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1、第二章第二章钢筋混凝土结构设计计算原理钢筋混凝土结构设计计算原理Chp.2 Design and Calculation PrinciplesChp.2 Design and Calculation Principlesfor Reinforced Concrete Structuresfor Reinforced Concrete Structures结构的功能要求结构的功能要求1.安全性安全性 Safty结构在预定的使用期间内（一般为结构在预定的使用期间内（一般为50年），应能承受年），应能承受在正常施工、正常使用情况下可能出现的各种荷载、外在正常施工、正常使用情况下可能出现的各种荷载、外
2、加变形（如超静定结构的支座不均匀沉降）、约束变形加变形（如超静定结构的支座不均匀沉降）、约束变形（如温度和收缩变形受到约束时）等的作用。（如温度和收缩变形受到约束时）等的作用。在设计规定的偶然事件（如地震、爆炸）发生时及在设计规定的偶然事件（如地震、爆炸）发生时及发生后，结构仍能保持必需的整体稳定性，即要求仅产发生后，结构仍能保持必需的整体稳定性，即要求仅产生局部损坏，不应发生倒塌或连续破坏而造成生命财产生局部损坏，不应发生倒塌或连续破坏而造成生命财产的严重损失。的严重损失。如（如（MMu）结构的功能要求结构的功能要求2.适用性适用性 Serviceability结构在正常使用期间，具有良好的
3、工作性能。如不结构在正常使用期间，具有良好的工作性能。如不发生影响正常使用的过大的变形（挠度、侧移）、振动发生影响正常使用的过大的变形（挠度、侧移）、振动（频率、振幅），或产生让使用者感到不安的过大的裂（频率、振幅），或产生让使用者感到不安的过大的裂缝宽度。缝宽度。如（如（f f）3.耐久性耐久性 Durability结构在正常使用和正常维护条件下，应具有足够的结构在正常使用和正常维护条件下，应具有足够的耐久性。即在各种因素的影响下（混凝土碳化、钢筋锈耐久性。即在各种因素的影响下（混凝土碳化、钢筋锈蚀），结构的承载力和刚度不应随时间有过大的降低，蚀），结构的承载力和刚度不应随时间有过大的降低，
4、而导致结构在其预定使用期间内丧失安全性和适用性，而导致结构在其预定使用期间内丧失安全性和适用性，降低使用寿命。降低使用寿命。如（如（wmax wmax）结构的功能要求结构的功能要求功功能能要要求求在正常施工和正常使用时，能承受可能出现的各种作用。在正常施工和正常使用时，能承受可能出现的各种作用。在正常使用时具有良好的工作性能。在正常使用时具有良好的工作性能。在正常维护下有足够的耐久性能。在正常维护下有足够的耐久性能。在设计规定的偶然事件发生时及发生后，仍能保持必需的在设计规定的偶然事件发生时及发生后，仍能保持必需的整体稳定性，即要求仅产生局部损坏而不致发生整体倒塌。整体稳定性，即要求仅产生局部
5、损坏而不致发生整体倒塌。安全性安全性安全性安全性适用性适用性耐久性耐久性 结构设计的目的：在一定的经济条件下，使结构在预定的使用期限内能满结构设计的目的：在一定的经济条件下，使结构在预定的使用期限内能满足设计所预期的各种功能要求（安全性、适用性、耐久性，总称为可靠性）。足设计所预期的各种功能要求（安全性、适用性、耐久性，总称为可靠性）。结构的可靠性结构的可靠性可靠性可靠性 Reliability安全性、适用性和耐久性的总称安全性、适用性和耐久性的总称 就是指结构在规定的使用期限内（设计工作寿命就是指结构在规定的使用期限内（设计工作寿命=50年），在规定的条件下（正常设计、正常施工、正常使年），
