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* 第七章 建筑结构设计方法 第七章 建筑结构设计方法 7.1 结构的功能 ◎ 如（M≤Mu） ◎ 结构在预定的使用期间内（一般为50年），应能承受在正常施工、正常使用情况下可能出现的各种荷载、外加变形（如超静定结构的支座不均匀沉降）、约束变形（如温度和收缩变形受到约束时）等的作用。 ◎ 在偶然事件（如地震、爆炸）发生时和发生后，结构应能保持整体稳定性，不应发生倒塌或连续破坏而造成生命财产的严重损失。 ◆ 安全性 第七章 建筑结构设计方法 ◎ 如（f ≤[ f ]） ◎ 结构在正常使用期间，具有良好的工作性能。如不发生影响正常使用的过大的变形（挠度、侧移）、振动（频率、振幅），或产生让使用者感到不安的过大的裂缝宽度。 ◆ 耐久性 ◎ 如（wmax≤[ wmax]） ◎ 结构在正常使用和正常维护条件下，应具有足够的耐久性。即在各种因素的影响下（混凝土碳化、钢筋锈蚀），结构的承载力和刚度不应随时间有过大的降低，而导致结构在其预定使用期间内丧失安全性和适用性，降低使用寿命。 ◆ 适用性 第七章 建筑结构设计方法 ■ 可靠性——安全性、适用性和耐久性的总称。 ■ 就是指结构在规定的使用期限内（设计工作寿命=50年），在规定的条件下（正常设计、正常施工、正常使用和维护），完成预定结构功能的能力。 ■ 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。 ◆ 结构的可靠性 第七章 建筑结构设计方法 ■ 显然这种可靠与经济的均衡受到多方面的影响，如国家经济实力、设计工作寿命、维护和修复等。 ■ 规范规定的设计方法，是这种均衡的最低限度，也是国家法律。 ■ 设计人员可以根据具体工程的重要程度、使用环境和情况，以及业主的要求，提高设计水准，增加结构的可靠度。 ■ 经济的概念不仅包括第一次建设费用，还应考虑维修，损失及修复的费用 第七章 建筑结构设计方法 7.2 极限状态 ◆ 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”。 ◆ 区分结构“可靠”与“失效”的临界工作状态称为“极限状态” 第七章 建筑结构设计方法 承载力能力极限状态 超过该极限状态，结构就不能满足预定的安全性功能要求 ◆ 结构或构件达到最大承载力（包括疲劳） ◆ 结构整体或其中一部分作为刚体失去平衡（如倾覆、滑移） ◆ 结构塑性变形过大而不适于继续使用 ◆ 结构形成几何可变体系（超静定结构中出现足够多塑性铰） ◆ 结构或构件丧失稳定（如细长受压构件的压曲失稳） 第七章 建筑结构设计方法 正常使用极限状态 超过该极限状态，结构就不能满足预定的适用性和耐久性的功能要求。 ◆ 过大的变形、侧移（影响非结构构件、不安全感、不能正常使用（吊车）等）； ◆ 过大的裂缝（钢筋锈蚀、不安全感、漏水等）； ◆ 过大的振动（不舒适）； ◆ 其他正常使用要求。 第七章 建筑结构设计方法 结构功能的表达 S R 可靠 S——作用效应 结构上的作用（使结构产生内力和变形的原因，如荷载、不均匀沉降、温度变形、收缩变形、地震等）引起的效应 如弯矩M、轴力N、剪力V、扭矩T、挠度 f、裂缝宽度 w 等 S = S(Q) R——结构抗力 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] R = R(fc, fy, A, h0, As, …) S = R 极限状态 S R 失效 结构力学的主要内容 本课程的主要内容 第七章 建筑结构设计方法 7.3 结构设计方法 由于结构工程中的不确定性，为取得安全可靠与经济合理的均衡，在设计中需要考虑这些不确定性的影响。结构设计方法就是处理这种安全可靠与经济合理的矛盾。 第七章 建筑结构设计方法 ◆以概率理论为基础的极限状态设计法 由于实际结构中的不确定性，因此无论如何设计结构，都会有失效的可能性存在，只是可能性大小不同而已。 为了科学定量的表示结构可靠性的大小，采用概率方法是比较合理的。 失效概率越小，表示结构可靠性越大。因此，可以用失效概率来定量表示结构可靠性的大小。结构可靠性的概率度量称为结构可靠度。 当失效概率Pf小于某个值时，人们因结构失效的可能性很小而不再担心，即可认为结构设计是可靠的。该失效概率限值称为容许失效概率[Pf]。 失效概率 Pf = P (S R) 第七章 建筑结构设计方法 结构功能函数 Z = R - S Pf =P (S R) =P(Z 0) b —可靠指标 第七章 建筑结构设计方法 ◆ 根据统计，触电的年死亡率为6×10-6 ◆ b