2022/10/27第三章混混凝土結結構基本設設計原則2022/10/27本章重點理解結構上上的作用、、作用效應應和結構抗抗力的概念念及其隨機機特性；了解混凝土結構構設計方法法的理論基基礎——可靠度理論；掌握我國規范的的設計方法法——概率極限狀狀態設計法法。2022/10/271.混凝土結構構定義與分分類結構：由不同受受力構件組組成的承受受各種外部部作用的骨骨架按空間位置置和力的傳傳遞關系分分為：水平承重結結構、豎向向承重結構構、地下承承重結構一、結構構的功能要要求2022/10/272.結構上的作作用、作用用效應和結結構抗力作用直接作用間接作用：指施加在在結構上的的荷載，如如恒荷載、、風荷載等等：指引起結結構外加變變形和約束束變形的其其它作用，，如地基沉沉降、溫度度變化、混混凝土收縮縮等。作用的分類類結構的反應應特點分靜態作用：：使結構產生生的加速度度可以忽略略不計的作作用，如自自重動態作用：：使結構產生生的加速度度不可忽略略的作用，，如地震、、吊車荷載載等一、結構構的功能要要求2022/10/27一、結構構的功能要要求按時間變異異性分永久作用：：在設計基準準期內量值值基本不變變，如自重重、土壓力力等可變作用：：在設計基準準期內量值值隨時間變變化且其變變化與平均均值相比不不可忽略，，如樓面活活荷載、吊吊車荷載等等偶然作用：：在設計基準準期內不一一定出現，，而一旦出出現，其量量值很大且且持續時間間很短的作作用，如地地震、爆炸炸、沖擊等等按空間位置置的變異性性分固定作用：：在結構上具具有固定的的分布，如如自重、固固定設備荷荷載等可動作用：：在結構上一一定范圍內內可任意分分布的作用用，如人群群荷載2022/10/27作用效應和和結構抗力力指作用引起的結構或構件的內力、變形和裂縫等指結構或構件承受作用效應的能力，如承載力、剛度和抗裂度等一、結構構的功能要要求2022/10/273.結構構設設計計中中的的不不確確定定性性a.恒載載g與構構件件尺尺寸寸、、材材料料容容重重等等有有關關b.活載載q的數數值值是是隨隨時時在在變變化化的的c.計算算跨跨度度l的不不準準確確a.材料料強強度度fy和fc的離離散散b.截面面尺尺寸寸h0和b的施施工工誤誤差差不一一定定安安全全（（可可靠靠））!g+q雖設設計計保保證證一、、結結構構的的功功能能要要求求隨機機變變量量2022/10/27一、、結結構構的的功功能能要要求求2022/10/27一、、結結構構的的功功能能要要求求結構構設設計計的的目的的：在在一一定定的的經經濟濟條條件件下下，，使使結結構構在在預預定定的的使使用用期期限限內內能能滿滿足足設設計計所所預預期期的的各各種種功功能能要要求求，，包包括括安全全性性、、適適用用性性和和耐耐久久性性。3.結構構的的功功能能要要求求◆安全全性性Safety結構構在在正常常設設計計、、施施工工、、使使用用情情況況下下能承承受受可可能能出出現現的的各各種種直接接作作用用和和間間接接作作用用，如如施施加加的的荷荷載載、、外外加加變變形形、、約約束束變變形形;在偶偶然然事事件件（如如地地震震、、校校核核洪洪水水位位等等））發生生時時和和發發生生后后，結結構構仍仍能能保持持必必需需的的承承載載力力和和穩穩定定性性，不不致致發發生生倒倒塌塌或或連連續續破破壞壞而而造造成成生生命命財財產產的的嚴嚴重重損損失失。。