1、2020/9/19,2.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的要求 2.2 結(jié)構(gòu)的作用、作用效應(yīng)和結(jié)構(gòu)抗力 2.3 結(jié)構(gòu)按概率極限狀態(tài)設(shè)計(jì) 2.4 按承載能力極限狀態(tài)計(jì)算 2.5 按正常使用極限狀態(tài)計(jì)算 2.6 混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性,第2章 混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法,2020/9/19,學(xué)習(xí)要求與學(xué)習(xí)重點(diǎn),學(xué)習(xí)要求： 掌握結(jié)構(gòu)的功能、極限狀態(tài)、作用效應(yīng)、結(jié)構(gòu)抗力、可靠度等基本概念； 掌握作用（荷載）、結(jié)構(gòu)抗力的取值，學(xué)會(huì)查用表格； 掌握荷載分項(xiàng)系數(shù)、可變荷載組合系數(shù)、結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)、混凝土和鋼材的材料分項(xiàng)系數(shù)的取值； 掌握承載能力和正常使用極限狀態(tài)的實(shí)用設(shè)計(jì)表達(dá)式。 學(xué)習(xí)重點(diǎn)： 結(jié)構(gòu)的功能要求、極限狀態(tài)，混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法，

2、結(jié)構(gòu)上的作用、作用效應(yīng)和結(jié)構(gòu)的抗力，極限狀態(tài)實(shí)用設(shè)計(jì)表達(dá)式,2020/9/19,2.1.1 結(jié)構(gòu)的功能要求 安全性 如（MMu） 結(jié)構(gòu)在預(yù)定的使用期間內(nèi)（一般為50年），應(yīng)能承受在正常施工、正常使用情況下可能出現(xiàn)的各種荷載、外加變形（如超靜定結(jié)構(gòu)的支座不均勻沉降）、約束變形（如溫度和收縮變形受到約束時(shí)）等的作用。 在偶然事件（如地震、爆炸）發(fā)生時(shí)和發(fā)生后，結(jié)構(gòu)應(yīng)能保持整體穩(wěn)定性，不應(yīng)發(fā)生倒塌或連續(xù)破壞而造成生命財(cái)產(chǎn)的嚴(yán)重?fù)p失。,2.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的要求,2020/9/19, 適用性 如（f f ） 結(jié)構(gòu)在正常使用期間，具有良好的工作性能。如不發(fā)生影響正常使用的過大的變形（撓度、側(cè)移）、振動(dòng)（頻率

3、、振幅），或產(chǎn)生讓使用者感到不安的過大的裂縫寬度。 耐久性 如（wmax wmax） 結(jié)構(gòu)在正常使用和正常維護(hù)條件下，應(yīng)具有足夠的耐久性。即在各種因素的影響下（混凝土碳化、鋼筋銹蝕），結(jié)構(gòu)的承載力和剛度不應(yīng)隨時(shí)間有過大的降低，而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)在其預(yù)定使用期間內(nèi)喪失安全性和適用性，降低使用壽命。,2020/9/19, 結(jié)構(gòu)的可靠性 可靠性安全性、適用性和耐久性的總稱 就是指結(jié)構(gòu)在規(guī)定的使用期限內(nèi)（設(shè)計(jì)工作壽命=50年），在規(guī)定的條件下（正常設(shè)計(jì)、正常施工、正常使用和維護(hù)），完成預(yù)定結(jié)構(gòu)功能的能力。 結(jié)構(gòu)可靠性越高，建設(shè)造價(jià)投資越大。 如何在結(jié)構(gòu)可靠與經(jīng)濟(jì)之間取得均衡，就是設(shè)計(jì)方法要解決的問題。,202

4、0/9/19, 顯然這種可靠與經(jīng)濟(jì)的均衡受到多方面的影響，如國家經(jīng)濟(jì)實(shí)力、設(shè)計(jì)工作壽命、維護(hù)和修復(fù)等。 規(guī)范規(guī)定的設(shè)計(jì)方法，是這種均衡的最低限度，也是國家法律。 設(shè)計(jì)人員可以根據(jù)具體工程的重要程度、使用環(huán)境和情況，以及業(yè)主的要求，提高設(shè)計(jì)水準(zhǔn)，增加結(jié)構(gòu)的可靠度。 經(jīng)濟(jì)的概念不僅包括第一次建設(shè)費(fèi)用，還應(yīng)考慮維修，損失及修復(fù)的費(fèi)用,2020/9/19,2.1.2 結(jié)構(gòu)的極限狀態(tài) 結(jié)構(gòu)能夠滿足功能要求而良好地工作，則稱結(jié)構(gòu)是“可靠”的或“有效”的。反之，則結(jié)構(gòu)為“不可靠”或“失效”。 區(qū)分結(jié)構(gòu)“可靠”與“失效”的臨界工作狀態(tài)稱為“極限狀態(tài)” 根據(jù)功能要求結(jié)構(gòu)的極限狀態(tài)分為兩類： 承載能力極限狀態(tài) 正

