混凝土结构设计方法.ppt

第2章 混凝土结构设计方法,工程结构的设计，既要保证其安全可靠，又要做到经济合理。由于多种因素的影响，结构上的荷载作用、结构尺寸、材料强度等均有不同程度的不确定性，而且结构的计算简图、计算理论也与实际情况有一定的差别。 所谓结构设计方法，就是研究这些工程设计中的各种不确定性问题，以取得结构设计的安全可靠与经济合理之间的均衡。 因此，本章需要解决的问题有：根据工程结构应满足的实际使用的各种要求（结构的功能），对安全可靠给出更具体的科学定义；如何考虑结构设计中存在的各种不确定性，建立科学的结构设计方法；同时，了解结构在不同情况下（施工、使用、破坏）可能受到的各种外界影响（各种荷载、温度变化、收缩、徐变等），以及结构尺寸、材料强度等的变异情况，以便科学合理地确定其设计值。 本章主要讲述以近似概率理论为基础的极限状态设计方法的有关基本知识。包括建筑结构的功能要求、结构可靠度、失效概率和可靠指标以及承载能力和正常使用两种极限状态的意义和实用设计表达式。,2.1 结构可靠度2.1.1 结构上的作用、作用效应及结构抗力,一、结构上的作用和作用效应 1、作用及其分类 结构上的作用是使结构产生内力、变形和裂缝的原因的总称，分为直接作用和间接作用。 直接作用：是指施加在结构上的集中和分布荷载。即荷载，如恒载、活载等。 间接作用：是指引起结构外加变形和约束变形的其它作用。如地基不均匀沉降、混凝土收缩、温度变化、地震（地面运动）等。 结构上的作用按其随时间的变异性可分为：永久作用（如：自重、土压力等）、可变作用（如：楼面活载、风载、雪载等）和偶然作用（如：地震、爆炸等）。,2、作用效应（Action Effect） 作用效应是指作用引起的结构或结构构件的内力和变形，用S表示。如：轴力、弯矩、剪力、挠度、裂缝等。 由于结构上的作用是不确定的随机变量，所以作用效应也是一个随机变量。,二、结构抗力（Resistant） 结构抗力是指结构或结构构件抵抗作用效应的能力，用R表示。如：受弯承载力、受剪承载力、容许挠度、容许裂缝宽度等。 结构抗力的影响因素：材料性能的不确定性；材料几何参数的不确定性和计算模式的不确定性等。结构抗力具有随机性，是随机变量。 由上可见，结构上的作用（特别是可变作用）与时间有关，结构抗力也随时间变化。为确定可变作用及与时间有关的材料性能取值而选用的时间参数，称为设计基准期。,建筑结构设计所考虑的荷载统计参数，都是按设计基准期为50年（建筑结构可靠度设计统一标准GB50068-2001规定）确定的，如设计时需采用其他设计基准期，则必须另行确定在该基准期内最大荷载的概率分布及相应的统计参数。,2.1.2 结构的预定功能及结构可靠度 一、结构的功能要求 建筑结构设计的目的：在一定的经济条件下，使结构在预定的使用期限内能满足设计所预期的各种功能要求，同时具有足够的可靠性。 从结构的观点来考虑，建筑结构应满足的功能要求可归纳为以下三项： 1、安全性（Safety） 结构在预定的使用期间内（设计使用年限），应能承受在正常施工、正常使用情况下可能出现的各种荷载、外加变形（如超静定结构的支座不均匀沉降）、约束变形等的作用；,在偶然事件（如地震、爆炸）发生时和发生后，结构应能保持整体稳定性，不应发生倒塌或连续破坏而造成生命财产的严重损失。,2、适用性（Serviceability） 结构在正常使用期间，具有良好的工作性能。如：不发生影响正常使用的过大的变形（挠度、侧移）、振动（频率、振幅），或产生让使用者感到不安的过大的裂缝宽度。 3、耐久性 （Durability ） 结构在正常使用和正常维护条件下，应具有足够的耐久性。即在各种因素的影响下（混凝土碳化、钢筋锈蚀、材料的老化等），结构的承载力和刚度不应随时间有过大的降低，而导致结构在其预定使用期间内丧失安全性和适用性，降低使用寿命。,二、结构的可靠性和可靠度,1、可靠性 可靠性是指结构的安全性、适用性和耐久性的总称，即结构或结构构件在规定的时间（设计使用年限）内，规定的条件（正常设计、正常施工和正常维修）下完成预定功能的能力。 2、可靠度 可靠度是指结构或结构构件在规定的时间（设计使用年限）内，规定的条件（正常设计、正常施工和正常维修）下完成预定功能的概率。可靠度是结构可靠性的概率度量。 