1、土建結(jié)構(gòu)基本計算原則土建結(jié)構(gòu)基本計算原則學(xué)習(xí)目標學(xué)習(xí)目標 1 1了解建筑結(jié)構(gòu)的功能要求、極限狀態(tài)了解建筑結(jié)構(gòu)的功能要求、極限狀態(tài)和概率極限狀態(tài)設(shè)計方法的基本概念。和概率極限狀態(tài)設(shè)計方法的基本概念。 2 2理解結(jié)構(gòu)的可靠度和可靠指標。理解結(jié)構(gòu)的可靠度和可靠指標。 3 3掌握承載能力極限狀態(tài)和正常使用極掌握承載能力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)實用設(shè)計表達式。限狀態(tài)實用設(shè)計表達式。 4 4理解作用和作用效應(yīng)、結(jié)構(gòu)重要性系理解作用和作用效應(yīng)、結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)。數(shù)。 5 5理解荷載和材料的分項系數(shù)、荷載和理解荷載和材料的分項系數(shù)、荷載和材料強度的標準值及設(shè)計值。材料強度的標準值及設(shè)計值。 學(xué)習(xí)重點學(xué)習(xí)重點

2、1 1建筑結(jié)構(gòu)的功能要求，結(jié)構(gòu)可靠度、失效概建筑結(jié)構(gòu)的功能要求，結(jié)構(gòu)可靠度、失效概率和可靠指標。率和可靠指標。 2 2承載能力和正常使用兩種極限狀態(tài)的意義和承載能力和正常使用兩種極限狀態(tài)的意義和實用設(shè)計表達式。實用設(shè)計表達式。 3 3作用和作用效應(yīng)、結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)、荷載和作用和作用效應(yīng)、結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)、荷載和材料的分項系數(shù)及荷載和材料強度的標準值和材料的分項系數(shù)及荷載和材料強度的標準值和設(shè)計值。設(shè)計值。 學(xué)習(xí)建議學(xué)習(xí)建議 1 1學(xué)習(xí)本章前應(yīng)復(fù)習(xí)隨機變量的統(tǒng)計特征等基學(xué)習(xí)本章前應(yīng)復(fù)習(xí)隨機變量的統(tǒng)計特征等基本知識。本知識。 2 2注意結(jié)構(gòu)設(shè)計使用年限及設(shè)計基準期的規(guī)定。注意結(jié)構(gòu)設(shè)計使用年限及設(shè)計基

3、準期的規(guī)定。 3 3注意正常使用極限狀態(tài)設(shè)計表達式的規(guī)定注意正常使用極限狀態(tài)設(shè)計表達式的規(guī)定. . 2.12.1結(jié)構(gòu)上的作用和結(jié)構(gòu)的承載力結(jié)構(gòu)上的作用和結(jié)構(gòu)的承載力 一一. .結(jié)構(gòu)上的作用結(jié)構(gòu)上的作用 1.1.作用的定義：使結(jié)構(gòu)或構(gòu)件產(chǎn)生效應(yīng)作用的定義：使結(jié)構(gòu)或構(gòu)件產(chǎn)生效應(yīng)內(nèi)力、應(yīng)力、位移等的因素。內(nèi)力、應(yīng)力、位移等的因素。 2.2.作用的分類：作用的分類： （1 1直接作用如荷載）；直接作用如荷載）； （2 2間接作用如溫差、不均勻沉降）間接作用如溫差、不均勻沉降）3.3.荷載的分類荷載的分類（1 1永久荷載：在設(shè)計基準期內(nèi)大小、方向、作永久荷載：在設(shè)計基準期內(nèi)大小、方向、作用點及形式不隨時

4、間變化，或者其變化可忽略不用點及形式不隨時間變化，或者其變化可忽略不計，通常稱為恒載；計，通常稱為恒載；（2 2可變荷載：在設(shè)計基準期內(nèi)大小、方向、作可變荷載：在設(shè)計基準期內(nèi)大小、方向、作用點及形式等任意因素隨時間變化，通常稱為活用點及形式等任意因素隨時間變化，通常稱為活載；載；（3 3偶然荷載：在設(shè)計基準期內(nèi)一般不出現(xiàn)，一偶然荷載：在設(shè)計基準期內(nèi)一般不出現(xiàn)，一旦出現(xiàn)，其值很大且持續(xù)時間很短。旦出現(xiàn)，其值很大且持續(xù)時間很短。4.4.荷載的標準值荷載的標準值（1 1荷載標準值的定義：具有一定概率的最大荷荷載標準值的定義：具有一定概率的最大荷載值；載值；（2 2確定方法：荷載標準值為其平均值減去確

