《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計原理》第三章課堂筆記

念書破萬卷下筆若有神《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計原理》第三章混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計方法講堂筆錄依據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)《建筑結(jié)構(gòu)靠譜度設(shè)計一致標(biāo)準(zhǔn)》GB50068一2001以下簡稱《標(biāo)準(zhǔn)》確立的原則，混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計采納以概率理論為基礎(chǔ)的極限狀態(tài)設(shè)計方法二本章介紹混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計方法的基本源則。要點難點現(xiàn)行規(guī)范采納的是鑒于概率理論的極限狀態(tài)設(shè)計方法。作用效應(yīng)和結(jié)構(gòu)抗力都是隨機變量。極限狀態(tài)設(shè)計法的基本見解:結(jié)構(gòu)的功能要求、靠譜性、靠譜度、無效概率、靠譜指標(biāo)、作用效應(yīng)、結(jié)構(gòu)抗力、分項系數(shù)、荷載代表值。概率極限狀態(tài)設(shè)計式及各符號取值、意義。學(xué)習(xí)要求1、認(rèn)識結(jié)構(gòu)的功能、極限狀態(tài)及結(jié)構(gòu)靠譜度的基本見解。2、掌握結(jié)構(gòu)設(shè)計中基本術(shù)語的定義，比方:設(shè)計基準(zhǔn)期，結(jié)構(gòu)上的作用，作用效應(yīng)，結(jié)構(gòu)抗力，荷載代表值，砼和鋼筋的標(biāo)準(zhǔn)強度和設(shè)計強度。3、掌握結(jié)構(gòu)構(gòu)件承載能力和正常使用極限狀態(tài)的設(shè)計表達(dá)式，理解式中各符號代表的意義及取值。一、建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的幾個基本見解（一）結(jié)構(gòu)設(shè)計與概率理論的關(guān)系結(jié)構(gòu)設(shè)計需要保證其安全靠譜、經(jīng)濟(jì)合理。結(jié)構(gòu)設(shè)計中存在多種不確立性。研究不確立性的隨機事件就得借助概率論。結(jié)構(gòu)設(shè)計方法就是研究工程設(shè)計中的各樣不確立性問題，獲得安全靠譜與經(jīng)濟(jì)合理之間的均衡。（二）建筑結(jié)構(gòu)的功能要求建筑結(jié)構(gòu)在正常設(shè)計、正常施工、正常使用和正常維修條件下的功能要求，有以下三個:1、適用性：內(nèi)應(yīng)能知足預(yù)約使用要求2、安全性：設(shè)計使用年限內(nèi)應(yīng)能承受各樣可能作用3、長久性:設(shè)計使用年限內(nèi)應(yīng)有足夠的長久性1）結(jié)構(gòu)的適用性：建筑結(jié)構(gòu)在其設(shè)計使用年限內(nèi)，在正常使用條件下應(yīng)能知足預(yù)約的使用要求，并擁有優(yōu)秀的工作性能，其變形、裂痕或振動等性能均不超出規(guī)定的限度:.如不發(fā)生影響正常使用的過大的變形(撓度、側(cè)移)、振動(頻率、振幅)，或產(chǎn)生讓使用者感覺不安的過大的裂痕寬度。