建筑結(jié)構(gòu)與設(shè)計基本原則課件

建筑結(jié)構(gòu)與設(shè)計基本原則

建筑結(jié)構(gòu)是建筑物中支承荷載(作用)起骨架作用的體系。結(jié)構(gòu)是由構(gòu)件組成的。構(gòu)件有拉(壓)桿、梁、板、柱、拱、殼、薄膜、索、基礎(chǔ)等。建筑結(jié)構(gòu)按所使用的材料和主要受力構(gòu)件的承重形式來分類。一、按使用材料劃分

1.鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)由鋼筋和混凝土兩種材料組成，廣泛應(yīng)用于民用和工業(yè)建筑中，也大量用于特種結(jié)構(gòu)(煙囪、水塔、水池)、公路、橋梁、隧道、礦井、水利工程、海洋工程。鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)具有以下主要優(yōu)點：

(1)可以根據(jù)需要，澆注成各種形狀和尺寸，便于選擇合理而美觀的結(jié)構(gòu)形式。

(2)合理用材，造價較低。鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)合理地發(fā)揮了鋼筋和混凝土兩種材料的優(yōu)點，因而造價較低。

(3)耐火性能較好，鋼筋在混凝土保護(hù)層的保護(hù)下，在火災(zāi)發(fā)生時，不致于很快達(dá)到軟化溫度而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)破壞。

(4)耐久性好，維修費用小。鋼筋被混凝土包裹，不易生銹和耐腐蝕，密實的混凝土有較高的強(qiáng)度和耐久性，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)一般不需維護(hù)，使用壽命較長。

(5)整澆式和裝配整體式鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)整體性能好，具有良好的抗震、抗風(fēng)、抗撞擊和抗爆炸沖擊能力。建筑結(jié)構(gòu)類別及適用范圍(6)取材容易?；炷林杏昧献疃嗟纳?、石等可就地取材，既減少了運輸成本；也可有效利用礦渣、粉煤灰等工業(yè)廢料，有利于環(huán)境保護(hù)。鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的缺點是自重大、抗裂性能差、現(xiàn)澆施工時耗費模板多、工期長、隔熱隔音性能較差。這些缺點正逐步得到克服：預(yù)應(yīng)力混凝土可提高抗裂性；高強(qiáng)混凝土可改善防滲性能；輕質(zhì)高強(qiáng)混凝土可以減輕結(jié)構(gòu)自重和改善隔音隔熱性能；預(yù)制鋼筋混凝土構(gòu)件可節(jié)省模板和縮短工期。

2.鋼結(jié)構(gòu)鋼結(jié)構(gòu)是由鋼板和各種型鋼，如工字鋼、槽鋼、角鋼、T型鋼、鋼管及薄壁型鋼等制成的。常用于大跨度結(jié)構(gòu)房屋、橋梁、高層建筑、高聳建筑(電視塔、高壓塔)、重工業(yè)或有動力荷載的廠房、殼體結(jié)構(gòu)等。鋼結(jié)構(gòu)的特點是：

(1)高強(qiáng)質(zhì)輕。鋼材強(qiáng)度高，承受同樣的荷載比別的材料用量少，能減輕結(jié)構(gòu)自重。

(2)材質(zhì)均勻，各向同性，材料彈性范圍大。這與材料力學(xué)基本假設(shè)相符合，故結(jié)構(gòu)計算與實際情況吻合較好。

(3)材料塑性、延性和韌性好。結(jié)構(gòu)對超載、動力荷載、沖擊荷載、地震作用、臺風(fēng)的抵抗和適應(yīng)性強(qiáng)，結(jié)構(gòu)可靠度高。

(4)制造簡便，易于工業(yè)化大生產(chǎn)；施工安裝周期短。

(5)耐火性能差。建筑結(jié)構(gòu)類別及適用范圍(6)不耐腐蝕，維修養(yǎng)護(hù)費用高。

(7)密封性能好。鋼結(jié)構(gòu)的水密性和氣密性均好。

(8)造價高。

3.砌體結(jié)構(gòu)砌體結(jié)構(gòu)是用磚、砌塊、石塊通過砂漿鋪縫砌筑而成的結(jié)構(gòu)，一般用于中小型煙囪、水塔、水池、擋土墻、房屋及基礎(chǔ)、拱橋等。砌體結(jié)構(gòu)可就地取材，及造價低廉、保溫隔熱隔音性能好，耐火及耐久性較好、施工設(shè)備和方法簡單等優(yōu)點。也存在自重大、強(qiáng)度低、整體性較差致使抗震性能差等缺點。設(shè)置圈梁、構(gòu)造柱、加強(qiáng)墻、構(gòu)造柱、圈梁之間的拉結(jié)，可增大砌體結(jié)構(gòu)的整體性及抗震性能。目前我國大多數(shù)民用房屋是砌體結(jié)構(gòu)。

