第二章 钢筋混凝土结构的基本计算原则分析
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混凝土结构设计中的钢筋配筋原则
混凝土结构设计中的钢筋配筋原则一、引言混凝土结构设计中的钢筋配筋原则是指根据力学原理和钢筋的力学性能，钢筋在混凝土结构中的布置、数量和直径的选择，以满足混凝土结构的强度和刚度要求，并保证其可靠性和经济性的设计原则。
本文将从配筋原则、布筋原则、钢筋直径选择和钢筋数量计算四个方面详细介绍混凝土结构设计中的钢筋配筋原则。
二、配筋原则1. 按混凝土受力状态进行配筋混凝土受力状态有受拉、受压和受弯三种状态。
在受拉状态下，应在混凝土中设置纵向钢筋；在受压状态下，应在混凝土中设置箍筋和纵向钢筋；在受弯状态下，应在混凝土中设置受拉钢筋和受压钢筋。
2. 按构件受力状态进行配筋不同构件受力状态不同，其配筋方式也应根据受力状态进行选择。
例如，梁的主要受力状态是弯曲和剪切，因此应设置梁底部的纵向钢筋和箍筋，以增加梁的抗剪能力和抗弯强度。
3. 按钢筋的屈服强度进行配筋钢筋的屈服强度是指钢筋在拉力作用下开始产生塑性变形的最小应力值。
在设计中，应根据混凝土结构的受力状态和要求，选择合适的钢筋屈服强度，并根据其屈服强度确定配筋的数量和直径。
三、布筋原则1. 确定基本布筋基本布筋是指为满足混凝土结构的强度和刚度要求而必须设置的钢筋。
在设计中，应根据混凝土结构的受力状态和要求，确定基本布筋的位置、数量和直径。
2. 适当设置附加布筋附加布筋是指为提高混凝土结构的可靠性和经济性而设置的钢筋。
在设计中，应根据混凝土结构的受力状态和要求，适当设置附加布筋，以提高混凝土结构的抗震能力和抗裂性能。
3. 确定纵向钢筋的间距和箍筋的间距纵向钢筋的间距和箍筋的间距是决定混凝土结构强度和刚度的重要参数。
在设计中，应根据混凝土结构的受力状态和要求，确定纵向钢筋的间距和箍筋的间距，以满足混凝土结构的强度和刚度要求。
四、钢筋直径选择1. 根据受力状态和受力大小选择钢筋直径在混凝土结构中，不同受力状态和受力大小需要不同直径的钢筋。
在设计中，应根据混凝土结构的受力状态和要求，选择合适的钢筋直径。
结构设计原理第2章 结构极限状态计算
规定时间——对结构进行可靠度分析时，结合 结构使用期，考虑各种基本变量与时间关系所 取用的基准时间参数，即设计基准期。我国公 路桥梁结构的设计基准期为100年。 设计基准期≠使用寿命，当结构的使用年限超 过设计基准期时，表明它的失效概率可能增大， 不能保证其目标可靠度，但不等于结构丧失功 能甚至报废。通常使用寿命长，则设计基准期 就长，设计基准期小于寿命期。
R－抗力方面的基本变量组成的综合抗力；
S－作用效应方面的基本变量组成的综合效应。
2.
