混凝土结构原理设计方法
混凝土结构设计的基本内容
混凝土结构设计的基本内容混凝土结构设计是指在建筑物或其他工程中使用混凝土材料进行结构设计，以满足建筑物或其他工程的强度、稳定性和耐久性要求。
混凝土结构设计是建筑工程中的重要部分，它直接影响着建筑物的安全性和耐久性。
混凝土结构设计的基本内容包括但不限于材料选用、结构设计、荷载计算、构件设计等内容。
本文将从混凝土结构设计的基本原理、设计方法及其应用进行详细介绍。
一、混凝土结构设计的基本原理1、混凝土的性质混凝土是一种由水泥、砂、石料和水经过一定比例的混合而成的材料，它具有很好的抗压强度和耐久性。
而且混凝土可以根据不同的配比和施工方法，制成各种形状和尺寸的构件，因此在建筑工程中得到了广泛的应用。
2、混凝土结构的设计原理混凝土结构的设计原理是指在给定的荷载作用下，确保混凝土构件在使用寿命内能够安全可靠地工作。
混凝土结构的设计原理主要包括以下几点：首先，要满足强度要求，即混凝土构件的抗压强度、抗拉强度、剪切强度等必须符合规定的要求。
其次，要确保结构的稳定性，即在荷载作用下结构不发生失稳。
第三，要保证结构的耐久性，即结构在使用寿命内不会因环境作用或其他因素而产生破坏。
最后，要充分利用材料的性能，尽量减少结构的自重和成本。
二、混凝土结构设计的方法1、建筑结构设计的基本步骤一般来说，混凝土结构设计包括以下基本步骤：首先，进行结构荷载的计算，包括自重、活载、风载、地震作用等。
其次，根据设计要求确定结构的受力形式和工作性能要求。
然后，根据结构的受力形式和工作性能要求确定结构的布局和构件尺寸。
接着，进行结构的受力分析和计算，确定各个构件的尺寸、配筋和截面形状等。
最后，进行结构的检验和优化，确保结构的安全可靠。
2、混凝土结构的受力分析方法混凝土结构的受力分析方法主要有几种：首先，是弹性力学方法，即根据结构的受力形式和工作性能要求，进行弹性力学分析和计算。
其次，是有限元方法，即利用有限元软件对结构的受力形式和工作性能要求进行数值分析和计算。
混凝土结构设计原理总结
混凝土结构设计原理总结一、混凝土结构的材料特性1.混凝土材料的强度特性：混凝土是通过水泥、骨料、水以及外加剂等材料按一定比例混合而成的人工石材，具有较高的抗压强度和一定的抗拉强度。
混凝土的强度特性是设计的基础，需要根据混凝土的等级、强度指标和设计要求进行选取。
2.混凝土的耐久性：混凝土材料在环境的长期作用下可能受到各种因素的侵害，如氯离子渗透、碳化、冻融循环等，这些因素会降低混凝土结构的使用寿命。
设计混凝土结构时需要考虑到混凝土的耐久性要求，采取相应的措施来保证结构的耐久性。
二、混凝土结构的力学性能1.混凝土的本构关系：混凝土在不同应力状态下的力学性质与应力之间的关系可以通过本构关系来描述。
弹性本构关系是指混凝土在小应变范围内的应力与应变之间的关系；塑性本构关系是指混凝土在超过其弹性阈值后的应力与应变之间的关系。
2.混凝土的受力方式：混凝土结构一般通过抗压和抗弯的方式来承受荷载，其中抗压受力是由混凝土的强度特性所决定，而抗弯受力是由混凝土的弹塑性本构关系和结构的几何形状所决定。
三、混凝土结构的受力原理1.平衡原理：混凝土结构在承受荷载时需要满足平衡条件，即外力的和等于内力的和。
平衡原理是设计混凝土结构的基础，可以通过受力分析和结构模型来满足平衡条件。
2.极限平衡原理：混凝土结构在设计过程中需要满足极限平衡条件，即在极限状态下结构的承载能力要大于荷载的作用。
极限平衡原理是基于结构的安全性设计的基础原则。
四、混凝土结构的设计要求1.结构的安全性：设计混凝土结构的首要要求是保证结构的安全性，即结构在规定荷载作用下不发生破坏，具有足够的承载能力和韧性。
2.结构的使用性能：设计混凝土结构时还需要考虑结构的使用性能，如结构的刚度、抗震性能、振动响应等。
这些性能要求会直接影响结构的正常使用和舒适性。
3.结构的经济性：设计混凝土结构时需要尽量节约材料，并使结构在整个使用寿命内的总体经济成本最低。