結(jié)構(gòu)的設(shè)計使用年限，是指設(shè)計規(guī)定的結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件不需進(jìn)行大修即可按其預(yù)約目的使用的時期二《標(biāo)準(zhǔn)》采納的設(shè)計使用年限為:暫時性結(jié)構(gòu):5年易于取代的結(jié)構(gòu)構(gòu)件:25年一般房子和修建物:50年紀(jì)念性建筑和特別重要的建筑結(jié)構(gòu):100年（2）結(jié)構(gòu)的安全性：建筑結(jié)構(gòu)在其設(shè)計使用年限內(nèi)（一般為50年），應(yīng)可以承受在正常設(shè)計、施工、使用和維修條件下，可能出現(xiàn)的各樣荷載、外加變形(如超靜定結(jié)構(gòu)的支座不均勻沉降)、拘束變形(如溫度和縮短變形遇到拘束時)等的作用。在設(shè)計規(guī)定的有時局件(如地震、爆炸)發(fā)生時及發(fā)生后，應(yīng)保持必需的整體堅固，不致坍毀或連續(xù)破壞而造成生命財富的嚴(yán)重?fù)p失。（3）結(jié)構(gòu)的長久性結(jié)構(gòu)在正常使用和正常保護(hù)條件下，在其設(shè)計使用年限內(nèi)應(yīng)擁有足夠的長久。即在各樣要素的影響下(混凝土碳化、鋼筋銹蝕)，結(jié)構(gòu)的承載力和剛度不該隨時間有過大的降低，而致使結(jié)構(gòu)在其預(yù)約使用時期內(nèi)喪失安全性和適用性，降低使用壽命。（三）結(jié)構(gòu)靠譜度和安全等級結(jié)構(gòu)的靠譜性念書破萬卷下筆若有神結(jié)構(gòu)的靠譜性是指結(jié)構(gòu)在規(guī)定的時間內(nèi)，在規(guī)定的條件下（結(jié)構(gòu)正常的設(shè)計、施工、使用和維修條件)，達(dá)成預(yù)約功能(如承載力、剛度、堅固性、抗裂性、長久性和動力性能等)的能力。結(jié)構(gòu)設(shè)計的基準(zhǔn)期是指為確立可變作用及與時間相關(guān)的資料性能等取值而采納的時間參數(shù)，《標(biāo)準(zhǔn)》采納基準(zhǔn)期為50年。需要說明的是，當(dāng)建筑結(jié)構(gòu)的使用年限抵達(dá)或超出設(shè)計基準(zhǔn)使用期后，其實不意味該結(jié)構(gòu)立刻報廢不可以使用了，而是說它的靠譜性水平此后要漸漸降低了，在做結(jié)構(gòu)判斷及必需加固后，仍可連續(xù)使用。2、結(jié)構(gòu)的靠譜度結(jié)構(gòu)的靠譜度是指結(jié)構(gòu)在規(guī)定的時間內(nèi)，在規(guī)定的條件下，達(dá)成預(yù)約功能的概率，即結(jié)構(gòu)靠譜度是結(jié)構(gòu)靠譜性的概率胸懷。結(jié)構(gòu)靠譜度高，表示它無效的可能性小。結(jié)構(gòu)設(shè)計要求無效概率控制在可接受范圍內(nèi)。結(jié)構(gòu)靠譜度分析結(jié)構(gòu)靠譜度分析就是要合理確立結(jié)構(gòu)靠譜度水平，使結(jié)構(gòu)設(shè)計符合技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理、安全適用和保證質(zhì)量的要求。簡而言之，進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計的基本目的，就是要采納最經(jīng)濟(jì)的手段，使結(jié)構(gòu)在設(shè)計基準(zhǔn)期內(nèi)，擁有各樣預(yù)期的功能。建筑結(jié)構(gòu)的安全等級安全靠譜是結(jié)構(gòu)設(shè)計的重要內(nèi)容，所以在進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計時，應(yīng)依據(jù)結(jié)構(gòu)破壞的各樣結(jié)果(危及人的生命、造成的經(jīng)濟(jì)損失、產(chǎn)生社會影響等)的嚴(yán)重性，采納不一樣樣的安全等級，《標(biāo)準(zhǔn)》對建筑結(jié)構(gòu)的安全等級劃分為三級。