建筑力学 建筑结构设计的基本原理 学习情景十二、建筑结构设计计算原理.doc

学习情境十二 建筑结构设计的基本原理 【知识点】荷载的分类，荷载代表值，分项系数，结构设计的两个极限状态。 【教学目标】掌握荷载的分类情况，掌握两种极限状态的概念，了解荷载分项系数的概念，掌握安全等级的定义。 【引例】 当结构超过承载力极限状态时会发生什么情况（如图12-1）？ 图12-1 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 问题与思考：学习本章知识会回答上述问题。 子情境一 结构设计中的荷载 一、 荷载分类 （1）永久荷载。在设计基准期内，其值不随时间变化，或者其变化与平均值相比可忽略不计的荷载称为永久荷载。永久荷载也称为恒荷载。 （2）可变荷载。在设计基准期内，其值随时间变化，且其变化值与平均值相比不可忽略的荷载称为可变荷载。可变荷载也称为活荷载。 （3）偶然荷载。偶然荷载是指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荷载，如爆炸力、撞击力等。 设计基准期是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，它不等同于建筑结构的设计使用年限。《建筑结构设计可靠度统一标准》所考虑的荷载统计参数，都是按设计基准期为50年确定的，如设计时需采用其他设计基准期，则必须另行确定在设计基准期内最大荷载的概率分布及相应的统计参数。 二、荷载代表值 进行结构设计时，对荷载应赋予一个规定的量值，该量值即所谓荷载代表值. 永久荷载采用标准值为代表值，可变荷载采用标准值、组合值、频遇值或准永久值为代表值。 荷载的标准值：出现概率具有95%的保证率对应的荷载取值，即大于该取值的概率不大于5%。 荷载的组合值：两种或两种以上可变荷载同时作用于结构上时，所有可变荷载同时达到其单独出现时可能达到的最大值的概率极小，因此，除主导荷载（产生最大效应的荷载）仍可以其标准值为代表值外，其他伴随荷载均应以小于标准值的荷载值为代表值，此即可变荷载组合值。可变荷载组合值可表示为ψcＱk。其中ψc为可变荷载组合值系数，其值按表12.1、表12.2查取。 可变荷载频遇值是指在设计基准期内被超越的总时间仅为设计基准期一小部分的荷载值可变荷载频遇值可表示为ψfＱk。其中ψf为可变荷载频遇值系数，其值按表12.1、表12.2查取。 可变荷载准永久值是指在设计基准期内经常达到或超过的荷载值，它对结构的影响类似于永久荷载。可变荷载准永久值可表示为ψqＱk，其中Ｑk为可变荷载标准值，ψq为可变荷载准永久值系数。ψq的值见表12-1、表12-2。 表12-1 民用建筑楼面均布活荷载标准值及其组合值、频遇值和准永久值系数 表12-2屋面均布活荷载标准值及其组合值、频遇值和准永久值系数 子情境二 结构极限状态设计方法 一、 结构的功能与极限状态 结构设计的目的：是要使所设计的结构在规定的设计使用年限内能完成预期的全部功能要求。所谓设计使用年限，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。换言之，设计使用年限就是房屋建筑在正常设计、正常施工、正常使用和维护下所应达到的持久年限。结构的设计使用年限应按表11.3采用。 建筑结构的功能是指建筑结构在规定的设计使用年限内应满足安全性、适用性和耐久性三项功能要求。 安全性指结构在正常施工和正常使用的条件下，能承受可能出现的各种作用；在设计规定的偶然事件（如强烈地震、爆炸、车辆撞击等）发生时和发生后，仍能保持必需的整体稳定性，即结构仅产生局部的损坏而不致发生连续倒塌。 适用性指结构在正常使用时具有良好的工作性能。例如，不会出现影响正常使用的过大变形或振动，不会产生使使用者感到不安的裂缝宽度等。 耐久性指在正常维护条件下结构能够正常使用到规定的设计使用年限。例如，结构材料不致出现影响功能的损坏，钢筋混凝土构件的钢筋不致因保护层过薄或裂缝过宽而锈蚀等。 结构的安全性、适用性和耐久性概括起来称为结构的可靠性，它是结构在规定时间内和规定条件下完成预定功能的能力。但在各种随机因素的影响下，结构完成预定功能的能力不能事先确定，只能用概率来描述。为此，我们引入结构可靠度的概念，即结构在规定时间内和规定条件下完成预定功能的概率。结构的可靠度是结构可靠性的概率度量，即对结构可靠性的定量描述。结构可靠度与结构使用年限长短有关。 《建筑结构可靠度设计统一标准》（GB50068—2001）（以下简称《统一标准》）以结构的设计使用年限为计算结构可靠度的时间基准。 当结构的使用年限超过设计使用年限后，并不意味着结构就要报废，但其可靠度将逐渐降低。还应强调说明的是结构的设计使用年限不等同于设计基准期。 表12.3 结构的设计使用年限分类 类别 设计使用年限（年） 示例 1 5 临时性结构 2 25 易于替换的结构构件 3 50 普通房屋和