任務(wù)2分析建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計方法任務(wù)1分析荷載效應(yīng)與結(jié)構(gòu)抗力任務(wù)2分析建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計方法任務(wù)3分析結(jié)構(gòu)抗震基本知識同步訓(xùn)練職業(yè)素養(yǎng)園地模塊2結(jié)構(gòu)設(shè)計方法與荷載學(xué)習(xí)目標(biāo)知識目標(biāo)：1.掌握荷載與荷載效應(yīng)、結(jié)構(gòu)抗力概念；2.熟悉結(jié)構(gòu)的功能要求、極限狀態(tài)的概念；3.熟悉結(jié)構(gòu)承載能力極限狀態(tài)的設(shè)計表達式，掌握荷載效應(yīng)的基本組合值計算；熟悉正常使用極限狀態(tài)的設(shè)計表達式，掌握荷載效應(yīng)的標(biāo)準組合值、頻遇組合值和準永久組合值計算；4.了解地震的基本知識；掌握建筑結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)防依據(jù)、目標(biāo)、類別和標(biāo)準；熟悉抗震概念設(shè)計。能力目標(biāo)：1.理解荷載效應(yīng)與結(jié)構(gòu)抗力；2.能應(yīng)用相關(guān)公式計算荷載效應(yīng)的基本組合值、標(biāo)準組合值、頻遇組合值和準永久組合值。工作任務(wù)1.理解荷載效應(yīng)與結(jié)構(gòu)抗力；2.掌握建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計方法；3.熟悉結(jié)構(gòu)抗震的基本知識。模塊2結(jié)構(gòu)設(shè)計方法與荷載任務(wù)2分析建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計方法學(xué)習(xí)指南

結(jié)構(gòu)設(shè)計是根據(jù)建筑方案確定結(jié)構(gòu)布置方案，進行荷載、內(nèi)力等計算后，確定結(jié)構(gòu)構(gòu)件按功能要求所需要的截面尺寸、材料、構(gòu)造措施等。設(shè)計的目的是使設(shè)計的結(jié)構(gòu)在現(xiàn)有的技術(shù)基礎(chǔ)上，用盡可能少的經(jīng)濟消耗，建成能夠滿足全部功能要求、且有足夠的可靠性的建筑物。本模塊主要介紹建筑物基本構(gòu)件及結(jié)構(gòu)設(shè)計時共同采用的方法，即極限狀態(tài)設(shè)計法的基本知識，以及結(jié)構(gòu)抗震的基本知識。本模塊共分三個學(xué)習(xí)任務(wù)，主要學(xué)習(xí)內(nèi)容依次為：理解荷載、荷載效應(yīng)和結(jié)構(gòu)抗力、材料強度?熟悉建筑結(jié)構(gòu)應(yīng)滿足的功能要求和結(jié)構(gòu)功能的極限狀態(tài)?能計算荷載效應(yīng)的基本組合值、標(biāo)準組合值、頻遇組合值和準永久組合值?熟悉結(jié)構(gòu)抗震的的基本知識。模塊2結(jié)構(gòu)設(shè)計方法與荷載任務(wù)2分析建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計方法任務(wù)2分析建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計方法結(jié)構(gòu)設(shè)計是指在預(yù)定的作用及材料性能等條件下，確定結(jié)構(gòu)構(gòu)件按功能要求所需要的截面尺寸、材料、構(gòu)造措施等。應(yīng)用我國現(xiàn)行設(shè)計規(guī)范進行結(jié)構(gòu)設(shè)計時，采用的是以概率理論為基礎(chǔ)的極限狀態(tài)設(shè)計方法。

2.2.1結(jié)構(gòu)的功能要求

2.2.2結(jié)構(gòu)構(gòu)件的極限狀態(tài)

2.2.3設(shè)計狀況與極限狀態(tài)設(shè)計

2.2.4結(jié)構(gòu)的功能函數(shù)

