【正文】 2020 年一級注冊建筑師 建筑結(jié)構(gòu)要點總結(jié) 第 1 講講義 教材與大綱 本次課程所使用的教材是《 2020年全國一級注冊建筑師考試培訓輔導用書》，由 “ 住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部執(zhí)業(yè)資格注冊中心網(wǎng) ” 所編著，由 “ 中國建筑工業(yè)出版社 ” 出版。 建筑結(jié)構(gòu)基本功能 第一章 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計方法與荷載 第一節(jié) 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計方法 應用我國現(xiàn)行設(shè)計規(guī)范進行結(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。 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）必須保證完成預定的功能，這些功能包括： （ 1）安全性，即建筑結(jié)構(gòu)在正常施工和正常使用時，能承受可能出現(xiàn)的各種作用（如荷載、溫度變化、正常維修）。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。 （ 2）適用性，即建筑結(jié)構(gòu)在正常使用過程中，應保持良好的工作性能。例如結(jié)構(gòu)構(gòu)件應有足夠的剛度，以免產(chǎn)生過大的振動和變形，使人產(chǎn)生不適的感覺。 （ 3）耐久性，即建筑結(jié)構(gòu)在正常維修條件應能在規(guī)定的設(shè)計使用年限滿足安全、實用性的要求。 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)件不需進行大修，即可按預定目的使用的時期，我國現(xiàn)行規(guī)范規(guī)定的設(shè)計使用年限應按表 11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)計基準期。它不等同于建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計使用年限?！督y(tǒng)一標準》規(guī)定的設(shè)計基準期為 50年。相應的《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》所考慮的荷載統(tǒng)計參數(shù)都是按設(shè)計基準期為 50年確定的，如設(shè)計時需采用其他設(shè)計基準期，則必須另行確定在設(shè)計基準期內(nèi)最大荷載的概率分布及相應的統(tǒng)計參數(shù)。 結(jié)構(gòu)功能的極限狀態(tài)與設(shè)計狀況 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)是否卡靠與失效，其分界標志就是極限狀態(tài)。當整個結(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，這種特定狀態(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) 當結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件達到最大承載能力，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例如煙囪在風荷載作用下整體傾翻。 （ 2）結(jié)構(gòu)構(gòu)件或連接因超過材料強度而破壞（包括疲勞破壞），例如軸心受壓短柱中的混凝土和鋼筋分別達到抗壓強度而破壞，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動體系，例如簡支梁跨中截面達 到抗彎承載力形成三鉸共線的機動體系，從而喪失承載能力。 （ 4）結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件喪失穩(wěn)定（如壓屈等），例如細長柱達到臨界荷載后因壓曲失穩(wěn)而破壞。 （ 5）地基喪失承載能力而破壞（如失穩(wěn)等）。 事實上，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)對應于結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件達到正常使用或耐久性能的某項規(guī)定限值的狀態(tài)。當出現(xiàn)下列狀態(tài)之一時，即認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，如梁的撓度過大影響正常使用。 （ 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，如樓板的振幅過大影響正常使用； （ 4）影響正常使用的其他特定狀態(tài)，如基礎(chǔ)產(chǎn)生不均勻沉降過大。 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、爆炸、撞擊、罕遇地震等作用。 這三種設(shè)計狀況分別對應不同的極限狀態(tài)設(shè)計。對于持久狀況、短暫狀況和偶然狀況，都必須進行承載能力極限狀態(tài)設(shè)計；對于持久狀況，尚應進行正常使用極限狀態(tài)設(shè)計；而對于短暫狀況，可根據(jù)需要進行正常使用極限狀態(tài)設(shè)計。 