建筑结构的功能要求和极限状态
结构按极限状态法设计原则
（2）可变作用，指在设计基准期内，其值 随时间变化或变化不可以忽略不计的作用，包 括安装荷载、人群荷载、风、雪，温度变化等。
（3）偶然作用，指在设计基准期内，不一 定出现，一旦出现量值又很大，持续时间很短 的作用，包括地震、爆破、撞击等。
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二、结构的抗力以及功能函数 1、结构抗力R：结构或构件承受作用效应 的能力。 2、作用效应S：作用在结构或构件中引起 的内力和变形。
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1、答：施加在结构上的集中力或分布力（直接作用，也成为荷载）和引起结构 外加变形或约束变形的原因（间接作用），总称为作用。
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2、答：结构的抗力是指结构或结构构件承受作用效应的能力。
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3、答：结构的可靠度是结构在规定的时间内，在规定的条件下，完成预定功能 的概率。
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4、答:我们将结构完成预定功能的概率称为可靠概率Ps；而结构不能完成预定功
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• 正常使用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。
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采用标准值乘以频遇值系数ψf 表示。
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二、材料性能标准值fk
材料性能标准值是极限状态设计表达式 中所取材料性能的基本代表值。
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由于材料的离散性，同一等级的混凝土 的实际强度并不完全一致，它构成一种分 布——正态分布（如下图），可有两个特征
值——平均值μf 和标准差σf 来确定反映其分
布特性。
概率设计按精确程度可分三个水准： 半概率
近似概率（我国）
全概率
最优失效概率
3
第一节 结构的功能要求和极限状态
一、结构的功能要求 （一）结构的安全等级： 根据结构的用途决定。
建筑结构的安全等级
房屋结构的安全性、适用性及耐久性
房屋结构的安全性、适用性及耐久性一、结构的功能要求与极限状态结构制定的主要目的必要保证所建造的结构安全适用.能够在规定的期限内满足各种预期的功能要求，并且要经济合理。
具体来说，结构应具有以下几革、项功能：( 1 )安全性。
在正常施工和正常使用的条件下.结构应能承受可能出现的各种荷载作用和变形而不发生破坏，在偶然事件发生后，结构仍能坚持必要的整体稳定性，例如，厂房结构平常受自重、吊车、风和积雪荷载时，均应牢固不坏，而在碰到强列地震、爆炸等偶然事件时，容许有局部的损伤，但应坚持结构的整体稳定而不发生倒塌。
(2) 适用性。
在正常使用时. 结构应具有优良的工作性能。
例如吊车梁变过大会使吊车无法正常运行. 水池出现裂缝便不能蓄水等.都影响正常使用，需要对变形、裂隙等进行必要的控制。
(3) 耐久性。