经济性是设计的重要指标之一，需要在满足安全性和使用性能的前提下进行综合考虑。
混凝土结构设计中的受力分析原理
混凝土结构设计中的受力分析原理混凝土结构设计中的受力分析原理混凝土结构是一种常见的建筑结构，其设计需要考虑受力分析原理，以确保结构稳定、安全，满足建筑物使用要求。
混凝土结构的受力分析涉及以下几个方面：1.材料性质混凝土结构的材料主要包括混凝土、钢筋等。
混凝土的力学性质包括抗压强度、抗拉强度、抗弯强度等。
钢筋的力学性质包括屈服强度、抗拉强度等。
在受力分析中，需要根据材料的性质来计算结构的承载能力和变形情况。
2.受力模型混凝土结构的受力模型是指结构中各部分的形状和尺寸，以及受力的方向和大小。
受力模型对于受力分析非常重要，因为它直接影响结构的承载能力和变形情况。
在受力分析中，需要根据受力模型计算结构的受力状态和变形情况。
3.受力分析方法混凝土结构的受力分析方法包括静力分析和动力分析。
静力分析是指在结构受力状态不变的情况下进行的受力分析，包括平衡方程法、力矩平衡法、应变能法等。
动力分析是指在结构受力状态发生变化的情况下进行的受力分析，包括振动分析、地震响应分析等。
在受力分析中，需要选择合适的分析方法，以确保计算结果的准确性和可靠性。
4.受力计算混凝土结构的受力计算是指根据受力模型和受力分析方法，计算结构各部分的受力和变形情况。
在受力计算中，需要考虑结构的承载能力、刚度和变形限制等因素，以确保结构的安全和满足使用要求。
5.设计验算混凝土结构的设计验算是指根据受力计算结果，对结构的承载能力、刚度和变形情况进行验算。
设计验算是结构设计的重要环节，它能够评估结构的安全性和可靠性，指导结构的优化设计和施工。
总之，混凝土结构设计中的受力分析原理涉及材料性质、受力模型、受力分析方法、受力计算和设计验算等方面。
在实际设计中，需要综合考虑各个因素，制定合理的设计方案，以确保结构的安全、可靠和经济。
混凝土结构设计基本原理
混凝土结构设计基本原理一、引言混凝土结构是现代建筑结构中最为常见的一种结构形式，其优点是强度高、耐久性好、造价低等。
混凝土结构设计是建筑结构设计中的一个重要分支，其设计原理对于建筑结构的安全性、经济性等方面具有重要的影响。
二、混凝土结构设计基本原理1.材料强度原理混凝土结构设计的基本原理之一是材料强度原理。
这个原理是指，在设计混凝土结构时，需要考虑材料的强度特性。
混凝土的强度主要取决于混凝土的配合比、水胶比、养护条件等因素。
在设计过程中，需要根据混凝土的强度等级、钢筋的强度等级等因素来确定材料的强度特性，以确保结构的安全性和经济性。
2.荷载与响应原理混凝土结构设计的另一个基本原理是荷载与响应原理。
这个原理是指，在设计混凝土结构时，需要考虑荷载的作用和结构的响应。
荷载是指结构所承受的外部力，包括静荷载和动荷载。
结构的响应是指结构对荷载的反应，包括变形、应力等。
在设计过程中，需要根据荷载的作用和结构的响应来确定结构的尺寸、形状、材料等参数，以确保结构的安全性和经济性。
3.等效荷载原理混凝土结构设计的第三个基本原理是等效荷载原理。
这个原理是指，在设计混凝土结构时，需要将不同的荷载作用转换为等效荷载，以便更好地考虑结构的响应。
等效荷载是指能够产生与原始荷载相同响应的荷载。
在设计过程中，需要根据不同荷载的作用和结构的响应来确定等效荷载，以确保结构的安全性和经济性。
4.极限状态设计原理混凝土结构设计的第四个基本原理是极限状态设计原理。
这个原理是指，在设计混凝土结构时，需要考虑结构在极限状态下的安全性。
极限状态包括强度极限状态和使用极限状态。
强度极限状态是指结构在达到破坏强度之前的极限状态，使用极限状态是指结构在达到使用极限状态之前的极限状态。
在设计过程中，需要根据不同的极限状态来确定结构的尺寸、形状、材料等参数，以确保结构的安全性和经济性。
5.可靠度设计原理混凝土结构设计的第五个基本原理是可靠度设计原理。
这个原理是指，在设计混凝土结构时，需要考虑结构在使用寿命内的可靠性。
混凝土设计基本原理