◆適用用性性Serviceability結構構在在正正常常使使用用荷荷載載作作用用下下具具有有良好好的的工工作作性性。如如不不產產生生影影響響使使用用的的過大大變變形形或或振振幅幅，不不發發生生足足以以讓讓使使用用者者感感到到不不安安的的過過寬寬的的裂裂縫縫等等。。◆耐久久性性Durability結構構在在正正常常使使用用、、維維護護條條件件下下應應有有足足夠夠的的耐耐久久性性。完完好好使使用用到到設設計計規規定定的的年年限限。。如如，，混混凝凝土土不不發發生生嚴嚴重重風風化化、、腐腐蝕蝕、、脫脫落落，，鋼鋼筋筋不不發發生生銹銹蝕蝕等等。。可靠性2022/10/27一、、結結構構的的功功能能要要求求4.結構構的的可可靠靠性性與與安安全全等等級級可靠靠性性：結結構構或或構構件件在在規規定定的的時時間間內內，，規規定定的的條條件件下下完完成成預預定定功功能能的的能能力力。。設計使用年限設計計使使用用年年限限是設設計計規規定定的的結結構構或或構構件件不不需需進進行行大大修修就就能能按按預預期期目目的的使使用用、、完完成成預預定定功功能能的的時時期期，，即結結構構在在規規定定的的條條件件下下所所應應達達到到的的使使用用年年限限。。設計計基基準準期期為確確定定可可變變作作用用及及與與時時間間有有關關的的材材料料性性能能等等取取值值而而選選用用的的時時間間參參數數。。2022/10/27可靠靠性性：指結結構構在在規規定定的的時時間間內內，，在在規規定定的的條條件件下下，，完完成成預預定定功功能能的的能能力力。。可靠靠度度：結構構在在規規定定的的時時間間內內，，在在規規定定的的條條件件下下，，完完成成預預定定功功能能的的概概率率。。規定的條件正常設計、施工、使用和維護條件下安全性、適用性、耐久性預定功能一、、結結構構的的功功能能要要求求2022/10/27一、、結結構構的的功功能能要要求求可靠靠性性與與經經濟濟性性相相協協調調安全等級破壞后果建筑物類型一級很嚴重重要建筑二級嚴重一般建筑三級不嚴重次要建筑根據據破破壞壞后后果果的的嚴嚴重重性性，，將將建建筑筑物物劃劃分分為為三三個個安全全等等級級。2022/10/27二、結結構的極極限狀態態1.極限狀態態定義與與分類承載能力力極限狀狀態：結構或構構件達到到最大承承載能力力或不適適于承載載的過大大變形。。若整個結結構或結結構的一一部分超超過某一一特定狀狀態就不不能滿足足設計規規定的某某一功能能要求，，此狀態態即為該該功能的的極限狀狀態。承載能力力極限狀狀態和正常使用用極限狀狀態。（1）整個結構或結構的一部分作為剛體失去平衡（如傾覆等）。（2）結構構件或連接發生材料強度破壞，或因過度變形而不適于繼續承載。（3）結構轉變為機動體系。（4）結構或構件喪失穩定（如壓屈等）。（5）地基喪失承載能力而破壞（如失穩等）。正常使用用極限狀狀態：結構或構構件達到到正常使使用或耐耐久性能能的某項項規定的的限值。。（1）影響正常使用或外觀的變形。（2）影響正常使用或耐久性能的局部破壞（包括裂縫）。（3）影響正常使用的振動。（4）影響正常使用的其他特定狀態。2022/10/27結構的極極限狀態態(limitstate)臨界狀態正常使用極限狀態適用性、耐久性承載能力極限狀態安全性二、結結構的極極限狀態態2022/10/272、結構的的功能函函數和極極限狀態態方程結構構件件的工作作狀態可可用包括括各有關關變量在在內的結結構功能能函數來來表達。。——極限狀態態方程