2020 年一級注冊建筑師 建筑結(jié)構(gòu)要點總結(jié) 第 2 講講義 承載力極限狀態(tài)設(shè)計表達式 三、結(jié)構(gòu)極限狀態(tài)的設(shè)計表達式 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計應根據(jù)使用過程中在結(jié)構(gòu)上可能同時出現(xiàn)的荷 載，按承載能力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)分別進行荷載（效應）組合，并應取各自的最不利的效應組合進行設(shè)計。 1．承載力極限狀態(tài)設(shè)計表達式 根據(jù)《荷載規(guī)范》的要求，結(jié)構(gòu)構(gòu)件承載力設(shè)計應根據(jù)荷載效應的基本組合或偶然組合進行，其一般表達式為 （ 11） 式中 γ 0—— 結(jié)構(gòu) 重要性系數(shù)； S—— 結(jié)構(gòu)效應組合的設(shè)計值； R—— 結(jié)構(gòu)構(gòu)件抗力的設(shè)計值，應按各有關(guān)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范的規(guī)定確定。 (1)結(jié)構(gòu)構(gòu)件重要性系數(shù) γ 0 根據(jù)《建筑結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計統(tǒng)一標準》，在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計時，根據(jù)破壞可能產(chǎn)生的后果 (危及人的生命安全、造成經(jīng)濟損失、產(chǎn)生社會影響等 )的嚴重性，采用不同的安全等級。建筑的安全等級見表 12 表 12 在抗震設(shè)計中不考慮結(jié)構(gòu)構(gòu)件的重要性系數(shù)。 建筑物中各類結(jié)構(gòu)的安全等級，宜與整個結(jié)構(gòu)的安全等級相同。對于其中部分結(jié)構(gòu)構(gòu)件的安全等級可進行調(diào)整，根據(jù)需要對某些構(gòu)件的安全等級采取提高一級或降 低一級。 (2)荷載效應組合設(shè)計值 S 1)荷載效應基本組合 a．對于基本組合，荷載效應組合的設(shè)計值 S應從下列組合值中取最不利值確定： (a)由可變荷載效應控制的組合： （ 12） 式中 γ G— 永久荷載的分項系數(shù)，應按《荷載規(guī)范》第 3． 2． 5 條采用 ； γ Qi—— 第 i 個可變荷載的分項系數(shù)，其中 γ Q1為可變荷載 Q1的分項系數(shù)，應按《荷載規(guī)范》第 3． 2． 5 條采用； SGk—— 按永久荷載標準值 Gk計算的荷載效應值； SQik—— 按可變荷載標準值 Qik計算的荷載效應值，其中 SQ1k為諸可變荷載效應中起控制作用者； ψ ci—— 可變荷載 a的組合值系數(shù)，應分別按《荷載規(guī)范》各章的規(guī)定采用； n—— 參與組合的可變荷載數(shù)。 (b)由永久荷載效應控制的組合： （ 13） 注： ① 基本組合中的設(shè)計值僅適用于荷載與荷載效應為線性的情況。 ② 當對 SQlk無法明顯判斷時，輪次以各可變荷載效應為 SQlk，選其中最不利的荷載效應組合。 ③ 當考慮以豎向的永久荷載效應控制的組合時，參與組合的可變荷載僅限于豎向荷載。 b．對于一般排架、框架結(jié)構(gòu)，基本組合可采用簡化規(guī)則，并應按下列組合值中取最不利值確定： (a)由可變荷載效應控制的組合： （ 14） (b)由永久荷載效應控制的組合仍按公式 (13)式采用。 c．基本組合的荷載分項系數(shù)，應按下列規(guī)定采用： (a)永久荷載的分項系數(shù)： I當其效應對結(jié)構(gòu)不利時 對由可變荷載效應控制的組合 ，應取 1． 2； 對由永久荷載效應控制的組合，應取 1． 35。 Ⅱ 當其效應對結(jié)構(gòu)有利時 一般情況下應取 1． 0； 對結(jié)構(gòu)的傾覆、滑移或漂浮驗算，應取 0． 9。 (b)可變荷載的分項系數(shù)： 一般情況下應取 1． 4； 對標準值大于 4kN／㎡的工業(yè)房屋樓面結(jié)構(gòu)的活荷載應取 1． 3。 注：對于某些特殊情況，可按建筑結(jié)構(gòu)有關(guān)設(shè)計規(guī)范的規(guī)定確定。 2)荷載效應偶然組合 對于偶然組合，荷載效應組合的設(shè)計值宜按下列規(guī)定確定；偶然荷載的代表值不乘分項系數(shù)： 與偶然荷載同時出現(xiàn)的其他荷載可根據(jù)觀測資料和工程經(jīng)驗采用適當?shù)拇碇?。各種情況下荷載效應的設(shè)計值公式，可由有關(guān)規(guī)范另行規(guī)定。 正常使用極限狀態(tài)表達式 2．正常使用極限狀態(tài)表達式 對于正常使用極限狀態(tài)，應根據(jù)不同的設(shè)計要求，采用荷載的標準組合、頻遇組合或準永久組合，并應按下列設(shè)計表達式進行設(shè)計： S≤C (1— 6) 式中 C—— 結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件達到正常使用要求的規(guī)定限值，例如變形、裂縫、振幅、加速度、應力等的限值，應按各有關(guān)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范的規(guī)定采用。 所謂標準組合，主要用于當一個極限狀態(tài)被超越時將產(chǎn)生嚴重的永久性損害的情況，其荷載效應組合的設(shè)計值 S應按下式采用： （ 16） 注：組合中的設(shè)計值僅適用于荷載與荷載效應為線性的情況。 所謂頻遇組合，主要用于當一個極限狀態(tài)被超越時將產(chǎn)生局部損害、較大變形或短暫 振動等情況。