荷載與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原創(chuàng)

結(jié)構(gòu)上的作用及作用效應(yīng)工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理論演變簡況術(shù)語和概率極限狀態(tài)的實(shí)用設(shè)計(jì)表達(dá)式思考題本章內(nèi)容一、結(jié)構(gòu)上的作用

結(jié)構(gòu)上的作用是指施加在結(jié)構(gòu)上的集中或分布力，以及引起結(jié)構(gòu)外加變形或約束變形的原因。1、作用就其形式而言，可分為以下兩類。

(1)直接作用。當(dāng)以力的形式作用于結(jié)構(gòu)上時(shí)，稱為直接作用，習(xí)慣上稱為荷載。

(2)間接作用。當(dāng)以變形的形式作用于結(jié)構(gòu)上時(shí)，稱為間接作用。

2、作用按時(shí)間不同可分為以下3類。

(1)永久作用。在結(jié)構(gòu)使用年限內(nèi)，其值不隨時(shí)間變化，或其變化的量值相對(duì)于平均值而言可以忽略不計(jì)，或其變化是單調(diào)的并能趨于限值的作用。

(2)可變作用。在結(jié)構(gòu)使用年限內(nèi)，其值隨時(shí)間變化，且其變化的量值與平均值不可忽略不計(jì)的作用。結(jié)構(gòu)上的作用及作用效應(yīng)

(3)偶然作用。在結(jié)構(gòu)使用年限內(nèi)不一定出現(xiàn)，但一旦出現(xiàn)，其值很大且持續(xù)時(shí)間很短的作用。3、作用按空間位置不同可分為以下兩類。

(1)固定作用。在結(jié)構(gòu)空間位置上具有固定不變的分布，但其量值可能具有隨機(jī)性。

(2)自由作用。在結(jié)構(gòu)空間位置上一定范圍內(nèi)可以任意分布，出現(xiàn)的位置和量值都可能是隨機(jī)的。

4、作用按結(jié)構(gòu)反應(yīng)不同可分為以下兩類。

(1)靜態(tài)作用。不使結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件產(chǎn)生加速或產(chǎn)生的加速度很小可以忽略不計(jì)的作用。

(2)動(dòng)態(tài)作用。使結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件產(chǎn)生不可忽略的加速度的作用。結(jié)構(gòu)上的作用及作用效應(yīng)二、作用效應(yīng)S

由于直接作用或間接作用于結(jié)構(gòu)構(gòu)件上，在結(jié)構(gòu)內(nèi)產(chǎn)生的內(nèi)力(如軸力、彎矩、剪力、扭矩等)和變形(如撓度、轉(zhuǎn)角、裂縫等)，被稱為“作用效應(yīng)”，用S表示。當(dāng)作用為直接作用(荷載)時(shí)，其效應(yīng)也被稱為“荷載效應(yīng)”。荷載Q與荷載效應(yīng)之間，一般近似按線性關(guān)系考慮：

（1-1）常數(shù)C為荷載效應(yīng)系數(shù)如簡支梁受均布荷載，其跨中彎矩

2

M=ql/8

其中即為荷載效應(yīng)系數(shù)

結(jié)構(gòu)上的作用及作用效應(yīng)一、容許應(yīng)力設(shè)計(jì)法容許應(yīng)力設(shè)計(jì)法是建立在彈性理論基礎(chǔ)上的設(shè)計(jì)方法。其表達(dá)式為：（1-2） 式中，－構(gòu)件在使用階段(使用荷載作用下)截面上的最大應(yīng)力； －材料的容許應(yīng)力。 容許應(yīng)力設(shè)計(jì)法計(jì)算簡單，但其有許多問題：①?zèng)]有考慮材料塑性性質(zhì)。②沒有對(duì)作用階段給出明確的定義，也就是使用期間荷載的取值原則規(guī)定得不明確。③把影響結(jié)構(gòu)可靠的各種因素(荷載的變異、施工的缺陷、計(jì)算公式的誤差等)統(tǒng)統(tǒng)歸結(jié)在反映材料性質(zhì)的容許應(yīng)力上，顯然不夠合理。④的取值無科學(xué)根據(jù)，純屬經(jīng)驗(yàn)的，歷史上曾多次提高過材料的容許應(yīng)力值。⑤按容許應(yīng)力法設(shè)計(jì)的構(gòu)件是否安全可靠，無法用實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證。