當功能函數中僅包括作用效應和結構抗力兩個基本變量時，可得——功能函數數

當時，結構處于可靠狀態

當時，

當時，結構處于失效狀態結構處于極限狀態二、結結構的極極限狀態態方程和和可靠度度2022/10/27三、概概率極限限狀態設設計法1.結構可靠靠度和失失效概率率作用效應應和結構構抗力均均為隨機的，結構滿滿足或不不滿足其其功能要要求的事事件也是是隨機的的。結構在規規定的時時間內、、規定條條件下，，完成預預定功能能的概率率稱為可靠概率率（Ps），亦稱稱為結構構可靠度，是結構可可靠性的的概率度度量；出現不不滿足功功能要求求的概率率稱為失效概率率（Pf）。2022/10/27---均值：表示隨機機變量取值的集集中位置置---標準差：：表示隨機機變量的的離散程程度---變異系數數：反映相對對離散程程度概率知識識三、概概率極限限狀態設設計法2022/10/27由于作用用效應S和結構抗抗力R都是隨機機變量，，要絕對對保證R總是大于于S是不可能能的。三、概概率極限限狀態設設計法2022/10/27

當結構功能函數中僅有兩個獨立的隨機變量和，且都服從正態分布時，功能函數的概率密度曲線如圖所示。

功能函數的概率密度曲線

結構的失效概率可直接通過的概率（圖中陰影面積）來表達，即三、概概率極限限狀態設設計法2022/10/27

f(Z)bszmzpfZ=R-S2.結構的可可靠指標標假設R、S相互獨立立，均服服從正態態分布，，則R、S的統計規規律不充充分，Pf不易計算算，用可可靠指標標代替均值越大大，β越大，結結構越可可靠；標標準差越越小，β越大，結結構越可可靠三、概概率極限限狀態設設計法2022/10/27設計規范范所規定定的、作作為設計計結構或或結構構構件時所所應達到到的可靠靠指標，，稱為設計可靠靠指標，又稱為為目標可靠靠指標。3、目標可靠指標結構構件承載能力極限狀態的目標可靠指標按正常使使用極限限狀態設設計時的的可靠指指標遠低于按承載能能力極限限狀態設設計時的的可靠指指標。三、概概率極限限狀態設設計法2022/10/27將極限狀狀態方程程轉化為為以基本變變量（荷荷載和材材料強度度）代表表值和相相應的分分項系數數來表示示的設計計表達式式即可滿足足目標可可靠指標標。四、極限限狀態設設計表達達式過于繁瑣瑣實用設計計表達式式2022/10/27以基本變變量的代表值和分項項系數表表達的概概率極限限狀態設設計表達達式荷載標準準值可由由設計基基準期最最大荷載載概率分分布的某某一分位位值確定定。荷載的標標準值－－－荷荷載基本本代表值值荷載是隨隨機變量量，任何何一種荷荷載都具具有程度度不同的的變異性性。永久荷載載標準值值：按結構設設計規定定的尺寸寸和材料料容重確確定。Gk可變荷載載標準值值各類可變荷載標準值及各種材料容重可由《荷載規范》查取。Qk樓面：≥2KN/m2屋面：不上人0.5KN/m2上人2.0KN/m2屋頂花園園3.0KN/m2四、極限限狀態設設計表達達式1.荷載代表表值：標準值、、設計值值、準永永久值和和組合值值等2022/10/27四、極限限狀態設設計表達達式荷載設計計值與荷荷載分項項系數在承載能力力極限狀狀態設計中，，為充分分考慮荷荷載的離離散性及及計算內內力時進進行簡化化所帶來來的不利利影響，，需對荷荷載標準準值乘以一個大于于1.0的系數，，稱為荷載分項項系數。設計時，，查得荷荷載標準準值，并并乘以荷荷載分項項系數作作為設計計的荷載載取值（（荷載的設設計值），進行行內力計計算和截截面設計計。荷載設計計值＝荷荷載標準準值×荷載分項項系數2022/10/27在正常使用用極限狀狀態計算中，，要考慮慮荷載長期效應應的影響。。可變荷載載時有時無無，時大大時小，，但若達達到或超超過某一值的可變荷荷載出現現次數較較多、持持續時間間較長，，以致其其累計的的總持續續時間與與整個設設計基準準期的比比值已達達到一定定值（一一般取為為0.5），則該該值便稱稱為荷載載準永久久值。荷載的準準永久值值四、極限限狀態設設計表達達式

