鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算原理

鋼筋砼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算原理結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的極限狀態(tài)結(jié)構(gòu)按極限狀態(tài)設(shè)計(jì)的基本概念荷載的標(biāo)準(zhǔn)值材料強(qiáng)度的標(biāo)準(zhǔn)實(shí)用表達(dá)式安全性

◎結(jié)構(gòu)在正常施工和使用情況下能承受可能出現(xiàn)的各種荷載和變形?！?/p>

在偶然事件（如校核洪水位、地震）發(fā)生時(shí)和發(fā)生后，結(jié)構(gòu)應(yīng)能保持整體承載力和穩(wěn)定性。適用性

◎

結(jié)構(gòu)在正常使用荷載下，具有良好的工作性能。如不發(fā)生影響正常使用的過(guò)大的變形（撓度、側(cè)移）、振幅，或產(chǎn)生過(guò)大的裂縫寬度。耐久性

◎

結(jié)構(gòu)的承載力和剛度不應(yīng)隨時(shí)間有過(guò)大的減小，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)在其預(yù)定使用期間內(nèi)降低安全性和適用性，縮短使用壽命。結(jié)構(gòu)的功能要求：

(1)安全性。(2)適用性。(3)耐久性。（一）結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的極限狀態(tài)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要保證其可靠性?？煽啃浴踩?、適用性和耐久性的總稱。結(jié)構(gòu)可靠性越高，建設(shè)造價(jià)投資越大。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(wèn)題。

結(jié)構(gòu)的可靠度：是指結(jié)構(gòu)在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)（我國(guó)規(guī)定50年），在規(guī)定的條件下（如正常的設(shè)計(jì)、施工、使用和維修），完成預(yù)定功能要求的概率。（一）結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的極限狀態(tài)1）結(jié)構(gòu)極限狀態(tài)的定義

結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)的一部分超過(guò)某一特定狀態(tài)就不能滿足設(shè)計(jì)規(guī)定的某一功能要求，此特定狀態(tài)稱為該功能的極限狀態(tài)。2）極限狀態(tài)的分類承載能力極限狀態(tài)正常使用極限狀態(tài)設(shè)計(jì)程序設(shè)計(jì)校核

結(jié)構(gòu)能夠滿足功能要求且能良好地工作，則結(jié)構(gòu)是“可靠”或“有效”的。反之，則結(jié)構(gòu)為“不可靠”或“失效”。結(jié)構(gòu)“可靠”與“失效”的臨界狀態(tài)稱為“極限狀態(tài)”。（一）結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的極限狀態(tài)

超過(guò)該極限狀態(tài)，結(jié)構(gòu)就不能滿足預(yù)定的安全性要求。結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)的一部分喪失結(jié)構(gòu)穩(wěn)定；

（如細(xì)長(zhǎng)受壓構(gòu)件的壓曲失穩(wěn)）結(jié)構(gòu)形成機(jī)動(dòng)體系而喪失承載能力；

（超靜定結(jié)構(gòu)中出現(xiàn)足夠多塑性鉸)結(jié)構(gòu)發(fā)生滑移、上浮或傾覆等不穩(wěn)定情況；構(gòu)件的截面因強(qiáng)度不足而發(fā)生破壞；（包括疲勞破壞）結(jié)構(gòu)或構(gòu)件產(chǎn)生過(guò)大的塑性變形而不適于繼續(xù)承載。承載能力極限狀態(tài)（一）結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的極限狀態(tài)（一）結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的極限狀態(tài)（一）結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的極限狀態(tài)（一）結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的極限狀態(tài)

結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)首先要滿足承載能力的要求，以保證結(jié)構(gòu)安全使用；然后按正常使用極限狀態(tài)進(jìn)行校核，以保結(jié)構(gòu)的適用性及耐久性。正常使用極限狀態(tài)超過(guò)該極限狀態(tài)，結(jié)構(gòu)就不滿足預(yù)定的適用性和耐久性要求。產(chǎn)生過(guò)大的變形，影響正常使用和外觀；

（不安全感、不能正常使用等）產(chǎn)生過(guò)寬的裂縫，對(duì)耐久性有影響或者產(chǎn)生人們心理上不能接受的感覺(jué)；（鋼筋銹蝕、不安全感、漏水等）產(chǎn)生過(guò)大的振動(dòng)影響使用。2.1作用效應(yīng)及結(jié)構(gòu)抗力2.作用效應(yīng)“S”

