结构计算基本原则

课题：第一章建筑结构计算基本原则

课型：理论课

教学目的与要求：

1. 了解掌握荷载分类、荷载代表值的概念及种类；

2. 理解结构的功能及其极限状态的含义；

3. 能确定永久荷载、可变荷载的代表值。

教学重点、难点：1、荷载分类；荷载代表值；

2、结构的功能；结构功能的极限状态；

3、结构上的作用、作用效应和结构抗力。

采用教具、挂图：

复习、提问：

1、建筑结构的概念及分类

2、作用的概念

课堂小结：

1. 荷载分类、荷载代表值的概念及种类；

2. 永久荷载、可变荷载的代表值；

3. 作用效应、结构抗力的概念；

4. 结构的功能及其极限状态的含义。

作业：1、预习：思考题1.4、1.5；

2、思考题：1.1 、1.2

课后分析：

授课过程

[新课导入]

绪论中已述及，结构上的作用可分为直接作用和间接作用。其中直接作用即习惯上所说的荷载，它是指施加在结构上的集中力或分布力系。本节要向大家介绍荷载的类型、结构的功能及其极限状态的含义。

[新课内容]

第一章建筑结构计算基本原则

§1.1 荷载分类及荷载代表值

绪论中已述及，结构上的作用可分为直接作用和间接作用。其中直接作用即习惯上所说的荷载，它是指施加在结构上的集中力或分布力系。

一、荷载分类

按随时间的变异，结构上的荷载可分为以下三类：

1.永久荷载

永久荷载亦称恒荷载，是指在结构使用期间，其值不随时间变化，或者其变化与平均值相比可忽略不计的荷载。如结构自重、土压力、预应力等。

2.可变荷载

可变荷载也称为活荷载，是指在结构使用期间，其值随时间变化，且其变化值与平均值相比不可忽略的荷载。

3.偶然荷载

在结构使用期间不一定出现，而一旦出现，其量值很大且持续时间很短的荷载称为偶然荷载。

二、荷载代表值

1.荷载代表值

定义：结构设计时，对于不同的荷载和不同的设计情况，应赋予荷载不同的量值，该量值即荷载代表值。《建筑结构荷载规范》GB50009-2001（以下简称《荷载规范》）规定，对永久荷载应采用标准值作为代表值；对可变荷载应根据设计要求采用标准值、组合值、频遇值或准永久值作为代表值；对偶然荷载应按建筑结构使用的特点确定其代表值。

2.荷载标准值

定义：荷载标准值就是结构在设计基准期内具有一定概率的最大荷载值,它是荷载的基本代表值。

设计基准期——为确定可变荷载代表值而选定的时间参数，一般取为50年。

（1）永久荷载标准值

永久荷载主要是结构自重及粉刷、装修，固定设备的重量。一般可按结构构件的设计尺寸和材料或结构构件单位体积（或面积）的自重标准值确定。

对于自重变异性较大的材料，在设计中应根据其对结构有利或不利的情况，分别取其自重的下限值或上限值。

[例] 取钢筋混凝土单位体积自重标准值为25 kN/m3，则截面尺寸为300×500mm的钢筋混凝土矩形截面梁的自重标准值为0.3×0.5×25=3.75kN/m。

（2）可变荷载标准值

民用建筑楼面均布活荷载标准值及其组合值、频偶值和永久值系数按表1.1.1采用。1）可变荷载准永久值

定义：在设计基准期内经常达到或超过的那部份荷载值（总的持续时间不低于25年），称为可变荷载准永久值。它对结构的影响类似于永久荷载。如住宅楼面活荷载，人群荷载的流

动性较大，而家具荷载的流动性则相对较小。

可变荷载准永久值可表示为ψqＱk ，其中Ｑk为可变荷载标准值，ψq为可变荷载准永久值系数。ψq值见表1.1.1。

例如住宅的楼面活荷载标准值为2kN/m2，准永久值系数ψq=0.4，则活荷载准永久值为2×0.4=0.8 kN/m2。

2）可变荷载组合值

定义：两种或两种以上可变荷载同时作用于结构上时，除主导荷载（产生最大效应的荷载）仍可以其标准值为代表值外，其他伴随荷载均应以小于标准值的荷载值为代表值，此即可变荷载组合值。

可变荷载组合值可表示为ψcＱk 。其中ψc 为可变荷载组合值系数，其值按表1.1.1查取。

3）可变荷载频遇值

定义：对可变荷载，在设计基准期内，其超越的总时间为规定的较小比率或超越频率为规定频率的荷载值（总的持续时间不低于50年），称为可变荷载频遇值。

可变荷载频遇值可表示为ψfＱk。其中ψf为可变荷载频遇值系数，其值按表1.1.1查取。

§1.2 建筑结构极限状态设计法

一、极限状态

1.结构的功能要求

（1）结构的安全等级

建筑结构设计时，应根据结构破坏可能产生的后果（危及人的生命、造成经济损失、产

生社会影响等）的严重性，采用不同的安全等级。

根据破坏后果的严重程度，建筑结构划分为三个安全等级。

（2）结构的设计使用年限

定义：房屋建筑在正常设计、正常施工、正常使用和维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。

（3）结构的功能要求

建筑结构在规定的设计使用年限内应满足安全性、适用性和耐久性三项功能要求。

安全性——结构在正常施工和正常使用的条件下，能承受可能出现的各种作用；在设计规定的偶然事件（如强烈地震、爆炸、车辆撞击等）发生时和发生后，仍能保持必需的整体稳定性，即结构仅产生局部的损坏而不致发生连续倒塌。

适用性——结构在正常使用时具有良好的工作性能。例如，不会出现影响正常使用的过

大变形或振动；不会产生使使用者感到不安的裂缝宽度等。

耐久性——结构在正常维护条件下具有足够的耐久性能，即在正常维护条件下结构能够正常使用到规定的设计使用年限。例如，结构材料不致出现影响功能的损坏，钢筋混凝土构件的钢筋不致因保护层过薄或裂缝过宽而锈蚀等。

（4）结构的可靠性和可靠度的概念

结构可靠性——结构的安全性、适用性和耐久性的总称。

结构可靠度——结构在规定时间内，在规定条件下，完成预定功能的概率。

规定时间指设计使用年限；规定条件指正常设计、正常施工、正常使用和正常维护，不包括错误设计、错误施工和违反原来规定的使用情况。预定功能指结构的安全性、适用性和耐久性。

结构的可靠度是结构可靠性的概率度量，即对结构可靠性的定量描述。

注意1：结构可靠度与结构使用年限长短有关。《统一标准》以结构的设计使用年限为计算结构可靠度的时间基准。

注意2：结构的设计使用年限虽与结构使用寿命有联系，但不等同。当结构的使用年限超过设计使用年限后，并不意味着结构就要报废，但其可靠度将逐渐降低。

二、结构功能的极限状态

1、定义

整个结构或结构的一部份，超过某一特定状态就不能满足设计规定的某一功能（安全性、适用性、耐久性）要求，该特定状态称为该功能的极限状态。

结构极限状态分为以下两类：承载能力极限状态和正常使用极限状态。

2、分类

1）承载能力极限状态——这种极限状态对应于结构或结构构件达到最大承载能力或