工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理論演變簡況我國的工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法經(jīng)歷了容許應(yīng)力設(shè)計(jì)法、破損階段設(shè)計(jì)法、多系數(shù)極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法和概率極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法4個(gè)階段。工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理論演變簡況二、破損階段設(shè)計(jì)法1、針對(duì)容許應(yīng)力設(shè)計(jì)法存在的缺陷，之后出現(xiàn)了假定材料均已達(dá)到塑性狀態(tài)，依據(jù)截面所能抵抗的破損內(nèi)力建立的計(jì)算公式。其設(shè)計(jì)表達(dá)式為： （1-3） 式中，——構(gòu)件最終破壞時(shí)的承載能力；——安全系數(shù)，用來考慮影響結(jié)構(gòu)安全的所有因素。優(yōu)點(diǎn)為：①它可以反映材料的塑性性質(zhì)，結(jié)束了長期以來假定混凝土為彈性體的局面。②采用一個(gè)安全系數(shù)，使構(gòu)件有了總的安全度的概念。③它以承載能力值(如)為依據(jù)，其計(jì)算值是否正確可由實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)。工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理論演變簡況破損階段理論仍存在一些重大缺點(diǎn)：①破損階段計(jì)算，構(gòu)件的承載力是得以保證，但卻無法了解構(gòu)件在正常使用時(shí)能否滿足正常使用要求。②安全系數(shù)K的取值仍須經(jīng)驗(yàn)確定，并無嚴(yán)格的科學(xué)依據(jù)。③采用籠統(tǒng)的單一安全系數(shù)，無法就不同荷載、不同材料結(jié)構(gòu)件安全的影響加以區(qū)別對(duì)待，不能正確地度量結(jié)構(gòu)的安全度。④荷載的取值仍然也是經(jīng)驗(yàn)值；⑤表達(dá)式中采用的材料強(qiáng)度是平均值，它不能正確反映材料強(qiáng)度的變異程度，顯然也是不夠合理的。工程側(cè)結(jié)構(gòu)騙設(shè)計(jì)暑理論掙演變鵲簡況三、珍多擴(kuò)系數(shù)而極限場狀態(tài)新設(shè)計(jì)忌法由于債破損咳階段允理論何仍有紛許多場缺點(diǎn)秀，進(jìn)眉一步增發(fā)展墳的極獸限狀盯態(tài)理腳論便漠應(yīng)運(yùn)早而生罪。極婦限狀箏態(tài)的輔主要蒸概念支是明粱確結(jié)酸構(gòu)或杜構(gòu)件祥進(jìn)入篩某種圖狀態(tài)患后就防喪失繩其原躬有功外能，直這種邁狀態(tài)應(yīng)被稱焦為極榨限狀倘態(tài)。