一、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。
(二)荷载分项系数与荷载设计值;
1.荷载分项系数
它是设计计算中反映荷载不定性关系与结构可靠度相关联的分项系数,其值为:
(1)永久荷载分项系数γG:当其效应对结构不利时,对由可变荷载控制的组合,取1.2;对由永久荷载控制的组合,取1.35。当其效应对结构有利时,一般情况下取1.0;对结构的倾覆、滑移或漂浮验算,应取0.9。
(2)可变荷载分项系数γQ:一般情况下取1.4,对标准值大于4kN/m2的工业房屋楼面结;构的活荷载应取1.3。
2.荷载设计值
荷载设计值为荷载代表值乘以荷载分项系数后的值。只有按承载力极限状态计算荷载效应时才需考虑荷载分项系数与荷载设计值。
(三)材料强度指标取值
1.强度标准值
强度标准值是结构设计时采用的材料性能基本代表值。材料强度的概率分布宜采用正态分布。材料强度的标准值可取其概率分布的0.05分位值确定,即μR-1.645σR值,它具有95%的保证率。
2.材料分项系数
材料分项系数是在按承载力极限状态设计时,按规定的可靠度指标[β]值在计算模式中所采用的系数值,我国规范根据[β]值(参见复习教程P311)及材料、几何参数、荷载基本参量,求出了各种结构用的材料分项系数。
3.材料强度设计值
材料强度设计值是指材料强度的标准值ƒk除以材料分项系数后的值(其值详见有关设计规范)。在承载力极限状态设计中采用材料强度设计值。
(四)极限状态设计实用表达式
1.按承载力极限状态设计表达式
我国《混凝土规范》采用以概率理论为基础的极限状态设计法,结构构件的承载力设计应根据荷载效应的基本组合和偶然组合进行,其一般公式为
γ0S≤R
1)结构构件重要性系数
对安全等级不同的结构,结构构件重要性系数取值如下:
安全等级为一级γ0=1.1
安全等级为二级γ0=1.O
安全等级为三级γ0=0.9
建筑物中各类结构构件的安全等级,宜与整个结构的安全等级相同,对其中部分结构构件的安全等级可根据其重要程度适当调整,但不得低于三级。
2)荷载效应的组合设计值S
(1)荷载效应基本组合。
(2)偶然组合。荷载效应组合的设计值宜按下列规定确定:偶然荷载的代表值不乘分项系数,与偶然荷载同时出现的其他荷载可根据观测资料和工程经验采用适当的代表值。
(3)结构构件承载力设计值R。结构构件承载力设计值取决于截面几何尺寸、截面材料种类、强度等级、截面形式等因素。
2.正常使用极限状态表达式
正常使用极限状态应根据不同的设计要求,采用荷载的标准组合、频遇组合、准永久组合或标准组合并考虑长期作用影响,采用下列极限状态设计表达式
S≤C (17 -25)
式中:C——结构或结构构件达到正常使用要求的规定限值,例如变形、裂缝、应力等限值。
3.挠度验算
4.裂缝验算
根据正常使用阶段对结构构件裂缝的不同要求,将结构构件正截面的裂缝控制等级分为三级:
5.耐久性规定
混凝土结构应根据设计使用年限和环境类别进行耐久性设计。混凝土结构暴露的环境类别应按表17-3的要求划分;设计使用年限为50年的混凝土结构。