6、在规定的条件下（正常设计、正常施工、正常使用和维护），完成预定结构功能的能力。用和维护），完成预定结构功能的能力。结构可靠性越高，建设造价投资越大。结构可靠性越高，建设造价投资越大。如何在结构可靠与经济之间取得均衡？如何在结构可靠与经济之间取得均衡？设计方法要解决的问题。设计方法要解决的问题。可靠性如何计算？可靠性如何计算？可靠性目标是多大？可靠性目标是多大？可靠性量度可靠性量度钢筋混凝土结构设计理论的发展钢筋混凝土结构设计理论的发展容许应力法容许应力法钢筋砼结构按弹性理论计算的应力钢筋砼结构按弹性理论计算的应力不大于规定的容许应力。不大于规定的容许应力。破坏阶段设计法破坏阶段设计法考虑材料塑
7、性性能，按材料平均强考虑材料塑性性能，按材料平均强度计算的承载力必须大于计算的最度计算的承载力必须大于计算的最大荷载产生的内力。大荷载产生的内力。极限状态设计法极限状态设计法明确结构按各个极限状态进行计算明确结构按各个极限状态进行计算设计。设计。概率极限状态设计法概率极限状态设计法在极限状态设计法的基础上考虑结在极限状态设计法的基础上考虑结构的可靠概率，按发展阶段，该法构的可靠概率，按发展阶段，该法可分为三个水准。可分为三个水准。结构的极限状态结构的极限状态极限状态定义：整个结构或结构的一部分超过某一特极限状态定义：整个结构或结构的一部分超过某一特定状态就不能满足设计指定的某一功能要求，这个定
8、状态就不能满足设计指定的某一功能要求，这个特定的状态称之为该功能的极限状态。特定的状态称之为该功能的极限状态。承载能力极限状态承载能力极限状态结构或结构构件达到最大承载力或达到不适于继续承载的变结构或结构构件达到最大承载力或达到不适于继续承载的变形。超过这一极限状态时结构将发生破坏、倒塌或失稳等现形。超过这一极限状态时结构将发生破坏、倒塌或失稳等现象。象。（1）结构或结构的一部分丧失稳定；）结构或结构的一部分丧失稳定；（2）结构形成机动体系丧失承载能力；）结构形成机动体系丧失承载能力；（3）结构发生滑移、上浮或倾覆；）结构发生滑移、上浮或倾覆；（4）构件截面因材料强度不足而破坏；）构件截面因材
9、料强度不足而破坏；（5）结构或构件产生过大的塑性变形而不适于继续承载。）结构或构件产生过大的塑性变形而不适于继续承载。正常使用极限状态正常使用极限状态结构或构件达到影响正常使用或耐久性能的某项规定限值。超结构或构件达到影响正常使用或耐久性能的某项规定限值。超过这一极限状态时结构将出现过大的变形，开裂或过宽的裂过这一极限状态时结构将出现过大的变形，开裂或过宽的裂缝，钢筋严重锈蚀，混凝土腐蚀、风化、剥落等现象。缝，钢筋严重锈蚀，混凝土腐蚀、风化、剥落等现象。（1）产生过大的变形，影响正常使用或外观；）产生过大的变形，影响正常使用或外观；（2）产生过宽的裂缝，影响正常使用（渗水）或外观；产）产生过宽
10、的裂缝，影响正常使用（渗水）或外观；产生人们心理上不能接受的感觉；对耐久性也有一定的影响；生人们心理上不能接受的感觉；对耐久性也有一定的影响；（3）产生过大的振动，影响正常使用。）产生过大的振动，影响正常使用。结构的极限状态结构的极限状态安全性安全性适用性适用性耐久性耐久性结构的功能要求：结构的功能要求：结构的极限状态：结构的极限状态：承载能力极限状态承载能力极限状态正常使用极限状态正常使用极限状态设计设计验算验算结构的设计状况结构的设计状况 建筑结构设计时，应根据结构在施工和使用中的环境条件和影响，区分建筑结构设计时，应根据结构在施工和使用中的环境条件和影响，区分下列三种设计状况：下列三种设
11、计状况：持久状况持久状况 短暂状况短暂状况 偶然状况偶然状况在结构使用过程中一定出现，持在结构使用过程中一定出现，持续时间较长的状况续时间较长的状况在结构施工和使用过程中出现概在结构施工和使用过程中出现概率较大，而与设计使用年限相比率较大，而与设计使用年限相比持续时间很短的状况持续时间很短的状况在结构使用过程中出现概率很小，在结构使用过程中出现概率很小，且持续期很短的状况且持续期很短的状况承载能力极限承载能力极限状态设计状态设计正常使用极限正常使用极限状态验算状态验算作用与荷载效应作用与荷载效应 凡是施加在结构上的集中或分布荷载，以及引起结构凡是施加在结构上的集中或分布荷载，以及引起结构外加变
