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第二章第二章 钢筋混凝土结构的基本计算原则钢筋混凝土结构的基本计算原则1合肥工业大学土木与水利工程学院道 路 桥 梁 工 程 系方诗圣 汪权 朱亚林Water and Waste WaterWater and Waste Water Engineering Structure Engineering Structure 第二章第二章 钢筋混凝土结构的基本计算原则钢筋混凝土结构的基本计算原则2引言：引言：结构设计所涉及的问题分为两类：结构设计所涉及的问题分为两类：第一类：共性的问题：是设计任何结构和构件都要加以解决的。是设计任何结构和构件都要加以解决的。作用在构件上的载荷：其大小如何确定作用在构件上的载荷：其大小如何确定?所用建材的强度如何确定所用建材的强度如何确定?结构安全可靠标准是什么？结构安全可靠标准是什么？属于基本计算原则属于基本计算原则 第二类第二类:具体问题：具体问题：应用这些基本原则对各种不同的构件进行具体的设计和应用这些基本原则对各种不同的构件进行具体的设计和计算，并采取相应的构造措施使所设计的构件满足要求计算，并采取相应的构造措施使所设计的构件满足要求第二章第二章 钢筋混凝土结构的基本计算原则钢筋混凝土结构的基本计算原则3第二章 钢筋混凝土结构的基本计算原则 4h 任何一项结构设计都将面临可靠性和经济性两方面的问题，一般地说，结构的可靠性和经济性是相互矛盾的，科学的设计方法就是要使所设计的结构在可靠性和经济性两方面达到最佳的协调。度量结构可靠性的指标称为“可靠度”。使结构在可靠性和经济性两方面能够达到最佳协调的关键之一是要合理地选择结构必须达到的可靠度指标和采用科学的方法分析确定结构可能达到的可靠度；目前国际上已相当普遍地采用以结构的失效概率为依据的概率极限状态设计法。第二章第二章 钢筋混凝土结构的基本计算原则钢筋混凝土结构的基本计算原则4 我国于1984年发布建筑结构设计统一标准GBJ 6884后(以后简称标准)(修订版为建筑结构可靠度设计统一标准GB 500682001)，1992年又颁发了工程结构可靠度设计统一标准GB 5015392。在这两本标准中，规定了结构设计均采用以概率理论为基础的极限状态设计方法，替代原规范采用的单一安全系数极限状态设计方法，并对极限状态设计原则和设计表达式等作出了统一规定。我国现行的混凝土结构设计规范GB50010-2002)和给水排水工程构筑物结构设计规范GB 50069-2002就是根据标准规定的原则制定的。本章将结合钢筋混凝土结构简要地阐述以概率理论为基础的极限状态设计法。第二章第二章 钢筋混凝土结构的基本计算原则钢筋混凝土结构的基本计算原则5本章摘要本章摘要 本本章章主主要要介介绍绍以以概概率率理理论论为为基基础础的的极极限限状状态态设设计计方方法法的的一一些些基基本本知知识识,是是学学习习本本课课程程及及其其他他结结构构设设计计类类课课程程的的理理论论基基础础。由由于于内内容容涉涉及及新新的的概概念念和和名名词词术术语语较较多多,又又牵牵涉涉到到数数理理统统计计和和概概率率论论方方面面的的内内容容,有有一一定定的的难难度度,需需要要逐逐渐渐克克服服.极极限限状状态态设设计计原原则则这这一一节节,讨讨论论的的是是关关于于建建筑筑结结构构设设计计和和安安全全度度的的基基本本内内容容和和定定义义,也也是是砌砌体体结结构构,钢钢结结构构等等其其他他建建筑筑结结构构的的设设计计原原则则,要要加加以以领领会会和和理理解解.对对于于荷荷载载和和材材料料强强度度的的取取值值,要要求求能能懂懂得得,理理解解。对对于于极极限限状状态态表表达达式式,要要理理解解和和掌掌握握其其内内涵涵,以以便便今今后后学学习习与与工作中能够正确运用工作中能够正确运用.第二章第二章 钢筋混凝土结构的基本计算原则钢筋混凝土结构的基本计算原则7第二章第二章 钢筋混凝土结构的基本计算原则钢筋混凝土结构的基本计算原则 4h4h第一节 结构的功能要求和极限状态一.结构的功能要求1.1.结构安全级别结构安全级别 我国是根据建筑结构破坏时可能产生的后果严重与否，分为三个安全等级。见下表：安全等级一级二级三级 破坏后果建筑物的类型重要的建筑物一般的建筑物次要建筑物很严重严重不严重第二章第二章 钢筋混凝土结构的基本计算原则钢筋混凝土结构的基本计算原则82.2.