混凝土设计基本原理(一)轴力设计混凝土结构中，轴力是设计要考虑的主要受力方式之一、轴力设计的基本原理是根据应力和应变的关系，通过施加预应力或提供足够的截面面积，以使得成员在设计工作状态下不会出现过大的拉应变或压应变。
其中，混凝土的拉应变较小，因此混凝土的承载能力主要取决于其抗拉强度。
轴向拉应变的预先考虑和控制对混凝土结构的安全性和可靠性具有重要意义。
(二)弯曲设计弯曲是混凝土结构中常见的受力方式。
弯曲设计的基本原理是根据弯矩、截面惯性矩和截面模量等参数，确定所需的截面面积和钢筋配筋，使得结构能够承受设计工况下的弯曲力矩。
在弯曲设计中，需要考虑相对变形和刚度的影响，以确保结构的正常使用和较小的挠度。
(三)剪切设计混凝土结构在受到横向力作用时，会发生剪切破坏。
剪切设计的基本原理是通过合理的剪切钢筋配置和足够的截面面积，以满足设计工作状态下的剪切强度要求。
剪切设计的主要目标是确保结构在工作状态下不会因剪切力而失效，同时考虑结构的刚度和变形。
(四)托里拆计算混凝土结构在受到偏心压力作用时，会产生托里拆（倾覆）破坏。
托里拆计算的基本原理是根据结构的几何形状、材料的力学特性和设计荷载等参数，确定结构的承载能力和稳定性。
通过合理的托里拆计算，可以保证结构在工作状态下具有足够的抗侧稳定性，防止结构的倾覆。
(五)孔洞设计在混凝土结构中的孔洞设计是指为了满足结构的使用要求和功能要求，在结构中预留和设计适当的孔洞。
孔洞设计的基本原理是保证结构在满足强度和稳定性要求的同时，还能充分发挥结构的功能和使用效果。
这需要在孔洞的数量和大小、布置和加固等方面进行合理的设计和计算。
综上所述，混凝土设计基本原理是通过合理的轴力设计、弯曲设计、剪切设计、托里拆计算和孔洞设计等手段，确保混凝土结构在设计工况下满足强度、稳定性、耐久性等一系列设计要求。
混凝土结构的设计需要考虑多种受力方式的综合作用，注重结构的整体性和合理性，以确保结构的安全性和可靠性。
混凝土结构设计原理
绪论钢筋与混凝土能共同工作的原因：（1）钢筋和混凝土之间存在有良好的粘结力，在荷载作用下，可以保证两种材料协调变形，共同受力；（2）钢筋与混凝土具有相近的温度线膨胀系数（钢材为 1.2×10-5，混凝土为(1.0~1.5)×10-5），因此当温度变化时，两种材料不会产生过大的变形差而导致两者间的粘结力破坏；（3）混凝土对钢筋具有一定的保护作用。
第一章钢筋混凝土材料的物理力学性能1.立方体抗压强度fcu,k>轴心抗压强度fck>轴心抗拉强度ftk2.双向应力状态或三向应力状态：（1）双向压应力作用下，一向的抗压强度随另一向压应力的增加而增加;双向拉应力作用下，混凝土一向抗拉强度基本上与另一向拉应力的大小无关。
即双向受拉的混凝土强度与单向受强度基本一样：一向受拉一向受压时，无论是抗拉强度还是抗压强度都要降低。
（2）在三向受压状态中，由于侧向压应力的存在，混凝土受压后的侧向变形受到了约束，延迟和限制了沿轴线方向的内部微裂缝的发生和发展，因而极限抗压强度和极限压缩应变均有显著的提高，并显示了较大的塑性。
2.混凝土在荷载的长期作用下，其变形随时间而不断增长的现象称为徐变。
3.徐变的影响因素（1）内在因素是混凝土的组成和配比。
骨料的刚度（弹性模量）越大，体积比越大，徐变就越小。
水灰比越小，徐变也越小。
构件尺寸越大，徐变越小。
（2）环境影响包括养护和使用条件。
受荷前养护的温湿度越高，水泥水化作用越充分，徐变就越小。
采用蒸汽养护可使徐变减少（20~35）%。
受荷后构件所处的环境温度越高，相对湿度越小，徐变就越大。
4.收缩：混凝土在空气中硬化时体积会缩小，这种现象称为混凝土的收缩。
5.钢筋按力学性能分为：一类是具有明显的物理屈服点的钢筋（软钢）另一种是无明显的物理屈服点的钢筋（硬钢）。
6.混凝土结构对钢筋性能的要求：○1强度：钢筋应具有可靠的屈服强度和极限强度，钢筋的强度越高，钢材的用量越少。
混凝土结构设计原理讲解