（四）結(jié)構(gòu)的極限狀態(tài)結(jié)構(gòu)的極限狀態(tài)是指整個結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)的一部分超出某一特定狀態(tài)就不可以知足設(shè)計規(guī)定的某一功能要求，此特定狀態(tài)稱為該功能的極限狀態(tài):，《標(biāo)準(zhǔn)》將結(jié)構(gòu)的極限狀態(tài)分為以下兩類:承載能力極限狀態(tài):超出該極限狀態(tài)，結(jié)構(gòu)就不可以知足預(yù)約的安全性功能要求。正常使里極限狀態(tài):超出該極限狀態(tài)，結(jié)構(gòu)就不可以知足預(yù)約的適用性和長久性功能要求。承載能力極限狀態(tài)對應(yīng)于結(jié)構(gòu)或構(gòu)件達(dá)到最大承載能力或不適于連續(xù)的變形:.當(dāng)結(jié)構(gòu)或構(gòu)件出現(xiàn)以下狀態(tài)之一時，應(yīng)以為超過了承載能力極限狀態(tài):·整個結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)的一部分作為剛體失掉均衡;·結(jié)構(gòu)構(gòu)件或其連結(jié)因超出資料強度而破壞;·結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變成靈便系統(tǒng);·結(jié)構(gòu)或構(gòu)件喪失堅固:正常使用極限狀態(tài)對應(yīng)于結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件達(dá)到正常使用或長久性能的某項規(guī)定限值:當(dāng)結(jié)構(gòu)或構(gòu)件出現(xiàn)以下狀態(tài)之一時.應(yīng)以為超出了正常使用極限狀態(tài):·影響正常使用或外觀的變形；·影響正常使用或長久性能的局部破壞；·影響正常使用的振動；·影響正常使用的其余特定狀態(tài);（五）結(jié)構(gòu)的不確立性作用效應(yīng)的不確立性:★恒載g與構(gòu)件尺寸、資料容重相關(guān)★活載的數(shù)值是隨時在變化的★計算跨度l的不正確★資料強度fy和fc的失散★截面尺寸的施工偏差★應(yīng)力一應(yīng)變關(guān)系參數(shù)k1和k2（六）結(jié)構(gòu)的作用及其分類念書破萬卷下筆若有神1、結(jié)構(gòu)的作用指施加在結(jié)構(gòu)上的集中荷載或散布荷載，以及惹起結(jié)構(gòu)外加變形或拘束變形的原由。除永遠(yuǎn)作用外，作用都是不確立的隨機變量。2、作用的分類施加在結(jié)構(gòu)上的集中荷載和散布荷載稱為直接作用，惹起結(jié)構(gòu)外加變形或拘束變形的其余作用稱為間接作用。結(jié)構(gòu)上的作用按《標(biāo)準(zhǔn)》可做以下分類:（1）準(zhǔn)時間變異分類:永遠(yuǎn)作用(恒載)可變作用(活載)、有時作用2）按空間變異分類:固定作用、可動作用3）按結(jié)構(gòu)反響分類:靜態(tài)作用、動向作用3、作用的效應(yīng)作用效應(yīng)是指直接作用或間接作用在結(jié)構(gòu)內(nèi)產(chǎn)生的內(nèi)力和變形。作用效應(yīng)S一般也是隨機變量。若為直接作用，則其效應(yīng)也而為荷載效應(yīng)，荷載與荷載效應(yīng)在一般狀況下是線性關(guān)系，故而荷載效應(yīng)可用荷載值乘以荷載效應(yīng)系數(shù)來表達(dá)。