2020一级结构工程师《结构设计》章节考点：基本设计原则

　　基本设计原则

　　根据国家标准《建筑结构可靠度设计统一标准GB50068-2001》(以下简称《结构统一标准》)所确定的原则，结构设计时采用以概率理论为基础的极限状态设计方法。

　　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。

　　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。

　　五、极限状态设计表达式

　　(一)荷载的代表值

　　1.荷载标准值

　　荷载标准值是在结构设计基准期内，正常情况下可能出现的最大荷载值，也是极限状态设计时采用的荷载代表值。

　　永久荷载标准值Gk是按构件的设计尺寸和材料容重的标准值确定的值。

　　可变荷载标准值Qk是统一由实际基准期最大荷载概率分布的某一分位数确定，一般取其有95%保证率的上分位值，即取平均值加1.645标准差。

　　2.荷载组合值

　　荷载组合值为可变荷载标准值乘以荷载组合值系数。这是考虑到两种或两种以上的可变荷载同时达到最大值的可能性较小，在设计中所采用的荷载组合值。

　　3.荷载频遇值

　　荷载频遇值为可变荷载标准值乘以荷载频遇值系数。它是指在设计基准期内被超越的总时间仅为设计基准期一小部分的荷载值;或在设计基准期内其超越概率为某一给定频率的荷载值。

　　4.荷载准永久值

　　荷载准永久值为可变荷载标准值乘以荷载准永久值系数。它是指在设计基准期内被超越的总时间为设计基准期一半的荷载值。