其荷載效應組合的設(shè)計值 S應按下式采用： （ 17） 式中 ψ f1— 可變荷載 Q1的頻遇值系數(shù)，應按有關(guān)的規(guī)定采用； ψ qi—— 可變荷載 Qi的準永久值系數(shù)，應按有關(guān)的規(guī)定采用。 注：組合中的設(shè)計值僅適用于荷載與荷載效應為線性的情況。 所謂準永久組 合，當長期效應是決定先因素的一下情況，其荷載效應組合的設(shè)計值 S可按下式采用： （ 18） 注：組合中的設(shè)計值僅適用于荷載與荷載效應為線性的情況。 結(jié)構(gòu)的可靠度與可靠指標 四、結(jié)構(gòu)的可靠度與可靠指標 2020 年一級注冊建筑師 建筑結(jié)構(gòu)要點總結(jié) 第 3 講講義 結(jié)構(gòu)上的作用、作用效應和 結(jié)構(gòu)抗力 第二節(jié) 作用和作用效應 一、結(jié)構(gòu)上的作用、作用效應和結(jié)構(gòu)抗力 結(jié)構(gòu)產(chǎn)生各種效應的原因，統(tǒng)稱為結(jié)構(gòu)上的作用。結(jié)構(gòu)上的作用包括直接作用和間接作用。直接作用指的是施加在結(jié)構(gòu)上的集中力或分布力，例如結(jié)構(gòu)自重、樓面活荷載和設(shè)備自重等。直接作用的計算一般比較簡單，引起的效應比較直觀。間接作用指的是引起結(jié)構(gòu)外加變形或約束變形的作用，例如溫度的變化、混凝土的收縮或徐變、地基的變形、焊接變形和地震等，這類作用不是以直接施加在結(jié)構(gòu)上的形式出現(xiàn)的，但同樣引起結(jié)構(gòu)產(chǎn)生效應。間接作用的計算和引起的效應一 般比較復雜，例如地震會引起建筑物產(chǎn)生裂縫、傾斜下沉以至倒塌，但這些破壞效應不僅僅與地震震級、烈度有關(guān)，還與建筑物所在場地的地基條件、建筑物的基礎(chǔ)類型和上部結(jié)構(gòu)體系有關(guān)。 過去習慣上將上述兩類不同性質(zhì)的作用統(tǒng)稱為荷載。例如將溫度變化稱為溫度荷載，將地震作用稱為地震荷載等，這樣就混淆了兩類不同性質(zhì)的作用，特別是對間接作用的復雜性認識不足。 根據(jù)目前結(jié)構(gòu)理論發(fā)展水平以及現(xiàn)有規(guī)范頒布的現(xiàn)狀，對直接作用在結(jié)構(gòu)上的荷載可按《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》（ GB 50009— 2020）（以下簡稱《荷載規(guī)范》）的規(guī)定采 用，對間接作用，除了對地震作用按《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》（ GB 50011— 2020）（以下簡稱《抗震規(guī)范》）的規(guī)定采用外，其余的間接作用暫時還未制定相應的規(guī)范。 考慮到廣大設(shè)計人員的現(xiàn)狀及習慣上的銜接，目前還未將兩類作用嚴格劃分，而將其簡稱為荷載。 作用在結(jié)構(gòu)上的直接作用或間接作用，將引起結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件產(chǎn)生內(nèi)力（如軸力、彎矩、剪力、扭矩等）和變形（如撓度、轉(zhuǎn)角、側(cè)移、裂縫等），這些內(nèi)力和變形總稱為作用效應，其中由直接作用產(chǎn)生的作用效應稱為荷載效應。 結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件承受內(nèi)力和變形的能力， 稱為結(jié)構(gòu)的抗力，如構(gòu)件的承載能力、剛度的大小、抗裂縫的能力等。結(jié)構(gòu)抗力與結(jié)構(gòu)構(gòu)件的截面形式、截面尺寸及材料強度等級等因素有關(guān)。 荷載的分類 二、荷載的分類 荷載是一個不確定的隨機變量。在《建筑結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計統(tǒng)一標準》（Ｇ B 50068 一 2020》（以下簡稱《統(tǒng)一標準》）中，規(guī)定設(shè)計基準期為 50年，在這段期間內(nèi)，荷載不僅在量值上是變化的，并且，作用在結(jié)構(gòu)上的時間持續(xù)性也是變化的。因此在《荷載規(guī)范》中，將荷載按以下原則進行了分類。 1．按隨時間變異分類 （ 1）永久荷載（亦稱恒載）。在設(shè)計基準期 內(nèi)，其量值不隨時間變化，或即使有變化，其變化值與平均值相比可以忽略不計的荷載。如結(jié)構(gòu)的自重、土壓力、預應力等。 （ 2）可變荷載（亦稱活載）。在設(shè)計基準期內(nèi)，其量值隨時間變化，且其變化值與平均值相比不能忽略的荷載。如樓（屋）面活荷載、屋面積灰荷載、雪荷載、風荷載、吊車荷載等。 （ 3）偶然荷載。在設(shè)計基準期內(nèi)，可能出現(xiàn)，也可能不出現(xiàn)，但一旦出現(xiàn)，其量值很大且持續(xù)時間很短的荷載。如地震、爆炸力、撞擊力等。 2．按隨空間位置的變異分類 （ 1）固定荷載。在結(jié)構(gòu)空間位置上具有固定分布的荷載。如結(jié)構(gòu)自重、樓面上的固定設(shè)備 荷載等。 （ 2）自由荷載。在結(jié)構(gòu)上的一定范圍內(nèi)可以任意分布的荷載。如民用建筑樓面上的活荷載、工業(yè)建筑中的吊車荷載等。 3．按結(jié)構(gòu)的動力反應分類 （ 1）靜態(tài)荷載。對結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件不產(chǎn)生加速度或產(chǎn)