结构功能函数与可靠、失效、极限状态的对 应关系
Z=R–S>0：结构可靠 Z=R–S<0：结构失效
Z=R–S＝0：结构处于极限状态
结构可靠度设计的目的用功能函数表示，应满足
Z＝g（X1，X2，…，Xn）≥0或Z＝R－S ≥0
f
( )
。
－无量纲系数，称为结构可靠指标。 与
失效概率 Pf 有一一对应关系， 越大， Pf 越 小 ，结构越可靠。(表2-1)
2.1.5 目标可靠指标
定义：用作公路桥梁结构设计依据的可靠 指标。 确定方法：采用“校准法”并结合工程经 验和经济优化原则加以确定。 校准法——根据各基本变量的统计参数和 概率分布类型，运用可靠度的计算方法， 揭示以往规范隐含的可靠度，以此作为确 定目标可靠指标的依据。
采用近似概率极限状态设计法，设 计计算应满足承载能力和正常使用两类 极限状态的各项要求。
2.2.1 三种设计状况
持久状况
桥涵建成后承受自重、车辆荷载等 作用持续时间很长的状况。对应于桥梁 的使用阶段，必须进行承载能力极限状 态和正常使用极限状态的设计。
短暂状况
桥涵施工过程中承受临时性作用 （或荷载）的状况。对应于桥梁的施工 阶段，一般只进行承载能力极限状态计 算（以计算构件截面应力表达），必维护条件下，在规定 时间内，具有足够的耐久性，如不出现 过大的裂缝宽度，钢筋不锈蚀。（耐久 性）
中南大学混凝土结构设计基本原理课后答案总结
混凝土结构设计原理第一章 钢筋混凝土的力学性能1、 钢和硬钢的应力—应变曲线有什么不同，其抗拉设计值fy 各取曲线上何处的应力值作为依据？答：软钢即有明显屈服点的钢筋，其应力—应变曲线上有明显的屈服点，应取屈服强度作为钢筋抗拉设计值fy 的依据。
硬钢即没有明显屈服点的钢筋，其应力—应变曲线上无明显的屈服点，应取残余应变为0.2%时所对应的应力σ0.2作为钢筋抗拉设计值fy 的依据。
2、 钢筋冷加工的目的是什么？冷加工的方法有哪几种？各种方法对强度有何影响？ 答：冷加工的目的是提高钢筋的强度，减少钢筋用量。
冷加工的方法有冷拉、冷拔、冷弯、冷轧、冷轧扭加工等。
这几种方法对钢筋的强度都有一定的提高，4、 试述钢筋混凝土结构对钢筋的性能有哪些要求？ 答：钢筋混凝土结构中钢筋应具备：（1）有适当的强度；（2）与混凝土黏结良好；（3）可焊性好；（4）有足够的塑性。
5、 我国用于钢筋混凝土结构的钢筋有几种？我国热轧钢筋的强度分为几个等级？用什么符号表示？ 答：我国用于钢筋混凝土结构的钢筋有4种：热轧钢筋、钢铰丝、消除预应力钢丝、热处理钢筋。
我国的热轧钢筋分为HPB235、HRB335、HRB400和RRB400三个等级，即I 、II 、III 三个等级，符号分别为 ( R) 。
6、 除凝土立方体抗压强度外，为什么还有轴心抗压强度？答：立方体抗压强度采用立方体受压试件，而混凝土构件的实际长度一般远大于截面尺寸，因此采用棱柱体试件的轴心抗压强度能更好地反映实际状态。
所以除立方体抗压强度外，还有轴心抗压强度。
7、 混凝土的抗拉强度是如何测试的？答：混凝土的抗拉强度一般是通过轴心抗拉试验、劈裂试验和弯折试验来测定的。
由于轴心拉伸试验和弯折试验与实际情况存在较大偏差，目前国内外多采用立方体或圆柱体的劈裂试验来测定。
8、 什么是混凝土的弹性模量、割线模量和切线模量？弹性模量与割线模量有什么关系？答：混凝土棱柱体受压时，过应力—应变曲线原点O 作一切线，其斜率称为混凝土的弹性模量，以E C 表示。
桥梁结构设计原理第2章
钢筋混凝土结构设计理论的三个发展阶段
1、容许应力计算法 以弹性理论为基础的一种计算方法，不能如实 的反应构件截面的应力状态，不能正确的计算出结 构的承载能力。 2、破坏阶段计算法 20世纪30年代所提出，以弹塑性理论为基础的 一种计算方法，比容许应力计算法有了很大的进 步。 3、极限状态计算法 20世纪50年代所提出，是破坏阶段计算法的发 展。
影响正常使用或耐久性能的局部损坏
影响正常使用的振动
影响正常使用的其它特定状态
正 常 使 用 极 限 状 态
(承)：刚体失去平衡，材料强度不足，结
极限状态的 表现形式：
构转变为机构，失稳
(正)：过大的变形，影响正常使用或耐久 性能的局部损坏，过大的振动
注意
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。 由此可采用结构的功能函数 Z = R – S 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
三、混凝土结构的耐久性设计
