CH.2 建筑结构设计基本原理
1,建筑物结构的荷载
2,极限状态设计法
CH.2 建筑结构设计基本原理
2.1 建筑物结构的荷载
? 作用（ S） （或荷载）
? 作用效应
施加在结构上的集中力或分布力，称为作用 —— 直接作用
引起结构外加变形或约束变形的原因 —— 间接作用
—— 由作用引起的结构或构件的反应
? 结构抗力（ R） —— 结构或结构构件承受效应的能力
q
V
M
2.1.1 基本概念
—— 在结构使用期间,其值 不随时间变化, 或其变
化与平均值相比可以忽略不计 的荷载。也称 恒
荷载 或 恒载 。比如结构自重或土压力等。
—— 在结构使用期间,其值 随时间变化，或其变化
与平均值相比不可以忽略不计 的荷载。也称 活
荷载 或 活载 。比如楼面活载、屋面活载、雪荷
载、风荷载、吊车荷载等。
—— 在结构使用期间 不一定出现,而 一旦出现,其量
值很大而持续时间较短 的荷载。比如爆炸力、
撞击力等。
a.永久荷载
b.可变荷载
c.偶然荷载
2.1.2 荷载分类
? 按时间变异分类
? 按空间变异分类
a.固定荷载 —— 在结构空间位置上具有 固定的分布 ；
b.可动荷载 —— 在结构空间位置 一定范围内可以任意分布 。
a.静态荷载 —— 对结构 不产生动力效应,或小的可以忽略；
b.动态荷载 —— 对结构 产生动力效应,且不可以忽略。
? 按照结构的反应分类
—— 结构计算时，需根据不同的设计要求采用不同的荷载数值。
—— 荷载基本代表值。指在结构使用期间，在正常情
况下出现 具有一定保证率 的 最大荷载 。
—— 当结构同时承受两种或两种以上可变荷载时，
除主导荷载（产生荷载效应最大的荷载）取
标准值,其他伴随荷载取小于其标准值的组
合值为代表值。
—— 在 设计基准期 内经常作用在结构上的 可
变荷载 。
kcc QQ ??
kqq QQ ??
kkorQG
—— 作用于结构上 时而出现, 持续时间较短 的
较大 可变荷载 。
kff QQ ??
a.荷载标准值
b.可变荷载组合值
c.可变荷载准永久值
d.可变荷载频遇值
2.1.3 荷载的代表值
? 恒荷载
按构件或材料单位体积（或单位面积）自重平均值确定。见 P11
表 2-1。
? 楼面及屋面活荷载
1,民用建筑楼面活载见, 规范, 。对多、高层，荷载满布且达到
最大值可能性很小，应适当折减。
2,屋面均布活载分, 上人, 和, 不上人, 两类。
3,雪荷载 ork SS ??
—— 基本雪压。见, 规范,
kS
—— 雪荷载标准值
oS
r? —— 屋面积雪分布系数，即基本雪压换算为屋面水平投影面上的雪荷载的换算系数。
4,风荷载 ozszk ????? ?
k?
z?
o?
s?
z?
—— 风荷载标准值
—— 基本风压，见, 规范,
—— 风压高度变化系数
—— 风荷载体型系数,+为压
力,-为吸力
—— 高度 z处风振系数
屋面均布活载不与雪荷载同时考虑，设计时取其中较大值。
2.2 极限状态设计法
2.2.1 结构功能要求
? 在 设计基准期（ 一般 50年,也有 100和 25年 ）内，满足功
能要求，即 安全性 (S<R),适用性，耐久性 。
?安全性,满足特定的与建筑物功能相适应的承载力极限
状态
?适用性,保证结构在日常使用中满足要求
?耐久性,保证结构的承载力的持续时间与环境适应度
? 功能函数,Z=R-S=g(X1,X2,X3…,Xn)
? 结果分析
? Z=R-S>0：
? Z=R-S<0：
? Z=R-S=0：
处于可靠状态；
处于不可靠状态，即失效；
处于极限状态，此方程称极限状态方程
2.2.3 结构可靠度理论
—— 在规定的时间内 （一般为 50年）,在规定
的条件下 （正常设计、正常施工和正常使
用）,完成预定功能的概率，称为结构的
可靠度，即可靠概率。 以 Ps表示
安全性、适用性、耐久性
a.结构的可靠度
b.失效概率
强度 /荷载值
出
现
概
率
γ 0[S]
μ S
σ Sσ S
[R]
μ R
σ Rσ R
失效 可靠
?