在正常维护的条件下. 结构应能在估计的使用年限内满足各项功能要求，也即就真有足够的耐久性. 例如. 不致因混凝土的老化、腐蚀或钢筋的锈蚀等而影响结构的使用寿命。
结构的使用寿命。
安全性、适用性和耐久性概括称为结构的可靠性。
二、结构的安全性要求1、建筑结构安全等级建筑结构制定时，应依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，采纳不善同的安全等级。
建筑结构划分应符合下表的要求。
建筑物中各类结构构件的安全等级，宜与整个结构的安全等级相同，对其中部分结构构件的安全等级可进行调整，但不低于三级。
建筑结构安全等级安全等级破坏后果建筑物类型一级很严重重要的房屋二级严重一般房屋三级不严重次要的房屋注：1、对特别的建筑物，其安全等级应根具体状况另行确定：2、地基基础制定安全等级及按抗震要求制定的建筑结构的安全等级，尚应符合国家现行有关规范的规定。
2、建筑装饰装修荷载变动对建筑结构安全性的影响在装饰装修施工过程中，将对建筑结构增加一定数量的施工荷载，如电动设备的振动对楼面或墙体的撞击等，带有显然的动力荷载的特性，又如在房间放置大量的砂石、水泥等建筑材料，可能使得建筑物局部面积上的荷载值远远超过制定同意的范围，装饰装修施工过程中常见的荷载变动主要有：〔1〕在楼面上加铺任何材料属于对楼面增加了面荷载〔2〕在室内增加隔墙，封闭阳台属于增加线荷载；〔3〕在室内增加装饰性的柱子，特别是大理石柱、悬挂较大的吊灯，房间局部增加假山盆景，这些装修做法是对结构增加了集中荷载。
结构的功能及两种极限状态是什么
结构的功能及两种极限状态是什么结构具有以下功能：1.支撑和承载重量：结构的主要功能是支撑和承载重量。
一个结构必须能够抵抗外部负荷，如建筑物的自身重量、风力、地震力等。
结构的设计和材料的选择都要考虑到承受重量的要求。
2.稳定性和安全性：结构的另一个重要功能是提供稳定性和安全性。
结构必须能够抵抗外部扰动，并保持稳定的状态。
此外，结构还必须能够保护人员和财产的安全性，以防止倒塌和意外事故。
3.抵抗变形和挠度：结构必须能够抵抗变形和挠度。
变形是指结构在受到外部载荷时发生的形状和尺寸的变化。
结构的设计和材料的选择必须考虑到变形和挠度的要求，以确保结构的稳定性和功能性。
4.耐久性和使用寿命：结构应具有良好的耐久性和使用寿命。
结构必须能够在长期使用和各种环境条件下保持其功能和性能。
结构的设计和材料的选择应考虑到耐久性和使用寿命的要求。
两种极限状态是：极限强度状态和极限服务状态。
1.极限强度状态：极限强度状态是指结构在受到最大外部负荷时的状态。
在达到极限强度状态时，结构的应力和变形达到极限。
极限强度状态是结构设计的一个重要考虑因素，它决定了结构的最大承载能力。
2.极限服务状态：极限服务状态是指结构在正常使用条件下的状态。
在极限服务状态下，结构的应力和变形在可接受的范围内。
极限服务状态是结构设计的另一个重要考虑因素，它决定了结构在正常使用过程中的性能和功能。
在设计结构时，必须同时考虑到极限强度状态和极限服务状态。
结构必须具备足够的强度来承受极限强度状态下的外部载荷，同时在极限服务状态下保持稳定和功能性。
结构的材料选择、断面形状和连接方式等都会直接影响结构的极限状态。
建筑结构的功能
结构的功能为了保证设计的结构是安全可靠的，建筑结构应满足对其功能的要求。
建筑结构的功能包括安全性、适用性和耐久性三个方面，简称三性。
安全性是指建筑结构承载能力的可靠性，建筑结构应能承载正常施工和使用中的各种荷载和变形，在地震、爆炸发生时和发生后保证整体的稳定性；适用性要求结构在正常使用过程中不产生影响使用的过大变形以及不发生过宽的裂缝等；耐久性要求在正常维护的条件下结构不发生严重风化,腐蚀、脱离、炭化，钢筋不发生腐蚀等。