4.木結(jié)構(gòu)木結(jié)構(gòu)指全部或大部分用木材制成的結(jié)構(gòu)。由于受木材自然生長條件的限制，使用較少。木結(jié)構(gòu)有可就地取材、制作簡單的優(yōu)點；也有易燃、易蟲蛀、易腐蝕和結(jié)構(gòu)變形大的缺點。木結(jié)構(gòu)多用于農(nóng)村房屋的屋蓋，也用于園林景觀建筑。二、按承重結(jié)構(gòu)類型劃分建筑結(jié)構(gòu)類別及適用范圍

1.混合結(jié)構(gòu)混合結(jié)構(gòu)房屋是指房屋的墻、柱、基礎(chǔ)等豎向承重構(gòu)件采用砌體筑成而屋蓋、樓蓋等水平方向的承重結(jié)構(gòu)構(gòu)件采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。一般用于八層以下的民用房屋和中小型廠房。

2.框架結(jié)構(gòu)框架結(jié)構(gòu)由梁、板、柱組成，具有平面布置靈活、造型活潑、易于形成大空間和滿足多功能要求。框架結(jié)構(gòu)延性較好，抗側(cè)移剛度小，其側(cè)向位移會隨房屋高度增加而急劇增大，這使框架結(jié)構(gòu)的建筑高度受到限制。鋼筋混凝土框架多用于十多層以下的房屋，如教學(xué)樓、醫(yī)院、辦公室、住宅、商場等。

3.剪力墻結(jié)構(gòu)剪力墻結(jié)構(gòu)的墻體同時承受豎向和水平荷載，剪力墻是結(jié)構(gòu)墻，又稱抗震墻。因為它的抗側(cè)移剛度大，抵抗水平方向的地震作用和風(fēng)荷載的能力強(qiáng)。剪力墻的側(cè)向位移很小，適于建造較高的房屋，但剪力墻的間距不太大因而平面布置不太靈活，多用于建筑12層～30層的住宅、旅館等開間小的房屋。

4.框架-剪力墻結(jié)構(gòu)框架-剪力墻結(jié)構(gòu)是在框架結(jié)構(gòu)的縱橫兩個方向的部分柱間設(shè)置剪力墻。這種結(jié)構(gòu)充分發(fā)揮了框架和剪力墻結(jié)構(gòu)各自的優(yōu)點，在高層建筑中得到廣泛應(yīng)用，多用于10層～20層的房屋。建筑結(jié)構(gòu)類別及適用范圍建筑結(jié)構(gòu)類別及適用范圍

5.筒體結(jié)構(gòu)將剪力墻卷成豎向的空筒，就形成實腹筒；由密柱深梁框架圍成的筒體稱為框筒；筒體周圍由豎桿、斜桿形成的桁架圍成的稱為桁架筒；后兩者為空腹筒。若上述筒體單元內(nèi)外相套則稱筒中筒(或多重筒)；若上述筒體單元緊密并立連成一體則稱成束筒。一般筒體結(jié)構(gòu)由實腹的內(nèi)筒和空腹的外筒組成。由于筒體實際上是縱橫兩個方向的剪力墻構(gòu)成封閉的空間結(jié)構(gòu)，比剪力墻結(jié)構(gòu)具有更大的抗側(cè)移剛度因而可以做得很高，筒體結(jié)構(gòu)多用于30層以上的高層和超高層建筑中。

6.大跨度結(jié)構(gòu)大跨度結(jié)構(gòu)多用于大型體育館、展覽館、飛機(jī)場等公共建筑。豎向承重結(jié)構(gòu)多采用鋼或鋼筋混凝土柱或拱，屋蓋采用鋼網(wǎng)架、殼體、斜拉、懸索、薄膜等結(jié)構(gòu)。