1、耐久性问题 （1）混凝土损伤 （2）钢筋的锈蚀、脆化、疲劳、应力腐蚀等 （3）钢筋与混凝土之间黏结锚固作用的削弱 2、影响耐久性的因素 （1）混凝土碳化 （2）化学侵蚀 （3）碱集料反应 （4）冻融破坏 （5）温度变化的影响
（2）作用长期效应组合
M QiK 459.7 /(1 ) 385.98kN m
• 作用长期效应组合设计值为:
M ld M Gik 2 j M Qjk
i 1 j 1 m n
M Gk 21M Q1k 22 M Q 2 k 552 0.4 385.98 0.4 40.6 722.63kN .m
第二章
钢筋混凝土结构设计基 本原理
钢筋混凝土结构设计计算基本原则
第二节 结构按概率极限状态设计的基本概念
钢筋砼结构设计采用以概率理论为基础的极限状态设计法。
设计时主要考虑的两个变量：
荷载效应（ S ） ：荷载在结构构件上引起的内力和变形。
如弯矩M、轴力N、剪力V、扭矩T、挠度 f、裂缝宽度 w 等。
结构抗力（ R ）：结构构件的抵抗荷载效应的能力。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]。
第一节 结构设计的极限状态
一．结构的极限状态的定义 结构或结构的一部分超过某一特定状态就不能满足设 计规定的某一功能要求，此特定状态称为该功能的极限状 态。一旦超过这种状态，结构就进入失效状态。 二．结构极限状态的分类 根据功能要求，国际上通常把极限状态分为两大类： 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。
二、结构的极限状态的分类
（二）正常使用极限状态
超过该极限状态，结构就不满足预定的适用性和耐久性要求。
产生过大的变形，影响正常使用和外观；
（不安全感、不能正常使用等）
产生过宽的裂缝，对耐久性有影响或者产生人们心理上不能接
受的感觉；
（钢筋锈蚀、不安全感、漏水等）
产生过大的振动影响使用。
二、 结构的极限状态的分类
（一）承载能力极限状态
承载能力极限状态时关于安全性功能要求的，所以满 足承载能力极限状态的要求，是结构设计的首要任务，因 为这关系到结构能否安全的问题，一旦失效，后果严重， 所以应具有较高的可靠度水平。
规范规定，所有结构构件均应进行承载力计算，必要 时尚应进行结构的抗倾、抗滑、抗浮验算；对需要抗震设 防的结构，尚应进行结构的抗震承载力计算。
钢筋 混凝土结构设计的基本原理
2、公路桥涵结构按正常使用极限状态设计时，应根 据不同的设计要求，采用以下两种效应组合：
(1) 作用短期效应组合。永久作用标准值效应与可变 作用频遇值效应相组合。
(2) 作用长期效应组合。永久作用标准值效应与可变 作用准永久值效应相组合。
3、在进行作用效应组合时需注意的问题：
（1）只有在结构上可能同时出现的作用，才 进行其效应的组合。
1.永久作用 在结构设计使用期内，其量值不 随时间而变化，或其变化与平均值相比可以忽 略不计的作用
2.可变作用 在结构设计使用期内，其量值随 时间而变化，其变化与平均值比较不可忽略的 作用。
3.偶然作用 在结构设计使用期内，出现的概 率很小，但一旦出现，其值很大且作用时间很 短的作用。
➢ 二、作用代表值
度作用效应为0.8，其他作用效应为1.0
正常使用极限状态采用作用的短期效应组合、 长期效应组合或短期效应组合并考虑长期 效应组合的影响，计算主要进行下列三个 方面的验算：
➢ 1．抗裂验算
d L
➢ 2．裂缝宽度验算 Wtk WL
➢ 3．挠度验算
fd fc
三、工程实例
➢ 例1-1：某一钢筋混凝土简支梁，跨中截面恒载弯矩标 准M试Q值分1=别M6G2计=08k算N5梁0.mk跨N，.中m人，截群汽面荷车弯载荷矩弯载的矩弯基标矩本准标效值准应M值组Q2合=8、0k短N.期m效， 应组合和长期效应组合值(结构安全等级为二级）。
2、正常使用极限状态
这种极限状态对应于结构或结构构件达到正常使用 或耐久性能的某项规定值。当结构或构件出现下列 状态之一时，即认为超过了正常使用极限状态：
➢ ①影响正常使用或外观的变形；
➢ ②影响正常使用或耐久性能的局部损坏 （如过大的裂缝宽度）；
(1) 作用短期效应组合。永久作用标准值效应与可变 作用频遇值效应相组合。
(2) 作用长期效应组合。永久作用标准值效应与可变 作用准永久值效应相组合。
3、在进行作用效应组合时需注意的问题：
（1）只有在结构上可能同时出现的作用，才 进行其效应的组合。
1.永久作用 在结构设计使用期内，其量值不 随时间而变化，或其变化与平均值相比可以忽 略不计的作用
2.可变作用 在结构设计使用期内，其量值随 时间而变化，其变化与平均值比较不可忽略的 作用。