是指在各種作用因素的作用下，結(jié)構(gòu)構(gòu)件內(nèi)所產(chǎn)生的內(nèi)力和變形(如軸力、彎矩、扭矩、撓度、裂縫等)。

3.結(jié)構(gòu)抗力“R”

是指整個(gè)結(jié)構(gòu)或構(gòu)件承受內(nèi)力和變形的能力(如構(gòu)件的承載能力、抗裂度和剛度等)。1.結(jié)構(gòu)的作用：使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生內(nèi)力和變形的所有原因。

分類：直接作用、間接作用（二）概率極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法的基本概念2.2極限狀態(tài)方程

結(jié)構(gòu)的極限狀態(tài)是用極限狀態(tài)函數(shù)（或功能函數(shù)）來(lái)描述的，即：Z=g（R，S）=R–S當(dāng)Z=0時(shí)，結(jié)構(gòu)處于極限狀態(tài)。顯然：當(dāng)Z＞0時(shí)，結(jié)構(gòu)可靠；

當(dāng)Z＜0時(shí)，結(jié)構(gòu)失效；故：Z=g（R，S）=R–S=0稱為極限狀態(tài)方程圖2-1結(jié)構(gòu)所處的狀態(tài)失效是指結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)的一部分不能滿足設(shè)計(jì)所規(guī)定的某一功能要求。失效概率pf和可靠指標(biāo)β

不能完成預(yù)定功能(R＜S)的概率為“失效概率”

pf。

結(jié)構(gòu)能夠完成預(yù)定功能(R＞S)的概率即為“可靠概率”

ps，pf+ps＝1，pf小，ps就大，pf能夠反映結(jié)構(gòu)的可靠程度。失效概率，Z＝R-S＜0的事件出現(xiàn)的概率就等于原點(diǎn)以左曲線下面與橫坐標(biāo)所包圍的陰影面積，圖2-2功能函數(shù)Z的概率分布曲線1.失效概率R、S為隨機(jī)變量，假定服從正態(tài)分布，所以Z也是隨機(jī)變量.Z的概率分布曲線也服從正態(tài)分布。Z的平均值μZ和標(biāo)準(zhǔn)差σZ為：失效概率：

可見(jiàn)：β大則Pf小，β小則Pf大。因此，β和Pf一樣，可作為衡量結(jié)構(gòu)可靠性的一個(gè)指標(biāo)。

β越大，結(jié)構(gòu)可靠性越高，所以β稱為結(jié)構(gòu)的“可靠指標(biāo)”。

2.可靠指標(biāo)β

圖中陰影部分的面積與z、z的大小有關(guān)，增大z

，曲線右移，陰影面積將減少，減小z

，曲線變高變窄，陰影面積將減少，引入，將曲線對(duì)稱軸至縱軸的距離表示成z

的倍數(shù)，z=z水工砼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)根據(jù)水工建筑物的級(jí)別，采用不同的水工建筑物結(jié)構(gòu)安全級(jí)別。不同安全級(jí)別可靠度水平要求不同。水工建筑物級(jí)別水工建筑物安全級(jí)別1Ⅰ2，3Ⅱ4，5Ⅲ水工建筑物結(jié)構(gòu)安全級(jí)別2.3結(jié)構(gòu)安全級(jí)別2.4目標(biāo)可靠指標(biāo)Pf≤[Pf]或β≥[β]

要使結(jié)構(gòu)和構(gòu)件在設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)，在規(guī)定的條件下，失效概率低于一個(gè)允許的水平（允許失效概率或目標(biāo)可靠指標(biāo)）即目標(biāo)可靠指標(biāo)[β]

遵循下面幾項(xiàng)原則確定：

(1)在原規(guī)范“校準(zhǔn)”的基礎(chǔ)上，考慮安全級(jí)別、破壞性質(zhì)和極限狀態(tài)的不同進(jìn)行調(diào)整。確定合理且統(tǒng)一的目標(biāo)可靠指標(biāo)βT。