12、形或约束的原因，总称为作用。外加变形或约束的原因，总称为作用。作作 用用直接作用直接作用（荷载）（荷载）间接作用间接作用施加在结构上的集中或施加在结构上的集中或分布荷载分布荷载如混凝土收缩、温度变如混凝土收缩、温度变化、基础沉降、地震等。化、基础沉降、地震等。荷载是作用，但作用未必是荷载。荷载是作用，但作用未必是荷载。从工程习惯和叙述简便起见，两者不作区分，一律称为荷载。从工程习惯和叙述简便起见，两者不作区分，一律称为荷载。荷载的分类荷载的分类永久荷载永久荷载可变荷载可变荷载偶然荷载偶然荷载在设计基准期内其量值随时间变在设计基准期内其量值随时间变化，且其变化与平均值相比不可化，且其变化与平均值
13、相比不可忽略的作用。忽略的作用。如结构自重、土压力、如结构自重、土压力、预应力、地基沉降、焊预应力、地基沉降、焊接等。接等。在设计基准期内不一定出现，而在设计基准期内不一定出现，而一旦出现其量值很大且持续时间一旦出现其量值很大且持续时间很短的作用。很短的作用。在设计基准期内其量值不随时间在设计基准期内其量值不随时间变化，或其变化与平均值相比可变化，或其变化与平均值相比可以忽略不计的作用。以忽略不计的作用。如楼面活荷载、吊车荷如楼面活荷载、吊车荷载、风荷载、雪荷载、载、风荷载、雪荷载、温度变化等。温度变化等。如爆炸力、撞击力、罕如爆炸力、撞击力、罕遇的地震等。遇的地震等。（1）按随时间的变异可分
14、为三类：按随时间的变异可分为三类：荷载的分类荷载的分类 （2）按随空间位置的变异可分为二类：按随空间位置的变异可分为二类：固定荷载固定荷载自由荷载自由荷载在结构上具有固定分布的作在结构上具有固定分布的作用。其特点是在结构上出现用。其特点是在结构上出现的空间位置固定不变，但其的空间位置固定不变，但其量值可能具有随机性。量值可能具有随机性。在结构上一定范围内可以任在结构上一定范围内可以任意分布的作用。意分布的作用。如房屋建筑楼面上位置如房屋建筑楼面上位置固定的设备荷载、屋盖固定的设备荷载、屋盖上的水箱等。上的水箱等。如楼面的人员荷载、吊如楼面的人员荷载、吊车荷载等。车荷载等。荷载的分类荷载的分类静
15、态荷载静态荷载动态荷载动态荷载 （3）按结构的反应特点可分为二类：按结构的反应特点可分为二类：使结构产生的加速度可以忽略不计的使结构产生的加速度可以忽略不计的作用。作用。使结构产生的加速度不可忽略不计的使结构产生的加速度不可忽略不计的作用。在结构分析时一般均应考虑其作用。在结构分析时一般均应考虑其动力效应。动力效应。如结构自重、住宅或办如结构自重、住宅或办公楼的楼面活荷载公楼的楼面活荷载如吊车荷载、地震作用、如吊车荷载、地震作用、大型动力设备的作用、大型动力设备的作用、高耸结构上的风荷载等。高耸结构上的风荷载等。作用效应及作用效应系数作用效应及作用效应系数作用效应作用效应 S：各种作用作用在结
16、构或结构构件上，由：各种作用作用在结构或结构构件上，由此在结构内产生的内力和变形（如轴力、剪力、弯矩以此在结构内产生的内力和变形（如轴力、剪力、弯矩以及挠度、转角和裂缝等）。及挠度、转角和裂缝等）。荷载效应系数荷载效应系数 C：单位荷载的作用效应。：单位荷载的作用效应。ql 简支梁在均布荷载简支梁在均布荷载q作用下，跨中弯矩的作用效作用下，跨中弯矩的作用效应为应为 ，作用效应系数为，作用效应系数为 ；支座剪力；支座剪力的作用效应为的作用效应为 ，作用效应系数为，作用效应系数为 。简支梁，跨中承受集中荷载简支梁，跨中承受集中荷载P，跨中弯矩的作用效，跨中弯矩的作用效应为应为 ，作用效应系数为，作用效应系数为 ；支座剪力的；支座剪力的作用效应为作用效应为 ，作用效应系数为，作用效应系数为 。Pl281ql281lql21l21Pl41l41P2121PCS荷载荷载效应系数荷载效应结构抗力结构抗力 结构抗力结构抗力R：指整个结构或结构构件承受作用效应（即内：指整个结构或结构构件承受作用效应（即内力和变形）的能力。力和变形）的能力。影响抗力的主要因素有：影响抗力的主要因素有：材料性能的不确定性