（七）結(jié)構(gòu)的抗力結(jié)構(gòu)抗力是指結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件承受內(nèi)力和變形的能力。影響結(jié)構(gòu)抗力的主要要素如資料性能、幾何參數(shù)和計算模式的精準(zhǔn)性都是不確立的隨機變量，故結(jié)構(gòu)抗力也是隨機變量。（八）荷載和資料強度的取值、荷載的統(tǒng)計特點永遠(yuǎn)荷載:在建筑結(jié)構(gòu)中，各樣構(gòu)件和結(jié)構(gòu)層等的自重都是永遠(yuǎn)荷載，其重量的變化與其均勻值比較可以忽視。大多數(shù)永遠(yuǎn)荷載的概率散布遵照正態(tài)散布。（2）可變荷載:可變荷載在結(jié)構(gòu)使用期內(nèi)，隨時間要素的變化較大，可用隨機過程來描繪素，則可用隨機變量來描繪。

:若忽視時間因、荷載的代表值荷載代表值是設(shè)計頂用以驗算極限狀態(tài)所采納的荷載量值，即依據(jù)不一樣樣極限狀態(tài)的設(shè)計要求，需要確立不一樣樣的統(tǒng)計值，以作為設(shè)計取值的依據(jù)。關(guān)于永遠(yuǎn)荷載，規(guī)定以其標(biāo)準(zhǔn)值為其代表值：關(guān)于可變荷載，則以其標(biāo)準(zhǔn)值、組合值、準(zhǔn)永遠(yuǎn)值及頻遇值作為代表值；關(guān)于有時荷載，其代表值可才安相關(guān)規(guī)定確立。（1）荷載的標(biāo)準(zhǔn)值荷載標(biāo)準(zhǔn)值:設(shè)計基準(zhǔn)期內(nèi)最大荷載統(tǒng)計散布值。恒載標(biāo)準(zhǔn)值:對重量變化不大的資料，取實質(zhì)概率散布的均勻值、，一般依據(jù)構(gòu)件設(shè)計尺寸和資料容重標(biāo)準(zhǔn)值確立?；钶d標(biāo)準(zhǔn)值:一致按設(shè)計基準(zhǔn)期內(nèi)最大荷載概率散布的O.05上分位數(shù)確立:一般由荷載規(guī)范給出。（2）荷載的頻遇值、準(zhǔn)永遠(yuǎn)值荷載頻遇值:設(shè)計基準(zhǔn)期內(nèi)，其超越的總時間為規(guī)定的較小比率或超越頻次為規(guī)定頻次的荷載值。是正常念書破萬卷下筆若有神使用極限狀態(tài)中應(yīng)用的荷載代表值。（3）荷載準(zhǔn)永遠(yuǎn)值:設(shè)計基準(zhǔn)期內(nèi)，其超越的總時間約為設(shè)計基準(zhǔn)期一半的荷載設(shè)計值.，是正常使用極限狀態(tài)中應(yīng)用的荷載代表值。3.資料強度標(biāo)準(zhǔn)值鋼筋和混凝土資料的強度概率散布可用正態(tài)散布描繪、，資料強度的標(biāo)準(zhǔn)值是一種特點值，可取其概率分布的O.05分位數(shù)(擁有不小于95%的保證率)確立，其表達(dá)式為:fkf11.645f二、概率統(tǒng)計極限狀態(tài)設(shè)計方法土木匠程結(jié)構(gòu)，在辦理結(jié)構(gòu)安全度方面，已從最早依靠工程經(jīng)驗的設(shè)計方法，演變到以概率論為基礎(chǔ)的、按極限狀態(tài)分析的設(shè)計方法，這類設(shè)計方法按其發(fā)展進(jìn)度，可以區(qū)分為三個階段(水平):1．水平I、“半”概率法)水平Ⅱ(“近似”概率法)水平Ⅲ(“全”概率法)（一）結(jié)構(gòu)的極限狀態(tài)方程結(jié)構(gòu)的功能函數(shù)可用結(jié)構(gòu)抗力與作用效應(yīng)來表達(dá)。結(jié)構(gòu)的功能函數(shù):Z=R-S。結(jié)構(gòu)功能的表達(dá)：當(dāng)Z>0時，，即R>S時，結(jié)構(gòu)處于靠譜狀態(tài);當(dāng)Z<0時，即R<S時，結(jié)構(gòu)處于無效狀態(tài);（二）結(jié)構(gòu)的靠譜概率和無效概率靠譜概率:結(jié)構(gòu)可以達(dá)成預(yù)約功能(R>S)的概率，用Ps代表;無效概率:結(jié)構(gòu)不可以達(dá)成預(yù)約功能(R<S)的概率,用Pf代表。0（三）靠譜指標(biāo)R和S是隨機變量，