结构的极限状态整个结构或结构的一部分超过某一特定的状态就不能满足设计规定的某一功能要求，则此状态称为该状态的极限状态。
所以极限状态就是区分结构可靠和失败的界限状态。
结构的极限状态可分为承载能力极限状态和正常使用极限状态两类。
1.1能力极限承载状态结构或构件达到最大的承载能力或者变形达到不适于继续承载的状态，称为承载能力极限状态。
当结构或构件由于材料强度不足而破坏，或应疲劳而破坏，或产生过大的塑性变形而不能继续承载，或丧失稳定、或结构转变为机动体系时，就认为结构或构件超过啦承载能力极限状态。
超过承载能力极限状态后，结构或构件就不能满足安全性的要求。
1.1.1正常使用极限状态结构或构件达到正常使用或耐久性能中某项规定限度的状态称为正常使用极限状态。
例如；当构件或结构出现影响正常使用的多大变形、过宽裂缝、局部损坏和振动时，可认为结构或构件超过了正常使用极限状态，结构或构件就不能适用性和耐久性的功能要求。
经行结构设计时，结构或构件按承载力极限状态计算后，还应按正常使用极限状态经行验算。
也就是说，设计的结构或构件在满足承载能力极限状态的同时也要满足正常使用极限状态。
本教材将在第3章至第7章中讲述各种基本构件截面的承载力，在第8章中讲述变形、裂缝和耐久性等。
1.1.2荷载和材料强度荷载值基本上不随时间变化的荷载，称为永久荷载或恒荷载（用Ｇ或g表示），例如结构的自重。
荷载值随时间变化的荷载，称为可变荷载和活荷载（Q或q表示），例如楼面活荷载。
结构的功能要求和极限状态
Байду номын сангаас 混凝土结构
混凝土结构
1.1结构的功能要求
• 结构设计必须满足下列各项功能要求： • 1. 安全性 • 结构在预计的使用期限内，能承受正常施工和正常使用过程中可能
出现的各种作用；在偶然事件发生时及发生后，仍能保持必要的整 体稳定性，即使建筑物有局部破坏，也不至于引起建筑物的连续破 坏或倒塌。
• 2. 适用性 • 结构在正常使用时具有良好的工作性能，例如不
1.2结构功能的极限状态
• 整个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。
• 结构功能的极限状态分为两类：承载能力极限状态和正常使用极限 状态。
• 1. 承载能力极限状态
• 该极限状态指结构或结构构件达到了最大承载能 力、出现疲劳现象或产生了不适于继续承载的变 形，丧失了完成安全性功能的能力。当出现下列 状态之一时，即认为超过了承载能力极限状态：
• 承载能力极限状态主要控制结构的安全性，一旦 超过这种极限状态，结构整体破坏，会造成人身 伤亡和重大经济损失，因此设计时要严格控制这 种状态出现的概率。所有的结构构件都必须进行 承载力极限状态的计算。
• 正常使用极限状态控制结构的适用性和耐久性， 若超过这种状态，危险性比出现承载力极限状态 的危险性小，但也不能忽视，设计时可靠性可比 承载力极限状态略低一些。
• 1) 整个结构或结构的一部分作为刚体失去平衡 （倾覆、滑移等）。
• 2) 结构构件或构件间的连接因超过相应材料强度 而破坏（包括疲劳破坏或因过大塑性变形而不适 于继续承载）。
• 3) 结构转变为机动体系（几何不变体系变为可变 体系）。
建筑结构
砌体结构是由块体(如砖、石和混凝土砌块)及砂浆经砌筑而成的结构，大量用于居住建筑和多层民用房屋 (如办公楼、教学楼、商店、旅馆等)中，并以砖砌体的应用最为广泛。
砖、石、砂等材料具有就地取材、成本低等优点，结构的耐久性和耐腐蚀性也很好。缺点是材料强度较低、 结构自重大、施工砌筑速度慢、现场作业量大等，且烧砖要占用大量土地。
建筑结构
建筑学名称
01 组成
03 特点 05 极限状态
目录