结构的设计使用年限结构的设计使用年限,一般也称设计基准期一般也称设计基准期 定义：定义：房屋建筑和构筑物在正常设计、正常施工、正常使用和维房屋建筑和构筑物在正常设计、正常施工、正常使用和维 护护下所应达到的持久年限。结构的设计使用年限应按下表采用。下所应达到的持久年限。结构的设计使用年限应按下表采用。类别类别 设设 计计 使使 用用 年限（年）年限（年）示示 例例 15 5临时性结构22525易于替换的结构构件35050普通房屋和构筑物4100100纪念性建筑和特别重要的建筑结构注意：结构的设计使用年限与使用寿命不等同。超过设计使用年限的结注意：结构的设计使用年限与使用寿命不等同。超过设计使用年限的结构并不是一定不能继续使用，当需要继续使用时，根据结构的实际状态构并不是一定不能继续使用，当需要继续使用时，根据结构的实际状态对其可靠度重新评估鉴定。对其可靠度重新评估鉴定。第二章第二章 钢筋混凝土结构的基本计算原则钢筋混凝土结构的基本计算原则9 安全性安全性 Safety 结结构构在在正正常常施施工工、正正常常使使用用情情况况下下能能承承受受可可能能出出现现的的各各种种直直接接作作用用和和间间接接作作用用，如如施施加加的的荷荷载载、外外加加变变形形、约约束束变变形形，在在偶偶然然事事件件（如如地地震震、校校核核洪洪水水位位等等）发发生生时时和和发发生生后后，结结构构仍仍能能保保持持必必需需的的承承载载力力和和稳稳定定性性，不不致致发发生生倒倒塌塌或或连连续续破坏而造成生命财产的严重损失。破坏而造成生命财产的严重损失。功能要求功能要求适用性适用性耐久性耐久性安全性安全性 设计任何一个建筑物或构筑物的结构时，在规定的使用期限内都应满足下述三方面的功能要求3.结构的功能要求第二章第二章 钢筋混凝土结构的基本计算原则钢筋混凝土结构的基本计算原则10 耐久性耐久性 Durability 结构在正常维护条件下应有足够的耐久性。完好使用到结构在正常维护条件下应有足够的耐久性。完好使用到设计规定的年限设计规定的年限设计规定的年限设计规定的年限。如，混凝土不发生碳化。如，混凝土不发生碳化、严重风化、腐蚀、严重风化、腐蚀、脱落，钢筋不发生锈蚀等。因为这些都将使结构的安全性和脱落，钢筋不发生锈蚀等。因为这些都将使结构的安全性和适用性逐渐下降而影响结构的使用年限。适用性逐渐下降而影响结构的使用年限。适用性适用性 Serviceability 结结构构在在正正常常使使用用条条件件作作用用下下具具有有良良好好的的工工作作性性能能。如如结结构构或或构构件件应应具具有有足足够够的的刚刚度度而而不不致致发发生生影影响响使使用用的的过过大大变变形形或或振振动动，不不发发生生足足以以让让使使用用者者感感到到不不安安的的过过宽宽的的裂裂缝缝等等，贮贮液液构构筑筑物物如如水水池池、水水塔塔、管管道道及及井井筒筒等等不不应应出出现现导导致致漏漏水水的的贯通贯通裂缝裂缝(通缝通缝)和应具有必要的和应具有必要的抗渗性抗渗性。第二章第二章 钢筋混凝土结构的基本计算原则钢筋混凝土结构的基本计算原则11（1 1）定义）定义整整个个结结构构或或结结构构的的一一部部分分，超超过过某某一一特特定定状状态态就就不不能能满满足足设设计计规规定定的的某某一一功功能能（安安全全性性、适适用用性性、耐耐久久性性）要要求求，该该特特定状态称为该定状态称为该功能的极限状态功能的极限状态。极限状态极限状态承载力极限状态承载力极限状态正常使用极限状态正常使用极限状态二.结构功能的极限状态 Limit State 能能完完成成预预定定的的各各项项功功能能时时，结结构构处处于于有有效效状状态态；反反之之，则则处处于于失失效效状状态态，有有效效状状态态和和失失效效状状态态的的分分界界，称称为为极极限限状状态态，是结构开始失效的标志。是结构开始失效的标志。第二章第二章 钢筋混凝土结构的基本计算原则钢筋混凝土结构的基本计算原则12（2 2）分类）分类 1 1）承载力能力极限状态承载力能力极限状态 Ultimate Limit State 这这种种极极限限状状态态对对应应于于结结构构或或结结构构构构件件达达到到最最大大承承载载能能力力或或其其变变形形达达到到不不适适于于继继续续承承载载的的变变形形。承承载载能能力力极极限限状态主要考虑关于状态主要考虑关于结构安全性结构安全性的功能。的功能。