2.2.5結(jié)構(gòu)極限狀態(tài)設(shè)計表達式2.2.1結(jié)構(gòu)的功能要求

設(shè)計任何建筑物或構(gòu)筑物，必須在其設(shè)計使用年限內(nèi)，滿足以下各預(yù)定功能要求：

1）安全性要求即要求結(jié)構(gòu)在正常施工和正常使用時,能承受可能出現(xiàn)的各種作用；在設(shè)計規(guī)定的偶然事件發(fā)生時和發(fā)生后，仍能保持必需的整體穩(wěn)定性，不致倒塌。

2）適用性要求要求結(jié)構(gòu)在正常使用時保持良好的使用性能。如受彎構(gòu)件在正常使用時不出現(xiàn)過大的撓度和過寬的裂縫，不妨礙使用。

3）耐久性要求要求結(jié)構(gòu)在正常維護下具有足夠的耐久性能，不發(fā)生銹蝕和風(fēng)化現(xiàn)象。

4）耐火性要求當(dāng)發(fā)生火災(zāi)時，在規(guī)定的時間內(nèi)可保持足夠的承載力。

5）穩(wěn)固性要求當(dāng)發(fā)生撞擊、爆炸、人為錯誤等偶然事件時，結(jié)構(gòu)能保持必須的整體穩(wěn)固性，不出現(xiàn)與起因不相稱的破壞結(jié)果，防止出現(xiàn)結(jié)構(gòu)的連續(xù)倒塌。

結(jié)構(gòu)可靠性與可靠度結(jié)構(gòu)可靠性是指結(jié)構(gòu)在規(guī)定的時間內(nèi)，在規(guī)定的條件下，完成預(yù)定功能的能力。但是由于結(jié)構(gòu)可靠性隨著各種作用、材料性質(zhì)和幾何參數(shù)的變異而不同，結(jié)構(gòu)完成預(yù)定能力的能力不能事先確定，只能用概率來描述。為此，引入結(jié)構(gòu)可靠度的概念。

結(jié)構(gòu)可靠度是指結(jié)構(gòu)在規(guī)定的時間內(nèi)，在規(guī)定的條件下，完成預(yù)定功能的概率。規(guī)定的時間指設(shè)計使用年限；規(guī)定條件指正常設(shè)計、正常施工、正常使用和正常維護；預(yù)定功能指結(jié)構(gòu)的安全性、適用性和耐久性、耐火性和穩(wěn)固性要求。結(jié)構(gòu)的可靠度是結(jié)構(gòu)可靠性的概率度量，即對結(jié)構(gòu)可靠性的定量概述。

結(jié)構(gòu)的設(shè)計、施工和維護應(yīng)使結(jié)構(gòu)在規(guī)定的設(shè)計使用年限內(nèi)以適當(dāng)?shù)目煽慷惹医?jīng)濟的方式滿足規(guī)定的各項功能要求。當(dāng)建筑結(jié)構(gòu)的使用年限到達后，并不意味著結(jié)構(gòu)立刻報廢不能使用了，而是說它的可靠性水平從此要逐漸降低了，在做結(jié)構(gòu)鑒定及必要加固后，仍可繼續(xù)使用

2.2.2結(jié)構(gòu)構(gòu)件的極限狀態(tài)

結(jié)構(gòu)能夠滿足各項功能要求而良好地工作，稱為結(jié)構(gòu)可靠，反之則稱結(jié)構(gòu)失效。結(jié)構(gòu)工作狀態(tài)是處于可靠還是失效，其分界標(biāo)志就是極限狀態(tài)。當(dāng)整個結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)的一部分超過某一特定狀態(tài)就不能滿足設(shè)計規(guī)定的某一功能要求，這種特定狀態(tài)稱為該功能的極限狀態(tài)。

（1）承載能力極限狀態(tài)。

這種極限狀態(tài)對應(yīng)于結(jié)構(gòu)或構(gòu)件達到最大承載能力或不適于繼續(xù)承載的變形。當(dāng)結(jié)構(gòu)或構(gòu)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結(jié)構(gòu)構(gòu)件或連接因超過材料強度而破壞，或因過度變形而不適于繼續(xù)承載；②整個結(jié)構(gòu)或其一部分作為剛體失去平衡；③結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變成機動體系；④結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件喪失穩(wěn)定；⑤結(jié)構(gòu)因局部破壞而發(fā)生連續(xù)倒塌；⑥地基喪失承載力而破壞；⑦結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件的疲勞破壞。