Z也是隨機變量，假設(shè)

R和S是互相獨立的，當(dāng)為正態(tài)散布時，結(jié)構(gòu)的無效概率

Pf

與念書破萬卷下筆若有神功能函數(shù)Z的均勻值uf至原點的距離相關(guān):fZ，即:ZRS22ZRSβ稱為結(jié)構(gòu)的靠譜指標(biāo)。無效概率與靠譜指標(biāo)的關(guān)系當(dāng)知道隨機變變量散布規(guī)律時，即可確立Pf-β之間數(shù)值上的對應(yīng)關(guān)系。（四）目標(biāo)靠譜指標(biāo)依據(jù)統(tǒng)計所得荷載效應(yīng)和結(jié)構(gòu)抗力的概率散布、統(tǒng)計參數(shù)，即可求得各樣結(jié)構(gòu)構(gòu)件的靠譜指標(biāo)?！稑?biāo)準(zhǔn)》依據(jù)結(jié)構(gòu)構(gòu)件的破壞形態(tài)及建筑結(jié)構(gòu)的重要性對一般工業(yè)與民用建筑結(jié)構(gòu)所規(guī)定的、作為設(shè)計依據(jù)的靠譜指標(biāo)，稱為目標(biāo)靠譜指標(biāo)[β]。（五）承載能力極限狀態(tài)設(shè)計用無效概率來權(quán)衡結(jié)構(gòu)的靠譜度，不單合理且物理意義明確，故《標(biāo)準(zhǔn)》采納其對應(yīng)的靠譜指標(biāo)來權(quán)衡結(jié)構(gòu)的靠譜度。當(dāng)前直接采納靠譜指標(biāo)進(jìn)行設(shè)計還有很多困難，使用上也不習(xí)慣，所以在應(yīng)用時采納以荷載標(biāo)準(zhǔn)值、材料強度標(biāo)準(zhǔn)值等基本變量和荷載系數(shù)、資料強度系數(shù)均分項系數(shù)形式表達(dá)的適用設(shè)計式。1、承載能力極限狀態(tài)設(shè)計表達(dá)式任何結(jié)構(gòu)構(gòu)件均應(yīng)進(jìn)行承載力設(shè)計，以保證安全:承載能力極限狀態(tài)設(shè)計表達(dá)式為:0SR結(jié)構(gòu)構(gòu)件重要性系數(shù)，在抗震設(shè)計中不考慮:S一承載能力極限狀態(tài)的荷載效應(yīng)組合的設(shè)計值:R一結(jié)構(gòu)構(gòu)件的承載力設(shè)計值，在抗震設(shè)計中，要除以承載力抗震調(diào)整系數(shù)γRE2、設(shè)計荷載效應(yīng)組合關(guān)于承載能力極限狀態(tài)，結(jié)構(gòu)構(gòu)件應(yīng)按荷載效應(yīng)的基本組合進(jìn)行計算，必需時髦應(yīng)按荷載效應(yīng)的有時組合進(jìn)行計算二關(guān)于基本組合，荷載效應(yīng)組合的設(shè)計值應(yīng)從以下組合值中取最不利值確立:(六）正常使用極限狀態(tài)設(shè)計按正常使用極限狀態(tài)設(shè)計時，應(yīng)驗算結(jié)構(gòu)構(gòu)件的變形抗裂度或裂痕寬度，因為結(jié)構(gòu)構(gòu)件達(dá)到或超出正常使用極限狀態(tài)時的危害程度不如承載力不足惹起結(jié)構(gòu)破壞時大，故對其靠譜度的要求可適合降低.所以按正常使用極限狀態(tài)設(shè)計時，關(guān)于荷載組合值，不需再乘以荷載分項系數(shù)，也不再考慮結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)，即全部分項系數(shù)取1.0。