當(dāng)時(shí)爹曾提援出了3種極肚限狀功態(tài)：與承載欺力極腔限狀耍態(tài)、鄭撓度簡極限餃狀態(tài)堵、裂曉縫開目展寬倘度極餃限狀慈態(tài)。島其表悲達(dá)式戴分別框?yàn)椋篗≤Mu(1墨-4刺)ma惕xli塘mf≤f(1怎-5虹)ma護(hù)xli陜mW≤W(1雷-6匪)這樣器，它尺就克佛服了島破損年階段謹(jǐn)理論煮無法雜了解坡構(gòu)件呀在正趁常使仁用時(shí)溫能否按滿足錫正常漸使用杰要求暫的缺辭陷。四、概率著極限壇狀態(tài)程設(shè)計(jì)攻法概率狹極限軋狀態(tài)悔設(shè)計(jì)軋法是扭以概率翁理論為基昂礎(chǔ)，旋將作為用效應(yīng)鉤和影譽(yù)響結(jié)非構(gòu)抗嫌力長的主度要因厚素作抱為隨佛機(jī)變餓量，腎根據(jù)饞統(tǒng)計(jì)友分析宣確定掘可靠潮概率盾來度拴量結(jié)嫂構(gòu)可?？啃缘慕Y(jié)撇構(gòu)設(shè)支計(jì)方?jīng)_法。普國際候上把色處理泡可靠聾度的氧精確岔程度辱分為3個(gè)水撤準(zhǔn)。(1丹)水準(zhǔn)I—掃—半概顆率方圖法。念對(duì)荷較載效冠應(yīng)和酸結(jié)構(gòu)凝抗力無的基驗(yàn)本變渡量部分其地進(jìn)拳行數(shù)愁理統(tǒng)掩計(jì)分葬析，并寇與工堪程經(jīng)貪驗(yàn)結(jié)回合引柴入某專些經(jīng)驗(yàn)步系數(shù)，所狠以尚尺不能米定量絮地估毒計(jì)結(jié)社構(gòu)的顫可靠結(jié)性。(2桂)水準(zhǔn)II驢——近似反概率慌法。暗該法耀對(duì)結(jié)蘿構(gòu)可南靠性月賦予點(diǎn)概率薪定義驢，以受結(jié)構(gòu)漂的失涼效概牌率或延可靠搏指標(biāo)杰來度栽量結(jié)喪構(gòu)可液靠性筋，并疼建立燙了結(jié)絮構(gòu)可哄靠度川與結(jié)坑構(gòu)極攜限狀炎態(tài)方海程之佳間的箏數(shù)學(xué)郵關(guān)系條，在拘計(jì)算騙可靠晚指標(biāo)稿時(shí)考鹿慮了基本搏變量聞的概序率分故布型襪，工程迷結(jié)構(gòu)謙設(shè)計(jì)炊理論禍演變何簡況工程鴉結(jié)構(gòu)漂設(shè)計(jì)董理論升演變娘簡況并采議用了撞線性違化的竭近似傲手段，在狼設(shè)計(jì)隱截面牙時(shí)一效般采茫用分然項(xiàng)系楊數(shù)的邊實(shí)用賊設(shè)計(jì)正表達(dá)告式。尿目前覺我國斜的《工程潮結(jié)構(gòu)朱可靠盟度設(shè)渴計(jì)統(tǒng)哨一標(biāo)輸準(zhǔn)》(懶GB園5電01犯53扁—1房誠99治2)、《建筑昂結(jié)構(gòu)正可靠勝度設(shè)艘計(jì)統(tǒng)段一標(biāo)槍準(zhǔn)》(銹GB家5淹00備68誕—2某00壘1)都采介用了隔這種碧近似本概率步法，口在此壩基礎(chǔ)閘上頒濾布了夸各種捏結(jié)構(gòu)泛設(shè)計(jì)盾的規(guī)憑范。(3礎(chǔ))水準(zhǔn)II膝I—脅—全概調(diào)率法零。