混凝土结构设计原理讲解一、混凝土结构设计的基本原理混凝土结构设计是指根据工程的要求和使用条件，选定合适的混凝土材料和结构形式，通过计算和分析，确定混凝土各部分的尺寸、配筋、荷载和钢筋的数量等设计要素，以保证结构的安全性、经济性和使用功能。
混凝土结构设计的基本原理主要包括以下三个方面：1.力学基础理论：混凝土结构的设计需要基于力学基础理论，包括静力学、动力学、材料力学、结构力学等方面的知识。
力学基础理论是混凝土结构设计的基石，只有掌握了这些理论，才能进行科学合理的设计。
2.工程经验和规范：混凝土结构设计还需要依据工程经验和规范进行，这些经验和规范包括国家和地方的建筑设计规范、混凝土结构设计手册、混凝土标准等。
这些规范是根据实践经验总结的，具有实用性和可靠性，是混凝土结构设计的重要依据。
3.工程实际情况：混凝土结构设计还需要考虑工程实际情况，包括工程的使用条件、地质环境、气候条件、荷载情况等。
只有综合考虑这些实际情况，才能进行合理的混凝土结构设计。
二、混凝土结构设计中的荷载分析荷载是混凝土结构设计中的重要因素，是指作用在结构上的各种力和力矩，包括静载荷、动载荷和温度荷载等。
荷载分析是混凝土结构设计的第一步，主要包括以下内容：1.荷载种类和大小的确定：荷载的种类和大小是混凝土结构设计的基础，需要根据工程的实际情况进行确定。
常见的荷载有自重荷载、活载荷载、风荷载、地震荷载、温度荷载等。
2.荷载分布形式的确定：荷载分布形式是指荷载在结构上的分布情况，包括集中荷载、均布荷载、三角形荷载、梯形荷载等。
荷载分布形式的不同会对结构的受力情况产生重要影响，需要进行合理的分析和计算。
3.荷载组合的确定：荷载组合是指根据工程实际情况，将各种荷载按照一定的比例组合在一起，进行受力分析和计算。
荷载组合需要根据规范的规定进行，以确保结构具有足够的安全性。
三、混凝土结构设计中的材料力学分析混凝土结构设计中的材料力学分析是指对混凝土材料的力学性能进行分析和计算，主要包括以下内容：1.混凝土的强度计算：混凝土的强度是指其抗压和抗拉的能力，需要根据混凝土的配合比、制作工艺、养护条件等进行计算。
混凝土结构设计原理
混凝土结构设计原理混凝土结构设计是指根据工程要求和设计标准，合理选用混凝土材料，并设计出具有安全可靠、经济合理、施工技术可行的建筑结构。
混凝土结构设计的原理包括结构力学原理、材料力学原理、结构可靠性原理和经济性原理等。
一、结构力学原理结构力学原理是混凝土结构设计的基础，主要包括平衡条件、受力分析和构件设计三个方面。
1.平衡条件：混凝土结构设计中，结构的每一个构件都必须满足平衡条件，即力的合力和合力矩为零。
根据平衡条件，结构的受力分析和构件设计才能进行。
2.受力分析：混凝土结构的受力分析是确定结构中每个构件的受力大小和作用方向，以及受力形式的转化和传递关系。
常用的受力分析方法有静力分析、动力分析和非线性分析等。
3.构件设计：根据受力分析，确定结构中每个构件的强度和刚度要求，进行构件的尺寸、形状和布置设计。
构件设计要满足受力性能和使用性能的要求，例如承载力、变形、稳定性等。
二、材料力学原理材料力学原理是混凝土结构设计的基础，主要包括混凝土抗力和钢筋的应力-应变关系。
1.混凝土抗力：混凝土的抗压强度是设计混凝土结构的重要基础，可以通过试验获得。
混凝土在受压时会发生应力-应变关系，设计中需要考虑混凝土的极限抗压强度、受压变形和应力分布等。
2.钢筋的应力-应变关系：钢筋是混凝土结构中用来承受拉力的主要材料。
钢筋的应力-应变关系是设计钢筋混凝土结构的依据，常用的弹性模量和屈服强度可以通过试验获得。
根据钢筋的应力-应变关系，可以确定钢筋的配筋率和受拉构件的尺寸。
三、结构可靠性原理结构可靠性原理是指结构的抗弯承载能力应大于工作受力的大小，从而保证结构的安全可靠性。
结构可靠性的判断需要考虑荷载的大小和组合，结构的几何形状和尺寸，材料的性能和不确定性等。
1.荷载：荷载是指作用在结构上的外部力量，包括永久荷载和可变荷载。
永久荷载是指结构自身的重力和永久性的荷载，可变荷载是指结构受到的短期性荷载。