?
??
??
?
?
0
0
dzzfP
dzzfP
s
f
)(
)(
1?? sf PP
—— 结构不能完成预定功能的概率，以 Pf表示。
2.2.3 建筑物的重要度与基准期
? 我国将建筑物的重要程度分为三级，不同级别在计算中取不同的重
要度系数 γ 0,
一级，破坏后果极其严重，属于重要的建筑物； γ 0 =1.1
二级，破坏后果比较严重，属于一般的建筑物； γ 0 =1.0
三级，破坏后果相对不严重，属于比较次要的建筑物。 γ 0 =0.9
? 结构的设计基准期
1.结构保证其设计可靠度指标的时间期限成为 设计基准期,即在基准期
内，结构的可靠度指标完全满足设计要求；
2.设计基准期是测算最大荷载重现期的基本期限；
3.在超过设计基准期后，并非意味着结构的失效，而是其可靠度有所降
低，因此基准期不能等同于建筑物的使用寿命；
4.我国对于多数建筑物的 设计基准期均为 50年,特殊建筑物可以除外；
? 极限状态
—— 结构或构件达到正常使用或耐久性能的某
项规定限值。如过大变形、开裂、振动等。
—— 结构或构件达到最大承载力或产生不适于
继续承载的变形。如倾覆、疲劳破坏、压
屈等。
b.正常使用极限状态
a.承载能力极限状态
我国结构设计是以概率理论为基础的极限状态设计法。
—— 整个结构或结构的一部分超过某一特定状态，或
不能满足设计规定的某一功能要求的特定状态。
2.2.4 极限状态设计法
1,承载能力极限状态表达式
? 极限状态设计表达式
b.由永久荷载控制的效应组合
a.由可变荷载控制的效应组合
? ???????
?
?
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1
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式中：
S,荷载效应,γ G：恒荷载的荷载效应系数,γ Q：荷载分项
系数，
Gk：恒荷载标准值,Q1k,最大的活荷载的标准值，
Ψ,其他活荷载的组合系数
Qik：其他活荷载的标准值
2,正常使用极限状态
a.标准组合
b.频遇组合
c.准永久组合
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? 正常使用极限状态设计包括两个方面：
裂缝控制验算：见 P16表 2-5
受弯构件挠度验算：见 P17表 2-6
The End
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1,建筑物结构的荷载
2,极限状态设计法
CH.2 建筑结构设计基本原理
2.1 建筑物结构的荷载
? 作用（ S） （或荷载）
? 作用效应
施加在结构上的集中力或分布力，称为作用 —— 直接作用
引起结构外加变形或约束变形的原因 —— 间接作用
—— 由作用引起的结构或构件的反应
? 结构抗力（ R） —— 结构或结构构件承受效应的能力
q
V
M
2.1.1 基本概念
—— 在结构使用期间,其值 不随时间变化, 或其变
化与平均值相比可以忽略不计 的荷载。也称 恒
荷载 或 恒载 。比如结构自重或土压力等。
—— 在结构使用期间,其值 随时间变化，或其变化
与平均值相比不可以忽略不计 的荷载。也称 活
荷载 或 活载 。比如楼面活载、屋面活载、雪荷
载、风荷载、吊车荷载等。
—— 在结构使用期间 不一定出现,而 一旦出现,其量
值很大而持续时间较短 的荷载。比如爆炸力、
撞击力等。
a.永久荷载
b.可变荷载
c.偶然荷载
2.1.2 荷载分类
? 按时间变异分类
? 按空间变异分类
a.固定荷载 —— 在结构空间位置上具有 固定的分布 ；
b.可动荷载 —— 在结构空间位置 一定范围内可以任意分布 。
a.静态荷载 —— 对结构 不产生动力效应,或小的可以忽略；
b.动态荷载 —— 对结构 产生动力效应,且不可以忽略。
? 按照结构的反应分类
—— 结构计算时，需根据不同的设计要求采用不同的荷载数值。
—— 荷载基本代表值。指在结构使用期间，在正常情
况下出现 具有一定保证率 的 最大荷载 。
—— 当结构同时承受两种或两种以上可变荷载时，
除主导荷载（产生荷载效应最大的荷载）取
标准值,其他伴随荷载取小于其标准值的组
合值为代表值。
—— 在 设计基准期 内经常作用在结构上的 可
变荷载 。
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—— 作用于结构上 时而出现, 持续时间较短 的
较大 可变荷载 。
kff QQ ??