1.結(jié)構(gòu)的功能建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的基本要求是：以最經(jīng)濟(jì)的手段使結(jié)構(gòu)在正常施工和使用條件下，在預(yù)定的設(shè)計基準(zhǔn)期(一般為50年)內(nèi)滿足下列預(yù)定的功能。

(1)安全性。指建筑結(jié)構(gòu)在正常施工和使用條件下能承受可能出現(xiàn)的各種作用(如荷載、溫度改變、支座不均勻沉陷等引起的內(nèi)力和變形)。且在強(qiáng)震、爆炸、臺風(fēng)和偶然事件發(fā)生時和發(fā)生后，結(jié)構(gòu)仍然能保持必要的整體穩(wěn)定性，結(jié)構(gòu)不致倒塌。

(2)適用性。指結(jié)構(gòu)在正常使用期間內(nèi)具有良好的工作性能。不產(chǎn)生影響使用的過大變形、振幅和裂縫寬度。

(3)耐久性。指建筑結(jié)構(gòu)在正常維護(hù)條件下具有足夠的耐久性能。如在設(shè)計基準(zhǔn)期內(nèi)鋼筋不會因保護(hù)層厚度不夠或混凝土裂縫過寬而銹蝕、混凝土不得脫落、風(fēng)化、腐蝕。安全性、適用性、耐久性統(tǒng)稱為結(jié)構(gòu)的可靠性。結(jié)構(gòu)能夠滿足功能要求，稱為結(jié)構(gòu)可靠；反之為結(jié)構(gòu)不可靠，其分界點，稱為極限狀態(tài)。根據(jù)建筑結(jié)構(gòu)破壞后果的嚴(yán)重程度，建筑結(jié)構(gòu)劃分為三個安全等級，設(shè)計時應(yīng)根據(jù)具體情況，按照表10-1的規(guī)定選用相應(yīng)的安全等級。三、結(jié)構(gòu)的功能及兩種極限狀態(tài)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的基本原則

2.結(jié)構(gòu)的兩種極限狀態(tài)整個結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)的一部分超過某一特定狀態(tài)就不能滿足設(shè)計規(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)。極限狀態(tài)有兩種：承載能力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)。

1)承載能力極限狀態(tài)(主要考慮結(jié)構(gòu)的安全性)

結(jié)構(gòu)或構(gòu)件達(dá)到最大承載力、出現(xiàn)疲勞破壞或不適于繼續(xù)承載的變形狀態(tài)，稱為承載能力極限狀態(tài)。當(dāng)結(jié)構(gòu)或構(gòu)件出現(xiàn)下列情況之一時，即認(rèn)為超過了承載能力極限狀態(tài)。

(1)結(jié)構(gòu)、構(gòu)件或其間的連接因材料超過其強(qiáng)度而破壞(含疲勞破壞)；或因產(chǎn)生過度塑性變形而不能繼續(xù)承載。

(2)結(jié)構(gòu)變機(jī)構(gòu)，即由幾何不變體系變成幾何可變體系。

(3)結(jié)構(gòu)或構(gòu)件喪失穩(wěn)定，如細(xì)長壓桿失穩(wěn)退出工作導(dǎo)致結(jié)構(gòu)破壞。建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的基本原則表10-1建筑結(jié)構(gòu)的安全等級安全等級破壞后果的影響程度建筑物的類型一級很嚴(yán)重重要的建筑物二級嚴(yán)重一般的建筑物三級不嚴(yán)重次要的建筑物建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的基本原則(4)結(jié)構(gòu)或構(gòu)件發(fā)生滑移或傾復(fù)而喪失平衡位置。結(jié)構(gòu)或構(gòu)件一旦超過承載能力極限狀態(tài)，就不能完成安全性的功能，會產(chǎn)生重大經(jīng)濟(jì)損失和人員傷亡。因此應(yīng)把這種情況的發(fā)生概率控制得非常小。

2)正常使用極限狀態(tài)(主要考慮結(jié)構(gòu)的適用性和耐久性)

結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件達(dá)到正常使用和耐久性能的某項規(guī)定限值的狀態(tài)稱為正常使用極限狀態(tài)。當(dāng)結(jié)構(gòu)或構(gòu)件出現(xiàn)下列狀態(tài)之一時，即認(rèn)為超過了正常使用極限狀態(tài)。