5、定方法：荷載標準值為其平均值減去1.6451.645倍標準差，此時所對應(yīng)的出現(xiàn)概率為倍標準差，此時所對應(yīng)的出現(xiàn)概率為95%95%。二二. .結(jié)構(gòu)的功能要求結(jié)構(gòu)的功能要求1.1.結(jié)構(gòu)的安全等級結(jié)構(gòu)的安全等級（1 1確定原則：根據(jù)破壞后果的嚴重性；確定原則：根據(jù)破壞后果的嚴重性；（2 2等級標準。等級標準。2.22.2結(jié)構(gòu)的功能要求結(jié)構(gòu)的功能要求一、結(jié)構(gòu)的使用年限一、結(jié)構(gòu)的使用年限（1 1結(jié)構(gòu)使用年限的概念：結(jié)構(gòu)保持規(guī)定的可結(jié)構(gòu)使用年限的概念：結(jié)構(gòu)保持規(guī)定的可靠性的時間；靠性的時間；（2 2結(jié)構(gòu)使用年限的規(guī)定：結(jié)構(gòu)使用年限的規(guī)定：A.A.一般房屋結(jié)構(gòu)為一般房屋結(jié)構(gòu)為5050年；年；B.B.橋梁結(jié)構(gòu)

6、和水工結(jié)構(gòu)超過橋梁結(jié)構(gòu)和水工結(jié)構(gòu)超過5050年，可根據(jù)業(yè)主要年，可根據(jù)業(yè)主要求確定；求確定；C.C.結(jié)構(gòu)使用時間超過規(guī)定的年限后，可靠性降低，結(jié)構(gòu)使用時間超過規(guī)定的年限后，可靠性降低，但不一定不能用。但不一定不能用。二、建筑結(jié)構(gòu)的功能要求二、建筑結(jié)構(gòu)的功能要求（1 1安全性：在使用年限期間能承受各種作安全性：在使用年限期間能承受各種作用；用；（2 2適用性：在使用年限期間能良好工作；適用性：在使用年限期間能良好工作；（3 3耐久性：在使用年限期間保持安全和適耐久性：在使用年限期間保持安全和適用。用。2.32.3結(jié)構(gòu)功能的極限狀態(tài)結(jié)構(gòu)功能的極限狀態(tài)1.1.極限狀態(tài)的一般定義：結(jié)構(gòu)或構(gòu)件不能滿極限

7、狀態(tài)的一般定義：結(jié)構(gòu)或構(gòu)件不能滿足某一功能要求的特定狀態(tài)；足某一功能要求的特定狀態(tài)；2.2.極限狀態(tài)的物理意義：未達到極限狀態(tài)則極限狀態(tài)的物理意義：未達到極限狀態(tài)則處于有效狀態(tài)；超過極限狀態(tài)則處于失效狀處于有效狀態(tài)；超過極限狀態(tài)則處于失效狀態(tài)。態(tài)。3.3.極限狀態(tài)的分類極限狀態(tài)的分類（1 1承載力極限狀態(tài)：結(jié)構(gòu)或構(gòu)件喪失承載能力承載力極限狀態(tài)：結(jié)構(gòu)或構(gòu)件喪失承載能力或不能繼續(xù)承載的狀態(tài)；其主要表現(xiàn)為材料破壞、或不能繼續(xù)承載的狀態(tài)；其主要表現(xiàn)為材料破壞、喪失穩(wěn)定或結(jié)構(gòu)機動。喪失穩(wěn)定或結(jié)構(gòu)機動。（2 2正常使用極限狀態(tài)：結(jié)構(gòu)或構(gòu)件達到正常使正常使用極限狀態(tài)：結(jié)構(gòu)或構(gòu)件達到正常使用時的規(guī)定限值的狀態(tài)