（2）正常使用極限狀態(tài)。

這種極限狀態(tài)對應(yīng)于結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件達到正常使用或耐久性能的某項規(guī)定限值。當(dāng)結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件出現(xiàn)下列狀態(tài)之一時，即認為超過了正常使用極限狀態(tài)：①影響正常使用或外觀的變形；②影響正常使用或耐久性能的局部損壞（包括裂縫）；③影響正常使用的振動；④影響正常使用的其它特定狀態(tài)。

2.2.3設(shè)計狀況與極限狀態(tài)設(shè)計

1）工程結(jié)構(gòu)設(shè)計時應(yīng)區(qū)分下列設(shè)計狀況：

①持久設(shè)計狀況，適用于結(jié)構(gòu)使用時的正常情況；

②短暫設(shè)計狀況，適用于結(jié)構(gòu)出現(xiàn)的臨時情況，包括結(jié)構(gòu)施工和維修時的情況；

③偶然設(shè)計狀況，適用于結(jié)構(gòu)出現(xiàn)的異常情況，包括結(jié)構(gòu)遭受火災(zāi)、爆炸、撞擊時的情況；

④地震設(shè)計狀況，適用于結(jié)構(gòu)遭受地震時的情況，在抗震設(shè)防地區(qū)必須考慮地震設(shè)計狀況。

2）對于以上四種工程結(jié)構(gòu)設(shè)計狀況應(yīng)分別進行下列極限狀態(tài)設(shè)計：

①對四種設(shè)計狀況，均應(yīng)進行承載能力極限狀態(tài)設(shè)計；

②對持久設(shè)計狀況，尚應(yīng)進行正常使用極限狀態(tài)設(shè)計；

③對短暫設(shè)計狀況和地震設(shè)計狀況，可根據(jù)需要進行正常使用極限狀態(tài)設(shè)計；

④對偶然設(shè)計狀況，可不進行正常使用極限狀態(tài)設(shè)計2.2.4結(jié)構(gòu)的功能函數(shù)結(jié)構(gòu)和結(jié)構(gòu)構(gòu)件的工作狀態(tài)可以用作用效應(yīng)S和結(jié)構(gòu)抗力R的關(guān)系式表示：Z=g（R,S）=R-S以上表達式稱為結(jié)構(gòu)的功能函數(shù)。實際工程中，可能出現(xiàn)以下三種情況:當(dāng)Z>0時，即R>S，結(jié)構(gòu)能夠完成預(yù)定功能，處于可靠狀態(tài)。當(dāng)Z<0時，即R<S，結(jié)構(gòu)不能完成預(yù)定功能，處于失效狀態(tài)。當(dāng)Z=0時，即R=S，結(jié)構(gòu)處于極限狀態(tài)。結(jié)構(gòu)設(shè)計的目的就是要使結(jié)構(gòu)處于可靠狀態(tài)，至少也應(yīng)處于極限狀態(tài)，即滿足條件Z>0.即S≤R。

對承載能力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)，在確定其荷載效應(yīng)時應(yīng)根據(jù)使用過程中在結(jié)構(gòu)上所有可能同時出現(xiàn)的荷載，分別進行荷載效應(yīng)組合，并在所有可能組合中取最不利的效應(yīng)組合進行設(shè)計。

1.承載能力極限狀態(tài)設(shè)計表達式

結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件按承載能力極限狀態(tài)設(shè)計時，結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件(包括基礎(chǔ)等)的破壞或過度變形的承載能力極限狀態(tài)設(shè)計，應(yīng)符合下式要求:

式中--結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)；--作用組合的效應(yīng)(如軸力、彎矩或表示幾個軸力、彎矩的向量)設(shè)計值；一結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件的抗力設(shè)計值。2.2.5結(jié)構(gòu)極限狀態(tài)設(shè)計表達式

