二級建筑師講義之建筑結(jié)構(gòu)與結(jié)構(gòu)選型(十三)

　　(二)結(jié)構(gòu)的功能要求及可靠度

　　1.結(jié)構(gòu)的功能要求

　　結(jié)構(gòu)在規(guī)定的設計使用年限內(nèi)應滿足下列功能要求：

　　(1)安全性

　　在正常施工和正常使用時，能承受可能出現(xiàn)的各種作用。在設計規(guī)定的偶然事件(如地震、爆炸)發(fā)生時及發(fā)生后，仍能保持必需的整體穩(wěn)定性。

　　所謂整體穩(wěn)定性，系指在偶然事件發(fā)生時及發(fā)生后，建筑結(jié)構(gòu)僅產(chǎn)生局部的損壞而不致發(fā)生連續(xù)倒塌。

　　(2)適用性

　　在正常使用時具有良好的工作性能。如不產(chǎn)生影響使用的過大的變形或振幅，不發(fā)生足以讓使用者產(chǎn)生不安的過寬的裂縫。

　　(3)耐久性

　　在正常維護下具有足夠的耐久性能。

　　所謂足夠的耐久性能，系指結(jié)構(gòu)在規(guī)定的工作環(huán)境中，在預定時期內(nèi)，其材料性能的惡化不致導致結(jié)構(gòu)出現(xiàn)不可接受的失效概率。從工程概念上講，足夠的耐久性能就是指在正常維護條件下結(jié)構(gòu)能夠正常使用到規(guī)定的設計使用年限。

　　2.結(jié)構(gòu)的可靠度

　　上述對結(jié)構(gòu)安全性、適用性、耐久性的要求可概括為結(jié)構(gòu)可靠性的要求。結(jié)構(gòu)的可靠性指的是，結(jié)構(gòu)在規(guī)定的時間內(nèi)，在規(guī)定的條件下，完成預定功能的能力。結(jié)構(gòu)可靠度是對結(jié)構(gòu)可靠性的定量描述，即結(jié)構(gòu)在規(guī)定的時間內(nèi)，在規(guī)定的條件下，完成預定功能的概率。

　　結(jié)構(gòu)可靠度與結(jié)構(gòu)的使用年限長短有關(guān)，《統(tǒng)一標準》所指的結(jié)構(gòu)可靠度或結(jié)構(gòu)失效概率，是對結(jié)構(gòu)的設計使用年限而言的，也就是說，規(guī)定的時間指的是設計使用年限;而規(guī)定的條件則是指正常設計、正常施工、正常使用，不考慮人為過失的影響，人為過失應通過其他措施予以避免。

　　為了保證建筑結(jié)構(gòu)具有規(guī)定的可靠度，除了應進行必要的設計計算外，還應對結(jié)構(gòu)材料性能、施工質(zhì)量、使用與維護進行相應的控制。對控制的具體要求，應符合有關(guān)勘察、設計、施工及維護等標準的專門規(guī)定。

　　(三)結(jié)構(gòu)功能的極限狀態(tài)

　　整個結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)的一部分超過某一特定狀態(tài)就不能滿足設計規(guī)定的某一功能要求，這個特定狀態(tài)稱為該功能的極限狀態(tài)。極限狀態(tài)可分為下列兩類：

　　1.承載能力極限狀態(tài)

　　這種極限狀態(tài)對應于結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件達到最大承載能力或不適于繼續(xù)承載的變形。當結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件出現(xiàn)下列狀態(tài)之一時，即認為超過了承載能力極限狀態(tài)：

　　(1)整個結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)的一部分作為剛體失去平衡(如傾覆等);

　　(2)結(jié)構(gòu)構(gòu)件或連接因超過材料強度而破壞(包括疲勞破壞)，或因過度變形而不適于繼續(xù)承載;

　　(3)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)闄C動體系;

　　(4)結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件喪失穩(wěn)定(如壓屈等)：

　　(5)地基喪失承載能力而破壞(如失穩(wěn)等)。

　　2.正常使用極限狀態(tài)

