第三章 结构设计方法与设计指标

二、结构的极限状态
结构能够满足设计规定的某一功能要求且能够良好的工
作，我们称之为该功能处于可靠状态；反之，称之为该功能 处于失效状态。这种“可靠”与“失效”之间必然存在某一 特定的界限状态，此特定状态称为该功能的极限状态。
能保持必需的整体稳定性，即结构仅产生局部损坏而不发生 倒塌。
2.适用性
适用性是指结构在正常使用条件下，具有良好的工作性
能。例如不发生影响使用的过大变形、振幅和裂缝等。
3.耐久性 耐久性是指结构在正常维护条件下，具有足够的耐久性，
能够使用到预定的设计使用年限。例如钢筋不发生严重锈蚀、
混凝土不发生严重风化和腐蚀等。
体荷载是指分布在物体的体积内的荷载，单位是N/mm3
或kN/m3，常用γ表示。
面荷载是指分布在物体表面的荷载，单位是N/mm2或 kN/m2，常用p表示。 线荷载是指将面荷载、体荷载简化成连续分布在一段长 度上的荷载，单位是N/mm或kN/m，常用q表示。 三、荷载的代表值 由于各种荷载都具有一定的变异性，在结构设计时，对
2.可变荷载组合值Ψc Qk
当结构上同时作用两种或两种以上可变荷载时，可变荷
载同时达到其标准值的可能性较小，因此要考虑其组合值。 除其中产生最大效应的荷载（主导荷载）仍取其标准值外， 其他伴随的可变荷载均采用小于其标准值的组合值为代表值。 这种经调整后的可变荷载代表值，称为可变荷载组合值。
《荷载规范》规定，可变荷载组合值用可变荷载的组合系数
荷载应赋予一个规定的量值，称为荷载代表值。
1.荷载标准值
荷载标准值是指结构在正常使用情况下，在其设计基准
期（50年）内可能出现的具有一定保证率的最大荷载值。 永久荷载标准值（Gk），对结构自重,可按结构构件的设 计尺寸与材料单位体积的自重计算确定。对常用材料和构件 可参《荷载规范》附录A 采用。表3-1列出部分常用材料和构 件自重。
4.可变荷载准永久值Ψq Qk
可变荷载准永久值是指可变荷载在设计基准期内，其超
越的总时间约为设计基准期一半的荷载值。可变荷载准永久 值是针对在结构上经常作用的可变荷载，即在规定的期限内， 该部分可变荷载具有较长的总持续时间，对结构的影响类似 于永久荷载。
《荷载规范》规定，可变荷载准永久值应取可变荷载标
例如，某矩形钢筋混凝土梁，b×h = 300mm×600mm，计
算跨度l0 = 4.5mm。查表3-1取钢筋混凝土自重25kN/m3，则
该梁沿跨度方向均匀分布的自重标准值为： gk = 0.3×0.6×25 = 4.5 kN/m。
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可变荷载标准值（Qk）是根据观测资料和实验数据，并 考虑工程实践经验而确定，可由《荷载规范》各章中的规定 确定。表3-2列出部分民用建筑楼面均布活荷载标准值。
和膨胀变形等。
二、荷载的分类 在实际工程中，结构常见的作用多为直接作用，即通常
说的荷载。所以本书介绍的内容以直接作用为主。按照不同
的分类方法可将荷载进行不同的分类。 （一）按其随时间的变异性可分为： 1.永久荷载 永久荷载是指结构在设计使用期间，其值不随时间变化， 或其变化幅度与平均值相比可以忽略不计的荷载。例如结构 自重、土压力、预应力等，永久荷载也称为恒荷载。
1.直接作用 直接作用是指直接以力的不同集结形式（集中力或均匀
分布力）施加在结构上的作用，通常也称为结构的荷载。例
如结构的自重、楼面人群及物品重量、土压力、风压力、雪 压力、积灰、积水等。 2.间接作用 间接作用是指能够引起结构外加变形、约束变形或振动 的各种原因。间接作用并不是直接以力的形式施加在结构上， 例如地基的不均匀沉降、温度变化、地震作用、材料的收缩
• 第3章
§ 3– 1 § 3– 2
§ 3– 3
结构设计方法与设计指标
建筑结构荷载与荷载效应 建筑结构的设计方法
建筑结构抗震设防简介
§ 3– 1
一、结构上的作用
建筑结构荷载与荷载效应
建筑结构在施工和使用期间，要承受其自身和外加的各
种作用，这些作用在结构中产生不同的效应（内力和变形）。
这些能使结构产生效应（结构或构件的内力、应力、位移、 应变裂缝等）的各种原因通称为结构上的作用。 按出现的方式不用，可将结构上的作用分为直接作用和 间接作用。
式中 C——荷载效应系数，由力学分析确定；
Q——某荷载代表值； S——与荷载Q相应的荷载效应。
§ 3– 2
一、结构的功能要求
建筑结构的设计方法
建筑结构的功能要求包括：安全性、适用性和耐久性。
1.安全性
安全性是指结构在正常施工和正常使用条件下，能承受
可能出现的各种作用，在偶然事件发生时和发生后，结构仍
准值Qk乘以荷载准永久值系数Ψq，即Ψq Qk，Ψq取值参见表
3-2。
四、荷载效应
作用效应（S）是指各种作用在结构上的内力（弯矩、
剪力、轴力、扭矩等）和变形（绕度、扭转、弯曲、拉伸、 压缩、裂缝等）。当作用为荷载时，引起的效应称为荷载效 应。 一般情况下，荷载效应（S）与荷载（Q）的关系式如下 S= CQ (3-1)
Ψc（Ψc≤1）与相应的可变荷载标准值Qk的乘积来确定，即 Ψc Qk，Ψc取值参见表3-2。
3.可变荷载频遇值Ψf Qk
可变荷载频遇值是指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频率为规定频率的荷载值。 可变荷载频遇值是针对结构上偶尔出现的较大荷载，具有较 短的总持续时间或较少的发生次数的特性。 《荷载规范》规定，可变荷载频遇值应取可变荷载标准 值Qk乘以荷载频遇值系数Ψf（Ψf≤1），即Ψf Qk，Ψf取值参 见表3-2。
2.可变荷载 可变荷载是指结构在设计使用期间，其值随时间变化，
且其变化幅度与平均值相比不可忽略的荷载。例如楼面活荷
载、积灰荷载、屋面活荷载、吊车荷载、风荷载、雪荷载等， 可变荷载也称为活荷载。 3.偶然荷载 偶然荷载是指结构在设计使用期间可能出现，但不一定 出现，而一旦出现，其持续时间很短但量值很大的荷载。例 如地震力、爆炸力、撞击力等。
（二）按荷载的作用范围分：
1.集中荷载
集中荷载是指荷载的作用面积与结构的尺寸相比很小，
可将其简化为作用于一点的荷载，单位是kN或N。例如梁传
给柱子的力、次梁传给主梁的力都可看作集中荷载。 2.分布荷载 分布荷载是指荷载连续地分布在整个结构或结构某一部 分上。其中分布荷载又包括体荷载、面荷载、线荷载。