02 作用 04 分类
建筑结构是指在房屋建筑中，由各种构件（屋架、梁、板、柱等）组成的能够承受各种作用的体系。所谓作 用是指能够引起体系产生内力和变形的各种因素，如荷载、地震、温度变化以及基础沉降等因素。
组成
建筑结构是由板、梁、柱、墙、基础等建筑构件形成的具有一定空间功能，并能安全承受建筑物各种正常荷 载作用的骨架结构。
(二)抵御自然界或人为荷载作用
建筑物要承受自然界或人为施加的各种荷载或作用，建筑结构就是这些荷载或作用的支承者，它要确保建筑 物在这些作用力的施加下不破坏、不倒塌，并且要使建筑物持久地保持良好的使用状态。可见，建筑结构作为荷 载或作用的支承者，是其存在的根本原因，也是其最核心的任务。
(三)充分发挥建筑材料的作用
板是建筑结构中直接承受荷载的平面型构件，具有较大平面尺寸，但厚度却相对较小，属于受弯构件，通过 板将荷载传递到梁或墙上。梁一般指承受垂直于其纵轴方向荷载的线型构件，是板与柱之间的支撑构件，属于受 弯构件，承受板传来的荷载并传递到柱上。柱和墙都是建筑结构中的承受轴向压力的承重构件，柱是承受平行于 其纵轴方向荷载的线型构件，截面尺寸小于高度，墙主要承受平行于墙体方向荷载的竖向构件，它们都属于受压 构件，并将荷载传到基础上，有时也承受弯矩和剪力。基础是地面以下部分的结构构件，将柱及墙等传来的上部 结构荷载传递给地基。
结构的功能及两种极限状态是什么？
结构的功能及两种极限状态是什么？1.结构的功能建筑结构设计的基本要求是：以最经济的手段使结构在正常施工和使用条件下，在预定的设计基准期（一般为50年）内满足下列预定的功能。
（1）安全性。
指建筑结构在正常施工和使用条件下能承受可能出现的各种作用（如荷载、温度改变、支座不均匀沉陷等引起的内力和变形）。
且在强震、爆炸、台风和偶然事件发生时和发生后，结构仍然能保持必要的整体稳定性，结构不致倒塌。
（2）适用性。
指结构在正常使用期间内具有良好的工作性能。
不产生影响使用的过大变形、振幅和裂缝宽度。
（3）耐久性。
指建筑结构在正常维护条件下具有足够的耐久性能。
如在设计基准期内钢筋不会因保护层厚度不够或混凝土裂缝过宽而锈蚀、混凝土不得脱落、风化、腐蚀。
安全性、适用性、耐久性统称为结构的可靠性。
结构能够满足功能要求，称为结构可靠；反之为结构不可靠，其分界点，称为极限状态。
根据建筑结构破坏后果的严重程度，建筑结构划分为三个安全等级，设计时应根据具体情况，按照表10-1的规定选用相应的安全等级。
2.结构的两种极限状态整个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。
极限状态有两种：承载能力极限状态和正常使用极限状态。
1）承载能力极限状态（主要考虑结构的安全性）结构或构件达到最大承载力、出现疲劳破坏或不适于继续承载的变形状态，称为承载能力极限状态。
当结构或构件出现下列情况之一时，即认为超过了承载能力极限状态。
（1）结构、构件或其间的连接因材料超过其强度而破坏（含疲劳破坏）；或因产生过度塑性变形而不能继续承载。
（2）结构变机构，即由几何不变体系变成几何可变体系。
（3）结构或构件丧失稳定，如细长压杆失稳退出工作导致结构破坏。
（4）结构或构件发生滑移或倾复而丧失平衡位置。
结构或构件一旦超过承载能力极限状态，就不能完成安全性的功能，会产生重大经济损失和人员伤亡。
因此应把这种情况的发生概率控制得非常小。
第二篇建筑结构设计的基本原则
(2)由永久荷载效应控制的组
S=γGSGk＋∑ ψ Qi γQiSQik
上式中各符号的意义见课P21
荷载分项系数
荷载类型 永久荷载
可变荷载
荷载特征
当其效应对结构不利时 对由可变荷载效应控制的组合 对由永久荷载效应控制的组合