第二章第二章 钢筋混凝土结构的基本计算原则钢筋混凝土结构的基本计算原则13当当结结构构或或结结构构构构件件出出现现下下列列状状态态之之一一时时，即即认认为为超超过过了了承载能力极限状态承载能力极限状态：结构构件或连接因材料结构构件或连接因材料强度不够而破坏；强度不够而破坏；整个结构或结构的一部整个结构或结构的一部分作为刚体失去平衡（如分作为刚体失去平衡（如倾覆、倾覆、滑移滑移等）；等）；结构转变为机动体系；结构转变为机动体系；结构或结构构件丧失稳结构或结构构件丧失稳定（如柱子被压曲等）。定（如柱子被压曲等）。地基丧失承载能力而破地基丧失承载能力而破坏（如失稳等）坏（如失稳等）（超静定结构中出现足够多塑性铰）（超静定结构中出现足够多塑性铰）在在设设计计中中，对对所所有有结结构构或或构构件件均均应应根据根据承载能力极限状态承载能力极限状态进行计算进行计算第二章第二章 钢筋混凝土结构的基本计算原则钢筋混凝土结构的基本计算原则142 2）正常使用极限状态正常使用极限状态 Serviceability Limit State 正正常常使使用用极极限限状状态态对对应应于于结结构构或或结结构构构构件件达达到到正正常常使使用用或或耐耐久久性性能能的的某某项项规规定定限限值值。这这一一状状态态对对应应于于适适用用性性或耐久性或耐久性的功能。的功能。第二章第二章 钢筋混凝土结构的基本计算原则钢筋混凝土结构的基本计算原则15 当当结结构构或或结结构构构构件件出出现现下下列列状状态态之之一一时时，即即认认为为超超过了过了正常使用极限状态正常使用极限状态：影影响响正正常常使使用用或或外外观观的的变变形形（影影响响非非结结构构构构件件、不不安全感、不能正常使用（吊车）等）安全感、不能正常使用（吊车）等）；影影响响正正常常使使用用或或耐耐久久性性能能的的局局部部损损坏坏（包包括括裂裂缝缝，导致导致钢筋锈蚀、影响不安全感、漏水等钢筋锈蚀、影响不安全感、漏水等）；）；影响正常使用的振动影响正常使用的振动（影响使用不舒适）（影响使用、不舒适）；影响正常使用的其他特定状态等。影响正常使用的其他特定状态等。通通常常的的设设计计计计算算程程序序是是先先按按承承载载能能力力极极限限状状态态设设计计结构构件，而后按结构构件，而后按正常使用极限状态正常使用极限状态进行验算进行验算。第二章第二章 钢筋混凝土结构的基本计算原则钢筋混凝土结构的基本计算原则16定义：使结构产生内力或变形的原因称为“作用”。作作用用分分类类直接作用直接作用间接作用间接作用荷载（集中力或分布荷载）荷载（集中力或分布荷载）混凝土收缩、温度变化、基础的混凝土收缩、温度变化、基础的差异沉降、地震等引起结构外加差异沉降、地震等引起结构外加变形或约束的原因。变形或约束的原因。第二节 结构上的作用、作用效应及结构抗力和功能函数一.结构上的作用和作用效应按按“原因不原因不同同”分为分为第二章第二章 钢筋混凝土结构的基本计算原则钢筋混凝土结构的基本计算原则17作作用用的的分分类类又称恒荷载，在结构设计使用期间，其值不又称恒荷载，在结构设计使用期间，其值不随时间而变化，或其变化与平均值相比可以随时间而变化，或其变化与平均值相比可以忽略的荷载，忽略的荷载，如结构的自重、土压力，固定如结构的自重、土压力，固定设备，设备，构筑物内部的盛水压力、结构的预加应力、地基的不均匀沉降等；等；又称活荷载，在结构设计使用期间其值随时又称活荷载，在结构设计使用期间其值随时间而变化，间而变化，如楼面堆放荷载、吊车荷载、静如楼面堆放荷载、吊车荷载、静水压力、风荷载、雪荷载、水压力、风荷载、雪荷载、地表或地下水的压力(侧压力、浮托力)、流水压力、融冰压力、结构构件的温、湿度变化作用等；等；在结构设计基准期内不一定出现，一旦出现，在结构设计基准期内不一定出现，一旦出现，其值很大且持续时间很短的荷载，其值很大且持续时间很短的荷载，如爆炸力、如爆炸力、撞击力等；撞击力等；按随时间的变异性和出现的可能性（按随时间的变异性和出现的可能性（按作用时间的长短和性质，按作用时间的长短和性质，作用分为三类）作用分为三类）：永久作用永久作用GPermanent load可变作用可变作用QVariable load偶然作用偶然作用Accidental load第二章第二章 钢筋混凝土结构的基本计算原则钢筋混凝土结构的基本计算原则19荷荷载载的的分分类类在空间位置上具有固定的分布。在空间位置上具有固定的分布。如结如结构构件自重、楼面上的固定设备；构构件自重、楼面上的固定设备；在结构空间位置上的一定范围内可以在结构空间位置上的一定范围内可以任意分布。任意分布。