第2章基本原則

第二章

混凝土結(jié)構(gòu)基本計算原則第一節(jié)建筑結(jié)構(gòu)的功能要求和極限狀態(tài)

一、建筑結(jié)構(gòu)的功能要求

建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的目的：

使結(jié)構(gòu)在正常施工和正常使用的條件下，滿足各項預(yù)定的功能要求，并取得最佳的經(jīng)濟效果。安全性適用性耐久性結(jié)構(gòu)可靠的標志，總稱為結(jié)構(gòu)可靠性。

能承受正常施工和使用時的各種作用，以及偶然事件發(fā)生時，仍能保持整體穩(wěn)定性。在正常使用時，能保證具有良好的工作性能，不出現(xiàn)過大的變形和裂縫。在正常使用及維護下，具有足夠的耐久性能，不發(fā)生銹蝕和風(fēng)化現(xiàn)象。＊安全性＊適用性

＊耐久性設(shè)計基準期和設(shè)計使用年限設(shè)計基準期：結(jié)構(gòu)設(shè)計所采用的荷載統(tǒng)計參數(shù)、與時間有關(guān)的材料性能取值，都需要選定一個時間參數(shù)，即為設(shè)計基準期。我國所采用的設(shè)計基準期為50年。設(shè)計使用年限，是指設(shè)計規(guī)定的結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件不需進行大修即可按其預(yù)定目的使用的時期。承載能力極限狀態(tài)－－安全性正常使用極限狀態(tài)－－適用性、耐久性二、結(jié)構(gòu)的極限狀態(tài)結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)的一部分超過某一特定的狀態(tài)就不能滿足設(shè)計規(guī)定的某一功能要求。極限狀態(tài)分類第二節(jié)結(jié)構(gòu)上的作用與作用效應(yīng)S一、結(jié)構(gòu)上的作用與荷載

直接施加在結(jié)構(gòu)上的力及引起結(jié)構(gòu)變形的原因稱為作用。1、按隨時間的變異分類可變荷載偶然荷載永久荷載2、按隨空間位置的變異分類

固定荷載

自由荷載

3、按結(jié)構(gòu)的反應(yīng)特點分類

靜態(tài)荷載

動態(tài)荷載

二、結(jié)構(gòu)上的荷載效應(yīng)S

荷載效應(yīng)是結(jié)構(gòu)由于各種作用原因，引起內(nèi)力和變形的總稱，用S表示。三、荷載代表值

《荷載規(guī)范》對不同的荷載給予了相應(yīng)的規(guī)定量值，這種量值，稱為荷載的代表值。

荷載的幾種代表值標準值——由《荷載規(guī)范》給出可變荷載準永久值=可變荷載標準值×ψq

可變荷載頻遇值=可變荷載標準值×ψf

可變荷載組合值

=可變荷載標準值×ψc

第三節(jié)結(jié)構(gòu)抗力

R一、結(jié)構(gòu)抗力概念

二、結(jié)構(gòu)構(gòu)件的材料強度

材料強度標準值材料強度的設(shè)計值

材料強度設(shè)計值

=材料強度的標準值/材料強度分項系數(shù)樣本數(shù)或頻率密度混凝土強度的正態(tài)分布曲線第四節(jié)概率極限狀態(tài)設(shè)計法一、功能函數(shù)與極限狀態(tài)方程

用來描述結(jié)構(gòu)構(gòu)件完成預(yù)定功能狀態(tài)的函數(shù)稱為功能函數(shù)。

（1）作用效應(yīng)S作用（荷載）對結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的各種效應(yīng)，

如彎矩、剪力、軸力、變形、裂縫等

M

V

N

f

w結(jié)構(gòu)構(gòu)件抵抗各種作用效應(yīng)的能力。

如抗彎、抗剪、抗壓、抗拉、抗扭承載力

以及抗變形、抗裂縫的能力。（2）結(jié)構(gòu)抗力R結(jié)構(gòu)的功能函數(shù)結(jié)果分析Z=R-S>0：Z=R-S<0：Z=R-S=0：處于可靠狀態(tài)；處于不可靠狀態(tài)，即失效；處于極限狀態(tài)，此方程稱極限狀態(tài)方程

有一農(nóng)夫，能肩挑300斤

當(dāng)給他300斤的擔(dān)子時，

效應(yīng)剛好等于抗力；

當(dāng)給他100斤的擔(dān)子時，

效應(yīng)小于抗力；

當(dāng)給他400斤的擔(dān)子時，

效應(yīng)大于抗力。二、結(jié)構(gòu)的可靠度與失效概率

可靠概率Ps結(jié)構(gòu)能完成預(yù)定功能的概率

失效概率Pf不能完成預(yù)定功能的概率可靠指標三、建筑結(jié)構(gòu)的安全等級和目標可靠指標

《建筑結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計統(tǒng)一標準》根據(jù)建筑結(jié)構(gòu)破壞后的嚴重程度，將建筑結(jié)構(gòu)劃為三個安全等級：結(jié)構(gòu)安全等級破壞后果建筑物類型設(shè)計使用年限一級很嚴重重要建筑物100年及以上二級嚴重一般建筑物50年三級不嚴重次要建筑物5年及以下

