1、结构的功能 Functions of Structure,第三章 混凝土结构的设计方法,设计方法The Design Methods,第三章 混凝土结构的设计方法,极限状态Limit State,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”。,承载力极限状态Ultimate Limit State,正常使用极限状态Serviceability Limit State,结构整体或部分作为刚体失去平衡 结构或构件达到最大承载力 受动力荷载作用而产生疲劳破坏 结构塑性变形过大而破坏 结构形成几何可变体系 构件由于压屈而丧失稳定,过大的变形和侧
2、移 过大的裂缝 过大的振动 侵蚀性介质腐蚀等,第三章 混凝土结构的设计方法,基本设计原则The Basic Design Approach,第三章 混凝土结构的设计方法,结构功能的表达,S 作用效应 Action Effect 结构上的作用是使结构产生内力、变形和裂缝的原因的总称，分为直接作用和间接作用，作用效应即为作用引起的构件内力。,R 结构抗力 Resistant 结构抵抗作用效应的能力，如受弯承载力Mu、受剪承载力Vu、容许挠度f、容许裂缝宽度w。,S R 失效,第三章 混凝土结构的设计方法,荷载,荷载效应 (Load effect),永久荷载 (Dead Load),可变荷载 (Li
3、ve Load),偶然荷载 (Accidental Load),荷载效应的基本概念,如何衡量荷载大小？,采用荷载代表值来描述荷载的大小 对于永久荷载，其代表值就是标准值，即结构自重； 对于可变荷载，其代表值分别为标准值、组合值和准 永久值。,荷载效应与荷载的关系？,如何衡量荷载效应？,荷载分项系数：考虑荷载超过标准值的可能性，是一个变量,第三章 混凝土结构的设计方法,荷载分项系数分为恒荷载分项系数和活荷载分项系数,材料分项系数分为砼分项系数和钢筋分项系数,第三章 混凝土结构的设计方法,结构抗力,材料强度,结构抗力的基本概念,如何衡量材料强度的大小？,结构抗力与材料强度的关系？,如何衡量结构抗力
4、的大小？,材料强度标准值,材料分项系数：是一个大于1.0的系数，考虑材料强度低于标准值的可能性。,第三章 混凝土结构的设计方法,第三章 混凝土结构的设计方法,正态分布概率密度曲线,由概率论可知，频率密度的积分为概率。由于各频率之和等于1，即图中正态曲线与横坐标包围的面积等于1，即：,1）平均值:它它表示随机变量取值的集中位置。平均值愈大，则分布曲线的高峰点离开纵坐标轴的水平距离愈远。2）标准差:它表示随机变量的离散程度。标准差愈大时，分布曲线愈扁平，说明变量分布的离散性愈大。3）变异系数:它表示随机变量取值的相对离散程度。,第三章 混凝土结构的设计方法,对于结构设计而言，如何设计的安全呢？荷载
5、取值越大，内力值就越大，构件截面尺寸也愈大，结构愈安全；材料强度取值越低，结构所需截面越大，结构愈安全,荷载标准值：材料强度标准值：,1.645保证率系数。荷载标准值实际荷载低于标准值的概率为95；材料强度标准值实际强度高于标准值的概率为95；,第三章 混凝土结构的设计方法,结构抗力R与作用效应S都是随机变量，因此功能函数Z=R-S也是随机变量Z0 结构可靠；Z=0 结构处于极限状态；Z0 结构失效,结构的可靠概率与失效概率的关系,可靠概率：失效概率：,安全的概念是相对的，所谓“安全”只是失效概率相对较小而已，失效概率不可能为零，故不存在绝对安全的结构。应该通过设计把失效概率控制在某一个可以接
6、受的限制以下就可以。,失效概率越小，表示结构可靠性越大。当失效概率Pf小于某个值时，即可认为结构设计是可靠的，即Pf Pf 。该失效概率限值称为允许失效概率Pf。一般工业与民用建筑的允许失效概率：延性破坏的结构 Pf=6.910-4 脆性破坏的结构 Pf=1.110-4,第三章 混凝土结构的设计方法,可靠指标与失效概率的关系,失效概率Pf来度量结构的可靠性具有明确的意义，但计算繁琐，可以利用可靠度指标代替失效概率来度量结构的可靠性。,失效概率Pf与可靠指标有着一一对应的关系值愈大，失效概率Pf值就愈小；值愈小，失效概率Pf值就愈大。,z平均值；z标准差,第三章 混凝土结构的设计方法,由于经济及
7、历史原因，我国建筑工程的可靠度水平在世界范围内是比较低的。表现在结构设计方面为：荷载标准值偏低；荷载分项系数较小；材料分项系数偏低，因此材料设计强度偏高；设计计算和构造措施普遍比国外安全储备少，尤其是最小配筋率，取值明显低于其他国家规范的规定。,进入21世纪以后，我国国情有了很大变化，提高结构的安全度利国利民，体现“以人为本”的设计原则。,措施：如适当提高材料分项系数，从而降低设计强度取值；全面提高了最小配筋率的取值。,第三章 混凝土结构的设计方法,我国混凝土结构的设计方法,结构抗力越大，即结构抗力概率分布函数右移，则失效概率越小,结构抗力,作用效应,可靠度的概念失效概率Pf 可靠度指标 可靠
8、度理论方法计算过程复杂，应用于实际设计中存在困难。规范以可靠度理论作为设计的理论基础，采用一些分项系数代替可靠指标，由此得到与可靠度理论（概率理论）相当的实用设计表达式。,第三章 混凝土结构的设计方法,第三章 混凝土结构的设计方法,第三章 混凝土结构的设计方法,实用设计表达式,Pf = Pf,当结构抗力达到一定值时，失效概率等于允许失效概率，即PfPf，此时取作用效应与结构抗力概率分布曲线的交点为设计计算点。,第三章 混凝土结构的设计方法,作用效应设计值，gS作用效应分项系数，分为恒荷载分项系数和活荷载分项系数,结构抗力设计值，gR结构抗力分项系数,实用设计表达式,第三章 混凝土结构的设计方法,设计思路,确定荷载及荷载效应,初步选定构件尺寸,确定结构计算简图,按照构造规定配筋,No,Yes,构件设计完成,No,Yes,第三章 混凝土结构的设计方法,按承载力极限状态计算,g0 结构重要性系数,根据建筑结构的重要性将结构分为三个安全等级，采用结构重要性系数来体现。,一级 g01.1二级 g01.0三级 g00.9,规范设计表达式,第三章 混凝土结构的设计方法,可变荷载控制组合时,永久荷载控制组合时,第三章 混凝土结构的设计方法,按正常使用极限状态计算,短期荷载作用下，考虑采用荷载的标准组合,长期荷载作用下，考虑采用荷载的频遇组合或准永久组合,第三章 混凝土结构的设计方法,
