第一節(jié)建筑結構概述第二節(jié)荷載、荷載效應及結構抗力第四章建筑結構229了解建筑結構的概念和種類；掌握建筑結構設計的基本原理，包括建筑結構的功能要求、極限狀態(tài)、荷載、荷載效應和結構抗力等。學習目標230231無論是簡單的多層建筑，還是功能復雜的高層建筑，能否建成并承受各種風吹雨打，關鍵在于是否有可靠的骨架支撐，也就是建筑結構的支撐。結構的使命在于承受建筑上各種各樣力的作用（如自重、風荷載、雪荷載、地震等），是建筑物的重要組成部分。建筑結構概述第一節(jié)232233一、建筑結構的概念建筑是供人們生產(chǎn)、生活和進行其他活動的房屋或場所。各類建筑都離不開梁、板、墻、柱、基礎等構件，它們相互連接形成建筑的骨架。建筑結構是由這些結構構件按一定要求組成的能承受各種作用、保證建筑安全及正常使用的骨架體系，如圖所示。建筑結構骨架234二、建筑結構的分類根據(jù)結構構件所用材料的不同，建筑結構可分為混凝土結構、砌體結構、鋼結構和木結構四種類型，見表。建筑結構的類型、特點及應用235三、結構的功能要求結構在規(guī)定的設計使用年限內(nèi)應具有足夠的可靠度。對于普通房屋和構筑物，其使用年限應不少于50年；對于紀念性建筑和特別重要的建筑結構，規(guī)定的使用年限應不少于100年；對于臨時性結構，考慮的使用年限為5年。結構在規(guī)定的設計使用年限內(nèi)應滿足以下三方面的功能要求。1.?安全性結構在正常設計、正常施工和正常使用和維護下，能承受可能出現(xiàn)的各種作用。在設計規(guī)定的偶然事件發(fā)生時及發(fā)生后，仍能保持必需的整體穩(wěn)定性。2362.?適用性結構正常使用時應具有良好的工作性能，如具有足夠的剛度，避免過大變形而影響正常使用。3.?耐久性結構在正常維護下應具有足夠的耐久性能，如在結構設計使用期內(nèi)，不因鋼筋銹蝕而影響結構構件受力性能。安全性、適用性和耐久性統(tǒng)稱為結構的可靠性。若結構能滿足功能要求，則稱結構可靠或有效；若結構不能滿足功能要求，則稱結構不可靠或失效。237四、結構的安全等級進行建筑結構設計時，應根據(jù)結構破壞可能產(chǎn)生的后果（危及人的生命、造成經(jīng)濟損失、產(chǎn)生社會影響等）而采用不同的安全等級。不同的安全等級應有不同的可靠度，反映到具體的工程結構中就是指不同的結構重要性系數(shù)。建筑結構安全等級的劃分應符合表的要求。建筑結構安全等級的劃分238五、結構的極限狀態(tài)結構的全部或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，此特定狀態(tài)稱為該功能的極限狀態(tài)。極限狀態(tài)就是指結構瀕于失效的一種狀態(tài)，可分為以下兩類。1.?承載能力極限狀態(tài)承載能力極限狀態(tài)對應于結構或結構構件達到最大承載能力、出現(xiàn)疲勞破壞、發(fā)生不適于繼續(xù)承載的變形或因結構局部破壞而引發(fā)連續(xù)倒塌。239當結構或結構構件出現(xiàn)下列狀態(tài)之一時，即認為超過了承載能力極限狀態(tài)：（1）整個結構或結構構件的一部分作為剛體失去平衡（如傾覆等）。（2）結構構件或連接因材料強度不足而被破壞，或因過度變形而不適于繼續(xù)承載。（3）結構轉變?yōu)闄C動體系。（4）結構或結構構件喪失穩(wěn)定（如壓屈等）。（5）結構因局部破壞發(fā)生連續(xù)倒塌。（6）地基喪失承載力而破壞。（7）結構或結構構件發(fā)生疲勞破壞。2402.?正常使用極限狀態(tài)正常使用極限狀態(tài)對應于結構或結構構件達到正常使用或耐久性能的某項規(guī)定限值。當結構或結構構件出現(xiàn)下列狀態(tài)之一時，應認為超過了正常使用極限狀態(tài)：（1）影響外觀、使用舒適性或結構使用功能的變形（如吊車梁過大變形影響吊車的正常行駛）。241（2）造成人員不舒適或結構使用功能受限的振動（如由于機器振動而導致結構振幅超過正常使用的限定值）。（3）影響外觀、耐久性或結構使用功能的局部損壞（如裂縫過寬導致混凝土構件中鋼筋銹蝕）。對房屋結構構件進行設計時需要同時考慮承載能力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)。荷載、荷載效應及結構抗力第二節(jié)242243建筑結構在施工和使用期間要承受各種作用。結構上的作用是指施加在結構上的集中荷載或分布荷載（包括永久荷載、可變荷載等），以及引起結構外加變形或約束變形（如基礎沉降、溫度變化、焊接等作用）的原因。前者是以力的形式直接施加在結構上的荷載，稱為直接作用；后者不是直接以力的形式出現(xiàn)，稱為間接作用。一、荷載1.?荷載的分類結構上的荷載按時間的變異可分為永久荷載、可變荷載和偶然荷載三類。244（1）永久荷載在結構使用期間，其值不隨時間變化，或其變化與平均值相比可以忽略不計，或其變化值是單調(diào)的并能趨于限值，如結構自重、土壓力、預應力等。（2）可變荷載在結構使用期間，其值隨時間變化，且其變化與平均值相比不可以忽略不計，如樓面活荷載、屋面積灰荷載、吊車荷載、風荷載、雪荷載等。245（3）偶然荷載在結構使用期間不一定出現(xiàn)，而一旦出現(xiàn)，其值很大且持續(xù)時間很短，如爆炸力、撞擊力等。在同一構件上可能同時存在上述三類荷載，但對某一構件來說，不同種類的荷載有時會產(chǎn)生相互抵消作用，有時又可能相互疊加，如圖所示。設計時應根據(jù)實際情況選用相應的數(shù)值。246建筑結構的荷載2472.?荷載代表值按照不同極限狀態(tài)下的設計要求，給出了荷載的各種代表值。荷載代表值包括標準值、組合值、頻遇值和準永久值。（1）標準值荷載標準值是荷載的基本代表值，為設計基準期內(nèi)最大荷載統(tǒng)計分布的特征值。標準值按建筑尺寸與材料自重來確定，如厚度為100mm的鋼筋混凝土樓板，混凝土的自重為25kN/m3，則1m寬板帶的永久荷載標準值為0.1×1.0×25=2.5kN/m2。248（2）組合值若結構上同時作用有兩種及兩種以上的可變荷載時，荷載同時達到最大值的可能性小，因此采用荷載組合值。荷載組合值為可變荷載標準值乘以對應的組合值系數(shù)，即：荷載組合值=Qkψc