8、；其主要表現(xiàn)為過大變形、用時的規(guī)定限值的狀態(tài)；其主要表現(xiàn)為過大變形、裂縫過寬或較大振動；裂縫過寬或較大振動；（3 3兩種極限狀態(tài)之間的關(guān)系：結(jié)構(gòu)或構(gòu)件兩種極限狀態(tài)之間的關(guān)系：結(jié)構(gòu)或構(gòu)件必須進行承載力極限狀態(tài)計算，必要時進行必須進行承載力極限狀態(tài)計算，必要時進行正常使用極限狀態(tài)驗算。正常使用極限狀態(tài)驗算。4.4.極限狀態(tài)方程極限狀態(tài)方程（1 1極限狀態(tài)函數(shù)：極限狀態(tài)函數(shù)：Z=R-SZ=R-S 上式中，上式中，R R表示結(jié)構(gòu)構(gòu)件抗力，它與材料表示結(jié)構(gòu)構(gòu)件抗力，它與材料的力學(xué)指標及材料用量有關(guān)；的力學(xué)指標及材料用量有關(guān)；S S表示作用荷表示作用荷載效應(yīng)及其組合，它與作用的性質(zhì)有關(guān)；載效應(yīng)及其組合，它

9、與作用的性質(zhì)有關(guān)；（2 2極限狀態(tài)函數(shù)中各量的數(shù)學(xué)意義：極限狀態(tài)函數(shù)中各量的數(shù)學(xué)意義： R R和和S S均可視為隨機變量，均可視為隨機變量，Z Z為復(fù)合隨機變?yōu)閺?fù)合隨機變量，它們之間的運算規(guī)則應(yīng)按概率理論進行。量，它們之間的運算規(guī)則應(yīng)按概率理論進行。（3 3極限狀態(tài)函數(shù)的物理意義：極限狀態(tài)函數(shù)的物理意義： Z=R-S0Z=R-S0，結(jié)構(gòu)處于可靠狀態(tài)；，結(jié)構(gòu)處于可靠狀態(tài)； Z=R-S=0Z=R-S=0，結(jié)構(gòu)處于極限狀態(tài)；，結(jié)構(gòu)處于極限狀態(tài)； Z=R-S0Z=R-S0，結(jié)構(gòu)處于失效狀態(tài)；，結(jié)構(gòu)處于失效狀態(tài)；2.42.4按近似概率的極限狀態(tài)設(shè)計法按近似概率的極限狀態(tài)設(shè)計法一一. .結(jié)構(gòu)的可靠度結(jié)構(gòu)的

10、可靠度（1 1傳統(tǒng)方法存在的問題：缺乏科學(xué)性傳統(tǒng)方法存在的問題：缺乏科學(xué)性（2 2發(fā)展方向：應(yīng)采用概率來描述結(jié)構(gòu)的發(fā)展方向：應(yīng)采用概率來描述結(jié)構(gòu)的可靠性。可靠性。 （3 3結(jié)構(gòu)的可靠性：結(jié)構(gòu)在規(guī)定的時間內(nèi)結(jié)構(gòu)的可靠性：結(jié)構(gòu)在規(guī)定的時間內(nèi)和規(guī)定的條件下完成預(yù)定功能的能力；和規(guī)定的條件下完成預(yù)定功能的能力；（4 4結(jié)構(gòu)的可靠度：結(jié)構(gòu)在規(guī)定的時間內(nèi)和結(jié)構(gòu)的可靠度：結(jié)構(gòu)在規(guī)定的時間內(nèi)和規(guī)定的條件下完成預(yù)定功能的概率；規(guī)定的條件下完成預(yù)定功能的概率；（5 5規(guī)定的時間：設(shè)計基準期；規(guī)定的時間：設(shè)計基準期；（6 6規(guī)定的條件：正常設(shè)計、正常施工和正規(guī)定的條件：正常設(shè)計、正常施工和正常使用。常使用。二二.

