建筑結構設計基本原理1.結構上的荷載2.極限狀態(tài)設計法CH.2建筑結構設計基本原理2.1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或分布荷載，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作用效應的能力qVM2.1.1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。——在設計基準期內(nèi)，其值隨時間變化，且其變化值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、吊車荷載以及穩(wěn)定變化等?！谠O計基準期內(nèi)不一定出現(xiàn)，而一旦出現(xiàn),其量值很大且持續(xù)時間很短的荷載。比如地震、爆炸及撞擊等。永久荷載可變荷載偶然荷載2.1.2荷載分類按時間的變異分類按空間位置的變異分類固定荷載——在結構空間位置上具有固定的分布，自重等；可動荷載——在結構空間位置上的一定范圍內(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。按結構的反應分類——結構設計時，對于不同的荷載和設計情況，應采用不同的代表值。2.1.3荷載的代表值永久荷載代表值——只有一個代表值，即它的標準值?？勺兒奢d代表值——應根據(jù)不同的設計要求采用不同的荷載值作為其代表值。對于結構自重，可按結構構件的設計尺寸與材料單位體積的自重計算確定。對于某些自重變異較大的材料構件，自重的標準值應根據(jù)對結構的不利狀態(tài)，取上限值或下限值。永久荷載的代表值——應根據(jù)設計要求，分別取如下不同的荷載值作為其代表值。——荷載基本代表值。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。——當結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，即乘以一個小于或等于1的組合值系數(shù)?！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，其超越的總時間僅為設計基準期的一小部分?！谠O計基準期內(nèi)經(jīng)常作用在結構上的可變荷載，即在整個設計基準期內(nèi)出現(xiàn)時間較長的那部分荷載值。荷載標準值組合值頻遇值準永久值可變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。見P11表2-1，即荷規(guī)條。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《荷規(guī)條和附錄D.4?！┖奢d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)2.2極限狀態(tài)設計法2.2.1結構功能要求在設計基準期（一般50年，也有100、25和5年）內(nèi)，滿足功能要求，即安全性(S<R)，適用性，耐久性。安全性：滿足特定的與建筑物功能相適應的承載力極限狀態(tài)；適用性：保證結構在正常使用中時具有良好工作性能；耐久性：保證結構的承載力的持續(xù)時間與環(huán)境適應度；功能函數(shù)：Z=R-S=g(X1,X2,X3….Xn)結果分析Z=R-S>0：Z=R-S<0：Z=R-S=0：處于結構可靠狀態(tài)；處于不可靠狀態(tài)，即結構失效；處于極限狀態(tài)，此方程稱極限狀態(tài)方程2.2.3結構可靠度理論——在規(guī)定的時間內(nèi)（一般為50年），在規(guī)定的條件下（正常設計、正常施工和正常使用），完成預定功能的概率，稱為結構的可靠度，即可靠概率。以Ps表示安全性、適用性、耐久性結構的可靠度失效概率強度/荷載值出現(xiàn)概率γ0[S]μSσSσS[R]μRσRσR失效可靠——結構不能完成預定功能的概率，以Pf表示。承載能力極限狀態(tài)設計表達式2.2.3建筑物的重要度與基準期我國將建筑物的重要程度分為三級，不同級別在計算中取不同的重要度系數(shù)γ0：

一級，破壞后果極其嚴重，屬于重要的建筑物；γ0=1.1 二級，破壞后果比較嚴重，屬于一般的建筑物；γ0=1.0 三級，破壞后果相對不嚴重，屬于比較次要的建筑物。γ0=0.9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.我國對于多數(shù)建筑物的設計基準期均為50年，特殊建筑物可以除外；極限狀態(tài)——結構或構件達到正常使用或耐久性能的某項規(guī)定限值。如過大變形、開裂、振動等?！Y構或構件達到最大承載力或產(chǎn)生不適于繼續(xù)承載的變形。如傾覆、疲勞破壞、壓屈等。正常使用極限狀態(tài)承載能力極限狀態(tài)我國建筑結構設計是以概率理論為基礎的極限狀態(tài)設計法，但鋼橋和疲勞破壞仍采用容許應力設計方法?！麄€結構或結構的一部分超過某一特定狀態(tài)，就不能滿足設計規(guī)定的某一功能要求的特定狀態(tài)。2.2.4極限狀態(tài)設計法承載能力極限狀態(tài)表達式極限狀態(tài)設計表達式由永久荷載控制的效應組合由可變荷載控制的效應組合——永久荷載和可變荷載分項系數(shù),詳見《建筑結構荷載規(guī)范》GB50009-2001的節(jié)。式中：S：荷載效應， γG：恒荷載的荷載效應系數(shù)，γQ：荷載分項系數(shù)，Gk：恒荷載標準值，Q1k：最大的活荷載的標準值，Ψ：其他活荷載的組合系數(shù)Qik：其他活荷載的標準值基本組合中可變荷載效應控制的組合基本組合中永久荷載效應控制的組合基本組合中荷載分項系數(shù)的取值正常三使用三極限三狀態(tài)標準三組合頻遇三組合準永三久組三合正常三使用三極限三狀態(tài)三設計三包括三兩個三方面三：裂縫