3.偶然作用 在结构设计使用期内，出现的概 率很小，但一旦出现，其值很大且作用时间很 短的作用。
➢ 二、作用代表值
度作用效应为0.8，其他作用效应为1.0
正常使用极限状态采用作用的短期效应组合、 长期效应组合或短期效应组合并考虑长期 效应组合的影响，计算主要进行下列三个 方面的验算：
➢ 1．抗裂验算
d L
➢ 2．裂缝宽度验算 Wtk WL
➢ 3．挠度验算
fd fc
三、工程实例
➢ 例1-1：某一钢筋混凝土简支梁，跨中截面恒载弯矩标 准M试Q值分1=别M6G2计=08k算N5梁0.mk跨N，.中m人，截群汽面荷车弯载荷矩弯载的矩弯基标矩本准标效值准应M值组Q2合=8、0k短N.期m效， 应组合和长期效应组合值(结构安全等级为二级）。
2、正常使用极限状态
这种极限状态对应于结构或结构构件达到正常使用 或耐久性能的某项规定值。当结构或构件出现下列 状态之一时，即认为超过了正常使用极限状态：
➢ ①影响正常使用或外观的变形；
➢ ②影响正常使用或耐久性能的局部损坏 （如过大的裂缝宽度）；
第2章 钢筋混凝土结构的基本计算原理
2.2作用效应、结构抗力
2.2.2.3 材料强度标准值、设计值、材料分项系数
1、材料强度标准值 材料强度标准值是按标准试验方法测得的具有不小于95%保证率的材料强度值， 即 f k f m 1.645 实质：以确定值（标准值）表达不确定值，便于应用。
0.4 0.35 0.3 0.25 0.2 0.15 0.1 0.05 0 22
11
2.2作用效应、结构抗力2.2.2
（1）荷载标准值
分为永久荷载标准值和可变荷载标准值。 荷载标准值应根据设计基准期内最大荷载概率分布的某一分位值确定。
设计基准期：是为统一确定荷载和材料的标准值而规定的年限。
我国荷载规范采用的设计基准期为50年。
f (Q)
95% 50％ 5%
图：2-1荷载的标准值QK
c 偶然荷载——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。如爆炸力、撞击力等。
6
2.2作用效应、结构抗力2.2.2 2、按作用方向分类 a 竖向荷载——如自重、雪载、吊车竖向荷载等。 b 水平荷载——风荷载、吊车水平荷载。
3、按结构的动力效应分类
a 静荷载——对结构不产生动力效应，或小的可以忽略；如恒载、活载。 b 动荷载——对结构产生动力效应，且不可以忽略。 如吊车荷载、高层结构风荷载。
一、作用效应S是由各种结构上的作用引起的结构或构件的内力（轴向力、剪力、 弯矩、扭矩）和变形（如挠度、侧移、裂缝等）。
取值原则：根据荷载概率分布特征, 控制保证率。
荷载规范中给出4种代表值：标准值、组合值、频遇值、准永久值。 永久荷载代表值：应该用标准值作为代表值， 可变荷载代表值：应根据设计要求用标准值、组合值、频遇值、准
永久值作为代表值。
结构按极限状态法设计计算的原则
0S dR R fd,a d
R( )——结构构件的承载力函数； fd ——分别为混凝土、钢筋的强度设计值； d ——几何参数标准值，当几何参数的变异性对结构性能有明
显不利的影响时，可另增减一个附加值。
整理ppt
二、持久状况正常使用极限状态设计表达式 按正常使用极限状态设计时，应验算结构构件的应力、变
实际上是考虑可变作用的长期效应而对标准值的折减。
整理ppt
三、作用效应组合（Combintion for ction Effects） 1、承载能力极限状态计算时作用效应组合 此时结构应按作用效应的基本组合进行计算，必要时还要 考虑到偶然作用。
整理ppt
1、不考虑偶然作用的称为“基本组合”（Fundermentl Combintion for ction EffeZ=R-S>0，结构抗力大于作用效应，即结构可靠； （2）Z=R-S<0，结构抗力小于作用效应，即结构失效； （3）Z=R-S=0，结构抗力等于作用效应，即处于极限状态 。
因此可以看出，结构安全可靠的基本条件是：Z≥0或 R≥S。
整理ppt
第二节 我国现行公路桥规的计算原则
汽车制动力 风力
流水压力
冰压力
温度作用 （均匀温度和梯度温度）
整理ppt
支座摩阻力
19
地震作用
20
偶然作用 船舶或漂流物的撞击作用 AL
21
汽车撞击作用
整理ppt
二、作用的代表值 “作用代表值”是在实用的极限状态设计表达式中所采用
的荷载规定值。 公路桥规中规定设计须考虑的最常见的三种作用代表值：
整理ppt
2、正常使用极限状态： 结构或构件达到正常使用或耐久性能的某项规定限值。