（1）房屋建筑結(jié)構(gòu)的安全等級和結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)工程結(jié)構(gòu)設(shè)計時，根據(jù)結(jié)構(gòu)破壞可能產(chǎn)生的后果（危及人的生命、造成經(jīng)濟損失、對社會或環(huán)境產(chǎn)生影響等）的嚴重性，采用不同的安全等級。根據(jù)建筑結(jié)構(gòu)破壞后果的嚴重程度，建筑結(jié)構(gòu)劃分為3個安全等級，設(shè)計時應(yīng)根據(jù)具體情況按照表2-2的規(guī)定選用相應(yīng)的安全等級。表3-2建筑結(jié)構(gòu)的安全等級安全等級破壞后果建筑物類型一級很嚴重：對人的生命、經(jīng)濟、社會或環(huán)境影響很大大型的公共建筑等二級嚴重：對人的生命、經(jīng)濟、社會或環(huán)境影響較大普通的住宅和辦公樓等三級不嚴重：對人的生命、經(jīng)濟、社會或環(huán)境影響較小小型的或臨時性貯存建筑等

（1）房屋建筑結(jié)構(gòu)的安全等級和結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)對應(yīng)于房屋建筑結(jié)構(gòu)的安全等級，房屋建筑的結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)，不應(yīng)小于表2-3的規(guī)定。表2-3房屋建筑的結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)對持久設(shè)計狀況和短暫設(shè)計狀況對偶然設(shè)計狀況和地震設(shè)計狀況

安全等級一級二級三級1.11.00.91.0（2）承載能力極限狀態(tài)下作用組合的效應(yīng)設(shè)計值S

對持久設(shè)計狀況和暫短設(shè)計狀況按作用的基本組合計算?！督ㄖY(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》規(guī)定：對于基本組合，荷載效應(yīng)組合的設(shè)計值應(yīng)從由可變荷載效應(yīng)控制的組合和由永久荷載效應(yīng)控制的兩組組合中取最不利值確定。1）由可變荷載效應(yīng)控制的組合設(shè)計值表達式為2）由永久荷載效應(yīng)控制的組合設(shè)計值表達式為

①永久荷載的分項系數(shù)應(yīng)符合下列規(guī)定:當(dāng)永久荷載效應(yīng)對結(jié)構(gòu)不利時，對由可變荷載效應(yīng)控制的組合應(yīng)取1.2，對由永久荷載效應(yīng)控制的組合應(yīng)取1.35；當(dāng)永久荷載效應(yīng)對結(jié)構(gòu)有利時，不應(yīng)大于1.0。

②)可變荷載的分項系數(shù)應(yīng)符合下列規(guī)定:對標(biāo)準值大于4kN/m2的工業(yè)房屋樓面結(jié)構(gòu)的活荷載，應(yīng)取1.3；其他情況，應(yīng)取1.4。

③對結(jié)構(gòu)的傾覆、滑移或漂浮驗算，荷載的分項系數(shù)應(yīng)滿足有關(guān)的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范的規(guī)定。3）基本組合的荷載分項系數(shù)，應(yīng)按下列規(guī)定采用。4）可變荷載考慮設(shè)計使用年限的調(diào)整系數(shù)2.正常使用極限狀態(tài)設(shè)計表達式結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件按正常使用極限狀態(tài)設(shè)計時，應(yīng)符合下式要求:

S≤C

(2-4)式中

S------作用組合的效應(yīng)(如變形、裂縫等)設(shè)計值;

C-------設(shè)計對變形、裂縫等規(guī)定的相應(yīng)限值。

正常使用狀極限態(tài)的設(shè)計，主要是驗算結(jié)構(gòu)構(gòu)件的變形、抗裂度或裂縫寬度等，以便滿足結(jié)構(gòu)適用性和耐久性的要求。驗算中材料用標(biāo)準值，不再考慮荷載分項系數(shù)和結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)。