第2章 建筑結構設計基本原理

第二章建筑結構的設計標準和設計方法1.建筑物結構的荷載2.極限狀態(tài)設計法第一節(jié)設計基準期和設計使用年限結構功能要求在設計基準期（一般50年，也有100和25年）內(nèi)，滿足功能要求，即安全性（S＜R），適用性，耐久性。結構的設計基準期

1.結構保證其設計可靠度指標的時間期限成為設計基準期，即在基準期內(nèi)，結構的可靠度指標完全滿足設計要求；

2.設計基準期是測算最大荷載重現(xiàn)期的基本期限；

3.在超過設計基準期后，并非意味著結構的失效，而是其可靠度有所降低，因此基準期不能等同于建筑物的使用壽命；

4.我國對多數(shù)建筑物的設計基準期均為50年，特殊建筑物可以除外；結構的設計使用年限定義：房屋建筑在正常設計、正常施工、正常使用和維護下所應達到的持久年限。結構的設計使用年限應按下表采用。類別

設計使用年限（年）

示例15臨時性結構225易于替換的結構構件350普通房屋和構筑物4100紀念性建筑和特別重要的建筑結構1、結構的功能（1）安全性：要求結構承擔正常施工和正常使用條件下，可能出現(xiàn)的各種作用，而不產(chǎn)生破壞。并且在偶然事件發(fā)生時以及發(fā)生后，能保持必需的整體穩(wěn)定性，不至于因局部損壞而產(chǎn)生連續(xù)破壞。（2）適用性：要求結構在正常使用時滿足正常的要求，具有良好的工作性能。（3）耐久性要求結構在正常使用和維護下，在規(guī)定的使用期內(nèi)，能夠滿足安全和使用功能要求。如材料的老化、腐蝕等不能超過規(guī)定的限制等。

第二節(jié)結構的功能要求、作用和抗力

第二節(jié)結構的功能要求、作用和抗力

建筑物結構的荷載作用（S）（或荷載）作用效應施加在結構上的集中力或分布力，稱為作用——直接作用引起結構外加變形或約束變形的原因——間接作用——由作用引起的結構或構件的反應結構抗力（R）——結構或結構構件承受效應的能力qM

基本概念——在設計基準期內(nèi)，其值不隨時間變化，或其變化與平均值相比可以忽略不計的荷載。也稱恒荷載或恒載。比如結構自重或土壓力等?！谠O計基準期內(nèi)，其值隨時間變化，或其變化與平均值相比不可以忽略不計的荷載。也稱活荷載或活載。比如樓面活載、屋面活載、雪荷載、風荷載、吊車荷載等?！谠O計基準期內(nèi)不一定出現(xiàn)，而一旦出現(xiàn),其量值很大而持續(xù)時間較短的荷載。比如爆炸力、撞擊力等。永久荷載可變荷載偶然荷載

荷載分類按時間變異分類按空間變異分類固定荷載——在結構空間位置上具有固定的分布；可動荷載——在結構空間位置一定范圍內(nèi)可以任意分布。靜態(tài)荷載——對結構不產(chǎn)生動力效應，或小的可以忽略；動態(tài)荷載——對結構產(chǎn)生動力效應，且不可以忽略。按照結構的反應分類——結構計算時，需根據(jù)不同的設計要求采用不同的荷載數(shù)值?！奢d基本代表值。指在結構使用期間，在正常情況下出現(xiàn)具有一定保證率的最大荷載?！斀Y構同時承受兩種或兩種以上可變荷載時，除主導荷載（產(chǎn)生荷載效應最大的荷載）取標準值，其他伴隨荷載取小于其標準值的組合值為代表值。——在設計基準期內(nèi)經(jīng)常作用在結構上的可變荷載?！饔糜诮Y構上時而出現(xiàn)，持續(xù)時間較短的較大可變荷載。荷載標準值可變荷載組合值可變荷載準永久值可變荷載頻遇值荷載的代表值恒荷載按構件或材料單位體積（或單位面積）自重平均值確定。樓面及屋面活荷載民用建筑樓面活載見《規(guī)范》。對多、高層，荷載滿布且達到最大值可能性很小，應適當折減。屋面均布活載分“上人”和“不上人”兩類。雪荷載——基本雪壓。見《規(guī)范》——雪荷載標準值——屋面積雪分布系數(shù)，即基本雪壓換算為屋面水平投影面上的雪荷載的換算系數(shù)。風荷載——風荷載標準值——基本風壓，見《規(guī)范》——風壓高度變化系數(shù)——風荷載體型系數(shù)，+為壓力，-為吸力——高度z處風振系數(shù)屋面均布活載不與雪荷載同時考慮，設計時取其中較大值。1.本表所給各項活荷載適用于一般使用條件。當使用荷載較大或情況特殊時，應按實際情況采用。2.第6項書庫活荷載當書架高度大于2m時。書庫活荷載尚應按每米書架高度不小于2．5kN／m2確定。3.第8項中的客車活荷載只適用于停放載人少于9人的客車；消防車活荷載是適用于滿載總重為300kN的大型車輛；當不符合本表的要求時．應將車輪的局部荷載按結構效應的等效原則，換算為等效均布荷載。4.第11項樓梯活荷載，對預制樓梯踏步平板，尚應按1．5kN集中荷載驗算。

(3.5KN/M2)5.本表各項荷載不包括隔墻自重和二次裝修荷載。對固定隔墻的自重應按恒荷載考慮，當隔墻位置可靈活自由布置時，非固定隔墻的自重可取每延米長墻重(kN／m)的1／3作為樓面活荷載的附加值(kN／m2)計入．附加值不小于1．0kN／m2。素混凝土：22-24KN/M3鋼筋混凝土：24-25KN/M3水泥砂漿：20KN/M3石灰砂漿：17KN/M3抗力（R）結構或結構構件承受作用效應的能力稱為抗力影響抗力的因素：幾何參數(shù)和材料性能結構抗力具有隨機性1、功能函數(shù)與極限狀態(tài)方程(1)功能函數(shù)

Z=R-S=g(X1,X2,X3….Xn)(2)結果分析

Z=R-S>0：處于可靠狀態(tài)；

Z=R-S<0：處于不可靠狀態(tài)，即失效；

Z=R-S=0：處于極限狀態(tài)，此方程稱極限狀態(tài)方程2、結構的可靠性(1)關于結構設計

本質(zhì)：對比、控制R和S，即保證R-S>0

問題：R和S為隨機變量，功能函數(shù)值Z是隨機變量絕對保證R大于S不可能！

第三節(jié)結構可靠度理論和極限狀態(tài)設計方法

解決方法：控制可靠度，絕大多數(shù)情況下：R>S