1湖南大學沈蒲生高等教育出版社高等教育電子音像出版社混凝土結構設計原理第2章混凝土結構設計方法進入2混凝土結構設計原理第2章主頁目錄上一章幫助下一章本章講述的內容：

●結構設計的目的；●我國結構設計方法的演變過程；●現行設計規范設計方法簡介；●結語。3混凝土結構設計原理第2章主頁目錄上一章幫助下一章一、結構設計的目的

做任何結構設計，其目的都是既要保證結構的安全，又要使得所設計的結構經濟。安全和經濟是相互矛盾的。結構設計就是要在安全與經濟之間求得合理的平衡。結構設計方法既是一個理論問題，還與國家的技術經濟政策密切相關。4混凝土結構設計原理第2章主頁目錄上一章幫助下一章二、我國結構設計方法的演變過程

1、建國初期：容許應力法。式中：K為安全系數。容許應力法以一個點的安全決定結構構件的安全，而且，當時的安全系數主要根據經驗確定。5混凝土結構設計原理第2章主頁目錄上一章幫助下一章2.、五、六十年代：三系數極限狀態設計法。三系數：工作條件系數；荷載系數；材料勻質系數。3、七十年代：單系數極限狀態設計法。

單系數：安全系數。

受彎：K=1.4；受剪：K=1.55。6混凝土結構設計原理第2章主頁目錄上一章幫助下一章４、八十年代：概率極限狀態法。概率極限狀態法：以可靠度理論為基礎，用多個分項系數表達的設計方法。

多個分項系數：結構構件重要性系數，荷載分項系數，材料分項系數，…。

5、21世紀初：概率極限狀態法。

與80年代的設計方法相比，設計理論與方法上無大的變化，但可靠度有較大的提高，用鋼量增加10%，造價增加5%左右。

7混凝土結構設計原理第2章主頁目錄上一章幫助下一章概率極限狀態法屬近似概率法，將來還要向全概率法發展。保證建筑結構的可靠性，采用基于概率、基于性能的設計方法，這是今后發展的方向。解放60多年來我國結構設計方法的發展過程為：

經驗法

半經驗法半概率

近似概率法

全概率法8混凝土結構設計原理第2章主頁目錄上一章幫助下一章了解結構上的作用、作用效應和結構抗力的概念及其隨機特性；

了解混凝土結構設計方法的理論基礎—

可靠度理論；

掌握我國規范的設計方法—概率極限狀態設計法。本章重點：三、現行設計規范設計方法簡介

9混凝土結構設計原理第2章主頁目錄上一章幫助下一章2.1.1結構上的作用、作用效應及結構抗力（1）定義：凡是能夠使結構產生內力、變形、開裂、腐蝕的因素，統稱為結構上的作用。如荷載、地震、基礎差異沉降、溫度變化、混凝土收縮等。直接作用：荷載。（2）分類：間接作用：溫度、收縮、徐變、地基不均勻沉降、地震等。§2.1結構可靠度1、結構上的作用10混凝土結構設計原理第2章主頁目錄上一章幫助下一章2、作用效應

定義：作用在結構上產生的效應，如內力、應力、位移、應變、裂縫等，稱為作用效應。3、結構抗力

定義：整個結構或結構構件抵抗作用效應的能力，稱為結構抗力。11混凝土結構設計原理第2章主頁目錄上一章幫助下一章2.1.2結構的預定功能及結構可靠度1、預定功能

（1）在正常施工和正常使用時能承受各種作用。（2）在正常使用時不發生過大的變形和過寬的裂縫。（3）在正常維護的情況下具有足夠的耐久性。（4）發生火災時在規定的時間內有足夠的承載力。（5）在遭遇偶發事件時具有必須的整體穩定性。結構的預定功能要求結構在其設計使用年限內具有足夠的可靠性，即：安全性、適用性和耐久性。12混凝土結構設計原理第2章主頁目錄上一章幫助下一章2、結構的可靠度指結構在規定的時間內、在規定的條件下，完成預定功能的概率。規定的時間：指設計使用年限。規定的條件：指正常設計、正常施工、正常使用。預定功能：指安全性、適用性、耐久性。結構的可靠度是可靠性的概率度量。13混凝土結構設計原理第2章主頁目錄上一章幫助下一章3、

