建筑结构设计基本原理

建筑结构设计第二版，结构上的作用与极限状态设计法总结。

建筑结构设计基本原理

• 结构上的作用
  • 结构的作用、作用效应、抗力及随机性
    • 作用
      • 施加在结构上的集中或分布荷载以及引起结构外加变形或约束变形的总称
      • 荷载：直接作用，如结构自重、楼面人群（直接作用）
      • 引起结构外加变形或约束变形（间接作用）
    • 作用效应
      • 由作用引起的结构或构件的反应
    • 结构抗力
      • 结构或结构构件承受作用效应的能力称为结构抗力
    • 随机性
      • 人群荷载、屋面上的雪荷载，都是可移动的，具有随机性质
  • 荷载的代表值及标准值
    • 荷载的分类
      • 时间的变异
        • 永久荷载
        • 可变荷载
        • 偶然荷载
      • 空间的位置变异
        • 固定荷载
        • 可动荷载
      • 结构的反应
        • 静态荷载
        • 动态荷载
    • 荷载的代表值
      • 永久荷载的代表值
        • 标准值《建筑结构荷载规范》
      • 可变荷载的代表值
        • 标准值
          • 可变荷载的基本代表值
        • 组合值
          • 考虑可变载荷达到承载能力极限或正常使用极限状态可能性较小，将它们乘以荷载组合系数以后的数值
          • 荷载组合系数：yc
        • 频遇值
          • 可变荷载在设计基准期内，超越的总时间仅为基准期一小部分的作用值，或在设计基准期内其超越频率的某一给定频率的作用值，称为可变荷载的频遇值
          • 频遇值大小为可变荷载标准值乘以荷载频遇值系数
          • 荷载频遇值系数：yf
        • 准永久值
          • 可变荷载在整个设计基准期内出现时间较长（总的持续时间不低于25年）的那部分荷载值，称为可变荷载的准永久值
          • 大小为可变荷载乘以荷载准永久值系数
          • 荷载准永久值系数：yq
• 极限状态设计法
  • 结构功能要求
    • 安全性要求
      • 要求结构构件在正常施工和使用时，能承受可能出现的各种作用
      • 在偶然事件发生时及发生后，仍能保持必需的整体稳定性
    • 适用性要求
      • 要求结构构件在正常使用时具有良好的工作性能
      • 如受弯构件在正常使用时不出现过大的挠度和过宽的裂缝
    • 耐久性要求
      • 要求在正常维护下，结构具有足够的耐久性能
      • 结构的恶化不致导致结构出现不可接受的失效概率
  • 极限状态设计法
    • 结构的可靠度理论
      • 结构的可靠概率与失效概率
        • 参数
          • R：结构抗力
          • S：作用效应
          • Z：结构功能函数
          • Pf：结构失效概率
        • 关系
          • Z=R-S
          • 延性破坏结构：Pf=6.9*10^(-4)
          • 脆性破坏结构：Pf=1.1*10^(-4)
        • 说明
          • Z>0：结构抗力大于作用效应，结构可靠
          • Z<0：结构抗力小于作用效应，结构失效
          • Z=0：结构抗力等于作用效应，结构处于极限状态
        • 结论：结构可靠的基本条件是Z≥0（R≥S）
      • 可靠指标
        • 参数
          • b：可靠指标
          • mZ：结构功能函数Z平均值
          • sZ：结构功能函数Z标准差
        • 关系
          • 
        • 结论：可靠性指标越大，失效概率越小
    • 概率极限状态设计法
      • 设计设计中，仍采用一些分项系数来代替可靠指标
      • 极限状态的分类
        • 承载能力极限状态
          • 结构或构件达到最大承载能力或不适于继续承载的变形状态
          • 出现状态
            • 整个结构或结构的一部分作为刚体失去平衡
            • 因材料强度被超过而破坏或因过度的塑性变形而不适于继续承载
            • 结构转变为机动体系
            • 结构或结构构件丧失稳定性
        • 正常使用极限状态
          • 结构或结构构件达到正常使用或耐久性能的某项规定限制的状态
          • 出现状态
            • 影响正常使用或外观的变形
            • 影响正常使用或耐久性能的局部损坏
            • 影响正常使用的震动
            • 影响正常使用的其他特定状态
      • 按承载能力极限状态设计的方法
        • 表达式
          • 参数