11、.可靠指標和失效概率可靠指標和失效概率（1 1失效概率的求解根據(jù)極限狀態(tài)函數(shù)，由概失效概率的求解根據(jù)極限狀態(tài)函數(shù)，由概率論可知如下關(guān)系成立：率論可知如下關(guān)系成立： (a) (a) ，為失效概率；，為失效概率； (b) (b) ，為可靠概率；，為可靠概率； (c) (c) ，失效和可靠一定發(fā)生。，失效和可靠一定發(fā)生。0ZfdZfp0ZsdZfp1ppsf（2 2求解上述概率存在的困難求解上述概率存在的困難A.A.概率密度函數(shù)很難確定或不可積分；概率密度函數(shù)很難確定或不可積分；B.B.上述積分運算較繁瑣，不便于工程設(shè)計。上述積分運算較繁瑣，不便于工程設(shè)計。（3 3關(guān)于可靠指標關(guān)于可靠指標A.A.物

12、理意義：簡化積分運算；物理意義：簡化積分運算；B.B.計算公式：計算公式： 式式2-12-1）；）；C.C.幾何意義：幾何意義：P14P14圖圖2-12-1；D.D.可靠指標與失效概率的數(shù)量關(guān)系：可靠指標與失效概率的數(shù)量關(guān)系：P14P14表表2-12-1；)(22SRSRzzE.E.關(guān)于目標可靠指標關(guān)于目標可靠指標 a.a.目標可靠指標：結(jié)構(gòu)設(shè)計必須達到的指目標可靠指標：結(jié)構(gòu)設(shè)計必須達到的指標；標； b.b.目標可靠指標的確定：校準法；目標可靠指標的確定：校準法； c.c.目標可靠指標與安全等級的關(guān)系：目標可靠指標與安全等級的關(guān)系： d.d.延性破壞：破壞前有預(yù)兆；延性破壞：破壞前有預(yù)兆； e

13、.e.脆性破壞：破壞前無預(yù)兆。脆性破壞：破壞前無預(yù)兆。2.5實用設(shè)計表達式實用設(shè)計表達式一一.承載能力極限狀態(tài)設(shè)計表達式承載能力極限狀態(tài)設(shè)計表達式 （2-4）上式的物理意義為：荷載效應(yīng)設(shè)計值不超過抗力上式的物理意義為：荷載效應(yīng)設(shè)計值不超過抗力的設(shè)計值；的設(shè)計值；上式中各符號的意義見上式中各符號的意義見P.20RSoiKCiQin2iQiK11Q1QKGGQCQCGCS),f,f(RRkcckssk二二. .關(guān)于承載能力極限狀態(tài)設(shè)計表達式的可靠性關(guān)于承載能力極限狀態(tài)設(shè)計表達式的可靠性1.1.可靠性的評價包含在三類分項系數(shù)之中，即結(jié)可靠性的評價包含在三類分項系數(shù)之中，即結(jié)構(gòu)構(gòu)件重要性系數(shù)構(gòu)構(gòu)件重要

14、性系數(shù) ； 荷載分項系數(shù)荷載分項系數(shù) ； 材料分項系數(shù)材料分項系數(shù) ；2.2.分項系數(shù)的確定原則：由實用設(shè)計表達式求得分項系數(shù)的確定原則：由實用設(shè)計表達式求得的可靠指標滿足目標可靠指標的要求。的可靠指標滿足目標可靠指標的要求。3.3.引入分項系數(shù)的原因：利用積分求解失效概率引入分項系數(shù)的原因：利用積分求解失效概率困難、計算可靠指標麻煩且不便工程師設(shè)計。困難、計算可靠指標麻煩且不便工程師設(shè)計。oQiG,cs,三三. .正常使用極限狀態(tài)設(shè)計表達式正常使用極限狀態(tài)設(shè)計表達式1.1.表達式：類似承載力極限狀態(tài)表達式，但表達式：類似承載力極限狀態(tài)表達式，但是將分項系數(shù)全取為是將分項系數(shù)全取為1.01.0；2.2.理由：正常使用極限狀態(tài)僅用于驗算，所理由：正常使用極限狀態(tài)僅用于驗算，所以可降低可靠度；以可降低可靠度；3.63.6按極限狀態(tài)設(shè)計時材料強度和荷載的按極限狀態(tài)設(shè)計時材料強度和荷載的取值取值1.1.材料強度標準值等于其均值減去材料強度標準值等于其均值減去1.6451.645倍倍標差；由概率論知，保證率為標差；由概率論知，保證率為95%95%；2.2.荷載標準值等于其均值加上荷載標準值等于其均值加上1.6451.645倍標準倍標準差；由概率論知，保證率為差；由概率論知，保證率為95%95%；3.3.材料和荷載分項系數(shù)根據(jù)目標可靠指標確定，材料和荷載