第二章 混凝土结构的设计方法

※学习要点：
●掌握结构上的作用与作用类型，荷载标准值、荷载分项系数、荷载设计值的概念；
●掌握结构抗力的概念及其工作状态，材料强度标准值、材料分项系数、材料强度设计值的概念；
●理解结构可靠度的概念；
●掌握失效概率及可靠指标之间的联系；
●掌握结构按承载能力极限状态和正常使用极限状态的设计方法；
●理解混凝土结构耐久性能及相关影响因素。

第1节 结构设计的要求
2.1.1 结构的功能要求
1. 安全性
◎ 结构在预定的使用期内（一般为50年），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。
2. 适用性
◎ 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
◎ 结构在正常使用和正常维护条件下，应具有足够的耐久性。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。
◆ 结构的可靠性——安全性、适用性和耐久性的总称
指结构在规定的使用期限内（设计工作寿命=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。
2.1.2 结构的极限状态
◆ 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”。
◆ 区分结构“可靠”与“失效”的临界工作状态称为“极限状态”
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		可靠	极限状态	失效
安全性	受弯承载力	M<Mu	M=Mu	M>Mu
实用性	挠度变形	f<[f]	f=[f]	f>[f]
耐久性	裂缝宽度	Wmax<[Wmax]	Wmax=[Wmax]	Wmax>[Wmax]

1.极限状态的概念
整个结构或结构的一部分超过某一特定状态时（如到达极限承载力、失稳、变形过大、裂缝过宽等），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。
2.极限状态的分类
（1）承载力能力极限状态
指结构或构件达到最大承载力、疲劳破坏或不适于继续承载的变形时的状态。超过该极限状态，结构就不能满足预定的安全性功能要求。
◆主要包括以下几个方面：
◆ 结构或构件达到最大承载力（包括疲劳）；
◆ 结构整体或其中一部分作为刚体失去平衡（如倾覆、
滑移）；
◆ 结构塑性变形过大而不适于继续使用；
◆ 结构形成几何可变体系
◆ 结构或构件丧失稳定（如细长受压构件的压曲失稳）。
对于所有结构构件，均应进行承载力（包括压屈失稳）极限状态的计算。必要时还应进行构件疲劳强度或结构倾覆和滑移的验算；对处于地震区的结构，还应进行构件抗震承载力的计算。
（2）正常使用极限状态
指结构或构件达到正常使用或耐久性能的某项规定限值时的状态。
◆过大的变形、侧移（影响非结构构件、不安全感、不能正常使用（吊车）等）；
◆过大的裂缝（钢筋锈蚀、不安全感、漏水等）；
◆过大的振动（不舒适）；
◆其他正常使用要求。

2.1.3 结构的设计使用年限
◆ 概念：按规定指标设计的建筑结构或构件，在正常施工、正常使用和维护下不需进行大修即可达到按其预定目的使用的时期。
◆《建筑结构可靠度设计统一标准》（GB50068）对设计使用年限的分类：

类别	设计使用年限	示例
1	5	临时性结构
2	25	易于替换的结构构件
3	50	普通房屋和建筑物
4	100	纪念性建筑和特别重要的建筑结构