式中，ψc——可變荷載組合系數(shù)，按表4-3采用；

Qk——可變荷載標準值。249（3）頻遇值對可變荷載，在設計基準期內(nèi)，其超越的總時間為規(guī)定的較小比率或超越頻率為規(guī)定頻率的荷載值。荷載頻遇值為可變荷載標準值乘以對應的頻遇值系數(shù)，即：荷載頻遇值=Qkψf

式中，ψf——可變荷載頻遇值系數(shù)，按表4-3采用；

Qk——可變荷載標準值。250（4）準永久值對可變荷載，在設計基準期內(nèi)，其超越的總時間約為設計基準期一半的荷載值。荷載準永久值為可變荷載標準值乘以對應的準永久值系數(shù)，即：荷載準永久值=Qkψq

式中，ψq——可變荷載準永久值系數(shù)，按表采用；

Qk——可變荷載標準值。251民用建筑樓面均布荷載標準值及其組合值、頻遇值和準永久值系數(shù)252民用建筑樓面均布荷載標準值及其組合值、頻遇值和準永久值系數(shù)253二、荷載效應與結構抗力荷載效應是指建筑結構在使用或施工期間由各種荷載作用而產(chǎn)生的內(nèi)力或變形，如彎矩、剪力、軸力、扭矩、沉降、裂縫等。結構抗力是指建筑結構抵抗各種荷載效應的能力，如結構構件的承載力、剛度、抗裂性等。結構構件所采用的材料類型、強度、構件截面幾何特性（如截面高度、截面寬度、慣性矩等）和計算模型等將影響結構抗力。254按照極限狀態(tài)進行設計，通過比較荷載效應和結構抗力的大小關系，判別結構所處的狀態(tài)：當荷載效應>結構抗力時，結構失效。當荷載效應=結構抗力時，結構處于極限狀態(tài)。當荷載效應<結構抗力時，結構可靠。255三、極限狀態(tài)下的實用設計表達式1.?承載能力極限狀態(tài)設計表達式

γ0Sd≤Rd

式中，γ0——結構重