第3章 混凝土结构的设计方法

第3章混凝土结构的设计方法

学习目标

（1）对结构的功能要求、极限状态及结构可靠度的基本概念有一般的了解；

（2）掌握结构设计中基本术语的定义，例如结构的作用、作用效应、荷载的标准值和设计值、混凝

土和钢筋的标准强度和设计强度等；

（3）对本章中涉及的概率和统计方面的原理不要求深究；

（4）掌握结构构件承载能力极限状态和正常使用极限状态的设计表达式，及表达式中各个符号所代表的意义；

（5）考虑到同学们还没有学过具体的截面计算和结构设计，因此建议在学完本书的主要内容后再重新学习本章以加深理解。

3.1 结构设计的基本要求

3．1.1 结构的功能要求

任何建筑结构都是为了完成所要求的某些预定功能而设计的。《统一标准》规定了建筑结构应满足以下功能：

（1）安全性的要求，即结构应能承受在正常施工和正常使用（指不改变结构的使用功能）时可能出现的各种作用（如荷载、温度变化、支座沉陷等），以及在偶然作用（如地震、撞击等）发生时和发生后，结构仍能保持必须的整体稳定性，不应发生倒塌或连续破坏而造成生命财产的严重损失。

（2）适用性的要求，即结构在正常使用期间具有良好的工作性能，例如不发生影响正常使用的过大变形或裂缝等。

（3）耐久性的要求，即结构在正常使用和正常维护下具有足够的耐久性能。例如混凝土不发生严重的风化、腐蚀，钢筋不发生严重锈蚀，以免影响结构的使用寿命。

结构要达到预定功能要求并不是不受时间限制的，而是针对一定时期内而言的。人们将普通房和构筑物设计使用年限统一规定为50年，称为设计基准期。

3.1.2结构功能的极限状态

1.极限状态的概念

整体结构或结构的一部分能满足设计规定的某一预定功能要求，称为该功能的有效状态；反之，称为该功能的失效状态。这种“有效”与“失效”之间必然有一特定界限状态，整体结构或结构的一部分超过这种特定界限状态就不能满足设计规定的某一功能要求，称此特定的界限状态为该功能的极限状态。

2.极限状态的分类

根据结构的功能要求的不同，极限状态分为承载能力极限状态和正常使用极限状态两类：

（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不适于继续承载的变形。超过这一极限状态后，结构或结构构件不满足预定的安全性要求。当结构或结构构件出现下列状态之一时，即认为超过了承载能力极限状态。

①整个结构或结构的一部分作为刚体失去平衡（如倾覆等）；

②结构构件或连接因超过材料强度而破坏（包括疲劳破坏），或者因过度变形而不适于继续承载；

③结构转变为机动体系；

④结构或结构构件丧失稳定（如压屈等）；

⑤地基丧失承载能力而破坏（如失稳等）。

（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限值。超过这一极限状态，结构或构件就不能满足预定的适用性或耐久性要求。当结构或结构构件出现下列状态之一时，即任务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（包括裂缝）；

③影响正常使用的振动；

④影响正常使用的其他待定状态。

所有结构构件均应进行承载力（包括失稳）计算，在必要时尚应进行结构倾覆、滑移的验算；有抗震设防要求的结构尚应结构构件抗震的承载力计算；直接承受吊车的构件应进行疲劳验算；对使用上需要控制变形值的结构构件，应进行变形验算；对使用上要求不出现裂缝的构件，应进行混凝土拉应力验算；对使用上允许出现裂缝的构件，应进行裂缝宽度验算；同时还应满足耐久性要求。

董炎俊