修条件下的功能要求，有下列三个:

1、适用性：内应能满足预定使用要求

2、安全性：设计使用年限内应能承受各种可能作用

3、耐久性:设计使用年限内应有足够的耐久性

（1）结构的适用性：

建筑结构在其设计使用年限内，在正常使用条件下应能满足预定的使用要求，并具有良好的工作性能，其变形、裂缝或振动等性能均不超过规定的限度:.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。

结构的设计使用年限，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二《标准》采用的设计使用年限为:

临时性结构:5年

易于替换的结构构件:25年

普通房屋和构筑物:50年

纪念性建筑和特别重要的建筑结构:100年

（2）结构的安全性：

建筑结构在其设计使用年限内（一般为50年），应能够承受在正常设计、施工、使用和维修条件下，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(如温度和收缩变形受到约束时)等的作用。在设计规定的偶然事件(如地震、爆炸)发生时及发生后，应保持必需的整体稳定，不致倒塌或连续破坏而造成生命财产的严重损失。

（3）结构的耐久性

结构在正常使用和正常维护条件下，在其设计使用年限内应具有足够的耐久。即在各种因素的影响下(混凝土碳化、钢筋锈蚀)，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。

（三）结构可靠度和安全等级

1.结构的可靠性

结构的可靠性是指结构在规定的时间内，在规定的条件下（结构正常的设计、施工、使用和维修条件)，完成预定功能(如承载力、刚度、稳定性、抗裂性、耐久性和动力性能等)的能力。

结构设计的基准期

是指为确定可变作用及与时间有关的材料性能等取值而选用的时间参数，《标准》采用基准期为50年。需要说明的是，当建筑结构的使用年限到达或超过设计基准使用期后，并不意味该结构立即报废不能使用了，而是说它的可靠性水平从此要逐渐降低了，在做结构鉴定及必要加固后，仍可继续使用。

2、结构的可靠度

结构的可靠度是指结构在规定的时间内，在规定的条件下，完成预定功能的概率，即结构可靠度是结构可靠性的概率度量。结构可靠度高，表明它失效的可能性小。结构设计要求失效概率控制在可接受范围内。

3.结构可靠度分析

结构可靠度分析就是要合理确定结构可靠度水平，使结构设计符合技术先进、经济合理、安全适用和确保质量的要求。简而言之，进行结构设计的基本目的，就是要采用最经济的手段，使结构在设计基准期内，具有各种预期的功能。

4.建筑结构的安全等级

安全可靠是结构设计的重要内容，所以在进行建筑结构的设计时，应根据结构破坏的各种后果(危及人的生命、造成的经济损失、产生社会影响等)的严重性，采用不同的安全等级，《标准》对建筑结构的安全等级划分为三级。

（四）结构的极限状态

结构的极限状态是指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，此特定状态称为该功能的极限状态:，《标准》将结构的极限状态分为下列两类:

承载能力极限状态:超过该极限状态，结构就不能满足预定的安全性功能要求。

正常使里极限状态:超过该极限状态，结构就不能满足预定的适用性和耐久性功能要求。

承载能力极限状态

对应于结构或构件达到最大承载能力或不适于继续的变形:.当结构或构件出现下列状态之一时，应认为超过了承载能力极限状态:

·整个结构或结构的一部分作为刚体失去平衡;

·结构构件或其连接因超过材料强度而破坏;

·结构转变为机动体系;

·结构或构件丧失稳定:

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:当结构或构件出现下列状态之一时.应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；

·影响正常使用的振动；

·影响正常使用的其它特定状态;

（五）结构的不确定性

作用效应的不确定性:

★恒载g与构件尺寸、材料容重有关

★活载的数值是随时在变化的

★计算跨度l的不准确

★材料强度fy和fc的离散

★截面尺寸的施工误差

★应力一应变关系参数k1和k2

（六）结构的作用及其分类