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1、第二讲建筑结构设计方法结构设计的目的： 用最经济的手段使结构在规定的时间内和规定的条件下，完成各项预定功能的要求。设计基准期 -为确定可变作用及与时间有关的材料性能取值而选用的时间参数。设计基准期为50 年。在规定时间内 -是指在设计使用年限内只需进行正常的维护而不需进行大修就能按预期的目的使用。设计使用年限 -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。设计使用年限类 别设计使用年限（年）示例15临时性建筑225易于替换结构构件的建筑350普通建筑和构筑物4100纪念性建筑和特别重要的建筑在规定的条件下 -是指房屋在正常设计、 正常施工、正常使用和维护的条件下。各项预定的
2、功能 -包括结构的安全性、适用性、耐久性和整体稳定性。一、结构的可靠性安全性 -要求结构能承受在正常施工和正常使用时可能出现的各种作用，以及在偶然事件发生时和发生后，仍能保持必需的整体稳定性。适用性 -要求结构在正常使用时能保证其具有良好的工作性能，不出现过大的变形和裂缝，不出现共振等。耐久性 -要求结构在正常使用及维护下具有足够的耐久性能，不发生锈蚀和风化现象。结构在规定的时间内和规定的条件下， 完成预定功能的能力称为结构的可靠性。结构在这规定的时间内， 在规定条件下完成预定功能的概率，称为结构的可靠度。结构的可靠度是结构可靠性的概率度量。结构设计时， 应根据结构破坏可能产生的后果的严重性，
3、同的安全等级。采用不建筑结构的安全等级安全等级一级二级三级破坏后果很严重严重不严重建筑物类型重要的房屋一般的房屋次要的房屋建筑物中各类结构构件的安全等级 ,宜与整个结构的安全等级相同，对其中部分结构构件的安全等级可进行调整，但不得低于三级。二、结构的极限状态1、结构极限状态 - 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，此特定状态为该功能的极限状态。2、结构极限状态的分类第一类 -承载能力极限状态。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)
4、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 ) 。第二类 -正常使用极限状态。1) 影响正常使用或外观的变形；2) 影响正常使用或耐久性能的局部损坏 ( 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状态；3、三种设计状况（ 1）、持久状况在结构使用过程中一定出现， 其持续期很长的状况。持续期一般与设计使用年限为同一数量级。（ 2）、短暂状况在结构施工和使用过程中出现概率较大， 而与设计使用年限相比， 持续期很短的状况如施工和维修等。（ 3）、 偶然状况在结构使用过程中出现概率很小，且持续期很短的状况
5、。如火灾、爆炸、撞击等。设计要求：对于三种设计状况，均应进行承载能力极限状态设计；对持久状况，尚应进行正常使用极限状态设计；对短暂状况，可根据需要进行正常使用极限状态设计；对于偶然状况， 可采取下列原则之一按承载能力极限状态进行设计。（ 1）、按作用效应的偶然组合进行设计或采取防护措施，使主要承重结构不致因出现设计规定的偶然事件而丧失承载能力。（ 2）、允许主要承重结构因出现设计规定的偶然事件而局部破坏，但其剩余部分具有在一段时间内不发生连续倒塌的可靠度。三、结构荷载结构可靠性的因素很多， 它们可分为互相对立的两个方面：作用效应和结构抗力。（一）、作用效应结构上的作用是指能使结构产生效应的各种
6、原因的总称。效应是指由作用对结构产生的效果、结局，用S 表示。结构上的作用分直接作用和间接作用。结构上的作用可按下列性质分类：1 按随时间的变异分类：1)、永久作用，在设计基准期内量值不随时间变化，或其变化与平均值相比可以忽略不计的作用2)、可变作用，在设计基准期内其量值随时间变化且其变化与平均值相比不可忽略的作用3)、偶然作用，在设计基准期内不一定出现而一旦出现其量值很大且持续时间很短的作用2 、按随空间位置的变异分类：1)、固定作用在结构上具有固定分布的作用2)、自由作用在结构上一定范围内可以任意分布的作用3、 按结构的反应特点分类：1)、静态作用使结构产生的加速度可以忽略不计的作用2)、
7、动态作用使结构产生的加速度不可忽略不计的作用（二）、结构抗力结构抗力是指结构或结构构件承受作用效应的能力，用R 表示。（三）、结构功能函数当仅有作用效应和结构抗力两个基本变量时，结构按极限状态设计应符合下列要求：Z=R-SZ=R-S0- 可靠Z=R-S=0-极限状态Z=R-S0-失效结构构件承载能力极限状态的可靠指标，不应小于下表的规定。结构构件承载能力极限状态的可靠指标破坏类型安全等级一级二级三级延性破坏3.73.22.7脆性破坏4.23.73.2（四）、荷载类型结构上的荷载，按其作用时间的长短和性质，可分为下列三类：1)、永久荷载 (恒荷载 )指在设计基准期内，其值不随时间变化，或其变化与
8、平均值相比可忽略不计的荷载。如结构自置、土压力等。2)、可变荷载 (活荷载 )指在设计基准期内， 其值随时间发生变化，且变化的程度与平均值相比不可以忽略的荷载。如楼面活荷载(包括人群、家具等 )、屋面活荷载、风荷载、雪荷载、吊车荷载等。3)、偶然荷载指在设计基准期内不一定出现，而一旦出现则量值很大，且持续时间很短的荷载。属于偶然荷载的有地震、爆炸、撞击等。(2)荷载的标准值荷载标准值是结构设计时采用的荷载的基本代表值。实际上，荷载的大小具有不确定性。 例如结构自重， 虽然可以根据设计尺寸及表观密度算出大小，但由于施工时的偏差，材料表现密度的变异性，以致实际重量并不与计算结果完全吻合。至于可变荷
9、载的大小， 则不定的因素更多。在我国现行“混凝土规范”中，永久荷载一般是用数理统计的方法来确定其标准值的， 为安全起见，永久荷载标准值具有较高保证率，一般取为95。而可变荷载则是用数理统计加经验的方法来确定其标准值的，保证率低于永久荷裁。四、结构表达式考虑到实际工程与理论及试验的差异，直接采用标准值 (荷载、材料强度 )进行承载能力设计尚不能保证达到目标可靠指标要求，故在建筑结构可靠度设计统一标准的承载能力设计表达式中，采用了增加“分项系数”的办法。分项系数是按照目标可靠指标并考虑工程经验确定的， 它使计算所得结果能满足可靠度要求。 以下分别介绍荷载分项系数和材料分项系数：作用分项系数 F（包括荷载分项系数 G、Q）和结构构件抗力分项系数 R(或材料性能分项系数 f) ，应根据结构功能函数中基本变量的统计参数和概率分布类型， 通过计算分析， 并考虑工程经验确定。结构重要性系数应按下列规定采用：1 对安全等级为一级或设计使用年限为 100 年及以上的结构构件，不应小于 1.1；2 对安全等级为二级或设计使用年限为50 年的结构构件，不应小于 1.0；3 对安全等级为三级或设计使用年限为5 年的结构构件，不应小于 0.9。注：对设计使用年限为25 年的结构构件，各类材料结构设计规范可根据各自情况确定结构重要性系数o的取值。