如楼面上的人群荷载、厂如楼面上的人群荷载、厂房结构上的吊车荷载等；房结构上的吊车荷载等；按空间位置的变异按空间位置的变异分为两类分为两类：固定荷载固定荷载自由荷载自由荷载第二章第二章 钢筋混凝土结构的基本计算原则钢筋混凝土结构的基本计算原则20荷荷载载的的分分类类不使结构或构件产生加速度或产生的不使结构或构件产生加速度或产生的加速度可以忽略不计，加速度可以忽略不计，如结构的自重、如结构的自重、一般民用建筑的楼面活荷载等；一般民用建筑的楼面活荷载等；使结构或构件产生不可忽略的加速度，使结构或构件产生不可忽略的加速度，如吊如吊车荷载、设备振动、作用在高耸结构如高层车荷载、设备振动、作用在高耸结构如高层建筑、烟囱或水塔上的风荷载等；建筑、烟囱或水塔上的风荷载等；按结构的反应按结构的反应分为两类分为两类：静态荷载静态荷载动态荷载动态荷载第二章第二章 钢筋混凝土结构的基本计算原则钢筋混凝土结构的基本计算原则21作用效应：作用效应：结构上的作用结构上的作用使结构产生的内力使结构产生的内力(如轴力如轴力,弯矩弯矩,剪力剪力,扭矩等扭矩等)、变、变形形(转角转角,挠度挠度)、裂缝等通称为、裂缝等通称为作用效应或荷载效应作用效应或荷载效应S。Action(Load)Effect 二二.荷载效应（荷载效应（作用效应）作用效应）S和结构抗力和结构抗力R 结构构件的抗力：结构构件的抗力：结构结构承受外加荷载的能力承受外加荷载的能力（及抵抗结构的内力和变形的能力，如（及抵抗结构的内力和变形的能力，如构件的承载能力、裂缝和变形限值等）称为构件的承载能力、裂缝和变形限值等）称为结构抗力结构抗力R，取决于，取决于材料的强度、截面尺寸和特征材料的强度、截面尺寸和特征及及计算模式计算模式等等。Resistant其中材料性能是决定结构抗力的主要因素。其中材料性能是决定结构抗力的主要因素。C 作用效应系数第二章第二章 钢筋混凝土结构的基本计算原则钢筋混凝土结构的基本计算原则22三三.结构设计中的不确定性结构设计中的不确定性 a.恒载恒载 g与构件尺寸、材料容重等有关与构件尺寸、材料容重等有关b.活载活载 q的数值是随时在变化的的数值是随时在变化的c.计算跨度计算跨度 l 的不准确的不准确a.材料强度材料强度 fy 和和 fc 的离散的离散b.截面尺寸截面尺寸h0和和 b 的施工误差的施工误差c.1 1 的随机性的随机性结构不一定安全（可靠）结构不一定安全（可靠）!g+q虽然设计保证虽然设计保证Undetermined Factors in Design第二章第二章 钢筋混凝土结构的基本计算原则钢筋混凝土结构的基本计算原则23结构或构件能否完成预定功能与结构的作用效应S与结构的抗力R有关。Z=R S由此可采用结构的功能函数 来描述结构完成预定功能的状况。因抗力R和S均具有随机性，所以只能用功能函数Z的概率来描述。四、四、结构的功能函数结构的功能函数第二章第二章 钢筋混凝土结构的基本计算原则钢筋混凝土结构的基本计算原则24可靠概率有多大？Z 0，即RS 结构可靠Z=0，即R=S 结构处于极限状态。即RS 结构失效Z 0,或或S R 可靠可靠 Z=R-S=0,或或S=R 极限状态极限状态Z=R-S R 失效失效极限状态方程极限状态方程Z=0或或R-S=0RSZ0可靠区功能函数功能函数 Z =R -S结构已达极限状态，称为结构已达极限状态，称为极限状态方程极限状态方程。Z=R-S=g(R,S)0 称称为为“极极限限状状态态方方程程”,它是结构失效的标准它是结构失效的标准.结构功能函数的一般表达式为结构功能函数的一般表达式为第二章第二章 钢筋混凝土结构的基本计算原则钢筋混凝土结构的基本计算原则26 结结构构的的可可靠靠性性 reliability结结构构可可靠靠性性的的定定义义是是：结结构构在在规规定定的的时时间间内内，在在规规定定的的条条件件下下，完完成成预预定定功功能能的的能能力力。可可见见结结构构可可靠靠性性实实质质上上是是关关于于结结构构安安全全性性，适适用用性性和和耐耐久久性性的的概概称（总称（总 称）。称）。结结构构可可靠靠度度结结构构在在规规定定时时间间内内，在在规规定定条条件件下下，完完成成预定功能的概率。预定功能的概率。规规定定条条件件指指正正常常设设计计、正正常常施施工工、正正常常使使用用和和正正常常维维护护，不包括错误设计、错误施工和违反原来规定的使用情况。不包括错误设计、错误施工和违反原来规定的使用情况。