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2 建筑结构的基本设计原则
本章讲述建筑结构的设计原则——概率极限状态设计法。重点应掌握结构的功能、结构的可靠性和可靠度、结构功能的极限状态、各类极限状态的标志、极限状态设计实用设计表达式的意义及用法。
本章提要
建筑结构设计的任务是选择适用、经济的结构方案,并通过计算和构造处理,使结构能可靠地承受各种作用。
具体设计内容有结构选型、结构布置、结构计算与设计(包括荷载计算、内力与变形计算、截面设计、抗震计算及构造处理等)、材料用量、绘制结构施工图。
结构选型和结构布置统称为结构方案设计。
本章内容
结构的功能
结构功能的极限状态
极限状态设计法
结构的功能
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
结构的功能
结构的可靠性
结构的安全性、适用性和耐久性总称为结构的可靠性。即结构在规定的时间内,在规定的条件下,完成预定功能的能力或可能性。
《建筑结构可靠度设计统一标准》对可靠度的定义是:“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。”故结构可靠度是可靠性的概率度量。
规定设计使用年限:重要建筑100年;一般建筑50年;次要建筑5年
结构功能的极限状态
前面所说的“预定功能”,一般是以结构是否达到“极限状态”来标志的,并以此作为结构设计的准则。
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,此特定状态为该功能的极限状态。极限状态实质上是结构可靠(有效)或不可靠(失效)的界限,故也称为界限状态。
承载力极限状态
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用于继续承载的变形。
当结构或结构构件出现下列状态之一时,应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(如阳台、雨篷的倾覆)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;
(5) 地基丧失承载能力而破坏(如失稳等)。
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。
当结构或结构构件出现下列状态之一时,应认为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,如水池开裂引起渗漏);
(3) 影响正常使用的振动;
(4) 影响正常使用的其它特定状态。
极限状态设计法
在进行结构设计时,就应针对不同的极限状态,根据结构的特点和使用要求,给出具体的标志极限值,以作为结构设计的依据。
这种以相应于结构各种功能要求的极限状态作为结构设计依据的设计方法,就称为“极限状态设计法”。