5、常使用極限狀態(tài),2020/9/19,承載能力極限狀態(tài) 超過該極限狀態(tài)，結(jié)構(gòu)就不能滿足預(yù)定的安全性功能要求 結(jié)構(gòu)或構(gòu)件達(dá)到最大承載力（包括疲勞） 結(jié)構(gòu)整體或其中一部分作為剛體失去平衡（如傾覆、滑移） 結(jié)構(gòu)塑性變形過大而不適于繼續(xù)使用 結(jié)構(gòu)形成幾何可變體系（超靜定結(jié)構(gòu)中出現(xiàn)足夠多塑性鉸） 結(jié)構(gòu)或構(gòu)件喪失穩(wěn)定（如細(xì)長受壓構(gòu)件的壓曲失穩(wěn)）,2020/9/19,正常使用極限狀態(tài) 超過該極限狀態(tài)，結(jié)構(gòu)就不能滿足預(yù)定的適用性和耐久性的功能要求。 過大的變形、側(cè)移（影響非結(jié)構(gòu)構(gòu)件、不安全感、不能正常使用（吊車）等）； 過大的裂縫（鋼筋銹蝕、不安全感、漏水等）； 過大的振動(dòng)（不舒適）； 其他正常使用要求。,20

6、20/9/19,2.1.3結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)使用年限 結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)使用年限是指設(shè)計(jì)規(guī)定的結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件不需要進(jìn)行大修即可按達(dá)到其預(yù)定功能的使用時(shí)期。 設(shè)計(jì)年限可按建筑結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)確定，也可經(jīng)過主管部門的批準(zhǔn)按業(yè)主的要求確定。一般建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)使用年限為50年。 設(shè)計(jì)使用年限類別 注意：區(qū)別建筑物的設(shè)計(jì)使用年限與建筑物的使用壽命。,2020/9/19,2.2 結(jié)構(gòu)的作用、作用效應(yīng)和結(jié)構(gòu)抗力 2.2.1 結(jié)構(gòu)的作用和作用效應(yīng) 1 作用的概念與類型 建筑結(jié)構(gòu)在施工期間和使用期間要承受各種作用。所謂作用是使結(jié)構(gòu)或構(gòu)件產(chǎn)生內(nèi)力（應(yīng)力）、變形（位移、應(yīng)變）和裂縫的各種原因的總稱。 作用分為兩類： （1）當(dāng)

7、以力的形式作用于結(jié)構(gòu)上時(shí)，稱為直接作用，也叫結(jié)構(gòu)的荷載。分為永久荷載、可變荷載和偶然荷載，如結(jié)構(gòu)自重、樓面上的人群及物品重量、風(fēng)壓力、雪壓力、土壓力等。 （2）當(dāng)以變形形式作用于結(jié)構(gòu)上時(shí)，稱為間接作用，習(xí)慣上稱為結(jié)構(gòu)的外加變形或約束變形。如地震、基礎(chǔ)不均勻沉降、混凝土收縮、徐變、溫度變形和焊接變形等。,2020/9/19,荷載的分類 按作用時(shí)間的長短和性質(zhì)，荷載分為三類： 1.永久荷載在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使用年限內(nèi)，其值不隨時(shí)間而變化，或其變化與平均值相比可以忽略不計(jì)，或其變化是單調(diào)的并能趨于限值的荷載。 2.可變荷載在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)其值隨時(shí)間而變化，其變化與平均值不可忽略的荷載。 3.偶然荷載在結(jié)構(gòu)