一、结构的可靠性和可靠度的概念第三节 结构的可靠度和可靠指标第二章第二章 钢筋混凝土结构的基本计算原则钢筋混凝土结构的基本计算原则27结结构构的的可可靠靠度度是是结结构构可可靠靠性性的的概概率率度度量量，即即对对结结构构可可靠靠性的定量描述。性的定量描述。注注意意1 1：结结构构可可靠靠度度与与结结构构使使用用年年限限长长短短有有关关。统统一一标标准准以结构的设计使用年限为计算结构可靠度的时间基准。以结构的设计使用年限为计算结构可靠度的时间基准。注注意意2 2：结结构构的的设设计计使使用用年年限限虽虽与与结结构构使使用用寿寿命命有有联联系系，但但不不等等同同。当当结结构构的的使使用用年年限限超超过过设设计计使使用用年年限限后后，并并不不意意味着结构就要报废，但其可靠度将逐渐降低。味着结构就要报废，但其可靠度将逐渐降低。结构可靠性越高，建设造价投资越大。如何在结构可靠与经济之间取得均衡，就是设计方法要解决的问题。第二章第二章 钢筋混凝土结构的基本计算原则钢筋混凝土结构的基本计算原则28承载力能力极限状态承载力能力极限状态结构的安全性结构的安全性正常使用极限状态正常使用极限状态结构的适用性和耐久性结构的适用性和耐久性可靠水平高可靠水平高可靠水平低可靠水平低结构设计程序第二章第二章 钢筋混凝土结构的基本计算原则钢筋混凝土结构的基本计算原则29以概率理论为基础的极限状态设计法：以概率理论为基础的极限状态设计法：本质是将本质是将荷载效应荷载效应S及及结构抗力结构抗力R看作是看作是两个随机变量两个随机变量应用应用概率论和数理统计概率论和数理统计的理论去研究结构的可靠度。的理论去研究结构的可靠度。0 0 SR SR以概率论为基础的设计方法分为三个水准：以概率论为基础的设计方法分为三个水准：水准水准半经验半概率法；半经验半概率法；水准水准近似概率法；近似概率法；水准水准全概率法。全概率法。第二章第二章 钢筋混凝土结构的基本计算原则钢筋混凝土结构的基本计算原则30二二.失效概率失效概率 失效失效指指结构或结构的一部分结构或结构的一部分不能满足不能满足设计所规定设计所规定的的某一功能要求某一功能要求，即，即达到或超过了达到或超过了承载能力极限状态承载能力极限状态或或正常使用极限状态正常使用极限状态中的某一极限。中的某一极限。失效概率失效概率指指结构结构处于失效状态下的概率结构结构处于失效状态下的概率pf。Probability of failure第二章第二章 钢筋混凝土结构的基本计算原则钢筋混凝土结构的基本计算原则31重叠区的大小反映了抗力重叠区的大小反映了抗力R和荷载效应和荷载效应S之间的概率关之间的概率关系，即结构的失效概率系，即结构的失效概率 从从结结构构安安全全的的角角度度，提提高高结结构构构构件件的的抗抗力力R，减减小小抗抗力力R和和荷荷载载效效应应S的的离离散散程程度度，可可以以提提高高结结构构的的可可靠靠程程度度，即即提提高高R S，减小减小R、S可使可使失效概率降低失效概率降低。f(r,s)S，RSRSRR-S 标准差标准差S、R 平均值分别平均值分别为为S、R结结构构的的效效应应S及及 结结 构构 的的抗抗力力R均均符符合正态分布合正态分布第二章第二章 钢筋混凝土结构的基本计算原则钢筋混凝土结构的基本计算原则32 f(Z)zzpfZ=R-SZ0则则pf=P(Z0)=P(R S)设设S、R都服从正态分布，平均值为都服从正态分布，平均值为S、R，标准差，标准差S、R。令令 Z=R-S因此结构的功能函因此结构的功能函数数Z也也是是符合正态符合正态分布分布的随机变量的随机变量结构处于可靠状态下的概率，称为可靠概率结构处于可靠状态下的概率，称为可靠概率ps，ps=1-pf。图中图中Z0部分部分(阴影阴影)面积即为失效概率面积即为失效概率pf f(Z)概率密度函数概率密度函数第二章第二章 钢筋混凝土结构的基本计算原则钢筋混凝土结构的基本计算原则33图2-1fz(Z)pfzzzZpf 计算复杂，但(由图看出)均值Z向右移pf减小，可靠度加大。令 越大，Pf 越小，结构越可靠。故称 为可靠度指标。三、可靠指标reliability index第二章第二章 钢筋混凝土结构的基本计算原则钢筋混凝土结构的基本计算原则35前面已定义过前面已定义过 结构安全级别结构安全级别 我国是根据建筑结构破坏时可能产生的后果严重与否，分为三个安全等级。