(1)發(fā)生影響正常使用或外觀的過大變形；如吊車梁撓度過大以致吊車不能正常行走。

(2)發(fā)生影響正常使用或耐久性的局部損壞，包括裂縫寬度達(dá)到限值。

(3)發(fā)生影響正常使用的振動。

(4)發(fā)生影響正常使用的其他特定狀態(tài)。結(jié)構(gòu)或構(gòu)件超過正常使用極限狀態(tài)時，一般不會造成人員傷亡和重大經(jīng)濟(jì)損失。因此可把這種情況發(fā)生的概率控制得略寬一些。建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計時，為保證結(jié)構(gòu)的安全可靠，對所有結(jié)構(gòu)和構(gòu)件均應(yīng)進(jìn)行承載能力極限狀態(tài)的計算，而正常使用極限狀態(tài)的驗算則視具體使用要求進(jìn)行。一、荷載及材料強(qiáng)度

1.荷載及分類

1)荷載與作用使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生內(nèi)力或變形的原因稱之為“作用”。分直接“作用”(如結(jié)構(gòu)自重、風(fēng)荷載)和間接“作用”(如溫度改變、基礎(chǔ)不均勻沉降、混凝土收縮、地震等)。直接“作用”一般稱為荷載；間接“作用”則稱為作用，如稱為地震作用而不稱為地震荷載。荷載與作用在計算效應(yīng)時規(guī)范中統(tǒng)歸為荷載。

2)荷載(作用)的分類按作用時間的長短和性質(zhì)，荷載(作用)分為三類：

(1)永久荷載：設(shè)計基準(zhǔn)期內(nèi)其值不隨時間而變化的荷載，如結(jié)構(gòu)自重。永久荷載又稱為恒載。

(2)可變荷載：設(shè)計基準(zhǔn)期內(nèi)其值隨時間而變化的荷載。如樓面活荷載(人少、物少時其值??；反之其值大)、吊車荷載、風(fēng)荷載、雪荷載、施工荷載等。可變荷載又稱為活荷載。

(3)偶然荷載：設(shè)計基準(zhǔn)期內(nèi)不一定出現(xiàn)，但一旦出現(xiàn)其值很大且持續(xù)時間很短的荷載。如爆炸、撞擊力、地震作用等。

2.荷載代表值荷載代表值指設(shè)計中用以驗算極限狀態(tài)所采用的荷載量值。荷載都存在變異性，是隨機(jī)變量。結(jié)構(gòu)設(shè)計時，為了適應(yīng)不同的極限狀態(tài)下的設(shè)計要求，《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》(GB50009—2001)給出了各類荷載的代表值。對永久荷載采用標(biāo)準(zhǔn)值為代表值；對可變荷載則應(yīng)根據(jù)設(shè)計要求分別采用標(biāo)準(zhǔn)值，頻遇值，準(zhǔn)永久值或組合值為代表值。建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的基本原則(1)荷載標(biāo)準(zhǔn)值。荷載標(biāo)準(zhǔn)值是結(jié)構(gòu)設(shè)計時采用的荷載基本代表值，荷載的其他代表值是以其為基礎(chǔ)乘以適當(dāng)?shù)南禂?shù)后得到的。荷載的標(biāo)準(zhǔn)值為設(shè)計基準(zhǔn)期內(nèi)最大荷載統(tǒng)計分布的特征值(例如眾值、均值、中值或某個分位值)。

(2)永久荷載的標(biāo)準(zhǔn)值。永久荷載變異性不大，一般以平均值作為荷載標(biāo)準(zhǔn)值，即可按結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)定的尺寸和材料的平均密度確定。

(3)可變荷載的標(biāo)準(zhǔn)值。可變荷載的標(biāo)準(zhǔn)值由數(shù)理統(tǒng)計方法確定，通常要求有95%的保證率。由于已有資料的不足，目前有些可變荷載的標(biāo)準(zhǔn)值主要由歷史工程經(jīng)驗而定。建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范(GB50009—2001)規(guī)定民用建筑樓面均布活荷載標(biāo)準(zhǔn)值及其組合值、頻遇值和準(zhǔn)永久值系數(shù)取值見表10-2，屋面均布活荷載取值見表10-3。

