第2章结构设计原理

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1、第第2 2章章 钢筋混凝土结构设计计算原理钢筋混凝土结构设计计算原理结构设计方法：以概率理论为基础的极限状态设计方法钢筋混凝土结构计算理论的演变容许应力法容许应力法钢筋砼结构按弹性理论计算的应力不大于规钢筋砼结构按弹性理论计算的应力不大于规定的容许应力。定的容许应力。破坏阶段设计法破坏阶段设计法考虑材料塑性性能，按材料平均强度计算考虑材料塑性性能，按材料平均强度计算的承载力必须大于计算的最大荷载产生的的承载力必须大于计算的最大荷载产生的内力。内力。概率极限状态设计法概率极限状态设计法以概率理论为基础的极限状态设计法。以概率理论为基础的极限状态设计法。一、结构的安全等级一、结构的安全等级 根据结

2、构破坏可能产生的后果（危及人的生命、造成的经根据结构破坏可能产生的后果（危及人的生命、造成的经济损失、产生的社会影响等）的严重性，确定结构的济损失、产生的社会影响等）的严重性，确定结构的安全等级安全等级。安全等级安全等级破坏后果破坏后果建筑物类型建筑物类型一级很严重重要的建筑物二级严重一般的建筑物三级不严重次要的建筑物二、结构的设计使用年限二、结构的设计使用年限 结构设计使用年限是指设计规定的结构或结构构件结构设计使用年限是指设计规定的结构或结构构件不需要进行大修即可按其预期目的使用的时期。不需要进行大修即可按其预期目的使用的时期。注意结构设计使用年限和结构寿命的关系注意结构设计使用年限和结构

3、寿命的关系三、结构的功能要求三、结构的功能要求功功能能要要求求在正常施工和正常使用时，能承受可能出现的各在正常施工和正常使用时，能承受可能出现的各种作用。种作用。在正常使用时具有良好的工作性能。在正常使用时具有良好的工作性能。在正常维护下有足够的耐久性能。在正常维护下有足够的耐久性能。在设计规定的偶然事件发生时及发生后，仍能保在设计规定的偶然事件发生时及发生后，仍能保持必需的整体稳定性。持必需的整体稳定性。安全性安全性安全性安全性适用性适用性耐久性耐久性 结构设计的目的：在一定的经济条件下，使结构在预定的使结构设计的目的：在一定的经济条件下，使结构在预定的使用期限内能满足用期限内能满足设计所预

4、期的各种功能要求（安全性、适用性、设计所预期的各种功能要求（安全性、适用性、耐久性，总称为可靠性）。耐久性，总称为可靠性）。四、结构的极限状态四、结构的极限状态 整个结构或结构的一部分整个结构或结构的一部分超过某一特定状态就不能满超过某一特定状态就不能满足设计规定的某一功能要求足设计规定的某一功能要求，此特定的状态称为该功能的，此特定的状态称为该功能的极限状态极限状态。安全性安全性适用性适用性耐久性耐久性结构的功能要求：结构的功能要求：结构的极限状态：结构的极限状态：承载能力极限状态承载能力极限状态正常使用极限状态正常使用极限状态设计设计验算验算一、作用和作用效应一、作用和作用效应 凡是施加在

5、结构上的凡是施加在结构上的集中或分布荷载集中或分布荷载，以及，以及引起结构引起结构外加变形或约束的原因外加变形或约束的原因，总称为，总称为作用作用。作作 用用直接作用直接作用间接作用间接作用施加在结构上的集中或分施加在结构上的集中或分布荷载布荷载如混凝土收缩、温度变化、如混凝土收缩、温度变化、基础沉降、地震等。基础沉降、地震等。荷载是作荷载是作用，但作用，但作用未必是用未必是荷载。荷载。荷载的分类荷载的分类根据荷载根据荷载随时间的随时间的变化变化根据荷载根据荷载随空间位随空间位置的变化置的变化按结构按结构的反应的反应永久荷载永久荷载（恒荷载）（恒荷载）可变荷载可变荷载（活荷载）（活荷载）偶然荷

6、载偶然荷载荷载不随时间而变化，或变化可忽略不计。如结构自重等。荷载不随时间而变化，或变化可忽略不计。如结构自重等。荷载随时间而变化，变化不可忽略。如人、风、雪等。荷载随时间而变化，变化不可忽略。如人、风、雪等。使用期间未必出现，但一旦出现，值很大，持续时间很使用期间未必出现，但一旦出现，值很大，持续时间很短，如爆炸等。短，如爆炸等。固定荷载固定荷载移动荷载移动荷载在结构上具有固定分布，如自重、固定设备重等。在结构上具有固定分布，如自重、固定设备重等。在一定范围内可以任意分布，如人群荷载等。在一定范围内可以任意分布，如人群荷载等。静态荷载静态荷载动态荷载动态荷载不使结构产生加速度，或产生的加速度

