【文章內(nèi)容簡介】 （ 正常設(shè)計 、 正常施工 、 正常使用和維護 ） ，完成預(yù)定結(jié)構(gòu)功能的能力 。 ■ 結(jié)構(gòu)可靠性越高 ， 建設(shè)造價投資越大 。 ■ 如何在結(jié)構(gòu)可靠與經(jīng)濟之間取得均衡 ， 就是設(shè)計方法要解決的問題 。 ■ 顯然這種可靠與經(jīng)濟的均衡受到多方面的影響 ， 如國家經(jīng)濟實力 、 設(shè)計工作壽命 、 維護和修復(fù)等 。 ■ 規(guī)范規(guī)定的設(shè)計方法 ， 是這種均衡的最低限度 ， 也是國家法律 。 ■ 設(shè)計人員可以根據(jù)具體工程的重要程度 、 使用環(huán)境和情況以及業(yè)主的要求 ， 提高設(shè)計水準(zhǔn) ， 增加結(jié)構(gòu)的可靠度 。 ■ 經(jīng)濟的概念不僅包括第一次建設(shè)費用 ， 還應(yīng)考慮維修 ， 損失及修復(fù)的費用 。 一、 結(jié)構(gòu)功能的極限狀態(tài) ◆ 結(jié)構(gòu)能夠滿足功能要求而良好地工作，則稱結(jié)構(gòu)是 “ 可靠 ”的或 “ 有效 ” 的。反之，則結(jié)構(gòu)為 “ 不可靠 ” 或 “ 失效 ” 。 ◆ 區(qū)分結(jié)構(gòu) “ 可靠 ” 與 “ 失效 ” 的臨界工作狀態(tài)稱為 “ 極限狀態(tài) ” 表 1 鋼筋混凝土簡支梁的可靠、失效和極限狀態(tài)概念 結(jié)構(gòu)的功能 可靠 極限狀態(tài) 失效 安全性 受彎承載力 M M u M = M u M M u 適用性 撓度變形 f [f ] f = [f] f [f] 耐久性 裂縫寬度 w m a x [w m a x ] w m a x = [w m a x ] w m a x [w m a x ] 承載力能力極限狀態(tài) 超過該極限狀態(tài) ， 結(jié)構(gòu)就不能滿足預(yù)定的安全性功能要求 。 ◆ 結(jié)構(gòu)或構(gòu)件達到最大承載力 （ 包括疲勞 ） ◆ 結(jié)構(gòu)整體或其中一部分作為剛體失去平衡 （ 如傾覆 、 滑移 ） ◆ 結(jié)構(gòu)塑性變形過大而不適于繼續(xù)使用 ◆ 結(jié)構(gòu)形成幾何可變體系 （ 超靜定結(jié)構(gòu)中出現(xiàn)足夠多塑性鉸 ） ◆ 結(jié)構(gòu)或構(gòu)件喪失穩(wěn)定 （ 如細(xì)長受壓構(gòu)件的壓曲失穩(wěn) ） 正常使用極限狀態(tài) 超過該極限狀態(tài) ， 結(jié)構(gòu)就不能滿足預(yù)定的適用性和耐久性的功能要求 。 ◆ 過大的變形 、 側(cè)移 （ 影響非結(jié)構(gòu)構(gòu)件 、 不安全感 、 不能正常使用 （ 吊車 ） 等 ） ； ◆ 過大的裂縫 （ 鋼筋銹蝕 、 不安全感 、 漏水等 ） ； ◆ 過大的振動 （ 不舒適 ） ； ◆ 其他正常使用要求 。 二、極限狀態(tài)方程 S—— 荷載效應(yīng) 結(jié)構(gòu)上的各種作用（如荷載、不均勻沉降、溫度變形、收縮變形、地震等）產(chǎn)生的效應(yīng)總和（ 如彎矩 M、軸力 N、剪力V、扭矩 T、撓度 f、裂縫寬度 w 等） S = S(Q) R——結(jié)構(gòu)抗力 結(jié)構(gòu)抵抗作用效應(yīng)的能力，如受彎承載力 Mu、受剪承載力 Vu、容許撓度 [f]、容許裂縫寬度 [w] R = R(fc, fy, A, h0, As, …) S = R 極限狀態(tài) S R 失效 S R 可靠 ◆ 極限狀態(tài)設(shè)計法 以相應(yīng)于結(jié)構(gòu)各種功能要求的極限狀態(tài)作為結(jié)構(gòu)設(shè)計依據(jù)的設(shè)計方法，稱為 極限狀態(tài)設(shè)計法 。 除要求對承載力 （安全性） 極限狀態(tài)進行設(shè)計外，還包括撓度（適用性） 和裂縫寬度 （耐久性） 的極限狀態(tài)的設(shè)計。 對于承載力極限狀態(tài)，針對荷載、材料的不同變異性，不再采用單一的安全系數(shù)，而采用多系數(shù)表達 0( ) ( )ykckq i i k u scyffM k q M A b hkk??? ， ， ， ， ，◎ 材料強度 fck 和 fyk 是根據(jù)統(tǒng)計后按一定保證率取其下限分位值 ， 反映的材料強度的變異性 。 ◎ 荷載值 qik 也盡可能根據(jù)各種荷載的統(tǒng)計資料 ， 按一定保證率取其上限分位值 。 ◎ 荷載系數(shù) kqi ， 材料強度系數(shù) kc 和 ky 仍按經(jīng)驗確定 ， 但對于不同荷載的變異大小 ， 可取不同的荷載系數(shù) 。 167。 作用效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)值 Sk ◆ 作用效應(yīng) S的不確定性就主要取決于結(jié)構(gòu)上作用 Q的不確定性 QCS ??11GQS C G C Q? ? ? ? ?★ 永久荷載 G ★ 可變荷載 Q ★ 偶然荷載（作用） ◆ 不同的荷載，其變異情況不同。根據(jù)統(tǒng)計分析可以確定一個具有一定保證率（如 95%）的上限荷載分位值，該特征值稱為荷載標(biāo)準(zhǔn)值（符號 Gk， Qik）。 ◆ 按荷載標(biāo)準(zhǔn)值確定的荷載效應(yīng)，稱為荷載效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)值 Sk ◆ 有多個可變荷載同時作用的情況，考慮到它們同時達到標(biāo)準(zhǔn)值的可能性較小，考慮荷載組合系數(shù) ?， 112nk G k Q k Q i Q i i kiS C G C Q C Q??? ? ? ? ? ? ??結(jié)構(gòu)抗力標(biāo)準(zhǔn)值 Rk 0()k c k y k sR R f f A b h??， ， ， ， ，fck、 fyk分別為混凝土和鋼筋的強度標(biāo)準(zhǔn)值，截面尺寸 b、 h0和配筋 As取設(shè)計值。 實用設(shè)計表達式 ?0 S ? R 式中 S ––– 內(nèi)力組合設(shè)計值 ?0 ––– 結(jié)構(gòu)構(gòu)件的重要性系數(shù)， 對一、二、三級分別取 , , R ––– 結(jié)構(gòu)構(gòu)件的承載力設(shè)計值 R = R( ) = R(fc , fy , ?k ,… ) 承載能力極限狀態(tài)設(shè)計表達式 內(nèi)力組合設(shè)計值 ?基本組合： ?????niiciQiQi QcγQcGcS2kk1Q11QkGG ???式中 ?G ––– 永久荷載分項系數(shù)。有利時取 ， 不利時取 。 Gk ––– 永久荷載標(biāo)準(zhǔn)值，根據(jù)荷載規(guī)范取值。 一般情況取 ?Q =， 當(dāng)樓面活荷載標(biāo)準(zhǔn)值大于 4kN/m2， 取 ?Q = Qik ––– 活荷載標(biāo)準(zhǔn)值。 cG, cQ1, cQi, ––– 永久荷載及活荷載的作用效應(yīng)系數(shù) ?ci ––– 第 i個可變荷載的組合系數(shù) 無風(fēng) 有風(fēng) ?Qi ––– 活荷載分項系數(shù)。 結(jié)構(gòu)構(gòu)件的承載力設(shè)計值 R = R( ) = R(fc , fy , ?k ,… ) 是由材料強度的標(biāo)準(zhǔn)值 fck除以砼材料分項系數(shù) ?c 。 fc ––– 混凝土材料強度設(shè)計值。 fck是由數(shù)理統(tǒng)計分析且具有 95%的保證率的材料強度。 是由鋼材強度的標(biāo)準(zhǔn)值 fyk除以材料分項系數(shù) (?s )求得。 ?結(jié)構(gòu)構(gòu)件的抗力應(yīng)根據(jù)截面的受力狀態(tài)不同用相應(yīng)的計算模型確定。 fy ––– 鋼材強度設(shè)計值。 fyk是由數(shù)理統(tǒng)計且具有 95%保證率的材料強度。 ?結(jié)構(gòu)或構(gòu)件超過正常使用極限狀態(tài)時所造成的財產(chǎn)和生命損失要小于超過承載力極限狀態(tài)的后果 ，故其可靠度指標(biāo)要低一些 。 在荷載效應(yīng)及結(jié)構(gòu)抗力計算中均 。 采用標(biāo)準(zhǔn)值 ?結(jié)構(gòu)或構(gòu)件在持荷作用下，其裂縫和變形會隨時間的推移而發(fā)展，因此討論其荷載組合時應(yīng)考慮 和 的組合。 