2012混凝土结构的基本设计原则.docVIP

混凝土结构的基本设计原则 2.1 极限状态设计原则 在绪论中，曾讲过我国混凝土结构设计理论和方法的演变过程。新颁布的《规范》遵照国家标准《建筑结构可靠度设计统一标准》GB50068—2001(以下简称《标推》)所确定的原则，对建、构筑物作结构设计时，采用以概率理论为基础的极限状态设计方法。现将涉及混凝土结构的基本原则的内容简述于下。 ? 2.1.1 设计理论和概率理论之间的关系 众所周知，在工程界和自然界中，任何现象和事件都可以划分为确定性的和非确定性两种。确定性现象又称必然现象，即事件在一定条件下必然会发生某种结果的现象，例如在比例极限内，钢筋的应力应变呈线性关系等。 非确定性现象也称偶然现象，在概率理论中则称为随机现象。这种现象是指在一定条件下可能出现也可能不出现的事情，或者可能出现多种结果，但在事先却不能预测会出现哪种结果的现象。例如：在试验之前，我们不能确切知道一个试件的强度，在使用之前，也无法预料楼面结构所承受活荷载的具体数量等等。 虽然，在非确定现象中，对于各个个别的随机事件是没有规律可寻的。但是，当我们研究大量同一事件的随机现象后，也会得到随机事件出现的一些规律。由于工程实际中随机事件是普遍存在的，要研究大量这类随机事件的规律，就得借助概率论和数理统计中的某些知识。 ? 2.1.2 建筑结构的功能要求 建筑结构在正常设计、正常施工、正常使用和正常维修条件下的功能要求，有下列三个： 1.安全性 建筑结构在其设计使用年限内应能够承受可能出现的各种作用。且在设计规定的偶然事件发生时及发生后，结构应能保持必需的整体稳定性，不致倒塌。 2.适用性 建筑结构在其设计使用年限内应能满足预定的使用要求，有良好的工作性能，其变形、裂缝或振动等性能均不超过规定的限度等。 3.耐久性 建筑结构在其设计使用年限内应有足够的耐久性。例如保护层厚度不得过薄、裂缝不得过宽而引起钢筋锈蚀等。 ? 2.1.3 结构可靠度和安全等级 结构可靠性是指结构在规定的时间内(即设计基准期)，在规定的条件下(结构正常的设计、施工、使用和维修条件)，完成预定功能(如承载力、刚度、稳定性、抗裂性、耐久性和动力性能等)的能力。需要说明的是，当建筑结构的使用年限到达或超过设计基准使用期后，并不意味该结构立即报废不能使用了，而是说它的可靠性水平从此要逐渐降低了，在做结构鉴定及必要加固后，仍可继续使用。 结构可靠度是指结构在规定的时间内，在规定的条件下，完成预定功能的概率，即结构可靠度是结构可靠性的概率度量。 结构可靠度的分析就是要合理地确定结构的可靠度水平，使结构设计符合技术先进、经济合理、安全适用和确保质量的要求。简而言之，进行建筑结构设计的基本目的，就是要采取最经济的手段，使结构在设计基准期内，具有各种预期的功能。 结构的设计基准期是指为确定可变作用及与时间有关的材料性能等取值而选用的时间参数，《标推》采用的设计基准期为50年。 结构的设计使用年限是指设计规定的结构或结构构件不需进行大修即可按其预定目的使用的时期，《标推》采用的设计使用年限为：临时性结构5年；易于替换的结构构件25年；普通房屋和构筑物50年；纪念性建筑和特别重要的建筑结构100年。 安全可靠是结构设计的重要内容，所以在进行建筑结构的设计时，应根据结构破坏可能产生的各种后果(危及人的生命、造成经济损失、产生社会影响等)的严重性，采用不同的安全等级。《标准》对建筑结构的安全等级划分为三级，见表2—1。 当然，对于特殊的建筑物，其安全等级可根据具体情况另行确定。对地基基础和按抗震要求设计的建筑结构，其安全等级尚应符合地基基础和抗震规范的规定。 建筑结构中各类构件的安全等级宜与整个结构同级，对其中部分结构构件的安全等级可进行调整，但不得低于三级。 ? 2.1.4 结构的极限状态 结构的极限状态是指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规定的某一功能要求，此特定状态称为该功能的极限状态。 关于结构的各种极限状态，其标志及限值均有明确的规定，具体情况将于本书相应章节中分别叙述。《标准》将结构的极限状态分为下列两类： 1.承载能力极限状态 这种极限状态是对应于结构或结构构件达到最大承载能力或不适于继续承载的变形。当结构或结构构件出现了下列状态之一时，应认为超过了承载能力极限状态； (1) 整个结构或结构的一部分作为刚体失去平衡，如雨篷压重不足而倾覆、烟囱抗风不足而倾倒、挡土墙抗滑不足在土压力作用下而整体滑移等。 (2) 结构构件或其连接因超过材料强度而破坏(包括疲劳破坏)，如轴心受压构件中混凝土达到了轴心抗压强度、构件的钢筋因锚固长度不足而被拔出等；或因变形过大而不适于继续承受荷载。 (3) 结构转变为机动体系，如构件发生三铰共线而形成体系机动，丧失承载能力。 (4) 结构或构件丧