7、可忽略不使结构产生加速度，或产生的加速度可忽略, ,如自重、如自重、一般的楼面活载等。一般的楼面活载等。使结构产生不可忽略的加速度使结构产生不可忽略的加速度, ,如设备振动、吊车荷载等。如设备振动、吊车荷载等。作用效应及作用效应系数作用效应及作用效应系数作用效应作用效应S：由作用引起的结构或结构构件：由作用引起的结构或结构构件反应反应。 内力、应内力、应力、变形、力、变形、裂缝等等。裂缝等等。荷载效应系数荷载效应系数C：单位荷载单位荷载的作用效应。的作用效应。ql 简支梁在均布荷载简支梁在均布荷载q作用下，跨中作用下，跨中弯矩的作用效应为弯矩的作用效应为 ，作用效应，作用效应系数为系数为 ；支

8、座剪力的作用效应；支座剪力的作用效应为为 ，作用效应系数为，作用效应系数为 。281ql281lql21l21PCS荷载荷载效应系数荷载效应 简支梁，跨中承受集中荷载简支梁，跨中承受集中荷载P，跨中，跨中弯矩的作用效应为弯矩的作用效应为 ，作用效应系，作用效应系数为数为 ；支座剪力的作用效应；支座剪力的作用效应为为 ，作用效应系数为，作用效应系数为 。PlPl41l41P2121作用效应及作用效应系数作用效应及作用效应系数作用效应作用效应S：由作用引起的结构或结构构件：由作用引起的结构或结构构件反应反应。 内力、应内力、应力、变形、力、变形、裂缝等等。裂缝等等。荷载效应系数荷载效应系数C：单位

9、荷载单位荷载的作用效应。的作用效应。PCS荷载荷载效应系数荷载效应二、结构抗力及功能函数二、结构抗力及功能函数结构抗力结构抗力R：结构或结构构件承受作用效应的能力（承受荷载或：结构或结构构件承受作用效应的能力（承受荷载或 变形的能力等）。变形的能力等）。由结构本身的特性决定，即由材料性能、截面尺寸等决定由结构本身的特性决定，即由材料性能、截面尺寸等决定Z=R-S=结构抗力结构抗力-荷载效应荷载效应Z=R-S0Z=R-S=0Z=R-S0结构处于结构处于可靠状态可靠状态结构处于结构处于极限状态极限状态结构处于结构处于失效状态失效状态功能函数功能函数结构设计应使：结构设计应使：Z=R-S0三、作用效

10、应三、作用效应S和结构抗力和结构抗力R的随机性的随机性 可靠性可靠性:结构结构安全性、适用性、耐久性安全性、适用性、耐久性的合称，即结构的合称，即结构在规定时间内，规定条件下，完成预定功能的能力。在规定时间内，规定条件下，完成预定功能的能力。规定时间：规定时间：规定条件：规定条件：预定功能：预定功能：设计使用年限设计使用年限正常设计、正常施工、正常使用正常设计、正常施工、正常使用安全、适用、耐久安全、适用、耐久Z=R-S0可靠可靠P（Z=R-S0）可靠度可靠度 反映结构可反映结构可靠的程度，反靠的程度，反映结构完成预映结构完成预定功能的能力定功能的能力的一个指标的一个指标一、结构的可靠度一、结

11、构的可靠度 可靠度可靠度ps:结构在规定时间内，规定条件下，完成预定功能的结构在规定时间内，规定条件下，完成预定功能的概率概率。P（Z=R-S0）+ P（Z=R-S0）=1可靠度可靠度ps失效概率失效概率pf结构的失效概率结构的失效概率pf越小，结构可靠度越大，结构越可靠。越小，结构可靠度越大，结构越可靠。ffpp 结构可靠结构可靠?fp?)(0dzzfpfpff(Z)Z=R-Sps=1-pf0容许失效概率容许失效概率二、结构的可靠指标二、结构的可靠指标 pff(Z)Z=R-Sps=1-pf0z设设S、R都服从正态分布，则都服从正态分布，则Z也服从也服从正态分布。正态分布。SRZ22SRZSR