(2)[β]與結(jié)構(gòu)安全級(jí)別有關(guān)。安全級(jí)別要求愈高時(shí)目標(biāo)可靠指標(biāo)就應(yīng)愈大。(3遼)[β]與構(gòu)鐮件破綢壞性料質(zhì)有累關(guān)。錄延性健破壞嶄構(gòu)件儀的目按標(biāo)可拐靠指拴標(biāo)可低于脆性吐破壞劣構(gòu)件略的目?jī)?cè)標(biāo)可襯靠指轎標(biāo)。(4縮慧)[β]與極限畫狀態(tài)有優(yōu)關(guān)。承巧載能力互極限狀資態(tài)下的準(zhǔn)目標(biāo)可使靠指標(biāo)域應(yīng)高于尤正常使惜用極限腔狀態(tài)下群的目標(biāo)帥可靠指玻標(biāo)。安全擱第一運(yùn)，當(dāng)?shù)叭怀薪钶d能編力極惜限狀謎態(tài)對(duì)妻應(yīng)的βT就應(yīng)窗高些觸。結(jié)構(gòu)構(gòu)件承載能力極限狀態(tài)的目標(biāo)可靠指標(biāo)[β]可靠指標(biāo)β安全等級(jí)一級(jí)二級(jí)三級(jí)延性破壞3.73.22.7脆性破壞4.23.73.2（三愛(ài)）荷佩載的奔標(biāo)準(zhǔn)北值作用與惡荷載直接嫂作用聚：荷載間接作齡用：混凝搬土收親縮、食溫度蓮變化叢、基胃礎(chǔ)差鉗異沉罷降、流地震脆等結(jié)構(gòu)在隆外作用逝下產(chǎn)生王的變化潑，如內(nèi)蜓力、變蜓形、裂途縫等稱秒為結(jié)構(gòu)浪的作用婦效應(yīng)或屋荷載效維應(yīng)。荷載分翼類結(jié)構(gòu)地上的秘荷載像，按郊其作無(wú)用時(shí)醒間的幣長(zhǎng)短蜻和性炒質(zhì)，用可分議為三閥類：(1脆)永久荷損載G：在結(jié)孔構(gòu)設(shè)輩計(jì)使蜓用年穴限內(nèi)最，其蠟值不久隨時(shí)斷間而境變化（其變皇化與平費(fèi)均值相弊比可以仇忽略不何計(jì)），奶或其變冶化是單視調(diào)的并掠能趨于芹限值的診荷載。(2)可變荷除載Q：在結(jié)擔(dān)構(gòu)設(shè)講計(jì)基倘準(zhǔn)期磁內(nèi)其碗值隨客時(shí)間琴而變率化（其揪變化咽與平馬均值騾不可熱忽略墓的荷叔載）穿。(3異)偶然膏荷載Q：在結(jié)構(gòu)疲設(shè)計(jì)基落準(zhǔn)期內(nèi)及不一定憐出現(xiàn)，但續(xù)一旦御出現(xiàn)裙其值斃很大鍵且作途用時(shí)掀間很壯短的頓荷載畫。荷載責(zé)的取走值有標(biāo)準(zhǔn)唱值、準(zhǔn)永胖久值、組合被值三種絲式。1.荷載標(biāo)準(zhǔn)值Sk荷載的概率分布曲線圖定義:指結(jié)告構(gòu)構(gòu)牢件在隔使用竟期間敗正常齊情況撐下可斜能出當(dāng)現(xiàn)的最大荷諷載值。將旦荷載際視為源隨機(jī)敢變量左，采鴨用數(shù)悟理統(tǒng)好計(jì)的具方法酷加以浸處理腔而得諷到的越具有95％保證餅率的最怖大荷遇載值召。Sk由設(shè)計(jì)俗基準(zhǔn)期察內(nèi)荷載擇最大值彩概率分婦布的某一分濃位值來(lái)確芽定。Sk=μs+asσs=μs(1走+asδs)2.荷載準(zhǔn)萍永久值在按情正常處使用扇極限現(xiàn)狀態(tài)淘計(jì)算搖時(shí)，局應(yīng)考錦慮荷辱載效閑應(yīng)的劫長(zhǎng)期煮作用秤影響濾，《建筑貨結(jié)構(gòu)棗可靠炕度設(shè)為計(jì)統(tǒng)箏一標(biāo)健準(zhǔn)》引入控荷載“準(zhǔn)永久攪值”上作為貸它的滲代表芳值。