R( )——结构构件的承载力函数； fd ——分别为混凝土、钢筋的强度设计值； d ——几何参数标准值，当几何参数的变异性对结构性能有明
显不利的影响时，可另增减一个附加值。
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二、持久状况正常使用极限状态设计表达式 按正常使用极限状态设计时，应验算结构构件的应力、变
实际上是考虑可变作用的长期效应而对标准值的折减。
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三、作用效应组合（Combintion for ction Effects） 1、承载能力极限状态计算时作用效应组合 此时结构应按作用效应的基本组合进行计算，必要时还要 考虑到偶然作用。
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1、不考虑偶然作用的称为“基本组合”（Fundermentl Combintion for ction EffeZ=R-S>0，结构抗力大于作用效应，即结构可靠； （2）Z=R-S<0，结构抗力小于作用效应，即结构失效； （3）Z=R-S=0，结构抗力等于作用效应，即处于极限状态 。
因此可以看出，结构安全可靠的基本条件是：Z≥0或 R≥S。
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第二节 我国现行公路桥规的计算原则
汽车制动力 风力
流水压力
冰压力
温度作用 （均匀温度和梯度温度）
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支座摩阻力
19
地震作用
20
偶然作用 船舶或漂流物的撞击作用 AL
21
汽车撞击作用
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二、作用的代表值 “作用代表值”是在实用的极限状态设计表达式中所采用
的荷载规定值。 公路桥规中规定设计须考虑的最常见的三种作用代表值：
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2、正常使用极限状态： 结构或构件达到正常使用或耐久性能的某项规定限值。
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◆ 以及结构尺寸、材料强度等的变异情况，以便科学 全面合理的确定结构可靠性。
结构设计原理
第二章 钢筋混凝土的基本计算原则
3.1 结构的功能 Functions of Structure 1. 安全性 Safety
◎ 如（M≤Mu） ◎ 结构在预定的使用期间内（design life 一般为50年），
性问题，取得安全可靠与经济合理之间的应力设计方法 allowable stress
[
]
材料强度 安全系数
f K
◆ 安全系数 K 是一个大于1.0的数值 ◆ K 越大，结构安全度就越高，同时结构材料用量也越多
◆ 为取得安全可靠与经济合理的均衡， 在综合考虑各种不 确定性因素影响后，可选取一个合适的安全系数。
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。
结构设计原理
第二章 钢筋混凝土的基本计算原则
Safety grade Grade I Grade II Grade III
Consequence of Failure
Very Serious
Serious Not Serious
Sorts of Building
Important Industrial and Civil Buildings
Normal Industrial and Civil Buildings
■ 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，乃至可能对社会和经 济所造成的影响
结构设计原理
第二章 钢筋混凝土的基本计算原则
5.结构的可靠性与安全等级(Safety Grade)
◆ 区分结构“可靠”与“失效”的临界工作状态称为“极限 状态”
A limit state is that loading condition which, if exceeded, will render the structure unserviceable.
结构设计原理
第二章 钢筋混凝土的基本计算原则
结构设计原理
第二章 钢筋混凝土的基本计算原则
◆ 因此，首先根据工程结构需要满足实际使用的各种 要求(结构的功能)对安全可靠有更具体的科学定义