這來是完全界基于穗概率乎論的俯結(jié)構(gòu)蹤蝶整體癢優(yōu)化振設(shè)計(jì)究方法崗，要耗求對(duì)驚整個(gè)迎結(jié)構(gòu)揮采用妖精確鈴的概狀率分食析，求剩得結(jié)貴構(gòu)最帽優(yōu)失架效概喚率作榴為可斃靠度雅的直碑接度孝量，靠由于啦這種騾方法療無論配在基洞礎(chǔ)數(shù)綠據(jù)的估統(tǒng)計(jì)肌方面擦還是剩在可輛靠度頃計(jì)算霧方面陪都不刷成熟加，目觀前尚濁處于研究艇探索階段厚。術(shù)語懼和概做率極歲限狀屋態(tài)的纏實(shí)用鼓設(shè)計(jì)濾表達(dá)漏式一、礎(chǔ)術(shù)語稻（據(jù)GB計(jì)50能00奶9-條20絹01共)術(shù)語覆和概曲率極額限狀擦態(tài)的丙實(shí)用粘設(shè)計(jì)易表達(dá)葡式二、概率直極限逐狀態(tài)遇的實(shí)薦用設(shè)破計(jì)表常達(dá)式（按GB蘆50狐00峰9-適20擦01斗)Ⅰ、承選載能禽力極禍限狀錢態(tài)設(shè)圖計(jì)表沿達(dá)式裙：結(jié)構(gòu)柴構(gòu)件搏的承原載力柄計(jì)算紋，應(yīng)臥采用區(qū)如下平承載惠力極蜂限狀亡態(tài)設(shè)豪計(jì)表傭達(dá)式度：r0S≤R式中才：r0——結(jié)構(gòu)批重要沈系數(shù)棟；S——承載來能力精極限雀狀態(tài)鋪的荷高載（恭基本著組合恢或偶哄然組踢合）鄙效應(yīng)惠組燒合寶設(shè)計(jì)洪值；R——結(jié)構(gòu)含構(gòu)件先抗力退的設(shè)啞計(jì)值逆，應(yīng)構(gòu)按各遍有關(guān)餃建筑祝結(jié)構(gòu)脆設(shè)計(jì)坦規(guī)范貪的規(guī)兵定確量定。術(shù)語早和概經(jīng)率極肥限狀舅態(tài)的址實(shí)用潤設(shè)計(jì)吵表達(dá)立式承載攀能力診極限頓狀態(tài)墻的荷喝載效隨應(yīng)組看合的袖設(shè)計(jì)累值S的確推定：1.基本砌組合對(duì)于寄基本持組合滴，荷均載效帶應(yīng)組砌合的江設(shè)計(jì)漲值S應(yīng)從服下列殘組合錄值中愛取最僅不利釘值確律定。(1帽)由可隸變荷日載效寇應(yīng)控的制的類組合榮：(3孩)式中虧：術(shù)語蹄和概率完極限扔狀態(tài)然的實(shí)倍用設(shè)唯計(jì)表食達(dá)式(2范)由永羨久荷牙載效塘應(yīng)控?cái)乐频臑┙M合判：(4頭)注：搖①基痕本組吧合中彩的設(shè)搭計(jì)值尺僅適蹈用于隨荷載腿與荷者載效嫌應(yīng)為俯線性刪的情奏況。竊②灶當(dāng)對(duì)SQ拉1K無法挽明顯巴判斷昌時(shí)，港輪次組以各珠可變大荷載芹效應(yīng)濃為SQ料1K，選附其中愿最不仆利降的荷境載效仔應(yīng)組湯合。2、對(duì)休于一阿般排訴架、喜框架敘結(jié)構(gòu)鋤，基粥本組鐘合可升采用尼簡化離規(guī)則跨，并告應(yīng)按剩下列乓組合營值中銅取最豪不利保的值蚊確定斷。(1庸)由可犯變荷繪載效昨應(yīng)控啄制的售組合茶：(5碗)(2葉)由永臨久荷昨載效網(wǎng)應(yīng)控黑制的扣組合坦仍按嬸式(4拉)采用草。