当其效应对结构有利时 一般情况
Qk＝6KN/m
Gk＝15KN/m
解：
（1）计算荷载标准值作用下的跨中弯矩：
恒荷载作用下： MGK
1 8
GK
l02
1 8
15
62
67.5KN
M
活荷载作用下：
M QK
1 8
QK
l0 2
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
1 8
6
62
27KN M
（2）承载能力极限状态设计时跨中弯矩设计值：
①按可变荷载效应控制的组合：查表可得 G 1.2 Q 1.4
直接作用——施加在结构上的荷载。如结构自重、家具及人 群荷载等。
间接作用——指引起结构外加变形和约束变形的原因。如温 度变化、混凝土收缩、地基沉降等。
（一）荷载的分类
1.永久荷载——也称为恒荷载。指在结构的使用期间，其值 不随时间变化，或其变化与平均值相比可以忽略不计或其 变化是单调的并能趋于限值的荷载，如结构自重、土压力、 预应力等。
S=γGSGk+γQ1SQ1k＋∑ ψ Qi γQiSQik
(2)由永久荷载效应控制的组
S=γGSGk＋∑ ψ Qi γQiSQik
上式中各符号的意义见课本P21
γ0S≤R
R——结构构件的承载力设计值。在抗震设计时， 应除以承载力抗震调整系数γRE
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c
f ck
fy
f yk
s
第四节 概率极限状态设计法 一、功能函数与极限状态方程
用来描述结构构件完成 预定功能状态的函数称为功 能函数Z:
Z g R, S R S
二、结构的可靠度与失效概率
可靠概率Ps
结构能完成预定功能的概率
失效概率Pf（见下页表格）
不能完成预定功能的概率
标准组合：
Sk SGk SQ1k ci SQik
i 2
n
频遇组合：
Sf SGk f1SQ1k qi SQik
i 2
n
准永久组合： S S q Gk
i 1
n
qi
SQik
仅适用于荷载效 应为线性的情况
第四节 概率极限状态设计法
第五节、混凝土结构的耐久性 一、混凝土结构的耐久性
可靠指标β ： Z
Z
R S
2 2 R S
第四节 概率极限状态设计法 三、建筑结构的安全等级和目标可靠指标 《建筑结构可靠度设计统一标准》根据建 筑结构破坏后果的严重程度，将建筑结构划 为三个安全等级： 表2-2 结构的安全等级划分
结构安 全等级 一级 二级 三级
破坏后果
很严重 严重 不严重
i 1
n
第四节 概率极限状态设计法 2、正常使用极限状态设计表达式：
S C
S___正常使用极限状态的荷载效应(变形\裂缝宽度等)组 合设计值 C___结构构件达到正常使用要求的规定限值
正常使用极限状态计算主要进行变形验算p388和裂缝控制 验算。P389 如：屋盖楼盖及楼梯构件，当长度小于7m时，挠度限制为 1/200；钢筋混凝土结构环境类别为一类，裂缝控制等级为 三级，即0.3mm（or 0.4mm;年平均湿度<60%时）
第一节 建筑结构的功能要求和极限状态 一、建筑结构的功能要求 建筑结构设计的目的： 使结构在正常施工和正常使用的条件 下，满足各项预定的功能要求，并取得最 佳的经济效果。
建筑结构功能要求主要包括： 安全性
适用性
耐久性
第一节 建筑结构的功能要求和极限状态 二、结构的极限状态 结构或结构的一部分超过某一特定的状 态就不能满足设计规定的某一功能要求。 极限状态分类
永久荷载 可变荷载 偶然荷载
第二节 结构上的作用与作用效应S 三、荷载的代表值 《建筑结构荷载规范》对不同功能设计的荷载 给予了相应的规定量值，这种量值，称为荷载的 代表值。 几种荷载的代表值
标 准 值 —— 由《建筑结构荷载规范》(p387)给出
