浅谈混凝土结构设计方法

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。

01结构上的作用、作用效应与结构抗力

结构上的作用

定义：凡能使结构产生内力、应力、位移、应变、裂缝的因素，都称为结构上的作用。

分类：

直接作用：荷载；

间接作用：温度、收缩、徐变、地基不均匀沉降、地震等。

作用效应

定义：作用在结构上产生的反应，如内力、应力、位移、应变、裂缝等，称为作用效应。

结构抗力

定义：结构抵抗作用效应的能力，称为结构抗力。

02   荷载  

荷载分类

永久荷载(恒荷载)：

大小、方向、作用点不随时间改变的荷载为永久荷载，如自重、土压力、预应力等；

可变荷载(活荷载) ：

大小、方向或作用点随时间改变而变化的荷载为可变荷载，如楼面和屋面活载、风荷载、雪荷载、吊车荷载、车辆荷载等；

偶然荷载：

结构使用期间可能不出现，一旦出现，其作用时间短、效应大的荷载为偶然荷载，如爆炸力，撞击等。 

荷载代表值

标准值—— 由设计基准期内最大荷载概率分布的某一分位值确定的荷载值，是永久荷载的唯一代表值。

楼面和屋面荷载的标准值可查荷载规范得到。如：

楼面：

屋面：不上人屋面：

          上人屋面：

          屋顶花园：

直升飞机坪：

荷载规范中的荷载值不包括隔墙重量和二次装修重量。

组合值—— 当有两个或两个以上可变荷载同时作用时的代表值 。

频遇值——结构上时而出现的较大值,但小于标准值。计算裂缝变形时用。

准永久值——可变荷载中较稳定的那一部分值。计算裂缝变形时用。

（t为设计基准期内荷载达到和超过该值的总持续时间，T为设计基准期。）

03  材料强度 

取决于截面尺寸大小和材料强度高低。

材料强度分标准值和设计值。

材料强度标准值

混凝土：

钢筋：  

保证率：95%

材料强度设计值

建筑工程中：

混凝土：

钢筋：

桥梁工程中：

混凝土：

钢筋：

式中：    ––– 混凝土的材料分项系数；建筑工程取1.4,

                       公路桥涵工程取1.45；

　            ––– 钢筋的材料分项系数；建筑工程对热轧钢

                       筋取1.1，对钢丝、钢绞线、热处理钢筋取

                       1.2；公路桥涵工程对热轧钢筋取1.2，对钢

                       绞线、热处理钢筋取1.25。

04结构的设计使用年限与安全等级

结构的设计使用年限

结构的安全等级

按结构的重要性划分：

一级：重要建筑

二级：一般建筑

三级：次要建筑

结构的可靠度

05结构的可靠性

指结构的安全性、适用性、耐久性；

指结构在规定时间内、规定条件下完成预定功能的概率，是结构可靠性的概率度量。

Ｚ＞0，结构可靠；

Ｚ＜0，结构失效；

Ｚ= 0，极限状态。

结构的可靠指标

现行设计方法以概率理论为基础，用可靠指标度量，采用多个分项系数表达。设，则可靠指标为：

式中：

 ––– 结构抗力的平均值和标准值；

  ––– 作用效应的平均值和标准值。

按承载能力极限状态设计时：

按正常使用极限状态设计时：

根据其可逆程度可取0 ~ 1.5

06结构的极限状态及其分类

定义：整个结构或结构的一部分超过某一特定状态就不能满足设计指定的某一功能要求，这个特定的状态称之为该功能的极限状态。

结构极限状态的分类

承载能力极限状态：超过这一极限状态时结构将发生破坏、倒塌或失稳等现象。

正常使用极限状态：超过这一极限状态时结构将出现过大的变形，开裂或过宽的裂缝，钢筋严重锈蚀，混凝土腐蚀、风化、剥落等现象。

承载能力极限状态的设计方法

计算公式

建筑工程中：

桥梁工程中：

荷载效应组合

基本组合：

一般结构构件：选下列计算中较大者。

由可变荷载控制时

由永久荷载控制时

偶然组合：

偶然荷载的代表值不乘分项系数；

与偶然荷载同时出现的其他荷载采用适当的代表值；

各种情况下荷载效应的设计值公式由有关规范另定。

按正常使用极限状态的设计方法

设计方法   

式中：S––– 正常使用极限状态下荷载效应组合值;

         C ––– 达正常使用要求时的变形、裂缝、应力等的限值；

荷载效应组合值

标准组合：主要用于当一个极限状态被超越时将产生严重的永久性损坏的情况。

频遇组合：主要用于当一个极限状态被超越时将产生局部损坏、较大变形或短暂震动等的情况。

准永久组合：主要用于当长期效应是决定性因素的一些情况。