可變荷載的準永久值記為，為準永久值系數，小于等于1.0。荷載的組組合值

可變荷載的組合值記為，是當結構承受兩種或兩種以上可變荷載時，設計采用的一種可變荷載代表值，為荷載組合系數。2022/10/27強度標準準值四、極限限狀態設設計表達達式2.材料強度度的取值值：標準準值和和設計計值材料強強度標標準值值應根根據符符合規規定質質量的的材料料強度度的概概率分分布的的某一一分位位值確確定。。一般般取具具有95％保證證率的的材料料強度度值。。－－－－材料料強度度基本本代表表值2022/10/27為充分分考慮慮材料料的離離散性性和施施工中中不可可避免免的偏偏差所所帶來來的不不利影影響，，將強強度標標準值值除以一個大大于1.0的系數數，這這個系系數稱稱為材料分分項系系數，得到到的強強度即即為強度設設計值值。四、極極限狀狀態設設計表表達式式強度設設計值值2022/10/27偶然狀狀況短暫狀狀況建筑結結構設設計時時，應應根據據結構構在施施工和和使用用中的的環境境條件件和影影響，，區分分下列列三種種設計計狀況況：持久狀狀況在結構構使用用過程程中一一定出出現，，持續續時間間較長長的狀狀況在結構構施工工和使使用過過程中中出現現概率率較大大，而而與設設計使使用年年限相相比持持續時時間很很短的的狀況況在結構構使用用過程程中出出現概概率很很小，，且持持續期期很短短的狀狀況均應進進行承承載能能力極極限狀狀態設設計；；對持持久狀狀況，，尚應應進行行正常常使用用極限限狀態態設計計；對對短暫暫狀況況，可可根據據需要要進行行正常常使用用極限限狀態態設計計——————3.結構的的設計計狀況況四、極極限狀狀態設設計表表達式式2022/10/27計算荷荷載效效應S時，取取足夠夠大的的荷載載值，，多種種荷載載同時時作用用時考考慮荷荷載的的合理理組合合；在計算算結構構的抗抗力R時，取取足夠夠低的的強度度指標標；對安全全等級級不同同的建建筑結結構，，采用用一個個重要性性系數數進行調調整。。四、極極限狀狀態設設計表表達式式4.承載能能力極極限狀狀態設設計表表達式式2022/10/27四、極極限狀狀態設設計表表達式式γ0——結構構構件的的重要要性系系數。。安全全等級級為一一級，，不小小于1.1，二級級，不不小于于1，三級級，不不小于于0.9。S——承載能能力極極限狀狀態的的荷載載效應應（內內力））組合合的設設計值值。R——結構構構件的的承載載力設設計值值。fs、fc——鋼筋、、混凝凝土的的強度度設計計值。ak——幾何參參數的的標準準值。2022/10/27γG——永久荷荷載分分項系系數，，當荷荷載對對承載載力不不利時時對由由可變變荷載載效應應控制制的組組合取取1.2，對由由永久久荷載載控制制的組組合取取1.35；有利利時，，不應應大于于1.0。γQ1、γQi——第一個個和第第i個可變變荷載載分項項系數數，當當荷載載對承承載力力不利利時取取1.4；有利利時，，取0。SQik——第i個可變荷荷載標標準值值的效效應。SQ1k——在基本本組合合中其其控制制作用用的一一個可可變荷荷載標標準值值的效效應。SQik——第i個可變荷載的組合系數，不應大于1.0；對于式（2）一般取0.9，若只有一個可變荷載取1.0。四、極極限狀狀態設設計表表達式式荷載效效應組組合基本組組合SGk——永久荷荷載標標準值值的效效應。由可變變荷載載控制制的組組合由永久荷載控制的組合2022/10/27四、極極限狀狀態設設計表表達式式偶然作作用的的代表表值不不乘分分項系系數；；與偶偶然作作用同同時出出現的的可變變荷載載，應應根據據觀測測資料料和工工程經經驗采采用適適當的的代表表值。。具體體的設設計表表達式式及各各種系系數應符合合專門門規范范的規規定。例如如，當當考慮慮地震震作用用時，，應按按《建筑抗抗震設設計規規范》GB50011確定。。偶然組組合荷載效效應組組合2022/10/27C——結構構構件達達到正正常使使用要要求所所規定定的限限值。達到或或超過過正常常使用用極限限狀態態的危危害較較承載載力不不足小小，可可降低低要求求：對對于荷荷載與與材料料強度度均采采用標準值值（不需需乘荷荷載分分項系系數或或除材材料分分項系