8、設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)不一定出現(xiàn)，但一旦出現(xiàn)其值很大且作用時(shí)間很短的荷載。,2020/9/19,2 荷載的代表值,荷載的標(biāo)準(zhǔn)值 1）定義 將荷載視為隨機(jī)變量，采用數(shù)理統(tǒng)計(jì)的方法加以處理而得到的具有一定概率的最大荷載值。 2）確定 a.結(jié)構(gòu)的自重可根據(jù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)尺寸和材料的重力密度確定； b.可變荷載常與時(shí)間有關(guān)，在缺少大量統(tǒng)計(jì)材料的條件下，可近似按隨機(jī)變量來考慮；,2020/9/19,可變荷載組合值 1）定義 指幾種可變荷載進(jìn)行組合時(shí)，其值不一定都同時(shí)達(dá)到最大，因此，需作適當(dāng)調(diào)整。 2）調(diào)整方法 除其中最大荷載仍取其標(biāo)準(zhǔn)值外，其他伴隨的可變荷載均采用小于1.0的組合系數(shù)乘以相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)值來表達(dá)其荷載代表值

9、。,2020/9/19,可變荷載頻遇值 1）定義 指結(jié)構(gòu)上時(shí)而出現(xiàn)的較大荷載。 2）確定 以荷載的頻遇值系數(shù)與相應(yīng)的可變荷載標(biāo)準(zhǔn)值的乘積來確定的。,2020/9/19,可變荷載的準(zhǔn)永久值 1）定義 指在結(jié)構(gòu)上經(jīng)常作用的可變荷載。 2）確定 變荷載準(zhǔn)永久值是以荷載的準(zhǔn)永久值系數(shù)與相應(yīng)的可變荷載標(biāo)準(zhǔn)值的乘積來確定的。,2020/9/19,作用效應(yīng) 結(jié)構(gòu)構(gòu)件在各種作用因素的作用下引起的內(nèi)力、變形和裂縫等統(tǒng)稱為作用效應(yīng)。 荷載效應(yīng) 當(dāng)“作用”為“荷載”時(shí)，則稱為荷載效應(yīng)。 荷載與荷載效應(yīng) S=CQ,3 作用效應(yīng),2020/9/19,荷載分項(xiàng)系數(shù) 是考慮荷載超過標(biāo)準(zhǔn)值的可能性，以及對(duì)不同變異性的荷載可能

10、造成結(jié)構(gòu)計(jì)算時(shí)可靠度嚴(yán)重不一致的調(diào)整系數(shù)。 荷載設(shè)計(jì)值 荷載的標(biāo)準(zhǔn)值與荷載分項(xiàng)系數(shù)的乘積稱為荷載的設(shè)計(jì)值，亦稱為設(shè)計(jì)荷載。 永久荷載的分項(xiàng)系數(shù) A 當(dāng)其效應(yīng)對(duì)結(jié)構(gòu)不利時(shí) 對(duì)由可變荷載效應(yīng)控制的組合，取1.2 對(duì)由永久荷載效應(yīng)控制的組合，取1.35,4 荷載分項(xiàng)系數(shù)及荷載設(shè)計(jì)值,2020/9/19,B 當(dāng)其效應(yīng)對(duì)結(jié)構(gòu)有利時(shí) 一般情況下取1.0； 對(duì)結(jié)構(gòu)的傾覆、滑移或漂浮驗(yàn)算，取0.9。 可變荷載分項(xiàng)系數(shù) 對(duì)標(biāo)準(zhǔn)值大于4kN/m2的工業(yè)樓面結(jié)構(gòu)的活荷載，取1.3。 荷載設(shè)計(jì)值 荷載的標(biāo)準(zhǔn)值與荷載分項(xiàng)系數(shù)的乘積稱為荷載的設(shè)計(jì)值，亦稱為設(shè)計(jì)荷載，其數(shù)值大體相當(dāng)于結(jié)構(gòu)在非正常使用情況下荷載的最大值，它比

11、荷載的標(biāo)準(zhǔn)值具有更大的可靠度。,2020/9/19,結(jié)構(gòu)抗力 指結(jié)構(gòu)或構(gòu)件承受內(nèi)力和變形的能力，以R表示。 結(jié)構(gòu)的工作狀態(tài) 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)系式來描述，S=R。 強(qiáng)度極限平衡方程式 N=Nu Nu=fcAc+fyAs Z=R-S=G(R,S),2.2.2 結(jié)構(gòu)抗力,1 結(jié)構(gòu)抗力及結(jié)構(gòu)的工作狀態(tài),2020/9/19,結(jié)構(gòu)所處的三種不同工作狀態(tài)： Z=R-S0 時(shí)，結(jié)構(gòu)處于可靠狀態(tài)； Z=R-S=0時(shí)，結(jié)構(gòu)達(dá)到極限狀態(tài)； Z=R-S0時(shí)，結(jié)構(gòu)處于失效（破壞）狀態(tài)。,2 材料強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值,取值原則 在材料強(qiáng)度實(shí)測值的總體中，強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值應(yīng)具有不小于95%的保證率。,3

