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二級注冊建筑師考試建筑結構與設備：建筑結構設計方法

應用我國現行設計規范進行結構設計時，采用的是以概率理論為基礎的極限狀態設計方法。

一、建筑結構基本功能

結構在規定的時間(設計使用年限)，在規定的條件下(正常設計、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

在正常施工和正常使用時，能承受可能出現的各種作用。并且在設計規定的偶然事件(如地震、爆炸)發生時及發生后，仍能保持必需的整體穩定性所謂整體穩定性。系指在偶然事件發生時及發生后，建筑結構僅產生局部的損壞而不致發生連續倒塌。

(2)適用性

在正常使用時具有良好的工作性能。如不產生影響使用的過大的變形或振幅，不發生足以讓使用者產生不安的過寬的裂縫。

(3)耐久性

在正常維護下具有足夠的耐久性能。

結構在正常維護條件應能在規定的設計使用年限滿足安全、實用性的要求。

上述對結構安全性、適用性、耐久性的要求總稱為結構的可靠性。結構的可靠性的概率度量稱為結構的可靠度。也就是說，可靠度是指在規定的時間內和規定的條件下，結構完成預定功能的概率。

結構的設計使用年限是指設計規定的結構或結構構件不需進行大修，即可按預定目的使用的時期，我國現行規范規定的設計使用年限應按表11-1采用。

由此可見，我國通常的建筑結構設計的使用年限是50年。對于按照我國現行設計規范選用的可變作用及與時間有關的材料性能等取值而選用的時間參數則稱為設計基準期。它不等同于建筑結構的設計使用年限。《建筑結構可靠度設計統一標準》(gb50086-2001)規定的設計基準期為50年。相應的《建筑結構荷載規范》(gb50009-2001)所考慮的荷載統計參數都是按設計基準期為50年確定的，如設計時需采用其他設計基準期，則必須另行確定在設計基準期內最大荷載的概率分布及相應的統計參數。

二、結構功能的極限狀態與設計狀況

區分結構是否可靠與失效，其分解標志就是極限狀態。當整個結構或結構的一部分超過某一特定狀態就不能滿足設計規定的某一功能要求，這 個特定狀態稱為該功能的極限狀態。極限狀態可分為兩類：

1.承載能力極限狀態

當結構或結構構件達到最大承載能力，或產生了不適于繼續承載的變形時，即認為超過了承載能力極限狀態。例如：

(1)整個結構或結構的一部分作為剛體失去平衡(如傾覆等);

(2)結構構件或連接因超過材料強度而破壞(包括疲勞破壞)，或因過度變形而不適 于繼續承載;

(3)結構轉變為機動體系;

(4)結構或結構構件喪失穩定(如壓屈等);

(5)地基喪失承載能力而破壞(如失穩等)。

事實上，承載能力極限狀態就是結構或結構構件發揮最大承載能力的狀態。

2.正常使用極限狀態

這種極限狀態對應于結構或結構構件達到正常使用或耐久性能的某項規定限值的狀態。當結構或結構構件出現下列狀態之一時，即認為超過了正常使用極限狀態：

(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;

(4)影響正常使用的其他特定狀態。

在建筑結構設計時，除了考慮結構功能的極限狀態之外，還須根據結構在施工和使用中的環境條件和影響，區分下列三種設計狀況：

(1)持久狀況，即在結構使用過程中一定出現，其持續期很長的狀況，例如房屋結構承受家具和正常人員荷載的狀況。持續期一般與設計使用年限為同一數量級。

(2)短暫狀況，即在結構施工和使用過程中出現概率較大，而與設計使用年限相比持續期很短的狀況，如結構施工和維修時承受堆料荷載的狀況。

(3)偶然狀況，即在結構使用過程中出現概率很小，且持續期很短的狀況，如結構遭受火災、爆炸、撞擊、罕遇地震等作用。

這三種設計狀況分別對應不同的極限狀態設計。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設計;對于持久狀況，尚應進行正常使用極限狀態設計;而對于短暫狀況，可根據需要進行正常使用極限狀態設計。

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（責任編輯：中大編輯）

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