短期效應(yīng) 長期效應(yīng) 正常使用極限狀態(tài)設(shè)計表達式 變形及裂縫寬度的驗算 ? 變形驗算 式中 f ––– 受彎構(gòu)件按荷載短期效應(yīng)組合并考慮長期效應(yīng)組合影響計算的最大撓度。 flim––– 《 規(guī)范 》 允許撓度 。 f ? flim ? 裂縫驗算 《 規(guī)范 》 按使用階段對結(jié)構(gòu)構(gòu)件裂縫的不同要求，將裂縫控制等級分為三級： 一級： 嚴(yán)格要求不裂，使用階段不允許出現(xiàn)拉應(yīng)力。 二級： 一般要求不裂，使用階段允許出現(xiàn)拉應(yīng)力，但應(yīng)作限制。 三級： 允許開裂，應(yīng)驗算裂縫寬度： wmax ? wlim 3. 3. 5 結(jié)構(gòu)構(gòu)件應(yīng)根據(jù)結(jié)構(gòu)類別和本規(guī)范表 3 . 5. 2 條規(guī)定的環(huán)境類別，按表 3. 4 . 5 的規(guī)定選用不同的裂縫控制等級及最大裂縫寬度限值l im?。 表 結(jié)構(gòu)構(gòu)件的裂縫控制等級及最大裂縫寬度的限值（ mm ） 鋼筋混凝土 結(jié)構(gòu) 預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu) 環(huán)境類別 裂縫控制等級 l i m? 裂縫控制等級 l i m? 一 0. 30 （ 0. 40 ） 0. 20 二 a 三級 0. 10 二 b 二級 — 三 a 、三 b 三級 0. 20 一級 — ? 荷載效應(yīng)組合值 1. 標(biāo)準(zhǔn)組合： 主要用于當(dāng)一個極限狀態(tài)被超越時將產(chǎn)生嚴(yán)重的永久性損壞的情況。 2. 頻遇組合： 主要用于當(dāng)一個極限狀態(tài)被超越時將產(chǎn)生局部損壞、較大變形或短暫震動等的情況。 3. 準(zhǔn)永久組合： 主要用于當(dāng)長期效應(yīng)是決定性因素的一些情況。 kQ2 cQ 1 kGk ini i SSSS ????? ?kQ2 qQ 1 kf1Gk ini i SSSS ????? ??kQ1 qGk ini i SSS ???? ?第四節(jié) 鋼筋混凝土受彎構(gòu)件 正截面承載力計算 受彎構(gòu)件： 同時受到彎矩 M和剪力 V共同作用 , 而 軸力 N可以忽略的構(gòu)件 。 p p l l l M pl V p ? 受彎構(gòu)件截面類型：梁、板 ( a ) ( b ) ( c ) ( d ) ( e ) ( f ) ( g ) 建筑工程中常用受彎構(gòu)件截面類型：梁、板 橋涵工程中常用受彎構(gòu)件截面類型：梁、板 (a ) ( b ) (c)( d ) ( e ) (f)(g ) (h)梁板結(jié)構(gòu) 擋土墻板 梁式橋 受彎構(gòu)件的 主要破壞形態(tài) : 沿彎矩最大的截面破壞，破壞截面與構(gòu)件的軸線垂直 沿剪力最大或彎矩和剪力都較大的截面破壞，破壞截面與構(gòu)件的軸線斜交 受彎構(gòu)件的 配筋形式 彎起鋼筋 箍筋 P P 剪力引起的斜裂縫 彎矩引起的垂直裂縫 架立筋 縱筋 一、 梁板結(jié)構(gòu)的一般構(gòu)造 與構(gòu)件的計算軸線相垂直的截面稱為 正截面 。 結(jié)構(gòu)和構(gòu)件要滿足 承載能力極限狀態(tài) 和 正常使用極限狀態(tài) 的要求 。 梁 、 板正截面受彎承載力計算就是從滿足承載能力極限狀態(tài)出發(fā)的 ， 即要求滿足 M≤Mu 式中的 M是受彎構(gòu)件正截面的彎矩設(shè)計值 ， 它是由結(jié)構(gòu)上的作用所產(chǎn)生的 內(nèi)力設(shè)計值 ； Mu是受彎構(gòu)件正截面受彎承載力的設(shè)計值 ， 它是由正截面上材料所產(chǎn)生的 抗力 。 （ 1） 截面形狀 梁 、 板常用矩形 、 T形 、 I字形 、 槽形 、 空心板和倒 L形梁等對稱和不對稱截面 。 (2) 梁、板的截面尺寸 ? 1)矩形截面梁的高寬比 h/b一般取 ～ ； T形截面梁的 h/b一般取 ～ (此處 b為梁肋寬 )。 矩形截面的寬度或 T形截面的肋寬b一般取為 1 150、 (180)