◆ 另一方面，需要尽可能详细了解结构在不同情况下 （施工、使用、破坏）可能受到的各种外界影响 的大小和变化情况
◆ 外界影响：各种荷载、温度变化、沉降、收缩徐 变、地震、侵蚀、冻融等
■ 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。
结构设计原理
第二章 钢筋混凝土的基本计算原则
■ 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(design life)、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。
your design? 3 What factors must be considered to ensure the
safety and serviceability?
结构设计原理
第二章 钢筋混凝土的基本计算原则
◆ 工程结构的设计需要保证安全可靠、经济合理 ◆ 由于实际工程结构中存在多种不确定性 ◆ 结构设计方法就是研究工程设计中的各种不确定
3.2 极限状态 Limit State
一、极限状态的概念
◆ 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”。
第二章 钢筋混凝土的基本计算原则
第二章 混凝土结构基本设计原则
Basic Design Approach of RC Structure
结构设计原理
第二章 钢筋混凝土的基本计算原则
Questions 1 What working states should be considered for
practical structures? 2 How to ensure the safety and serviceability of
Secondary Buildings
结构设计原理
第二章 钢筋混凝土的基本计算原则
安全等级
桥涵类型
一级 二级 三级
特大桥、重要 大桥
大桥、中桥、 重要小桥
小桥、涵洞
结构设计原理
第二章 钢筋混凝土的基本计算原则
3.2 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”。
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。
结构设计原理
第二章 钢筋混凝土的基本计算原则
4. 结构的可靠性 reliability ■ 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（design life=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。
结构设计原理
第二章 钢筋混凝土的基本计算原则
◆ 材料力学研究的是：单一材料、线弹性、简单结构 ◆ 实际工程结构远比它复杂 ◆ 如钢筋混凝土梁的受弯，从安全角度考虑，需要确
定其极限受弯承载力； ◆ 而为控制正常使用阶段的裂缝和挠度变形，需要确
定带裂缝工作阶段的受力情况。 ◆ 采用容许应力设计方法，无法统一这两方面的要求
2. 适用性 Serviceability
◎ 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。
3. 耐久性 Durability
◎ 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。
结构设计原理
第二章 钢筋混凝土的基本计算原则
3.1 结构的功能 Functions of Structure 1. 安全性 Safety
◎ 如（M≤Mu） ◎ 结构在预定的使用期间内（design life 一般为50年），
性问题，取得安全可靠与经济合理之间的应力设计方法 allowable stress
[
]
材料强度 安全系数
f K
◆ 安全系数 K 是一个大于1.0的数值 ◆ K 越大，结构安全度就越高，同时结构材料用量也越多
◆ 为取得安全可靠与经济合理的均衡， 在综合考虑各种不 确定性因素影响后，可选取一个合适的安全系数。
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。
结构设计原理
第二章 钢筋混凝土的基本计算原则
Safety grade Grade I Grade II Grade III
Consequence of Failure
Very Serious
Serious Not Serious