(4)可變荷載頻遇值。對可變荷載，取在設(shè)計基準(zhǔn)期內(nèi)，其超越的總時間為規(guī)定的較小比率或超越頻率為規(guī)定頻率的荷載值為頻遇值。其大小等于可變荷載標(biāo)準(zhǔn)值Qk乘以頻遇值系數(shù)Ψf。

(5)可變荷載準(zhǔn)永久值。對可變荷載，取在設(shè)計基準(zhǔn)期內(nèi)，其超越的總時間約為設(shè)計基準(zhǔn)期一半的荷載值為準(zhǔn)永久值。其大小等于可變荷載標(biāo)準(zhǔn)值Qk乘以準(zhǔn)永久系數(shù)Ψq。

(6)可變荷載組合值。當(dāng)考慮兩種或兩種以上的可變荷載在結(jié)構(gòu)上同時作用時，由于所有可變荷載同時達(dá)到其單獨出現(xiàn)的最大值的可能性極小。故除主導(dǎo)可變荷載仍以標(biāo)準(zhǔn)值為代表值外，其他伴隨可變荷載應(yīng)取其標(biāo)準(zhǔn)值乘以小于1的組合系數(shù)Ψc，得到可變荷載的組合值。建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的基本原則

3.荷載分項系數(shù)和荷載設(shè)計值荷載可能超載，考慮必要的安全儲備，在承載能力極限狀態(tài)的計算中，將荷載標(biāo)準(zhǔn)值乘以大于1的相應(yīng)的荷載分項系數(shù)，得到該荷載的設(shè)計值。如永久荷載、可變荷載的標(biāo)準(zhǔn)值分別以Gk、QK表示；相應(yīng)的荷載分項系數(shù)分別為γG、γQ，則荷載設(shè)計值分別為GkγG和QKγQ

。

4.材料強(qiáng)度代表值

(1)材料強(qiáng)度的標(biāo)準(zhǔn)值。材料強(qiáng)度也是隨機(jī)變量，材料強(qiáng)度的標(biāo)準(zhǔn)值是一種特征值f1，取具有95%的保證率的分位值。

(2)材料強(qiáng)度的設(shè)計值。材料的實際強(qiáng)度有低于標(biāo)準(zhǔn)值的可能，為安全計，將材料強(qiáng)度的標(biāo)準(zhǔn)值f1除以相應(yīng)的大于1的材料分項系數(shù)γ，得材料強(qiáng)度的設(shè)計值f，即建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的基本原則(10-1)表10-2民用建筑樓面均布活荷載標(biāo)準(zhǔn)值及其組合值、頻遇值和準(zhǔn)永久值系數(shù)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的基本原則建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的基本原則說明：

①本表所給各項活荷載適用于一般使用條件，當(dāng)使用荷載較大或情況特殊時，應(yīng)按實際情況采用。

②第6項書庫活荷載當(dāng)書架高度大于2m時，書庫活荷載尚應(yīng)按每米書架高度不小于2.5kN/m2確定。

③第8項中的客車活荷載只適用于停放載人少于9人的客車；消防車活荷載是適用于滿載總重為300kN的大型車輛；當(dāng)不符合本表的要求時，應(yīng)將車輪的局部荷載按結(jié)構(gòu)效應(yīng)的等效原則，換算為等效均布荷載。

④第11項樓梯活荷載，對預(yù)制樓梯踏步平板，尚應(yīng)按1.5kN集中荷載驗算。

⑤本表各項荷載不包括隔墻自重和二次裝修荷載。對固定隔墻的自重應(yīng)按恒荷載考慮，當(dāng)隔墻位置可靈活自由布置時，非固定隔墻的自重應(yīng)取每m長墻重(kN/m)的1/3作為樓面活荷載的附加值(kN/m2)計入，附加值不小于1.0kN/m2。

規(guī)范的規(guī)定，將標(biāo)準(zhǔn)值作0.2kN/m2的增減。

①不上人的屋面，當(dāng)施工或維修荷載較大時，應(yīng)按實際情況采用；對不同結(jié)構(gòu)應(yīng)按有關(guān)設(shè)計規(guī)范的規(guī)定，將標(biāo)準(zhǔn)值作0.2kN/m2的增減。

