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第一節(jié) 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計方法

根據(jù)《建筑結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》(GB50068-2001)所確定的建筑結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計的基本原則，應(yīng)用我國現(xiàn)行設(shè)計規(guī)范進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計時，采用的是以概率理論為基礎(chǔ)的極限狀態(tài)設(shè)計方法，使建筑結(jié)構(gòu)符合技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理，安全適用、確保質(zhì)量的要求。

一、建筑結(jié)構(gòu)基本功能

結(jié)構(gòu)在規(guī)定的時間(設(shè)計使用年限)，在規(guī)定的條件下(正常設(shè)計、施工、使用、維修)必須保證完成預(yù)定的功能，這些功能包括：

(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。并且在設(shè)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(hù)下具有足夠的耐久性能。

結(jié)構(gòu)在正常維護(hù)條件應(yīng)能在規(guī)定的設(shè)計使用年限滿足安全、實(shí)用性的要求。

上述對結(jié)構(gòu)安全性、適用性、耐久性的要求總稱為結(jié)構(gòu)的可靠性。結(jié)構(gòu)的可靠性的概率度量稱為結(jié)構(gòu)的可靠度。也就是說，可靠度是指在規(guī)定的時間內(nèi)和規(guī)定的條件下，結(jié)構(gòu)完成預(yù)定功能的概率。

結(jié)構(gòu)的設(shè)計使用年限是指設(shè)計規(guī)定的結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件不需進(jìn)行大修，即可按預(yù)定目的使用的時期，我國現(xiàn)行規(guī)范規(guī)定的設(shè)計使用年限應(yīng)按表11-1采用。

由此可見，我國通常的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的使用年限是50年。對于按照我國現(xiàn)行設(shè)計規(guī)范選用的可變作用及與時間有關(guān)的材料性能等取值而選用的時間參數(shù)則稱為設(shè)計基準(zhǔn)期。它不等同于建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計使用年限�！督ㄖ�結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》(GB50086-2001)規(guī)定的設(shè)計基準(zhǔn)期為50年。相應(yīng)的《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》(GB50009-2001)所考慮的荷載統(tǒng)計參數(shù)都是按設(shè)計基準(zhǔn)期為50年確定的，如設(shè)計時需采用其他設(shè)計基準(zhǔn)期，則必須另行確定在設(shè)計基準(zhǔn)期內(nèi)最大荷載的概率分布及相應(yīng)的統(tǒng)計參數(shù)。

二、結(jié)構(gòu)功能的極限狀態(tài)與設(shè)計狀況

區(qū)分結(jié)構(gòu)是否可靠與失效，其分解標(biāo)志就是極限狀態(tài)。當(dāng)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(shè)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)可分為兩類：

1.承載能力極限狀態(tài)

當(dāng)結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件達(dá)到最大承載能力，或產(chǎn)生了不適于繼續(xù)承載的變形時，即認(rèn)為超過了承載能力極限狀態(tài)。例如：

(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(qiáng)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(jī)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)。

事實(shí)上，承載能力極限狀態(tài)就是結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件發(fā)揮最大承載能力的狀態(tài)。

2.正常使用極限狀態(tài)

這種極限狀態(tài)對應(yīng)于結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件達(dá)到正常使用或耐久性能的某項(xiàng)規(guī)定限值的狀態(tài)。當(dāng)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(rèn)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(shè)計時，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(shè)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(shè)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(shè)計使用年限相比持續(xù)期很短的狀況，如結(jié)構(gòu)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(zāi)、爆炸、撞擊、罕遇地震等作用。

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