所謂厚準(zhǔn)永缸久值甩（Qq）是指可蠅變荷載稍在結(jié)構(gòu)砍設(shè)計(jì)基馳準(zhǔn)期內(nèi)評(píng)經(jīng)常作完用的那販一部分救荷載，《建筑飽結(jié)構(gòu)熄可靠態(tài)度設(shè)珍計(jì)統(tǒng)悶一標(biāo)與準(zhǔn)》規(guī)定刑取被桂超越脈的總施時(shí)間接為設(shè)計(jì)基聰準(zhǔn)期一狀半的荷跑載值。Qq=Qk(長(zhǎng)期敬組合備系數(shù)≤1)荷載準(zhǔn)明永久值泉實(shí)際上溫是考慮拖荷載效盲應(yīng)的長(zhǎng)翼期組合腫而對(duì)可險(xiǎn)變荷載栗標(biāo)準(zhǔn)值朽的一種專折減。3.荷載組院合值當(dāng)結(jié)決構(gòu)構(gòu)乘件承能受兩麻種或卸兩種棍以上旬的可變牌荷載時(shí)，考宵慮到各鼻種可變鹽荷載不速可能同玻時(shí)以其荒最大值(標(biāo)準(zhǔn)值)出現(xiàn)鞋，因而此，邊除了介一個(gè)西主要抄可變臘荷載徑（是貨指效脂應(yīng)最民大的杜一種拉荷載郵）外慈，其踢余可接變荷疲載應(yīng)在其櫻標(biāo)準(zhǔn)鉤值上搶乘以小于1.0的組合擠系數(shù)對(duì)可變裳荷載標(biāo)鄰準(zhǔn)值進(jìn)接行折減，可變帝荷載透組合妹值記吳為：Qc=ψcQk，ψc為組魚(yú)合系駝數(shù)。檢其值界取為軌小于竄等于1.僅0。2.4材料減強(qiáng)度肯的標(biāo)浪準(zhǔn)值材料強(qiáng)希度標(biāo)準(zhǔn)燦值是指使通用期間暮正常情嶄況下可追能出現(xiàn)員的最小硬值。也季就是強(qiáng)浸度標(biāo)準(zhǔn)抹值具有95％的保敬證率。設(shè)計(jì)塑時(shí)，材料冰強(qiáng)度塵盡可甲能取則低些，才讓能保略證結(jié)拋構(gòu)的睛可靠栗性。圖2-規(guī)4材料杰強(qiáng)度細(xì)標(biāo)準(zhǔn)盒值的姓取值保證咳率系亭數(shù)a=紫16獎(jiǎng)45fk=μf(1邁-1隊(duì).6話45δf)材料針強(qiáng)度思標(biāo)準(zhǔn)蹲值：（一始）砼籍強(qiáng)度裹標(biāo)準(zhǔn)舒值1.砼立娛方體君抗壓脫強(qiáng)度追標(biāo)準(zhǔn)斗值fcuk2.砼軸心節(jié)抗壓強(qiáng)諒度標(biāo)準(zhǔn)印值fck3.砼軸心餐抗拉強(qiáng)野度標(biāo)準(zhǔn)顯值ftk（二疏）鋼置筋強(qiáng)楊度標(biāo)追準(zhǔn)值受拉樓熱軋款鋼筋句采用宮國(guó)家竿標(biāo)準(zhǔn)柱規(guī)定雀的屈服意強(qiáng)度（出敵廠檢蒜驗(yàn)的怎廢品裂限值賄）作宵為標(biāo)姑準(zhǔn)值fyk，其保橋證率不寶小于95傍%。對(duì)于緣瑞無(wú)明厚顯屈便服點(diǎn)怎的鋼淡筋，窩采用馳國(guó)標(biāo)尺規(guī)定努的極限抗雙拉強(qiáng)度作為標(biāo)脈準(zhǔn)值fst糊k，其怎保證栽率也停不小秧于95%。1)丘《規(guī)范》采用的墻分項(xiàng)系哲數(shù)通過(guò)γ0來(lái)調(diào)整別荷載效爸應(yīng)S，從高而實(shí)蠻現(xiàn)建奔筑物叫的重胞要性尋不同煉，可船靠度兆水準(zhǔn)到的要股求不錫同。計(jì)算荷既載效應(yīng)姑時(shí)，將拋其值乘呼以結(jié)構(gòu)梨重要性逝系數(shù)γ0?！兑?guī)范》確定既了不臘同結(jié)乏構(gòu)安款全級(jí)巖別時(shí)湖的系測(cè)數(shù)γ0值1.國(guó)1結(jié)構(gòu)重騰要性系挎數(shù)γ02.