见下表：安全等级一级二级三级破坏后果的影响程度 建筑物的类型重要的建筑物一般的建筑物次要建筑物很严重严重不严重第二章第二章 钢筋混凝土结构的基本计算原则钢筋混凝土结构的基本计算原则363、与破坏性质有关；由于结构与破坏性质有关；由于结构延性破坏延性破坏和和脆性破坏脆性破坏的性质的性质不同，前者有不同，前者有明显预兆明显预兆，可及时采取补救措施，目标可靠指标，可及时采取补救措施，目标可靠指标可定的可定的稍低一些稍低一些；后者为突发性破坏，破坏前；后者为突发性破坏，破坏前无明显预兆无明显预兆，目，目标可靠指标应标可靠指标应定的高一些定的高一些。破坏类型破坏类型安全等级安全等级一级一级二级二级三级三级延性破坏延性破坏3.73.73.23.22.72.7脆性破坏脆性破坏4.24.23.73.73.23.2结构构件承载力极限状态的目标可靠指标结构构件承载力极限状态的目标可靠指标 确定确定 的原则的原则1、建立在对原规范校准的基础上；、建立在对原规范校准的基础上；2、与结构安全级别有关；与结构安全级别有关；4、与不同的极限状态有关。与不同的极限状态有关。第二章第二章 钢筋混凝土结构的基本计算原则钢筋混凝土结构的基本计算原则37第四节 荷载的代表值和材料强度的标准值及设计值 结构设计时，对不同的作用应采用不同的代表值结构设计时，对不同的作用应采用不同的代表值:对永久作用，应采用标准值作为代表值；对永久作用，应采用标准值作为代表值；对可变作用，应根据设计要求采用标准值、组合值或准对可变作用，应根据设计要求采用标准值、组合值或准永久值作为代表值。永久值作为代表值。作用的标准值，应为设计采用的基本代表值。作用的标准值，应为设计采用的基本代表值。又称恒荷载，在结构设计使用期间，其值不随时间而又称恒荷载，在结构设计使用期间，其值不随时间而变化，或其变化与平均值相比可以忽略的荷载。变化，或其变化与平均值相比可以忽略的荷载。又称活荷载，在结构设计使用期间其值随时间而变化。又称活荷载，在结构设计使用期间其值随时间而变化。在结构设计基准期内不一定出现，一旦出现，其值很大且在结构设计基准期内不一定出现，一旦出现，其值很大且持续时间很短的荷载。持续时间很短的荷载。按随时间的变异性和出现的可能性（按随时间的变异性和出现的可能性（按作用时间的长短和性质，按作用时间的长短和性质，作用分为三类）作用分为三类）：永久作用永久作用G、可变作用可变作用Q、偶然作用偶然作用永久作用永久作用G可变作用可变作用Q偶然作用偶然作用第二章第二章 钢筋混凝土结构的基本计算原则钢筋混凝土结构的基本计算原则381.定定义义 作作用用标标准准值值是是作作用用的的基基本本代代表表值值。将将作作用用（荷荷载载）视视为为随随机机变变量量，采采用用数数理理统统计计的的方方法法加加以以处处理理而而得得到到的的具具有有一一定定概概率率的的最最大大作作用用值值称称为为作作用用的的标标准准值值S Sk k。可可理理解解为为结结构构构构件件在在使用期间的正常情况下可能出现的最大作用值。使用期间的正常情况下可能出现的最大作用值。f(S)SSkv1-vass（一）.作用作用的标准值SkCharacteristic Value一一、荷载的代表值、荷载的代表值第二章第二章 钢筋混凝土结构的基本计算原则钢筋混凝土结构的基本计算原则392.2.确定确定.结构自重的标准值，可按结构构件的设计尺寸与相应结构自重的标准值，可按结构构件的设计尺寸与相应材料的重力密度计算确定。对常用材料和构件，其重力密材料的重力密度计算确定。对常用材料和构件，其重力密度可按现行度可按现行建筑结构荷载规范建筑结构荷载规范GB 50009GB 5000920012001的规定采用。永永久久性性设设备备的的自自重重标标准准值值、可可按按该该设设备备的的样样本本提提供供的的数据采用。数据采用。.可可变变作作用用常常与与时时间间有有关关，在在缺缺少少大大量量统统计计材材料料的的条条件件下，下，可变作用标准值可变作用标准值可近似按随机变量来考虑；可近似按随机变量来考虑；给水排水工程构筑物结构设计规范 GB 50069-2002 中规定 4.3.1 构筑物楼面和屋面的活荷载及其准永久值系数，应按表4.3.1采用。4.3.2 吊车荷载、雪荷载、风荷载的标准值及其准永久值系数，应按建筑结构荷载规范GB 50009的规定采用。第二章第二章 钢筋混凝土结构的基本计算原则钢筋混凝土结构的基本计算原则404.3.1 构筑物楼面和屋面的活荷载及其准永久值系数，应按表4.3.1采用。4.3.2 吊车荷载、雪荷载、风荷载的标准值及其准永久值系数，应按建筑结构荷载规范GB 50009的规定采用。