可变荷载准永久值 = 可变荷载标准值×ψq
可变荷载频遇值 = 可变荷载标准值×ψf
承载能力极限状态 正常使用极限状态
例题
态概念
钢筋混凝土简支梁的可靠、失效和极限状
钢筋混凝土简支梁的可靠、失效和极限状态概念 结构的功能 安全性 适用性 耐久性 受弯承载力 挠度变形 裂缝宽度 可靠 极限状态 失效
M < Mu f < [f]
M = Mu f = [f]
M > Mu f > [f]
混凝土结构基本计算原则
本章提要： 本章主要介绍我国现行规范所采用的以概率理 论为基础的极限状态设计方法的基本概念。讲述概 率极限状态设计表达式其内涵和应用；给出了混凝 土结构耐久性的规定。
第一节 建筑结构的功能要求和极限状态 第二节 结构上的作用与作用效应S 第三节 结构抗力R 第四节 概率极限状态设计法 第五节、混凝土结构的耐久性
在正常维护的条件下，预计使用时期内和 指定的工作环境中能保证结构满足既定功能要
求的性能 。 影响耐久性因素主要两个方面：
混凝土耐久性 钢筋锈蚀
第五节、混凝土结构的耐久性 二、混凝土结构耐久性设计规定 1、混凝土结构的使用环境的分类 《混凝土结构设计规范》混凝土结构使用环 境分为五大类，作为耐久性设计的主要依据 ；
建筑物类型 设计使用年限
重要建筑物 一般建筑物 次要建筑物 100年及以上 50年 5年及以下
荷载效应组合的设计值 应从下列组合中取最不利值确定：
由可变荷载效应控制组合
S G SGk Q1SQ1k Qi ci SQik
i 2
n
由永久荷载效应控制组合
S G SGk Qi ci SQik
可变荷载组合值 =可变荷载标准值×ψc
第三节 结构抗力R
一、结构抗力概念
表示结构或结构构件承受和抵抗荷载效应的能 力，用R表示。如承载力、刚度、抗裂度等 二、结构构件的材料强度 材料强度标准值是结构设计时采用的材 料性能的基本代表值，以材料强度概率分布 的某一分位值来确定。 三、材料强度的设计值 材料强度的设计值用于承载力计算时的 材料强度的代表值 。P27(式2-5)
结构的安全等级 结构的功能要求 使用年限 建筑结构的功能 极限状态 承载能力极限状态 正常使用极限状态
按近似概率论的 极限状态设计法
极限状态方程（Z=R-S） 按近似概率论的 极限状态设计法
结构的可靠度
失效概率
分项系数
实用设计表达式
承载能力极限状态设计表达式 正常使用极限状态设计表达式
按极限状态设计时材料强度和荷载取值
1、按随时间的变异分类 可变荷载 永久荷载 偶然荷载 2、按随空间位置的变异分类 固定荷载 自由荷载 3、按结构的反应特点分类 静态荷载
动态荷载
第二节 结构上的作用与作用效应S 二、结构上的荷载效应S 荷载效应是结构由于各种作用引起的内 力和变形的总称，用S表示。 三、荷载代表值
《建筑结构荷载规范》将荷载分为三类：
wmax< [wmax] wmax= [wmax] wmax> [wmax]
第二节 结构上的作用与作用效应S 一、结构上的作用与荷载 1、作用与荷载的定义 直接施加在结构上的力及引起结构变形 的原因统称为“作用”。 荷载的分类和荷载效应 《建筑结构可靠度设计统一标准》将结 构上的荷载作如下分类：
第二节 结构上的作用与作用效应S 一、结构上的作用与荷载 2、荷载的分类和荷载效应
第五节、混凝土结构的耐久性
第五节、混凝土结构的耐久性 二、混凝土结构耐久性设计规定
2、设计使用年限与耐久性等级的划分
混凝土规范把设计使用年限与耐久性结合，将 设计使用年限（耐久性）划分为四类；
第五节、混凝土结构的耐久性 3、结构耐久性对混凝土的要求
直接Байду номын сангаас用
[本章小结]
结构上的作用
间接作用
极限状态