2.系数：结构设计中引入系数是为了考虑结构荷载的不确定性和结构的可靠性要求。
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可变荷载的代表值
标准值：基本代表值，保证率尚未统一； 准永久值：对可变荷载稳定性的描述，
安适 耐全久用性性 （S（（eDrSvuaircfaebtayibl）itilyit）y ）
◎ 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 常结结各使构构种用在在因情正正素况常常的下使使影可用用响能期和下出间正（现， 常混的具 维凝各土有 护种碳良 条荷化好 件载、的 下、钢工 ，外筋作 应加锈性 具变蚀能 有形。 足）（如 够，如不的结超构发耐静的生久定承影性结载响。构力正即的和常在支座 不均使刚匀用度沉的不降过应）大随、的时约变间束形有变（过形挠 大等度 的的、 降作侧 低用移 ，；） 而、 导振 致动 结（ 构频 在率 其、预振定幅使）用，期或间产内
承载能力极限状态 是判别结构是否满足安全性要求的标准， 指结构或结构构件达到最大承载能力或 不适于继续加载的变形。
正常使用极限状态： 是判别结构是否满足正常使用和耐久性要求的标准， 指结构或构件达到正常使用或耐久性的某些规定限值。
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3.1.2 极限状态 Limit State
承载力极限状态 Ultimate Limit State
适用性
安全性
耐久性
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3.1.2 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”。
极限状态
是判别结构是否能够满足其功能要求的标准，指结构或 结构一部分处于失效边缘的状态。
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3.1.2 极限状态 Limit State
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。
f(Q)
σ
Q
0
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永久荷载的代表值 标准值：取分布的平均值，保证率50%；
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。
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混凝土结构设计原理
烟台大学土木工程学院
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第三章 混凝土结构设计基本原则
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第三章概要
本章主要讲述结构的功能要求与极限状态、结 构的可靠度及极限状态方程、荷载与材料强度的取 值、结构极限状态设计表达式等内容。
在理论层面上，要了解和掌握分项系数表达的 近似概率极限状态设计表达式的基本原理；在设计 层面上，要理解各种材料强度指标的含义，并能查 表应用；应能根据《建筑结构荷载规范》分析计算 实际结构构件的设计荷载。
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作用的分类
(1)按照随时间的变异性分类 永久作用：不随时间变化，或变化幅度可以忽略； 可变作用：随时间变化，且变化幅度不可以忽略； 偶然作用：可能，但不一定出现，一旦出现效应很大。 (2)按照随位置的变异性分类 固定作用：在结构空间位置上具有固定的分布； 可动作用：在结构空间位置一定范围内可以任意分布。 (3)按照结构的反应分类： 静态作用：对结构不产生动力效应，或小的可以忽略； 动态作用：对结构产生动力效应，且不可以忽略。