第二章第二章 钢筋混凝土结构的基本计算原则钢筋混凝土结构的基本计算原则41 可变作用的可变作用的最大值并非长期作用于结构最大值并非长期作用于结构之上，在考虑作用之上，在考虑作用长期效应组合时，应对其长期效应组合时，应对其标准值进行折减标准值进行折减。可变作用的准永久。可变作用的准永久值指可变作用在结构设计基准期内值指可变作用在结构设计基准期内经常作用的那部分荷载经常作用的那部分荷载。q准永久值系数。准永久值系数。准永久值主要用于考虑荷载长期效应的影响。准永久值主要用于考虑荷载长期效应的影响。（三）.可变作用作用准永久值Quasi-permanent Value 当结构构件承受当结构构件承受两种或两种以上两种或两种以上的可变作用时，各种可变的可变作用时，各种可变作用作用不可能同时以其最大值（标准值）出现不可能同时以其最大值（标准值）出现，除一个主要可变除一个主要可变作用外，作用外，其余可变其余可变作用应在标准值作用应在标准值上乘以小于上乘以小于1的组合值系数的组合值系数对对可变作用标准值进行折减可变作用标准值进行折减(组合值系数组合值系数 c=0.9)。（二）.可变作用组合值Combination Value第二章第二章 钢筋混凝土结构的基本计算原则钢筋混凝土结构的基本计算原则42 频遇值主要用于正常使用极限状态的频遇组合中。频遇值主要用于正常使用极限状态的频遇组合中。可变作用在设计基准期内被超越的总时间仅为设计基准期可变作用在设计基准期内被超越的总时间仅为设计基准期一小部分的作用值；或在设计基准期内其超越频率为某一给定一小部分的作用值；或在设计基准期内其超越频率为某一给定频率的作用值。频率的作用值。频遇值系数频遇值系数 f。（四）.可变作用频遇值Frequent value 第二章第二章 钢筋混凝土结构的基本计算原则钢筋混凝土结构的基本计算原则43 ff5fk1.645f二二.材料强度的标准值材料强度的标准值f fk k第二章第二章 钢筋混凝土结构的基本计算原则钢筋混凝土结构的基本计算原则44（一）.混凝土的强度标准值1、混凝土立方体抗压强度标准值、混凝土立方体抗压强度标准值fcuk例如：平均值例如：平均值变异系数变异系数 则则立方体抗压强度标准值为立方体抗压强度标准值为第二章第二章 钢筋混凝土结构的基本计算原则钢筋混凝土结构的基本计算原则452、混凝土轴心抗压强度标准值、混凝土轴心抗压强度标准值fck试验结果试验结果实际构件实际构件轴心抗压强度标准值轴心抗压强度标准值fck假定假定第二章第二章 钢筋混凝土结构的基本计算原则钢筋混凝土结构的基本计算原则463、混凝土轴心抗拉强度标准值、混凝土轴心抗拉强度标准值ftk（二）.钢筋强度标准值 热轧钢筋抗拉强度标准值用热轧钢筋抗拉强度标准值用fyk表示。表示。规范规范取国家冶取国家冶金局标准规定的钢筋出厂检验的金局标准规定的钢筋出厂检验的废品限制废品限制作为钢筋强度的标作为钢筋强度的标准值，其准值，其保证率不小于保证率不小于95%，实为，实为97.73%。预应力钢绞线、钢丝和热处理钢筋的强度标准值根据预应力钢绞线、钢丝和热处理钢筋的强度标准值根据极极限抗拉强度限抗拉强度 用用fptk表示。表示。第二章第二章 钢筋混凝土结构的基本计算原则钢筋混凝土结构的基本计算原则47（三）（三）.材料强度的设计值材料强度的设计值混凝土和钢筋强度分项系数混凝土和钢筋强度分项系数 c、s则则 材料强度设计值材料强度设计值混凝土：混凝土：c=1.4HPB235级钢筋：级钢筋：s1.10HRB335，HRB400，RRB400级钢筋：级钢筋：s1.10第二章第二章 钢筋混凝土结构的基本计算原则钢筋混凝土结构的基本计算原则48第二章第二章 钢筋混凝土结构的基本计算原则钢筋混凝土结构的基本计算原则49第二章第二章 钢筋混凝土结构的基本计算原则钢筋混凝土结构的基本计算原则50第五节第五节 给水排水工程构筑物结构设计规范给水排水工程构筑物结构设计规范实用设计表达式实用设计表达式 针针对对直直接接采采用用可可靠靠指指标标 进进行行设设计计的的复复杂杂性性和和困困难难性性，提提出出了了实实用用设设计计表表达达式式。该该方方法法不不用用单单一一的的安安全全系系数数的的表表达达式式，而而是是将将影影响响结结构构安安全全的的因因素素（荷荷载载、材材料料、截截面面尺尺寸寸、计计算算方方法法等等）视视为为随随机机变变量量，应应用用数数量量统统计计的的概概率率方方法法进进行行分分析析，采采用用以以荷荷载载和和材材料料强强度度的的标标准准值值以以及及相应的相应的“分项系数分项系数”来表达的方式。