设计使用年限是设计规定的一个期限，在这一规定的时期内，结构或结构构件只需进行正常的维护（包括必要的检测、维护和维修）而不需进行大修就能按预期目的使用，完成预定的功能，即结构在正常设计、正常施工、正常使用和维护下所应达到的使用年限。根据建筑物的使用要求和重要性，建筑结构可靠度设计统一标准（GB50068-2001）规定设计使用年限分别采用5、25、50和100年， 如表2-1所示。,表2-1 结构的设计使用年限,各类工程结构的设计使用年限是不应统一的，若业主提出更高的要求，经主管部门批准，也可按业主的要求确定。总体而言，桥梁应比房屋的设计使用年限长，大坝的设计使用年限更长。 当结构的使用年限达到或超过设计使用年限后，并不意味着结构立即报废，而只意味着结构的可靠度逐渐降低，但结构仍可继续使用或经大修后可继续使用。,2.1.3 结构的安全等级,结构设计时，应根据房屋的重要性不同，即一旦结构发生破坏，对生命财产的危害程度以及对社会的影响程度不同，采用不同的可靠度水准（即目标可靠指标）。 建筑结构可靠度设计统一标准（GB50068-2001）用结构的安全等级来表示房屋的重要性程度，划分为三个等级。如表2-2,表2-2 建筑结构的安全等级,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。例如，如果提高某一结构构件的安全等级所需额外费用很少，又能减轻整个结构的破坏，从而大大减少人员伤亡和财产损失时，可将该结构构件的安全等级提高一级；相反，如果某一结构构件的破坏并不影响整个结构，则可将其安全等级降低一级。,2.2 荷载和材料强度,结构物在使用期内所承受的荷载不是一个定值，而是在一定范围内变动。结构设计时所取用的材料强度，可能比材料的实际强度大或小，亦即材料的实际强度也在一定范围内波动。因此，结构设计时所取用的荷载值和材料强度值应采用概率统计方法来确定。,一、随机变量的统计特征,1）平均值：它表示随机变量取值的集中位置。平均值愈大，则分布曲线的高峰点离开纵坐标轴的水平距离愈远。 2）标准差：它表示随机变量的离散程度。标准差愈大时，分布曲线愈扁平，说明变量分布的离散性愈大。 3）变异系数：它表示随机变量取值的相对离散程度。,二、正态分布的概率密度函数,图2-1 随机变量的概率密度曲线,由概率论可知，正态分布概率密度曲线与横坐标轴所围成的面积为1，用积分表示为：,当 时，随机变量大于该值的概率为84.13%； 当 时，随机变量大于该值的概率为95%； 当 时，随机变量大于该值的概率为97.72%； 对于结构设计而言，荷载取值越大，内力值就越大，构件截面尺寸也愈大，结构愈安全；材料强度取值越低，结构所需截面越大，结构愈安全。,如果随机变量代表材料的强度，并且将材料强度标准值分别取为 、 和 ，此时实际强度高于这些标准值的概率（即保证率）分别为84.13%、95%和97.72%。 如果随机变量代表荷载，则可将荷载标准值分别取为 、 和 ，此时实际荷载低于这些标准值的概率（即保证率）分别为84.13%、95%和97.72%。 有时引用概率分布分位数（简称分位数）的概念，所谓分位数是指对随机变量的某个取值，当与该值相应的分布函数为p时，则该值为p分位数。,2.2.1 荷载标准值的确定,荷载标准值是建筑结构按极限状态设计时采用的荷载基本代表值。 荷载标准值是指在结构的使用期间，在正常情况下出现的最大荷载值。原则上应由设计基准期内最大荷载概率分布的某一分位数来确定。 目前，由于对很多可变荷载未能取得充分的统计资料，难以给出符合实际的概率分布，若统一按95%的保证率调整荷载标准值，会使结构设计与过去相比在经济指标方面引起较大的波动。因此，我国现行建筑结构荷载规范（GB50009-2001） 规定的荷载标准值，除了对个别不合理的作了适当调整外，大部分仍沿用或参照了传统习用的数值（根据已有的工程经验确定，故实际上荷载标准值取值的分位数并不统一 ）。,1、永久荷载,建筑结构中的屋面、楼面、墙体、梁柱等构件自重及找平层、保温层、防水层等自重都是永久荷载，通常称为恒荷载，其值不随时间变化或变化很小。由于构件尺寸在施工制作中的允许误差及材料组成或施工工艺对材料容重的影响，构件的实际自重是在一定范围内波动的。经数理统计分析，永久荷载这一随机变量符合正态分布。 