Sorts of Building
Important Industrial and Civil Buildings
Normal Industrial and Civil Buildings
■ 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，乃至可能对社会和经 济所造成的影响
结构设计原理
第二章 钢筋混凝土的基本计算原则
5.结构的可靠性与安全等级(Safety Grade)
◆ 区分结构“可靠”与“失效”的临界工作状态称为“极限 状态”
A limit state is that loading condition which, if exceeded, will render the structure unserviceable.
结构设计原理
第二章 钢筋混凝土的基本计算原则
结构设计原理
第二章 钢筋混凝土的基本计算原则
◆ 因此，首先根据工程结构需要满足实际使用的各种 要求(结构的功能)对安全可靠有更具体的科学定义
◆ 另一方面，需要尽可能详细了解结构在不同情况下 （施工、使用、破坏）可能受到的各种外界影响 的大小和变化情况
◆ 外界影响：各种荷载、温度变化、沉降、收缩徐 变、地震、侵蚀、冻融等
■ 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。
结构设计原理
第二章 钢筋混凝土的基本计算原则
■ 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(design life)、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。
your design? 3 What factors must be considered to ensure the
safety and serviceability?
结构设计原理
第二章 钢筋混凝土的基本计算原则
◆ 工程结构的设计需要保证安全可靠、经济合理 ◆ 由于实际工程结构中存在多种不确定性 ◆ 结构设计方法就是研究工程设计中的各种不确定
3.2 极限状态 Limit State
一、极限状态的概念
◆ 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”。
第二章 钢筋混凝土的基本计算原则
第二章 混凝土结构基本设计原则
Basic Design Approach of RC Structure
结构设计原理
第二章 钢筋混凝土的基本计算原则
Questions 1 What working states should be considered for
practical structures? 2 How to ensure the safety and serviceability of
Secondary Buildings
结构设计原理
第二章 钢筋混凝土的基本计算原则
安全等级
桥涵类型
一级 二级 三级
特大桥、重要 大桥
大桥、中桥、 重要小桥
小桥、涵洞
结构设计原理
第二章 钢筋混凝土的基本计算原则
3.2 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”。
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。
结构设计原理
第二章 钢筋混凝土的基本计算原则
4. 结构的可靠性 reliability ■ 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（design life=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。
结构设计原理
第二章 钢筋混凝土的基本计算原则
◆ 材料力学研究的是：单一材料、线弹性、简单结构 ◆ 实际工程结构远比它复杂 ◆ 如钢筋混凝土梁的受弯，从安全角度考虑，需要确
定其极限受弯承载力； ◆ 而为控制正常使用阶段的裂缝和挠度变形，需要确
定带裂缝工作阶段的受力情况。 ◆ 采用容许应力设计方法，无法统一这两方面的要求
2. 适用性 Serviceability
◎ 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。
3. 耐久性 Durability
◎ 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。