結構的設計使用年限類別結構類型結構的設計使用年限（年）１臨時性結構5２易于替換的結構構件25３普通房屋和構筑物50４紀念性建筑和特別重要建筑1002.1.3

結構的安全等級按結構的重要性劃分一級：重要建筑二級：一般建筑三級：次要建筑14混凝土結構設計原理第2章主頁目錄上一章幫助下一章§2.2荷載和材料強度2.2.1荷載1、荷載分類永久荷載(恒荷載)：大小、方向、作用點不隨時間改變的荷載為永久荷載，如自重、土壓力、預應力等。可變荷載(活荷載)

：大小、方向或作用點隨時間改變而變化的荷載為可變荷載，如樓面和屋面活載、風荷載、雪荷載、吊車荷載等。偶然荷載：結構使用期間可能不出現，一旦出現，其作用時間短、效應大的荷載為偶然荷載，如爆炸力，撞擊等。15混凝土結構設計原理第2章主頁目錄上一章幫助下一章2、荷載代表值

（1）標準值——是荷載的基本代表值。是正常使用情況下可能出現的保證率為95%的偏大值。是永久荷載的唯一代表值。保證率：95％16混凝土結構設計原理第2章主頁目錄上一章幫助下一章直升飛機坪：住宅樓面：屋面：不上人屋面

上人屋面

屋頂花園民用建筑樓面活荷載的標準值可查荷載規范，如：其它荷載標準值見荷載規范。荷載規范中的荷載值不包括隔墻重量和二次裝修重量。（2）組合值——

當有兩個或兩個以上可變荷載同時作用時的代表值

。組合值

=ψc

×標準值

17混凝土結構設計原理第2章主頁目錄上一章幫助下一章（3）頻遇值——可變荷載可能出現的較大值,但小于標準值。計算裂縫、變形時用。頻遇值

=ψf×標準值

（4）準永久值——可變荷載中較穩定的那一部分值。計算裂縫、變形時用。準永久值

=ψq×標準值永久荷載只有1個代表值：標準值。可變荷載有4個代表值：標準值、組合值、頻遇值、準永久值。18混凝土結構設計原理第2章主頁目錄上一章幫助下一章結構承載力取決于截面尺寸大小和材料強度高低。材料強度分標準值和設計值。1

、材料強度標準值混凝土：，鋼筋：，注意：荷載標準值高于平均值，材料強度標準值低于平均值。想一想為什么要這樣？2.2.2材料強度保證率：95％19混凝土結構設計原理第2章主頁目錄上一章幫助下一章2

、材料強度設計值混凝土：,鋼筋：,式中：–––混凝土的材料分項系數，取1.40；

–––鋼筋的材料分項系數，對延性較好的熱軋鋼筋取1.10，對500MPa級鋼筋取1.15，對預應力鋼筋取1.20。20混凝土結構設計原理第2章主頁目錄上一章幫助下一章定義：整個結構或結構的一部分超過某一特定狀態就不能滿足設計指定的某一功能要求，這個特定的狀態稱之為該功能的極限狀態。承載能力極限狀態：超過這一極限狀態時結構將發生破壞、倒塌或失穩等現象。1、

結構極限狀態的分類正常使用極限狀態：超過這一極限狀態時結構將出現過大的變形，開裂或過寬的裂縫，鋼筋嚴重銹蝕，混凝土腐蝕、風化、剝落等現象。§2.3結構的極限狀態及分類21混凝土結構設計原理第2章主頁目錄上一章幫助下一章2、結構的設計狀況（1）持久設計狀況：在結構使用過程中一定出現，其持續時間很長的狀況。（2）短暫設計狀況：在結構使用過程中出現概率大，持續時間短的狀況。（3）偶然設計狀況：在結構使用過程中出現概率小，持續時間很短的狀況。（4）地震設計狀況：在結構使用過程中遭受地震作用的狀況。22混凝土結構設計原理第2章主頁目錄上一章幫助下一章Ｚ

=Ｒ-Ｓ（2-1）Ｚ＞0，結構可靠；Ｚ=0，極限狀態。Ｚ＜0，結構失效；正態分布

變異系數δz=μz/σz3、結構的功能函數Z式中，Z為結構的功能函數，R為結構的抗力，S為結構的作用效應。23混凝土結構設計原理第2章主頁目錄上一章幫助下一章式中：–––結構抗力的平均值和標準差；