正常使用极限状态 Serviceability Limit State
结构整体或部分作为刚体失去平衡 结构或构件达到最大承载力 受动力荷载作用而产生疲劳破坏 结构塑性变形过大而破坏 结构形成几何可变体系 构件由于压屈而丧失稳定
过大的变形和侧移 过大的裂缝 过大的振动 侵蚀性介质腐蚀等
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3、荷载的代表值
永久荷载 (Dead Load)
荷载
可变荷载
(Live Load)
偶然荷载 (Accidental Load)
如何衡量荷载大小？
❖ 采用荷载代表值来描述荷载的大小
❖ 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。
(1)实质：以确定值（代表值）表达不确定的随机变量，便于 设计时，定量描述和运算。
(2) 取值原则：根据荷载概率分布特征，控制保证率。
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荷载的代表值的 取值
❖ 对于永久荷载，其代表值就是标准值，即结构自重；
❖ 对于可变荷载，其代表值分别为 标准值、组合值和准永久值。
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荷载的标准值
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。
◎ 在偶生丧然让失事使安件用全（者性如感和地到适震不用、安性爆的 ，炸过 降）大 低发的 使生裂 用时缝 寿和宽 命发度 。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。
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设计方法 The Design Methods
结构的可靠性
结构设计就是实现可靠性
与经济性的最佳平衡
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§3.1 结构设计的要求
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3.1.1 结构的功能 Functions of Structure
建筑结构在规定的设计使用年限内（一般 按50年考虑），应满足下列功能要求：
（1） 安全性 （2） 适用性 （3） 耐久性
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3.1.1 结构的功能 Functions of Structure
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3.1.3 基本设计原则 The Basic Design Approach
Design of Structures
Strength
承载力极限状态 设计方法
Deformation
正常使用极限状态 设计方法
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§3.2 结构的作用、作用效应 和结构抗力
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3.2.1 结构的作用与作用效应
1、作用及作用效应
(1)作 用——引起结构内力和变形的一切原因。 直接作用：直接以力的不同集结形式作用于结
构，也称为荷载； 间接作用：不是直接以力出现，但是对结构产
生内力。例如：混凝土的收缩、温度变化、基础的差异沉降、地震等 (2)作用效应 “作用”在结构上产生的内力和变形等。
由直接作用(荷载)引起的效应称为荷载效应。