②上人的屋面，當(dāng)兼作其他用途時，應(yīng)按相應(yīng)樓面活荷載采用。

③對于因屋面排水不暢、堵塞等引起的積水荷載，應(yīng)采取構(gòu)造措施加以防止；必要時，應(yīng)按積水的可能深度確定屋面活荷載。

④屋頂花園活荷載不包括花圃土石等材料自重。如混凝土和鋼筋的強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值fc1、fsk；兩種材料的分項系數(shù)分別為γc、γs；則兩種材料的強(qiáng)度設(shè)計值分別為

混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范規(guī)定的鋼筋強(qiáng)度分項系數(shù)根據(jù)鋼筋種類不同，取值范圍在1.1～1.5，見表10-4?；炷翉?qiáng)度的分項系數(shù)規(guī)定為1.4。建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的基本原則表10-3民用房屋屋面均布活荷載表10-4各類鋼筋的材料分項系數(shù)γs值三、荷載效應(yīng)、荷載效應(yīng)組合與結(jié)構(gòu)構(gòu)件的抗力

1.荷載效應(yīng)荷載和作用使結(jié)構(gòu)或構(gòu)件產(chǎn)生的內(nèi)力、變形和裂縫，統(tǒng)稱為荷載效應(yīng)。荷載效應(yīng)S由荷載乘以荷載效應(yīng)系數(shù)得到。荷載效應(yīng)系數(shù)由計算確定。如跨度為L，跨中作用集中力P的簡支梁，跨中截面彎矩為，式中P為荷載、為荷載效應(yīng)系數(shù)、荷載效應(yīng)為。荷載標(biāo)準(zhǔn)值產(chǎn)生荷載效應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)值SK，荷載效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)值乘以大于1的荷載分項系數(shù)γ，得到荷載效應(yīng)的設(shè)計值S，即建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的基本原則(10-2)

如恒載標(biāo)準(zhǔn)值GK產(chǎn)生恒載的荷載效應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)值SGK；γGSGK則為恒載G的荷載效應(yīng)設(shè)計值；同理γQSQK

為活載Q的荷載效應(yīng)設(shè)計值。

荷載效應(yīng)也是隨機(jī)變量。

2.荷載效應(yīng)組合建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)由設(shè)計基準(zhǔn)期內(nèi)結(jié)構(gòu)上可能出現(xiàn)的荷載，按承載能力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)分別進(jìn)行荷載組合，亦稱為荷載效應(yīng)組合，設(shè)計時應(yīng)取各自最不利的效應(yīng)組合。

1)承載能力極限狀態(tài)的荷載組合設(shè)計值承載能力極限狀態(tài)設(shè)計，一般考慮荷載效應(yīng)的基本組合。荷載效應(yīng)組合的設(shè)計值S從下列組合中取最不利值確定。

(1)由可變荷載效應(yīng)控制的組合：建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的基本原則(10-3)對于一般排架，框架結(jié)構(gòu)應(yīng)按下列組合中取最不利值確定：(10-4a)(10-4b)

式中，γG——永久荷載分項系數(shù)。具體取值如下：①當(dāng)其效應(yīng)對結(jié)構(gòu)不利時；對由可變荷載效

應(yīng)控制的組合，應(yīng)取1.2；對由永久荷載效應(yīng)控制的組合，應(yīng)取1.35；②當(dāng)其效應(yīng)對結(jié)構(gòu)有利時，一般情況下應(yīng)取1.0。

——第i個可變荷載的分項系數(shù)，其中γQ1為可變荷載Q1的分項系數(shù)，一般應(yīng)取1.4；對標(biāo)準(zhǔn)值大于4kN/m2的工業(yè)建筑樓面結(jié)構(gòu)活荷載應(yīng)取1.3。

——按永久荷載標(biāo)準(zhǔn)值計算的荷載效應(yīng)設(shè)計值。

——按可變荷載標(biāo)準(zhǔn)值計算的荷載效應(yīng)設(shè)計值，其中為諸可變荷載效應(yīng)中起控制作用者。

——可變荷載的組合系數(shù)，按規(guī)范取值。

n——參與組合的可變荷載數(shù)。建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的基本原則(2)由永久荷載效應(yīng)控制的組合：(10-5)2)正常使用極限狀態(tài)的荷載效應(yīng)組合設(shè)計值對于正常使用極限狀態(tài)，應(yīng)根據(jù)不同的設(shè)計要求，分別采用荷載的標(biāo)準(zhǔn)組合、頻遇組合或準(zhǔn)永久組合來求荷載效應(yīng)的設(shè)計值S。標(biāo)準(zhǔn)組合主要用于當(dāng)一個極限狀態(tài)被超越時，將產(chǎn)生嚴(yán)重的永久性損害情況。頻遇組合主要用于當(dāng)一個極限狀態(tài)被超越時，將產(chǎn)生局部損害、較大變形或短暫振動的情況。準(zhǔn)永久組合主要用于長期效應(yīng)是決定性因素的情況。各種荷載效應(yīng)組合的設(shè)計值S各按下式采用。

