2019年岩土工程师结构设计考点冲刺（四）

　　一、结构功能要求和设计使用年限

　　结构设计的目的是要使所设计的结构能够完成全部预定功能要求，并具有足够的可靠性。结构功能要求概括地说有下列三个方面：

　　(一)安全性

　　(二)适用性

　　(三)耐久性

　　上述功能要求，即结构在规定的时间内(设计基准期内)，规定的条件下，(正常设计、正常施工、正常使用和正常维修)完成预定功能的能力，称为结构的可靠性。

　　二、结构的极限状态

　　我国《结构统一标准》将结构极限状态分为两类：

　　(一)承载能力极限状态

　　结构或构件达到了最大承载能力，出现疲劳破坏或者产生了不适于继续承载的过大变形。当结构或结构构件出现了下列状态之一时，即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，如烟囱在风力作用下整体倾倒。

　　(2)结构构件或其连接因超过材料强度而破坏(包括疲劳破坏)，如短的轴心受压构件中混凝土和钢筋分别达到抗压强度而破坏，构件中的钢筋锚固长度不够而被拔出，或构件因过度变形而不适于继续承载。

　　(3)结构转变为机动体系，如简支梁跨中截面达到抗弯承载力而形成三铰共线的机动体系，丧失承载能力。

　　(4)结构或构件丧失稳定，如细长柱达到临界荷载后压屈失稳而破坏。

　　(5)地基丧失承载能力而破坏(如失稳等)。

　　(二)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。当出现下列状态之一时，即认为超过了正常使用极限状态：

　　(1)影响正常使用或有碍观瞻的变形，如梁的应变过大影响观瞻或正常使用。

　　(2)影响正常使用或耐久性的局部损坏，如裂缝过宽影响水池的正常使用或导致钢筋锈蚀。

　　(3)影响正常使用的振动，如楼盖梁板的振幅过大影响正常使用。

　　(4)影响正常使用的其他特定状态，如基础相对沉降过大等。

　　三、结构上的作用、作用效应S、结构抗力R，结构的功能函数Z

　　(一)结构上的作用

　　结构上的作用是指施加在结构上的集中或分布荷载(包括永久荷载、可变荷载等)或引起结构外加变形或约束变形因素的总称。

　　施加在结构上的集中荷载与分布荷载称为直接作用;引起结构外加变形或约束变形的其他作用称为间接作用，如基础沉降、温度变化、混凝土收缩、焊接变形等。

　　结构上的作用按下列原则分类：

　　1.按随时间变异分类

　　(1)永久作用：如结构自重、建筑层、土压力等。

　　(2)可变作用：如楼面活荷载、雪荷载、风荷载、吊车荷载等。

　　(3)偶然作用;如爆炸、撞击等作用。

　　2.按随空间位置的变异分类

　　(1)固定作用：如结构自重、固定的设备等。

　　(2)自由作用：如楼面上的活荷载、吊车荷载等。

　　3.按结构的反应特点分类

　　(1)静态作用：使结构或结构构件产生的加速度很小可以忽略不计的作用。如楼面的活荷载等。

　　(2)动态作用：使结构或结构构件产生的加速度不可忽略不计的作用。如吊车荷载、地震作用等。

　　(二)作用效应S

　　施加在结构上的直接作用或者间接作用，以及在结构或结构构件内产生的内力和变形(如轴力、弯矩、剪力、扭矩、挠度、转角、裂缝、应力与应变等)，总称为作用效应，用“S”表示。由直接作用产生的作用效应称之为荷载效应。

　　(三)结构抗力R

　　结构或结构构件承受内力和变形的能力，总称为结构抗力。如构件的承载能力、刚度，抵抗裂缝的能力等。

　　(四)结构的功能函数Z与极限状态方程

　　结构或结构构件的工作状态是处于安全可靠，还是处于失效状态，可以由反映作用效应S与结构抗力R两者之间关系的功能函数Z来表达。结构安全可靠的基本条件应符合下式要求

　　Z= g(R,S)=R-S≥0

　　式(17-9)称之为结构的功能函数，当结构处于极限状态时，则

　　Z=R-S=O (17-10)

　　式(17-10)称之为结构的极限状态方程。

　　功能函数是判别结构失效或可靠的标准

　　当Z>0时，结构处于可靠状态

　　当Z=0时，结构处于极限状态

　　当Z<0时，结构处于失效状态

　　四、结构可靠度

　　结构安全、适用、耐久是结构可靠的标志，总称为结构的可靠性。结构的可靠度是指在规定的设计基准期内(我国为50年)，在规定的条件下(正常设计、正常施工、正常使用)，完成规定功能(结构安全性、适用性、耐久性)的概率。结构可靠度就是结构可靠性的概率度量。