a.荷载标准值
b.可变荷载组合值
c.可变荷载准永久值
d.可变荷载频遇值
2.1.3 荷载的代表值
? 恒荷载
按构件或材料单位体积（或单位面积）自重平均值确定。见 P11
表 2-1。
? 楼面及屋面活荷载
1,民用建筑楼面活载见, 规范, 。对多、高层，荷载满布且达到
最大值可能性很小，应适当折减。
2,屋面均布活载分, 上人, 和, 不上人, 两类。
3,雪荷载 ork SS ??
—— 基本雪压。见, 规范,
kS
—— 雪荷载标准值
oS
r? —— 屋面积雪分布系数，即基本雪压换算为屋面水平投影面上的雪荷载的换算系数。
4,风荷载 ozszk ????? ?
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—— 风荷载标准值
—— 基本风压，见, 规范,
—— 风压高度变化系数
—— 风荷载体型系数,+为压
力,-为吸力
—— 高度 z处风振系数
屋面均布活载不与雪荷载同时考虑，设计时取其中较大值。
2.2 极限状态设计法
2.2.1 结构功能要求
? 在 设计基准期（ 一般 50年,也有 100和 25年 ）内，满足功
能要求，即 安全性 (S<R),适用性，耐久性 。
?安全性,满足特定的与建筑物功能相适应的承载力极限
状态
?适用性,保证结构在日常使用中满足要求
?耐久性,保证结构的承载力的持续时间与环境适应度
? 功能函数,Z=R-S=g(X1,X2,X3…,Xn)
? 结果分析
? Z=R-S>0：
? Z=R-S<0：
? Z=R-S=0：
处于可靠状态；
处于不可靠状态，即失效；
处于极限状态，此方程称极限状态方程
2.2.3 结构可靠度理论
—— 在规定的时间内 （一般为 50年）,在规定
的条件下 （正常设计、正常施工和正常使
用）,完成预定功能的概率，称为结构的
可靠度，即可靠概率。 以 Ps表示
安全性、适用性、耐久性
a.结构的可靠度
b.失效概率
强度 /荷载值
出
现
概
率
γ 0[S]
μ S
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2.2.3 建筑物的重要度与基准期
? 我国将建筑物的重要程度分为三级，不同级别在计算中取不同的重
要度系数 γ 0,
一级，破坏后果极其严重，属于重要的建筑物； γ 0 =1.1
二级，破坏后果比较严重，属于一般的建筑物； γ 0 =1.0
三级，破坏后果相对不严重，属于比较次要的建筑物。 γ 0 =0.9
? 结构的设计基准期
1.结构保证其设计可靠度指标的时间期限成为 设计基准期,即在基准期
内，结构的可靠度指标完全满足设计要求；
2.设计基准期是测算最大荷载重现期的基本期限；
3.在超过设计基准期后，并非意味着结构的失效，而是其可靠度有所降
低，因此基准期不能等同于建筑物的使用寿命；
4.我国对于多数建筑物的 设计基准期均为 50年,特殊建筑物可以除外；
? 极限状态
—— 结构或构件达到正常使用或耐久性能的某
项规定限值。如过大变形、开裂、振动等。
—— 结构或构件达到最大承载力或产生不适于
继续承载的变形。如倾覆、疲劳破坏、压
屈等。
b.正常使用极限状态
a.承载能力极限状态
我国结构设计是以概率理论为基础的极限状态设计法。
—— 整个结构或结构的一部分超过某一特定状态，或
不能满足设计规定的某一功能要求的特定状态。
2.2.4 极限状态设计法
1,承载能力极限状态表达式
? 极限状态设计表达式
b.由永久荷载控制的效应组合
a.由可变荷载控制的效应组合
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1
QiG ?? & —— 永久荷载和可变荷载分项系数。见, 规范, 。
式中：
S,荷载效应,γ G：恒荷载的荷载效应系数,γ Q：荷载分项
系数，
Gk：恒荷载标准值,Q1k,最大的活荷载的标准值，
Ψ,其他活荷载的组合系数
Qik：其他活荷载的标准值
2,正常使用极限状态
a.标准组合
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? 正常使用极限状态设计包括两个方面：
裂缝控制验算：见 P16表 2-5
受弯构件挠度验算：见 P17表 2-6
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