(1)標(biāo)準(zhǔn)組合：建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的基本原則(10-6)(2)頻遇組合：(10-7)(3)準(zhǔn)永久組合：(10-8)

式中，——主導(dǎo)可變荷載的頻遇值系數(shù)，按規(guī)范采用。

——可變荷載的準(zhǔn)永久值系數(shù)，按規(guī)范采用。

3.結(jié)構(gòu)構(gòu)件的抗力結(jié)構(gòu)構(gòu)件的抗力指結(jié)構(gòu)構(gòu)件承受荷載效應(yīng)的能力。如承載力、剛度、抗裂度等統(tǒng)稱為抗力，以R表示。R也是隨機(jī)變量。影響結(jié)構(gòu)構(gòu)件抗力的主要因素為：材料性能(強(qiáng)度、彈性模量、延性性能、彈性階段、塑性階段等)，構(gòu)件截面幾何參數(shù)(形狀、高度、寬度、面積、慣性矩等)及計算模式的精確性。結(jié)構(gòu)的抗力有標(biāo)準(zhǔn)值RK及設(shè)計值R。它們的關(guān)系為：建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的基本原則(10-9)

式中，——抗力分項系數(shù)。（〉1）四、以概率論為基礎(chǔ)的極限狀態(tài)設(shè)計法

1.結(jié)構(gòu)的失效概率與可靠指標(biāo)結(jié)構(gòu)的可靠度指結(jié)構(gòu)在設(shè)計基準(zhǔn)期內(nèi)，在規(guī)定的條件下，完成預(yù)定功能的安全程度(概率)。它取決于荷載效應(yīng)設(shè)計值S和結(jié)構(gòu)構(gòu)件抗力設(shè)計值R之間的關(guān)系。若取Z=R-S，則可由Z的大小判斷結(jié)構(gòu)是否可靠。Z=R-S稱為結(jié)構(gòu)的功能函數(shù)。當(dāng)Z=R-S>0，即R>S時，結(jié)構(gòu)處于可靠狀態(tài)；當(dāng)Z=R-S<0，結(jié)構(gòu)處于失效狀態(tài)；當(dāng)Z=R-S=0，結(jié)構(gòu)處于極限狀態(tài)。Z=R-S=0稱為結(jié)構(gòu)的極限狀態(tài)方程。

當(dāng)結(jié)構(gòu)按極限狀態(tài)設(shè)計時，應(yīng)符合

Z=R-S≥0 (10-10)

結(jié)構(gòu)可靠度即結(jié)構(gòu)處于可靠狀態(tài)(Z=R-S≥0)的概率，以表示；反之，結(jié)構(gòu)處于失效狀態(tài)(Z=R-S<0)的概率，稱為結(jié)構(gòu)的失效概率，以Pf表示。顯然有，即?？梢?，結(jié)構(gòu)的可靠度也可用失效概率來度量，只要結(jié)構(gòu)的失效概率足夠小，我們可以認(rèn)為結(jié)構(gòu)是可靠的。失效概率的大小可通過可靠指標(biāo)β來度量。Pf越小，β越大。結(jié)構(gòu)設(shè)計時，若能滿足

β≥[β] (10-11)

則結(jié)構(gòu)處于可靠狀態(tài)。式中的[β]為目標(biāo)可靠指標(biāo)，由我國的《建筑結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》(GB50068—2001)規(guī)定，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]見表10-5。

[β]由結(jié)構(gòu)的安全等級及破壞類型而定，結(jié)構(gòu)越重要，安全等級越高，[β]越大；延性破壞由于有明顯的預(yù)兆比脆性破壞的[β]稍低一些。建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的基本原則建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的基本原則表10-5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}破壞類型安全等級一級二級三級延性破壞3.73.22.7脆性破壞4.23.73.2說明：當(dāng)承受偶然作用時，結(jié)