應(yīng)用我國現(xiàn)行設(shè)計(jì)規(guī)范進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí),采用的是以概率理論為基礎(chǔ)的極限狀態(tài)設(shè)計(jì)方法。
一、建筑結(jié)構(gòu)基本功能
結(jié)構(gòu)在規(guī)定的時(shí)間(設(shè)計(jì)使用年限),在規(guī)定的條件下(正常設(shè)計(jì)、施工、使用、維修)必須保證完成預(yù)定的功能,這些功能包括:
。1)安全性
在正常施工和正常使用時(shí),能承受可能出現(xiàn)的各種作用。并且在設(shè)計(jì)規(guī)定的偶然事件(如地震、爆炸)發(fā)生時(shí)及發(fā)生后,仍能保持必需的整體穩(wěn)定性所謂整體穩(wěn)定性。系指在偶然事件發(fā)生時(shí)及發(fā)生后,建筑結(jié)構(gòu)僅產(chǎn)生局部的損壞而不致發(fā)生連續(xù)倒塌。
(2)適用性
在正常使用時(shí)具有良好的工作性能。如不產(chǎn)生影響使用的過大的變形或振幅,不發(fā)生足以讓使用者產(chǎn)生不安的過寬的裂縫。
(3)耐久性
在正常維護(hù)下具有足夠的耐久性能。
結(jié)構(gòu)在正常維護(hù)條件應(yīng)能在規(guī)定的設(shè)計(jì)使用年限滿足安全、實(shí)用性的要求。
上述對(duì)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(shí)間內(nèi)和規(guī)定的條件下,結(jié)構(gòu)完成預(yù)定功能的概率。
結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)使用年限是指設(shè)計(jì)規(guī)定的結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件不需進(jìn)行大修,即可按預(yù)定目的使用的時(shí)期,我國現(xiàn)行規(guī)范規(guī)定的設(shè)計(jì)使用年限應(yīng)按表11-1采用。
由此可見,我國通常的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的使用年限是50年。對(duì)于按照我國現(xiàn)行設(shè)計(jì)規(guī)范選用的可變作用及與時(shí)間有關(guān)的材料性能等取值而選用的時(shí)間參數(shù)則稱為設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期。它不等同于建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)使用年限!督ㄖY(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》(gb50086-2001)規(guī)定的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期為50年。相應(yīng)的《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》(gb50009-2001)所考慮的荷載統(tǒng)計(jì)參數(shù)都是按設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期為50年確定的,如設(shè)計(jì)時(shí)需采用其他設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期,則必須另行確定在設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)最大荷載的概率分布及相應(yīng)的統(tǒng)計(jì)參數(shù)。
二、結(jié)構(gòu)功能的極限狀態(tài)與設(shè)計(jì)狀況
區(qū)分結(jié)構(gòu)是否可靠與失效,其分解標(biāo)志就是極限狀態(tài)。當(dāng)整個(gè)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(jì)規(guī)定的某一功能要求,這 個(gè)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(dāng)結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件達(dá)到最大承載能力,或產(chǎn)生了不適于繼續(xù)承載的變形時(shí),即認(rèn)為超過了承載能力極限狀態(tài)。例如:
。1)整個(gè)結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)的一部分作為剛體失去平衡(如傾覆等);
。2)結(jié)構(gòu)構(gòu)件或連接因超過材料強(qiáng)度而破壞(包括疲勞破壞),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(jī)動(dòng)體系;
。4)結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件喪失穩(wěn)定(如壓屈等);
。5)地基喪失承載能力而破壞(如失穩(wěn)等)。
事實(shí)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(duì)應(yīng)于結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件達(dá)到正常使用或耐久性能的某項(xiàng)規(guī)定限值的狀態(tài)。當(dāng)結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件出現(xiàn)下列狀態(tài)之一時(shí),即認(rèn)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;
。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(dòng);
。4)影響正常使用的其他特定狀態(tài)。
在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí),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(jì)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(jì)使用年限為同一數(shù)量級(jí)。
。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(jì)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(shí)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(zāi)、爆炸、撞擊、罕遇地震等作用。
這三種設(shè)計(jì)狀況分別對(duì)應(yīng)不同的極限狀態(tài)設(shè)計(jì)。對(duì)于持久狀況、短暫狀況和偶然狀況,都必須進(jìn)行承載能力極限狀態(tài)設(shè)計(jì);對(duì)于持久狀況,尚應(yīng)進(jìn)行正常使用極限狀態(tài)設(shè)計(jì);而對(duì)于短暫狀況,可根據(jù)需要進(jìn)行正常使用極限狀態(tài)設(shè)計(jì)。
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