脂5結(jié)構(gòu)設(shè)舉計(jì)實(shí)用眨設(shè)計(jì)表劉達(dá)式結(jié)構(gòu)重矮要性系型數(shù)的取膊值水工建筑級(jí)別安全級(jí)別重要性系數(shù)1Ⅰ級(jí)1.12、3Ⅱ級(jí)1.04、5Ⅲ級(jí)0.9安全等級(jí)破壞后的影響程度建筑物的類型Ⅰ級(jí)很嚴(yán)重重要的建筑物Ⅱ級(jí)嚴(yán)重一般的建筑物Ⅲ級(jí)不嚴(yán)重次要的建筑物結(jié)構(gòu)的朗安全等炸級(jí)的劃店分1.2設(shè)計(jì)狀竹況系數(shù)結(jié)構(gòu)在跡施工、協(xié)安裝、稼運(yùn)行、樣檢修等稻不同時(shí)撤期可能倦出現(xiàn)不晌同的結(jié)壇構(gòu)體系珠、荷載絲式及環(huán)境蘆條件。畝考慮下季列三種濤設(shè)計(jì)狀蘆況：（1）持艱久狀欺況：=1.縣0（2）短暫罰狀況：=0遭.9裝5（3）偶軍然狀益況：=0遣.8以51.3結(jié)構(gòu)擔(dān)系數(shù)d在承載亡力極限晌狀態(tài)設(shè)炸計(jì)中，醬考慮到拳各種變寫異等因干素，統(tǒng)咬一用結(jié)雕構(gòu)系數(shù)悅來(lái)考慮邀。結(jié)構(gòu)系眨數(shù)的取鮮值素砼結(jié)構(gòu)鋼筋砼結(jié)構(gòu)與預(yù)應(yīng)力鋼筋砼結(jié)構(gòu)受拉破壞受壓破壞2.01.31.21.憂4荷載考分項(xiàng)究系數(shù)γG、γQ《規(guī)范》（SL/絕T19只1-9多6）規(guī)崇定，頭一般儉情況應(yīng)下：永久密荷載烘：γG=1項(xiàng).0；可變尋荷載駝：γQ=1撫.2劇0。荷載標(biāo)斃準(zhǔn)值乘闖以相應(yīng)印的荷載散分項(xiàng)系劑數(shù)后即斬為荷載設(shè)吹計(jì)值。永久礙荷載喬設(shè)計(jì)偽值：G=γGGk可變?cè)兒奢d憶設(shè)計(jì)牽值：Q=γQQk，其中γG、γQ分別柏為永遼久荷串載和抬可變忘荷載鉆的荷篩載分待項(xiàng)系桶數(shù)。實(shí)際羽荷載仍有行可能超急過(guò)預(yù)輝定的法標(biāo)準(zhǔn)陜值?？紤]染這一最跨不利情問(wèn)況，在段承載能喬力極限習(xí)狀態(tài)設(shè)發(fā)計(jì)表達(dá)榜式中還篇引入一際個(gè)荷載尋分項(xiàng)系除數(shù)。1.5材料強(qiáng)胞度分項(xiàng)狠系數(shù)γcγs材料柿的實(shí)際強(qiáng)碰度低于沙其強(qiáng)度標(biāo)同準(zhǔn)值，因此縱，在拘承載球能力屯極限懲狀態(tài)念計(jì)算價(jià)中材錦料強(qiáng)少度分震項(xiàng)系小數(shù)γc、γs來(lái)考慮真這一不幕利影響藏。材料強(qiáng)田度分項(xiàng)心系數(shù)取扣值：混凝土置：γc＝1.3驗(yàn)5。鋼筋：γs＝1.11.祥2。材料強(qiáng)盛度標(biāo)準(zhǔn)尋值除以汁相應(yīng)的碼材料強(qiáng)燦度分項(xiàng)隆系數(shù)后旋，即為唱材料強(qiáng)鑼度設(shè)計(jì)厭值。fc＝fck/γc，fs=fsk/γs2)義.承載能序力極限鉗狀態(tài)設(shè)雜計(jì)表達(dá)圾式1.基本組耗合基本組以合是持喜久狀況支或短暫你狀況下盤永久荷盡載與可臂變荷載師的效應(yīng)班組合。其中茂：CGi、CQj——永久刊荷載監(jiān)和可碑變荷糠載的庭荷載滑效應(yīng)律系數(shù)摧，Gk、Qk——永久荷背載、可君變荷載拼的標(biāo)準(zhǔn)沉值；2.偶然拆組合偶然組榴合是偶斑然狀況疏下永久束荷載、孤可變荷副載與一潤(rùn)種偶然豎荷載的可效應(yīng)組貞合。剝對(duì)裝于偶然埋組合，翁承載能鼠力極限罵狀態(tài)設(shè)恰計(jì)表達(dá)冤式按下程列原則蠻確定：(1歷)偶然荷以載的分項(xiàng)系適數(shù)取為