12、材料強(qiáng)度設(shè)計(jì)值,材料強(qiáng)度的標(biāo)準(zhǔn)值fk除以材料的分項(xiàng)系數(shù)m就得到材料強(qiáng)度的設(shè)計(jì)值f，即 f=fk/m。,2020/9/19,2.3 結(jié)構(gòu)按概率極限狀態(tài)設(shè)計(jì),定義 也稱近似概率法，是從概率的觀點(diǎn)來研究結(jié)構(gòu)的可靠性。 可靠度 結(jié)構(gòu)的可靠度就是在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)，在規(guī)定的條件下完成預(yù)定功能（安全性、耐久性、適用性）的可能性大小。 可靠概率 結(jié)構(gòu)能夠完成預(yù)定的功能（RS）的概率。 失效概率 不能完成預(yù)定功能（RS)的概率為“失效概率”。 可靠概率和失效概率二者是互補(bǔ)的,2.3.1 可靠度、失效概率及可靠指標(biāo),2020/9/19,S及R概率分布曲線,實(shí)用設(shè)計(jì)表達(dá)式,2020/9/19,實(shí)用設(shè)計(jì)表達(dá)式,2020

13、/9/19,實(shí)用設(shè)計(jì)表達(dá)式,2020/9/19,實(shí)用設(shè)計(jì)表達(dá)式,2020/9/19,結(jié)構(gòu)抗力、荷載效應(yīng)平均值、標(biāo)準(zhǔn)差的關(guān)系,2.3 結(jié)構(gòu)按概率極限狀態(tài)設(shè)計(jì),2020/9/19,和Pf的關(guān)系圖,例2-1,2020/9/19,2.3.2 目標(biāo)可靠指標(biāo)及安全等級(jí),對(duì)于具有延性破壞特征的一般建筑物的結(jié)構(gòu)構(gòu)件，允許失效概率可取得略高一些，目標(biāo)可靠指標(biāo)可取得略小一些。 對(duì)于具有脆性破壞特征的構(gòu)件，目標(biāo)可靠指標(biāo)則相應(yīng)取得略大一些。 根據(jù)建筑結(jié)構(gòu)破壞后果的嚴(yán)重程度，將建筑結(jié)構(gòu)劃分為三個(gè)安全等級(jí)，相應(yīng)承載能力極限狀態(tài)的目標(biāo)可靠指標(biāo)與其對(duì)應(yīng)。,2020/9/19,在承載力極限狀態(tài)設(shè)計(jì)時(shí)，根據(jù)建筑結(jié)構(gòu)破壞后果的嚴(yán)重

14、程度，將建筑結(jié)構(gòu)劃分為三個(gè)安全等級(jí)。,2.4 按承載能力極限狀態(tài)計(jì)算,2.4.1 建筑結(jié)構(gòu)的安全等級(jí),2.4.2 計(jì)算表達(dá)式,極限狀態(tài)設(shè)計(jì)表達(dá)式：,承載力函數(shù)：, 材料強(qiáng)度 fck 和 fsk 是根據(jù)統(tǒng)計(jì)后按一定保證率取其下限分位值，反映的材料強(qiáng)度的變異性。 材料強(qiáng)度系數(shù)c 和s 仍按經(jīng)驗(yàn)確定，但對(duì)于不同荷載的變異大小，可取不同的荷載系數(shù)。,2020/9/19,2.4.3 荷載效應(yīng)組合, 定義 荷載效應(yīng)組合是指在所有可能同時(shí)出現(xiàn)的諸荷載組合下，確定結(jié)構(gòu)或構(gòu)件內(nèi)產(chǎn)生的總效應(yīng)。 取最不利值確定法 1）由可變荷載控制時(shí)：,2）由永久荷載控制時(shí)：,2020/9/19,簡化規(guī)則取最不利值確定法 1）由可

