第3章（课件）- 《建筑结构》同步教学（大连理工版）

【学习目标】 通过本章的学习，掌握结构上的荷载、荷载效应和结构抗力的概念；学会荷载效应标准值、组合值和准永久值的计算；了解结构的功能要求和极限状态的基本概念；掌握结构构件承载力极限状态和正常使用极限状态的实用设计表达式，以及表达式中各符号所代表的含义；熟悉耐久性设计。 第3章 建筑结构设计方法 【学习重点】 荷载、荷载效应和结构抗力；荷载效应标准值、组合值和准永久值；结构构件承载力极限状态和正常使用极限状态实用设计表达式的应用。 3.1 基本概念 3.1.1 结构上的荷载 作用是指直接施加在结构上的集中力或分布力，以及引起结构外加变形或约束变形的原因。 结构上的荷载按其作用时间的长短和性质不同，可分为以下三类。 1.永久荷载 2.可变荷载 3.偶然荷载 3.1.2 荷载代表值 永久荷载采用标准值作为代表值，可变荷载采用标准值、组合值和准永久值等作为代表值。 1.荷载标准值 （1）永久荷载标准值 （2）可变荷载标准值 2.可变荷载组合值 3.可变荷载准永久值 作用效应S是指在各种作用下使结构或构件内产生的内力、变形和裂缝的总称。当内力和变形由荷载产生时，称为荷载效应。荷载效应和荷载一般近似呈线性关系，即 3.1.3 荷载效应 S=CQ 3.1.4 结构抗力 结构抗力R是指结构或构件能够承受作用效应的能力。 结构抗力是材料性能、截面几何特征以及计算模式的函数。 3.1.5 材料强度设计值 1.钢筋的强度设计值 钢筋的强度设计值为其标准值除以材料分项系数γs 的数值。即 钢筋 预应力筋 2.混凝土的强度设计值 不同强度等级混凝土的强度设计值由强度标准值除以材料分项系数γc确定，即 轴心抗压强度设计值 轴心抗拉强度设计值 3.2 建筑结构的功能和极限状态 3.2.1 结构的功能要求 1.安全性 2.适用性 3.耐久性 结构的安全性、适用性和耐久性统称为结构的可靠性。结构的可靠性用可靠度来进行定量描述，即结构在规定的时间内和规定的条件下完成预定功能的概率，称为结构的可靠度，结构的可靠度是衡量结构可靠性的重要指标。 3.2.2 结构的极限状态 结构在使用期间的工作情况称为结构的工作状态。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，这个特定状态称为该功能的极限状态。 分为：承载能力极限状态和正常使用极限状态。 1.承载能力极限状态 结构或结构构件达到最大承载能力、出现疲劳破坏、发生不适于继续承载的变形或结构局部破坏而引发的连续倒塌。 2.正常使用极限状态 结构或结构构件达到正常使用的某项规定限值或耐久性的某种规定状态。 1.结构的功能函数 当Z>0时，结构处于可靠状态； 当Z=0时，结构处于极限状态； 当Z<0时，结构处于失效状态。 2.极限状态方程 Z=g（R，S）= R－S =0 3.2.3 结构的功能函数与极限状态方程 Z=g（R，S）=R－S 满足 S≤R 3.3.1 结构设计的状况 设计状况是代表一定时段内实际情况的一组设计条件，设计应做到在该组条件下结构不超越有关的极限状态。 （1）持久设计状况 （2）短暂设计状况 （3）偶然设计状况 （4）地震设计状况 3.3 极限状态设计法 1.计算内容 （1）结构构件应进行承载力（包括失稳）计算； （2）直接承受重复荷载的构件应进行疲劳验算； （3）有抗震设防要求时，应进行抗震承载力计算； （4）必要时尚应进行结构倾覆、滑移、漂浮验算； （5）对于可能遭受偶然作用，且倒塌可能引起严重后果的重要结构，宜进行防连续倒塌设计。 3.3.2 承载能力极限状态计算 对于承载能力极限状态，应按荷载的基本组合或偶然组合计算荷载组合的效应设计值，并应采用下列设计表达式进行设计： 2.设计表达式 3.结构重要性系数γ0 建筑结构的安全等级 作用组合的效应设计值Sd是指由可能同时出现的各种荷载设计值所产生的结构内力设计值 (N 、M 、V 、T等)。 荷载设计值是荷载标准值与相应的荷载分项系数的乘积。当两种或两种以上可变荷载同时作用在结构上时，除主导可变荷载外，其他可变荷载标准值还应乘以组合值系数，即采用荷载组合值。荷载分项系数及组合值系数由可靠度分析，并结合工