第 3 章 按近似概率理論的極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法

3.1 極 限 狀 態(tài)

　　3.1.1 結(jié)構(gòu)上的作用、作用效應(yīng)和結(jié)構(gòu)抗力

　　1. 結(jié)構(gòu)上的作用

　　使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生內(nèi)力或變形的原因稱為“作用”，分直接作用和間接作用兩種。

　　(1) 直接作用：荷載

　　(2) 間接作用：混凝土的收縮、溫度變化、基礎(chǔ)的差異沉降、地震等。間接作用不僅與外界因素有關(guān)，還與結(jié)構(gòu)本身的特性有關(guān)。例如，地震對(duì)結(jié)構(gòu)物的作用，不僅與地震加速度有關(guān)，還與結(jié)構(gòu)自身的動(dòng)力特性有關(guān)，所以不能把地震作用稱為“地震荷載”。

　　2. 作用效應(yīng)

　　結(jié)構(gòu)上的作用使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的內(nèi)力(如彎矩、剪力、軸向力、扭矩等)、變形、裂縫等統(tǒng)稱為作用效應(yīng)或荷載效應(yīng)。荷載與荷載效應(yīng)之間通常按某種關(guān)系相聯(lián)系。

　　S = C · Q

　　│ │ └─ 荷載

　　│ └─── 荷載效應(yīng)系數(shù)

　　└──── 荷載效應(yīng)

　　3. 荷載的分類

　　按作用時(shí)間的長(zhǎng)短和性質(zhì)，荷載可分為三類：

　　1)永久荷載 在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使用期間，其值不隨時(shí)間而變化，或其變化與平均值相比可以忽略不計(jì)，或其變化是單調(diào)的并能趨于限值的荷載。例如，結(jié)構(gòu)的自身重力、土壓力、預(yù)應(yīng)力等荷載，永久荷載又稱恒荷載。

　　2)可變荷載 在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使用期內(nèi)其值隨時(shí)間而變化，其變化與平均值相比不可忽略的荷載。例如，樓面活荷載、吊車荷載、風(fēng)荷載、雪荷載等，可變荷載又稱活荷載。

　　3)偶然荷載 在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使用期內(nèi)不一定出現(xiàn)，一旦出現(xiàn)，其值很大且持續(xù)時(shí)間很短的荷載。例如，爆炸力、撞擊力等。

　　4. 荷載的標(biāo)準(zhǔn)值

　　具有一定概率(一般為95%)的最大荷載值稱為荷載標(biāo)準(zhǔn)值。荷載標(biāo)準(zhǔn)值是荷載的基本代表值。對(duì)于結(jié)構(gòu)自重可以根據(jù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)尺寸和材料的重力密度確定;可變荷載標(biāo)準(zhǔn)值由設(shè)計(jì)使用年限內(nèi)最大荷載概率分布的某個(gè)分位值確定。

　　3.1.2 結(jié)構(gòu)的功能要求

　　1. 結(jié)構(gòu)的安全等級(jí)

　　我國(guó)根據(jù)建筑結(jié)構(gòu)破壞時(shí)可能產(chǎn)生的后果嚴(yán)重與否，分為三個(gè)安全等級(jí)：

　　一級(jí)——破壞后果很嚴(yán)重、重要的建筑物;

　　二級(jí)——破壞后果嚴(yán)重、一般的建筑物;

　　三級(jí)——破壞后果不嚴(yán)重、次要建筑物。

　　對(duì)人員比較集中使用頻繁的影劇院、體育館等，安全等級(jí)宜按一級(jí)設(shè)計(jì);建筑物中梁、柱等各類構(gòu)件的安全等級(jí)一般應(yīng)與整個(gè)建筑物的安全等級(jí)相同。

　　2. 結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)使用年限

　　結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)使用年限，是指設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件不需進(jìn)行大修即可按其預(yù)定目的使用的時(shí)期。一般建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)使用年限可為50年。各類工程結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)使用年限是不應(yīng)統(tǒng)一的。例如，橋梁應(yīng)比房屋的設(shè)計(jì)使用年限長(zhǎng)，大壩的設(shè)計(jì)使用年限更長(zhǎng)。

　　注意：結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)使用年限雖與其使用壽命有聯(lián)系，但不等同。超過(guò)設(shè)計(jì)使用年限的結(jié)構(gòu)并不是不能使用，而是指它的可靠度降低了。

　　3. 建筑結(jié)構(gòu)的功能

　　設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)和結(jié)構(gòu)構(gòu)件在規(guī)定的設(shè)計(jì)使用年限內(nèi)，在正常維護(hù)條件下，應(yīng)能保持其使用功能，而不需進(jìn)行大修加固。應(yīng)該滿足的功能要求可概括為：

　　(1)安全性 建筑結(jié)構(gòu)應(yīng)能承受正常施工和正常使用時(shí)可能出現(xiàn)的各種荷載和變形，在偶然事件(如地震、爆炸等)發(fā)生時(shí)和發(fā)生后保持必需的整體穩(wěn)定性，不致發(fā)生倒塌。

　　(2)適用性 結(jié)構(gòu)在正常使用過(guò)程中應(yīng)具有良好的工作性。例如，不產(chǎn)生影響使用的過(guò)大變形或振幅，不發(fā)生足以讓使用者不安的過(guò)寬的裂縫等。

　　(3)耐久性 結(jié)構(gòu)在正常維護(hù)條件下應(yīng)有足夠的耐久性，完好使用到設(shè)計(jì)規(guī)定的年限，即設(shè)計(jì)使用年限。例如，混凝土不發(fā)生嚴(yán)重風(fēng)化、腐蝕、脫落，鋼筋不發(fā)生銹蝕等。