来表达的方式。原因：原因：概率极限状态设计法计算繁复，某些统计数据也不齐全。概率极限状态设计法计算繁复，某些统计数据也不齐全。对于一般常见的工程结构，直接采用可靠指标进行设计有难对于一般常见的工程结构，直接采用可靠指标进行设计有难度，而且眼下也没必要。度，而且眼下也没必要。由于设计人员以往已习惯于采用安全系数这种形式来进由于设计人员以往已习惯于采用安全系数这种形式来进行计算，因此，行计算，因此，建筑结构设计统一标准建筑结构设计统一标准提出了一种便提出了一种便于实际使用的设计表达式，即实用设计表达式。于实际使用的设计表达式，即实用设计表达式。第二章第二章 钢筋混凝土结构的基本计算原则钢筋混凝土结构的基本计算原则53前述内容带入作用效应设计值，作用效应设计值，S作用效应分项系数作用效应分项系数结构抗力设计值，结构抗力设计值，R结构抗力分项系数结构抗力分项系数考虑到结构安全等级的差异，其目标可靠指标应作相应提高或降低，故引入结构重要性系数 0，由此可得 第二章第二章 钢筋混凝土结构的基本计算原则钢筋混凝土结构的基本计算原则59一一.承载能力极限状态设计表达式承载能力极限状态设计表达式对结构构件作强度计算时，应采用下列极限状态计算表达式:0 SR (2-19)式中 0 结构重要性系数，对安全等级为一、二、三级的 结构构件，应分别取1.1、1.0、0.9；S作用效应的基本组合设计值；R结构构件抗力的设计值，给水排水工程构筑物结构设计规范的规定给水排水工程构筑物结构设计规范的规定R应按 混凝土结构设计规范GB 50010、砌体结构设计规范GB 50003、钢结构设计规范GB 50017 的规定确定。第二章第二章 钢筋混凝土结构的基本计算原则钢筋混凝土结构的基本计算原则60S 作用效应的基本组合设计值，应按下列规定确定作用效应的基本组合设计值，应按下列规定确定:1 对于贮水池、水处理构筑物、地下构筑物等可不计算风荷载效应，其作用效应的基本组合设计值，应按下式计算:式中:Gik第 i 个永久作用的标准值；CGi第 i 个永久作用的作用效应系数；Gi第 i 个永久作用的分项系数，当作用效应对结构不利时，对 结构和设备自重应取1.2，其他永久作用应取1.27；当作用效应对结构有利时，均应取1.0；Qik 第j个可变作用的标准值；CQj 第j个可变作用的作用效应系数；Q1、Qj第1个和第j个可变作用的分项系数，对地表水或地下水的作用应作为第一可变作用取1.27，对其他可变作用应取1.40；c 可变作用的组合值系数，可取0.90计算。第二章第二章 钢筋混凝土结构的基本计算原则钢筋混凝土结构的基本计算原则61S 作用效应的基本组合设计值，应按下列规定确定:2 对水塔等构筑物，应计入风荷载效应，当进行整体分析时，其作用效应的基本组合设计值，应按下式计算:式中 CQ1、Q1k 第一可变作用的作用效应系数作用标准值，第一可变作用应为风荷载。屋面均布活载与雪荷载能同时考虑吗屋面均布活载与雪荷载能同时考虑吗?屋面均布活载不与雪荷载同时考虑，设计时取其中较大值。屋面均布活载不与雪荷载同时考虑，设计时取其中较大值。第二章第二章 钢筋混凝土结构的基本计算原则钢筋混凝土结构的基本计算原则62二二.正常使用极限状态设计表达式正常使用极限状态设计表达式 结结构或构件超过正常使用极限状态时所造成的财产和生命损失要小于超过承载力极限状态的后果，故其可靠度指标要低一些。在荷载效应及结构抗力计算中均采用标准值采用标准值。不需乘分项系数，也不考虑结构重要性系数 0 结结构或构件在持荷作用下，其裂缝和变形会随时间的推移而发展，因此讨论其荷载组合时应考虑短期效应短期效应和长期效应长期效应的组合。第二章第二章 钢筋混凝土结构的基本计算原则钢筋混凝土结构的基本计算原则63GB500692002 5.3 节节规定规定5.3.1 对正常使用极限状态，结构构件应分别按作用短期效应的标准组合或长期效应的准永久组合进行验算，并应保证满足变形、抗裂度、裂缝开展宽度、应力等计算值不超过相应的规定限值。5.3.2 对混凝土贮水或水质净化处理等构筑物，当在组合作用下，构件截面处于轴心受拉或小偏心受拉(全面处于受拉)状态时，应按不出现裂缝控制；并应取作用短期效应的标准组合进行验算。5.3.3 对钢筋混凝土贮水或水质净化处理等构筑物，