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混凝土结构设计原理第3章混凝土结构设计方法制作人：周勇

本章重点了解结构上的作用、作用效应和结构抗力的概念及其随机特性；?了解混凝土结构设计方法的理论基础——可靠度理论；?掌握我国规范的设计方法——概率极限状态设计法。

LanzhouUniversityofTechnology§3.1极限状态◎直接作用：荷载◎间接作用：混凝土的收缩、温度变化、基础的差异沉降、地震等作用在结构上并使结构产生内力（如弯矩、剪力、轴向力、扭矩等）、变形、裂缝等作用称为作用效应或荷载效应。结构上的作用

◎荷载的分类按作用时间的长短和性质，荷载分为三类：1.永久荷载（恒荷载）在结构设计使用年限内，其值不随时间而变化，或其变化与平均值相比可以忽略不计，或其变化是单调的并能趋于限值的荷载。如自重、土压力、预应力等；2.可变荷载（活荷载）在结构设计基准期内其值随时间而变化，其变化与平均值不可忽略的荷载。如楼面和屋面活载、风荷载、雪荷载、吊车荷载、车辆荷载等；3.偶然荷载在结构设计基准期内不一定出现，但一旦出现其值很大且作用时间很短的荷载。如爆炸力，撞击等。

荷载的标准值定义将荷载视为随机变量，采用数理统计的方法加以处理而得到的具有一定概率的最大荷载值。确定结构的自重可根据结构的设计尺寸和材料的重力密度确定；可变荷载常与时间有关，在缺少大量统计材料的条件下，可近似按随机变量来考虑；

LanzhouUniversityofTechnology结构的功能要求安全等级破坏后的影响程度建筑物的类型一级很严重重要的建筑物二级严重一般的建筑物三级不严重次要的建筑物1.结构的安全等级建筑结构的安全等级安全等级桥涵结构一级特大桥、重要大桥二级大桥、中桥、重要小桥三级小桥、涵洞桥涵结构的安全等级

2.结构的设计使用年限2.结构的设计使用年限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要进行大修即可达到其预定功能的使用时期。设计年限可按《建筑结构可靠度设计统一标准》确定，也可经过主管部门的批准按业主的要求确定。一般建筑结构的设计使用年限为50年。注意：区别建筑物的设计使用年限与设计基准期。（1）前者表示结构在规定的条件下所应达到的使用年限；（2）后者为确定可变作用及与时间有关的材料性能而选用的时间参数；（3）两者均不等同于结构的实际寿命或耐久年限。

结构的设计使用年限分类

类别结构类型结构的设计使用年限（年）１临时性结构5２易于替换的结构构件25３普通房屋和构筑物50４纪念性建筑和特别重要建筑100

3.结构的功能要求◆安全性◎如（M≤Mu）◎结构在预定的使用期间内（一般为50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。◎在偶然事件（如地震、爆炸）发生时和发生后，结构应能保持整体稳定性，不应发生倒塌或连续破坏而造成生命财产的严重损失。

如（wmax≤[wmax]）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、钢筋锈蚀），结构的承载力和刚度不应随时间有过大的降低，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。耐久性适用性如（f≤[f]）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（频率、振幅），或产生让使用者感到不安的过大的裂缝宽度。

可靠性——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=50年），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。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，就是设计方法要解决的问题。3214结构的可靠性

显然这种可靠与经济的均衡受到多方面的影响，如国家经济实力、设计工作寿命、维护和修复等。规范规定的设计方法，是这种均衡的最低限度，也是国家法律。设计人员可以根据具体工程的重要程度、使用环境和情况以及业主的要求，提高设计水准，增加结构的可靠度。经济的概念不仅包括第一次建设费用，还应考虑维修，损失及修复的费用。

结构功能的极限状态结构能够满足功能要求而良好地工作，则称结构是“可靠”的或“有效”的。反之，则结构为“不可靠”或“失效”。区分结构“可靠”与“失效”的临界工作状态称为“极限状态”

承载力能力极限状态01超过该极限状态，结构就不能满足预定的安全性功能要求。02结构或构件达到最大承载力（包括疲劳）03结构整体或其中一部分作为刚体失去平衡（如倾覆、滑移）04结构塑性变形过大而不适于