–––作用效應的平均值和標準差。現行設計方法以概率理論為基礎，用可靠指標度量，采用多個分項系數表達。設，則可靠指標為：

（2-2）4、

結構的可靠指標24混凝土結構設計原理第2章主頁目錄上一章幫助下一章按承載能力極限狀態設計時要求的可靠指標值按正常使用極限狀態設計時要求的可靠指標值破壞類型安全等級一級二級三級塑性破壞3.73.22.7脆性破壞4.23.73.2取值低于承載力極限狀態。對應3.2的失效概率為6.9×10-4，對應3.7的失效概率為1.1×10-4。因此，可靠指標是可靠度的另一種表示方法。25混凝土結構設計原理第2章主頁目錄上一章幫助下一章定義：整個結構或結構的一部分超過某一特定狀態就不能滿足設計指定的某一功能要求，這個特定的狀態稱之為該功能的極限狀態。承載能力極限狀態：超過這一極限狀態時結構將發生破壞、倒塌或失穩等現象。結構極限狀態的分類:正常使用極限狀態：超過這一極限狀態時結構將出現過大的變形，開裂或過寬的裂縫，鋼筋嚴重銹蝕，混凝土腐蝕、風化、剝落等現象。§2.4結構的極限狀態26混凝土結構設計原理第2章主頁目錄上一章幫助下一章

計算公式

(2-3)式中γ0–––結構重要性系數；安全等級為一級的構件，γ0

≥1.1；安全等級為二級的構件，γ0≥1.0；安全等級為三級的構件，γ0≥0.9；

Sd

–––承載能力極限狀態下作用組合的效應的設計值，對持久設計狀態和短暫設計狀態應按作用的基本組合計算。§2.5結構的承載力極限狀態設計方法27混凝土結構設計原理第2章主頁目錄上一章幫助下一章–––結構構件的抗力設計值。

Rd

=

R（fc

,

fs

,

ak

,

...）/

γRD式中，

γRD

是結構構件的抗力模型不定性調整系數：靜力設計取1.0，對不確定性較大的結構構件根據具體情況取大于1.0的數值；抗震設計應用承載力抗震調整系數γRE代替γRD。

fc

,

fs

,

ak式分別為混凝土的強度設計值、鋼筋的強度設計值和截面尺寸的標準值。28混凝土結構設計原理第2章主頁目錄上一章幫助下一章

荷載基本組合的效應設計值計算方法一般結構構件：選下列計算中較大者。

由可變荷載控制時

由永久荷載控制時(2-4)(2-5)承載力計算采用基本組合，按下面方法計算：29混凝土結構設計原理第2章主頁目錄上一章幫助下一章式中：–––恒載分項系數，當其效應對結構不利時，公式2-4中的，公式2-5中的；當其效應對結構有利時，應取1.0；

–––活載分項系數，一般情況下取1.4，當活載標準值大于的工業房屋樓面結構取1.3；

–––恒載標準值所產生的內力；

–––活載標準值所產生的內力，i=1的活荷載為主導活荷載；

–––第i個可變荷載的組合系數。

γL–––樓面和屋面活荷載考慮設計使用年限的調整系數，當結構設計使用年限為50年時取1.0。30混凝土結構設計原理第2章主頁目錄上一章幫助下一章

偶然荷載組合的效應設計值計算方法用于承載能力極限狀態計算時：用于偶然事件發生后受損結構的整體穩定性驗算時：式中，SAd為按偶然荷載標準值Ad計算的荷載效應值，ψｆ1為第1個可變荷載的頻遇值系數，ψf2為第i個可變系數的準永久值系數。(2-6)(2-7)31混凝土結構設計原理第2章主頁目錄上一章幫助下一章荷載偶然組合的效應設計值Sd可按下列規定采用

用于承載能力極限計算時：用于偶然事件發生后受損結構整體穩固性驗算時：…2-6…2-7式中：SAd

–––按偶然荷載標準值Ad計算的荷載效應值；

ψf1–––第1個可變荷載的頻遇值系數；

ψfi–––第i個可變荷載的頻遇值系數。

注意：實際設計方法中，為了符合我國設計人員以往的設計習慣，使設計方便起見，已將可靠指標轉化成用荷載分項系數、材料強度分項系數等多個分項系數表示。因此，結構設計方法的演變為：可靠性→可靠度→失效概率→可靠指標→多個分項系數。32混凝土結構設計原理第2章主頁目錄上一章幫助下一章

設計方法

（2-8）式中：–––正常使用極限狀態下荷載效應組合值;–––達正常使用要求時的變形、裂縫、應力等的限值。§2.6結構按正常使用極限狀態的設計方法33混凝土結構設計原理