            • γ0：结构构件的重要系数
            • S：荷载效应组合的设计值
            • R：结构构件抗力的设计值
          • 关系
            • γ0*S≤R
        • 对荷载效应组合值S的计算方法
          • 荷载基本组合设计值应从以下组合值中取最不利值
            • 由可变荷载效应控制的组合
              • 参数
                • ：永久载荷分项系数，当其效应对结构不利时，取1.2，有利时取1.0，对结构的倾覆、滑移等取0.9
                • 、：第1个和第i个可变荷载分项系数，一般取1.4
                • 、：第1个和第i个关于结构设计使用年限的荷载调整系数， 设计使用年限为5年时，=0.9, 设计使用年限为50年时，=1.0, 设计使用年限为100年时，=1.1
                • ：永久荷载标准值
                • ：在基本组合中起控制作用的一个可变荷载标准值效应
                • ：第i个可变荷载标准值效应
                • ：可变荷载的组合值系数， 对民用建筑楼屋面均布活荷载，一般取0.7 书库、风机房及电梯机房取0.9， 屋面积灰荷载取0.9，其余情况不应大于1.0
                • ：参与组合的可变荷载数
              • 关系式
            • 由永久荷载效应控制的组合
              • 
              • :意义同前，但取1.35
          • 基本组合的简化
            • 一般排架和框架结构
              • 可变荷载效应控制的组合
              • 永久载荷
                • 
        • 对结构构件抗力的设计值R的计算方法
          • 参数
            • ：混凝土强度设计值
            • ：钢筋强度设计值
            • ：构件几何参数标准值
            • ：构件的抗力模型不定性系数； 静力设计时取1.0， 对不确定性较大的结构构件根据情况取大于1.0的数值
          • 表达式
      • 按正常使用极限状态验算的方法
        • 参数
          • ：结构或结构构件达到正常使用要求的规定限值，体现为裂缝宽度、挠度及振幅等
          • ：可变荷载的频遇值系数
          • ：可变荷载的频遇值系数
          • ：可变荷载的准永久值系数
          • ：按荷载准永久组合并考虑长期作用影响计算的最大裂缝宽度
          • ：最大裂缝宽度限制
          • ：按荷载准永久组合并考虑长期作用影响计算的最大挠度
          • ：最大挠度限制
        • 一般验算公式
          • 根据不同的设计要求，采用荷载的标准组合、频遇组合或准永久组合
          • S≤C
        • 荷载组合值S计算公式
          • 标准组合
            • 当一个极限状态被超越时将产生严重的永久性损害
            • 表达式：
          • 频遇组合
            • 针对可变荷载考虑，指设计基准期内荷载达到和超过该值时的总持续时间与设计基准期的比值小于0.1的荷载代表值
            • 表达式：
          • 准永久组合
            • 针对可变荷载考虑，主要用于长期效应是决定性因素时的一些情况
            • 表达式：
        • 裂缝和变形验算公式
          • 裂缝验算
            • 
          • 变形验算
      • 耐久性设计
        • 耐久性设计内容
          • 确定结构所处的环境类别
          • 提出材料的耐久性基本要求
          • 确定构件中钢筋的混凝土保护层厚度
        • 结构所处环境分类
          • 一
          • 二a
          • 二b
          • 三a
          • 三b
          • 四
          • 五
        • 耐久性对材料及结构要求
          • 设计使用50年的混凝土结构，其混凝土材料宜符合一定的要求
          • 一类环境中，设计使用年限为100年的混凝土结构
            • 钢筋混凝土结构的最低强度等级C30
            • 预应力混凝土结构的最低强度C40
            • 混凝土中的最大氯离子含量为0.06%
            • 宜使用非碱活性骨料，当使用碱活性骨料时，混凝土中的最大含碱量为3.0kg/m^3
          • 混凝土保护层厚度应符合规定