術(shù)語持和概率教極限釘狀態(tài)疲的實(shí)擾用設(shè)殺計(jì)表遼達(dá)式術(shù)語垮和概籮率極激限狀灣態(tài)的氏實(shí)用催設(shè)計(jì)浸表達(dá)挺式3、基縮慧本組政合的請(qǐng)荷載疼分項(xiàng)艱系數(shù)蒙，應(yīng)饅按下牛列規(guī)柿定采項(xiàng)用：熄（1）永甚久荷宇載的墓分項(xiàng)猾系數(shù)豪：1)當(dāng)其武效應(yīng)鑒對(duì)結(jié)淺構(gòu)不妖利時(shí)程對(duì)由叉可變臘荷載狠效應(yīng)摔控制磁的組閑合，贏應(yīng)取1.把2；森對(duì)怒由永之久荷摔載效敬應(yīng)控全制的暈組合剝，應(yīng)諒取1.硬35；2)當(dāng)其諸效應(yīng)墓對(duì)結(jié)硬構(gòu)有肺利時(shí)腥的組隊(duì)合，煉應(yīng)取1.雅0。（2）各可變岸荷載僚的分幕項(xiàng)系描數(shù)：卡一般瀉情況指下取1.潛4；佛對(duì)直標(biāo)準(zhǔn)甘值大動(dòng)于4k敗N／m2的工遇業(yè)房馳屋樓席面結(jié)世構(gòu)的盆活荷蜂載取1.塑3。（3）鞏對(duì)結(jié)凱構(gòu)的準(zhǔn)傾覆句、滑隨移或著漂浮顆驗(yàn)算縣，荷漢載的桶分項(xiàng)刑系數(shù)腦應(yīng)按敵有關(guān)誰的結(jié)腹構(gòu)設(shè)猴計(jì)飲規(guī)范蔑的規(guī)蹤蝶定采匆用。4、對(duì)省于偶園然組烏合，嶄荷載章效應(yīng)毛組合飄的設(shè)領(lǐng)計(jì)值收宜按嘩下列自規(guī)定蹈確定繩：偶特然荷釘載的狡代表護(hù)值不劃乘分崇項(xiàng)系布數(shù)；號(hào)與偶崇然荷茶載同紡時(shí)出拐現(xiàn)的鏈其他錢荷載泊可根句據(jù)觀火測資躬料和餐工程兵經(jīng)驗(yàn)灶采用濁適當(dāng)危的代英表值解。各閘種情合況下裹荷載懷效應(yīng)銷的設(shè)撒計(jì)值憤公式倘，可雁由有很關(guān)規(guī)舊范另唇行規(guī)搜定。Ⅱ、正常寄使用列極限助狀態(tài)房誠設(shè)計(jì)臘表達(dá)稍式1、對(duì)艇于正傾常使攝用極段限狀嫁態(tài)，撿結(jié)構(gòu)乘構(gòu)件齡應(yīng)根挺據(jù)不罩同的戒設(shè)計(jì)酒要求蛾，分切別采太用荷欄載效吳應(yīng)的哈標(biāo)準(zhǔn)貍組合貧、頻敵遇組身合和刃準(zhǔn)永犁久組鄭合，惡并用圓按下挺列設(shè)孤計(jì)表連達(dá)式如進(jìn)行匆設(shè)計(jì)：(6傾)式中練，S——正常盼使用兇極限軍狀態(tài)廳的荷捷載效長應(yīng)組筆合值膏；C——結(jié)構(gòu)便或結(jié)花構(gòu)構(gòu)夠件達(dá)誼到正罵常使袍用要疲求的背規(guī)定技限值倆，例遇如變美形、褲裂縫田、振袋幅、掃加速郊度、怨應(yīng)力史等的歲限值滔，應(yīng)姿按各瞞有關(guān)評(píng)建筑卷結(jié)構(gòu)取設(shè)計(jì)址規(guī)范躲的規(guī)蚊定采窗用。2、對(duì)于狠荷載齡效應(yīng)幻玉標(biāo)準(zhǔn)敬組合臂的設(shè)達(dá)計(jì)值S應(yīng)按但下式琴采用(7搞)注：階組合穴中的賺設(shè)計(jì)猴值僅凡適用松于荷孩載與因荷載美效應(yīng)熟為線搬