《建筑結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計統(tǒng)一標準》根據(jù)不同的安全等級和破壞類型確定承載能力極限狀態(tài)設(shè)計時的目標可靠指標[β]：

破壞類型安全等級一級二級三級延性破壞3.73.22.7脆性破壞4.23.73.2四、實用設(shè)計表達式

承載能力極限狀態(tài)設(shè)計表達式：

其中—結(jié)構(gòu)的承載力函數(shù)——混凝土、鋼筋的強度設(shè)計值；

——幾何參數(shù)標準值，當(dāng)幾何參數(shù)的變異性對結(jié)構(gòu)性能有明顯不利影響時，可另增減一個附加值。

——結(jié)構(gòu)構(gòu)件的抗力模型不定性系數(shù)，靜力設(shè)計取1.0，對不確定性較大的結(jié)構(gòu)構(gòu)件根據(jù)具體情況取大于1.0的數(shù)值；抗震設(shè)計時應(yīng)用抗震調(diào)整系數(shù)代替正常使用極限狀態(tài)設(shè)計表達式：正常使用極限狀態(tài)計算主要進行變形驗算和裂縫控制驗算S___正常使用極限狀態(tài)的荷載效應(yīng)(變形、裂縫寬度等)組合設(shè)計值C___結(jié)構(gòu)構(gòu)件達到正常使用要求的規(guī)定限值按永久荷載標準值計算的荷載效應(yīng)值按可變荷載標準值

計算的荷載效應(yīng)值可變荷載效應(yīng)

中的最大值永久荷載分項系數(shù)第i個可變荷載

的分項系數(shù)第1個可變荷載

的分項系數(shù)可變荷載的組合值系數(shù)

1）由可變荷載效應(yīng)控制的組合承載能力極限狀態(tài)設(shè)計表達式2）由永久荷載效應(yīng)控制的組合恒荷載

效應(yīng)設(shè)計值活荷載

效應(yīng)設(shè)計值排架、框架簡化規(guī)則（1）由可變荷載效應(yīng)控制的組合（取不利）（2）由永久荷載效應(yīng)控制的組合——不變荷載分項系數(shù)的取值荷載特性分項系數(shù)永久

荷載永久荷載效應(yīng)對結(jié)構(gòu)不利由可變荷載效應(yīng)控制的組合1.2由永久荷載效應(yīng)控制的組合1.35永久荷載效應(yīng)對結(jié)構(gòu)有利1.0傾覆、滑移或飄浮驗算0.9可變

荷載一般情況1.4對標準值大于4kN/m2的工業(yè)房屋樓面結(jié)構(gòu)的活荷載取1.3按永久荷載標準值計算的荷載效應(yīng)值按可變荷載標準值

計算的荷載效應(yīng)值可變荷載效應(yīng)

中的最大值可變荷載的組合值系數(shù)

1）荷載標準組合正常使用極限狀態(tài)設(shè)計表達式相當(dāng)于取消了所以荷載分項系數(shù)2）荷載頻遇組合3）荷載準永久組合第五節(jié)、混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性一、混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性

在正常維護的條件下，預(yù)計使用時期內(nèi)和指定的工作環(huán)境能保證結(jié)構(gòu)滿足既定功能要求的性能。

設(shè)計使用年限進行分類

碳化內(nèi)部因素：混凝土強度、滲透性、

保護層厚度、水泥品種、

標號和用量、外加劑，等外部因素：環(huán)境溫度、濕度、CO2含量

侵蝕性介質(zhì)，等混凝土損傷鋼筋銹蝕粘結(jié)錨固削弱混凝土結(jié)構(gòu)的環(huán)境類別

二、混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計規(guī)定保證耐久性措施a.最小保護層厚度為保證耐久性和鋼筋的粘結(jié)力，對一、二、三類環(huán)境一般建筑結(jié)構(gòu)（設(shè)計工作壽命50年），《規(guī)范》規(guī)定了最小混凝土保護層厚度。對四、五類環(huán)境種的建筑結(jié)構(gòu)，應(yīng)按專門規(guī)定考慮。當(dāng)對結(jié)構(gòu)設(shè)計工作壽命有更高要求時（100年），混凝土保護層厚度應(yīng)乘以1.4或采用表面防護，定期維修等措施。結(jié)構(gòu)混凝土耐久性的基本要求

b.混凝土的要求c.裂縫控制《規(guī)范》根據(jù)結(jié)構(gòu)構(gòu)件所處環(huán)境類別，鋼筋種類對腐蝕的敏感性，以及荷載作用時間，將裂縫控制分為三個等級。對于結(jié)構(gòu)中使用環(huán)境較差的構(gòu)件，宜設(shè)計成可更換或易更換的構(gòu)件。對于暴露在侵蝕性環(huán)境中的結(jié)構(gòu)和構(gòu)件，宜采用帶肋環(huán)氧涂層鋼筋，預(yù)應(yīng)力鋼筋應(yīng)有防護措施。采用有利提高耐久性的高強混凝土。d.其他措施1.已知由永久荷載產(chǎn)生的彎矩標準值Mgk=11kN·m，起控制作用的可變荷載產(chǎn)生的彎矩標準值Mqk=16kN·m，安全等級為二級，求彎矩設(shè)計值。2.某教學(xué)樓樓