　　這種極限狀態(tài)對應于結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件達到正常使用或耐久性能的某項規(guī)定限值。當結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件出現(xiàn)下列狀態(tài)之一時，即認為超過了正常使用極限狀態(tài)：

　　(1)影響正常使用或外觀的變形;

　　(2)影響正常使用或耐久性能的局部損壞(包括裂縫);

　　(3)影響正常使用的振動;

　　(4)影響正常使用的其他特定狀態(tài)。

　　在建筑結(jié)構(gòu)設汁時，除了考慮結(jié)構(gòu)功能的極限狀態(tài)之外，還須根據(jù)結(jié)構(gòu)在施工和使用中的環(huán)境條件和影響，區(qū)分下列三種設計狀況：

　　(1)持久狀況，即在結(jié)構(gòu)使用過程中一定出現(xiàn)，其持續(xù)期很長的狀況，例如房屋結(jié)構(gòu)承受家具和正常人員荷載的狀況。持續(xù)期一般與設計使用年限為同一數(shù)量級。

　　(2)短暫狀況，即在結(jié)構(gòu)施工和使用過程中出現(xiàn)概率較大，而與設計使用年限相比，持續(xù)期很短的狀況，如結(jié)拇施工和維修時承受堆料荷載的狀況。

　　(3)偶然狀況，即在結(jié)構(gòu)使用過程中出現(xiàn)概率很小，且持續(xù)期很短的狀況，如結(jié)構(gòu)遭受火災、爆炸、撞擊、罕遇地震等作用。

　　這三種設計狀況分別對應不同的極限狀態(tài)設計。對于持久狀況、短暫狀況和偶然狀況，都必須進行承載能力極限狀態(tài)設計;對于持久狀況，尚應進行正常使用極跟狀態(tài)設計;而對于短暫狀況，可根據(jù)需要進行正常使用極限狀態(tài)設計。

　　(四)結(jié)構(gòu)極限狀態(tài)的設計表達式

　　建筑結(jié)構(gòu)設計應根據(jù)使用過程中在結(jié)構(gòu)上可能同時出現(xiàn)的荷載，按承載能力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)分別進行荷載(效應)組合，并應取各自的最不利的效應組合進行設計。

　　1.承載力極限狀態(tài)設計表達式

　　根據(jù)荷載規(guī)范的要求，結(jié)構(gòu)構(gòu)件承載力設計應根據(jù)荷載效應的基本組合或偶然組合進行，其一般表達式為

　　γ0S≤R (7-1)

　　式中 γ0――結(jié)構(gòu)重要性系數(shù);

　　S――結(jié)構(gòu)效應組合的設計值;

　　R--結(jié)構(gòu)構(gòu)件抗力的設計值，應按各有關(guān)建筑結(jié)構(gòu)設計規(guī)范的規(guī)定確定。

　　(1)結(jié)構(gòu)構(gòu)件重要性系數(shù)γ0

　　根據(jù)《統(tǒng)一標準》，在建筑結(jié)構(gòu)設計時，根據(jù)破壞可能產(chǎn)生的后果(危及人的生命安全、造成經(jīng)濟損失、產(chǎn)生社會影響等)的嚴重性，采用不同的安全等級或設計使用年限按表7-3取值。

　　結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)γ0 表7-3

　　安全等級γ0設計使用年限γ0

　　一級不應小于1.1100年及以上不應小于1.1

　　二級不應小于1.050年不應小于1.0

　　三級不應小于0.95年不應小于0.9

　　注：對設計使用年限為25年的結(jié)構(gòu)構(gòu)件，各類材料結(jié)構(gòu)設計規(guī)范可根據(jù)各自情況確定結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)γ0的取值。

　　在抗震設計中，不考慮結(jié)構(gòu)構(gòu)件的重要性系數(shù)。

　　同一建筑物中的各類構(gòu)件的安全等級，宜與整個結(jié)構(gòu)的安全等級相同。但應根據(jù)需要，對某些構(gòu)件的安全等級可采取提高一級或降低一級。