15、變荷載控制時(shí)：,2）由永久荷載控制時(shí)：,例2-2,2020/9/19,設(shè)計(jì)表達(dá)式：,2.5 按正常使用極限狀態(tài)計(jì)算,標(biāo)準(zhǔn)組合，荷載效應(yīng)組合值S計(jì)算式：,頻遇組合，荷載效應(yīng)組合值S計(jì)算式：,2020/9/19,準(zhǔn)永久組合，荷載效應(yīng)組合值S計(jì)算式：,例2-3,2020/9/19,材料的耐久性是指它暴露在使用環(huán)境下，抵抗各種物理和化學(xué)作用的能力。,2.6 混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性,2.6.1 耐久性的概念,材料質(zhì)量 水灰比的大小是影響混凝土質(zhì)量的主要因素 鋼筋銹蝕 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中鋼筋的銹蝕，是由于保護(hù)鋼筋的混凝土碳化和氯離子引起的銹蝕作用而產(chǎn)生的。 （1）混凝土的碳化 影響混凝土碳化速度的主要因素： 材

16、料自身的影響；施工質(zhì)量的影響；外部環(huán)境的影響 （2）氯離子引起的銹蝕,2.6.2 影響材料耐久性的因素,2020/9/19, 堿-集料反應(yīng) 堿-集料反應(yīng)是指混凝土中含有的堿與其活性集料之間發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，引起混凝土的膨脹、開裂、表面滲出白色漿液，造成結(jié)構(gòu)的破壞。 混凝土中的堿是從水泥和外加劑中得來的。水泥中的堿主要由原料粘土和燃料煤有鉀鈉含量而引入的。 混凝土的抗?jié)B及抗凍性 混凝土的抗?jié)B性：是指混凝土在潮濕環(huán)境下抵抗干濕交替作用的能力?；炷羶?nèi)集料和水泥漿體中的毛細(xì)孔隙很小，其滲透性極微，起主要作用的是由于混凝土拌合料的離析泌水，在集料和水泥漿體界面富集的水分蒸發(fā)，容易產(chǎn)生貫通的微裂縫而形成較大

17、的滲透性，并隨著水含量的增加而增大，對(duì)混凝土的耐久性有較大的影響。,2020/9/19,除冰鹽對(duì)混凝土的破壞 冬季在混凝土路面上撒鹽以降低其凍結(jié)溫度，消除冰雪對(duì)交通的危害 防止除鹽對(duì)混凝土破壞的主要措施： （1）水泥應(yīng)采用硅酸鹽水泥及普通硅酸鹽水泥； （2）摻加引氣劑，含量宜適當(dāng)增大； （3）提高混凝土強(qiáng)度等級(jí)，增加混凝土保護(hù)層厚度，防止鋼筋銹蝕。,提高混凝土抗?jié)B性的措施有： A 改善混凝土的配合比，粗、細(xì)集料表面應(yīng)保持清潔，嚴(yán)格控制含泥量，盡量減少水灰比； B 在混凝土拌合料中摻加摻合劑，以增加密實(shí)度； C 摻加適量引氣劑，使其產(chǎn)生細(xì)小氣泡，以減小毛細(xì)管道的貫通性； D 摻加某些外加劑，如防

18、水劑、減水劑、膨脹劑、憎水劑等； E 加強(qiáng)養(yǎng)護(hù)，避免施工時(shí)產(chǎn)生干濕交替的作用。,2020/9/19,2.6.3 對(duì)混凝土耐久性要求的規(guī)定,1 使用環(huán)境分類：混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性應(yīng)根據(jù)表2-6的環(huán)境類別和設(shè)計(jì)使用年限進(jìn)行設(shè)計(jì)。 2 設(shè)計(jì)使用年限為50年的結(jié)構(gòu)混凝土耐久性，當(dāng)處于一類、二類和三類環(huán)境中時(shí)，應(yīng)符合表2-7的規(guī)定。 3 設(shè)計(jì)使用年限為100年的結(jié)構(gòu)混凝土耐久性應(yīng)符合下列規(guī)定： （1）當(dāng)處于一類環(huán)境中時(shí)： A 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的最低混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C30；預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)最低強(qiáng)度等級(jí)為C40； B 混凝土中的最大氯離子含量為0.06%； C 宜使用非堿活性集料；當(dāng)使用堿活性集料時(shí)，混凝土中的最大堿含量為3.0Kg/m3； D 在使用過程中應(yīng)定期維護(hù)。,2020/9/19,第2章 按近似概率理論的極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法,2.6 混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性,（2）當(dāng)處于二類、三類環(huán)境中時(shí)，應(yīng)采取專門有效措施。 4 處在較特殊環(huán)境中結(jié)構(gòu)混凝土的耐久性： （1）對(duì)有抗?jié)B或抗凍要求的結(jié)構(gòu)混凝土的抗?jié)B性和抗凍性