正常使用極限狀態(tài)設(shè)計表達(dá)式關(guān)于正常使用極限狀態(tài)，應(yīng)依據(jù)不一樣樣的設(shè)計要求，采納荷載的標(biāo)準(zhǔn)組合、頻遇組合或準(zhǔn)永遠(yuǎn)組合，并應(yīng)按以下設(shè)計表達(dá)式進(jìn)行設(shè)計:SC一結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件達(dá)到正常使用要求的規(guī)定限值，如變形、裂痕、振幅、加快度、應(yīng)力等限值。荷載效應(yīng)組合標(biāo)準(zhǔn)組合:荷載效應(yīng)組合的設(shè)計值按下式計算:nSSGkSQlkqiSQiki2頻遇組合，荷載效應(yīng)組合的設(shè)計值按下式采納:nSSGkf1SQlkqiSQiki2準(zhǔn)永遠(yuǎn)組合，荷載效應(yīng)組合的設(shè)計值按下式采納:念書破萬卷下筆若有神nSSGkqiSQiki2變形驗算依據(jù)使用要求需控制變形的構(gòu)件，應(yīng)進(jìn)行變形驗算。關(guān)于受彎構(gòu)件，按荷載效應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)組合，并考慮荷載長久作用影響計算的最大撓度不該該超出撓度限值，即:flim裂痕控制鋼筋砼結(jié)構(gòu)構(gòu)件設(shè)計時，應(yīng)依據(jù)所處環(huán)境和使用要求，采納相應(yīng)的裂痕控制等級，并按以下規(guī)定進(jìn)行驗算:裂痕控制等級分為三級，其要求分別以下:一級:嚴(yán)格要求不出現(xiàn)裂痕的構(gòu)件:按荷載效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)組合進(jìn)行計算時，構(gòu)件受拉邊沿混凝土不該產(chǎn)生拉應(yīng)力，即知足要求:0ctk二級:一般要求不出現(xiàn)裂痕的構(gòu)件二按荷載效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)組共計算時，構(gòu)件受拉邊沿混凝土拉應(yīng)力不該大于混凝土軸心抗拉強度標(biāo)準(zhǔn)值，即:ctkftk按荷載效應(yīng)準(zhǔn)永遠(yuǎn)組共計算時，構(gòu)件受拉邊沿混凝土不宜產(chǎn)生拉應(yīng)力，即:cq0三級:贊成裂痕的構(gòu)件按荷載效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)組合，并考慮長久作用影響進(jìn)行計算時，構(gòu)件的最大裂痕寬度不該超出裂痕寬度限值，即:wmaxwlim本章小結(jié)1．結(jié)構(gòu)設(shè)計要解決的問題是以適合的靠譜度知足結(jié)構(gòu)的功能要求，即安全性、適用性和長久性。極限狀態(tài)中與安全性對應(yīng)的承載能力極限狀態(tài)，與適用性、長久性相對應(yīng)的正常使用極限狀態(tài)。3．作用效應(yīng)和結(jié)構(gòu)抗力都是隨機變量，所以結(jié)構(gòu)達(dá)成預(yù)約功能的能力不可以用定值的方法確立，只好用概率來描繪。4．結(jié)構(gòu)上的作用分直接作用和間接作用兩種，此中直接作用習(xí)稱荷載。作用按其時間的變異可分為永遠(yuǎn)作用、可變作用和有時作用三種:，永遠(yuǎn)荷載以其標(biāo)準(zhǔn)值為代表值:對可變荷載，則以其標(biāo)準(zhǔn)值、組合值、準(zhǔn)永遠(yuǎn)值及頻遇值作為代表值。發(fā)生R-S<O的概率稱為結(jié)構(gòu)的無效概率。結(jié)構(gòu)的無效概率與靠譜指標(biāo)之間有著內(nèi)在聯(lián)系，所以結(jié)構(gòu)適合的靠譜度可用目標(biāo)靠譜指