　　(2)荷載效應組合設計值s

　　1)荷載效應基本組合

　?、賹τ诨窘M合，荷載效應組合的設計值S應從下列組合值中取最不利值確定：

　　(1)由可變荷載效應控制的組合

　　S=γGSGK+γQ1SQ1k+ (7-2)

　　式中 γG_____永久荷載的分項系數(shù)，應按《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》GB 50009--2001第3.2.5條采用;

　　γQi――第i個可變荷載的分項系數(shù)，其中γQ1為可變荷載Q1的分項系數(shù)，應按《荷載規(guī)范》第3.2.5條采用;

　　SGk--按永久荷載標準值Gk計算的荷載效應值;

　　SQik――按可變荷載標準值Qik計算的荷載效應值，其中SQ1k為諸可變荷載效應中起控制作用者;

　　Ψci--可變荷載Qi的組合值系數(shù)，應分別按《荷載規(guī)范》各章的規(guī)定采用;

　　n--參與組合的可變荷載數(shù)。

　　(b)由永久荷載效應控制的組合

　　S=γGSGK + (7-3)

　　②對一般排架、框架結(jié)構(gòu)，基本組合可采用簡化規(guī)則，并應按下列組合值中取最不利值確定：

　　(a)由可變荷載效應控制的組合：

　　S=γGSGK+γQ1SQ1k (7-4)

　　S=γGSGK+0.9 (7-4a)

　　(b)由永久荷載效應控制的組合仍按公式(7-3)式采用。

　?、刍窘M合的荷載分項系數(shù)，應按下列規(guī)定采用：

　　(a)永久荷載的分項系數(shù)：

　　a)當其效應對結(jié)構(gòu)不利時

　　對由可變荷載效應控制的組合，應取1.2;

　　對由永久荷載效應控制的組合，應取1.35。

　　b)當其效應對結(jié)構(gòu)有利時

　　一般情況下應取1.0;

　　對結(jié)構(gòu)的傾覆、滑移或漂浮驗算，應取0.9。

　　(b)可變荷載的分項系數(shù)：

　　一般情況下應取1.4;

　　對標準值大于4kN/m2的工業(yè)房屋樓面結(jié)構(gòu)的活荷載應取1.3。

　　2)荷載效應偶然組合

　　對于偶然組合，荷載效應組合的設計值宜按下列規(guī)定確定：偶然荷載的代表值不乘分 項系數(shù);與偶然荷載同時出現(xiàn)的其他荷載可根據(jù)觀測資料和工程經(jīng)驗采用適當?shù)拇碇担?各種情況下荷載效應的設計值公式，可由有關(guān)規(guī)范另行規(guī)定。

　　2.正常使用極限狀態(tài)表達式

　　對于正常使用極限狀態(tài)，應根據(jù)不同的設計要求，采用荷載的標準組合、頻遇組合或準永久組合，并應按下列設計表達式進行設計：

　　S≤C (7-5)

　　式中 C--結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件達到正常使用要求的規(guī)定限值，例如變形、裂縫、振幅、加速度、應力等的限值，應按各有關(guān)建筑結(jié)構(gòu)設計規(guī)范的規(guī)定采用。

　　對于標準組合，荷載效應組合的設計值s應按下式采用：

　　S=SGK+SQ1k+ (7-6)

　　對于頻遇組合，荷載效應組合的設計值S應按下式采用：

　　S= SGK+Ψf1SQ1k+ (7-7)

　　式中 Ψf1--可變荷載Q1的頻遇值系數(shù)，應按有關(guān)的規(guī)定采用;

　　Ψqi--可變荷載Qi的準永久值系數(shù)，應按有關(guān)的規(guī)定采用。

　　對于準永久組合，荷載效應組合的設計值S可按下式采用：

　　S= SGK+ (7-8)

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