建筑结构荷载规范（GB50009-2001） 规定的永久荷载标准值是按结构设计规定的尺寸和规范规定的材料容重平均值确定。一般相当于永久荷载概率分布的平均值，其分位数为0.5。对于自重变异性较大的材料（如屋面保温材料、防水材料、找平层等），在设计中应根据该荷载对结构有利或不利，分别取荷载规范中给出的自重上限或下限值。,2、可变荷载,建筑结构的楼面活荷载、风荷载和雪荷载等均属于可变荷载，其值随时间而变化。其标准值可直接查用建筑结构荷载规范（GB50009-2001）。（阅读教材P37P38）,1、材料强度的变异性 材料强度的变异性，主要是指材质及工艺、加载、尺寸等因素引起的材料强度的不确定性。 统计资料表明，钢筋强度和混凝土强度的概率分布基本符合正态分布。 2、材料强度的标准值 钢筋和混凝土的强度标准值是钢筋混凝土结构按极限状态设计时采用的材料强度代表值。 材料强度标准值应根据符合规定质量的材料强度的概率分布的某一分位值确定。 由于钢筋和混凝土强度均服从正态分布，故它们的强度标准值可统一表示为：,2.2.2 材料强度标准值的确定,式中： 为与材料实际强度 低于 的概率有关的保证率系数； 、 分别表示材料强度平均值和标准差； 由此可见，材料强度标准值是材料强度概率分布中具有一定保证率的偏低的材料强度值。,（1）钢筋的强度标准值,为保证钢材的质量，国家有关标准规定钢材出厂前要抽样检查，检查的标准为“废品限值”。对于热轧钢筋，废品限值约相当于屈服强度平均值减去两倍标准差所得的数值，保证率为97.73%。规范规定，钢筋的强度标准值应具有不小于95%的保证率。可见，国家标准规定的钢筋强度废品限值符合这一要求，且偏于安全。因此，规范以国家标准规定值作为钢筋强度标准值的依据，具体取值如下：, 对有明显屈服点的热轧钢筋，取国家标准规定的屈服点（废品限值）作为强度标准值。,对无明显屈服点的热处理钢筋、钢丝及钢铰线等，取国家标准规定的极限抗拉强度 （废品限值）作为强度标准值，但设计时取 作为条件屈服点。,（2）混凝土的强度标准值,混凝土的强度标准值为具有95%保证率的强度值，保证率系数 。 因此，立方体抗压强度标准值为：,2.3 极限状态设计法,2.3.1 结构的极限状态,结构能够满足功能要求而良好地工作，则称结构是“可靠”的或“有效”的。反之，则结构为“不可靠”或“失效”。 可靠与失效之间的界限称为极限状态。即在使用过程中，若整个结构或结构构件超过某一特定状态就不能满足设计规定的某一功能要求，此特定状态称为该功能的极限状态。 极限状态可分为两类：承载能力极限状态和正常使用极限状态,1、承载能力极限状态,承载能力极限状态是指对应于结构或结构构件达到最大承载力、疲劳破坏或不适于继续承载的变形。 当结构或结构构件出现下列状态之一时，则认为超过了承载能力极限状态。 1）结构整体或部分作为刚体失去平衡。如：阳台、雨篷的整体倾覆； 2）结构构件或连接因所受应力超过材料强度而破坏（构件达到最大承载力）； 3）受动力荷载作用而产生疲劳破坏； 4）结构塑性变形过大而不适于继续承载。如：受弯构件中的少筋梁； 5）结构形成几何可变体系。如：连续梁出现一定数量的塑性铰形成机动体系而破坏； 6）构件由于压屈而丧失稳定。如：柱子被压屈而发生失稳破坏； 7）地基丧失承载能力而破坏。 承载能力极限状态主要考虑有关结构安全性的功能，出现的概率应该很低。对于任何承载的结构或构件，都需要按承载能力极限状态进行设计。,2、正常使用极限状态,正常使用极限状态是指对应于结构或结构构件达到正常使用或耐久性的某项规定限值。 当结构或结构构件出现下列状态之一时，则认为超过了正常使用极限状态。 1）结构的变形达到正常使用和外观要求所规定的限值。如：吊车梁变形过大使吊车不能正常运行； 2）结构产生影响正常使用或耐久性能的局部损坏（包括裂缝）。如：水池开裂漏水不能正常使用； 3）结构发生影响正常使用的振动（振幅过大）； 4）影响正常使用的其它特定状态。如：侵蚀性介质腐蚀（钢筋锈蚀）、相对沉降量过大等。 正常使用极限状态主要考虑有关结构的适用性和耐久性的功能，对财产和生命的危害较小，出现的概率允许稍高一些，但仍应予以足够的重视。 通常对结构构件先按承载能力极限状态进行承载力计算，然后根据使用要求按正常使用极限状态进行变形、裂缝宽度或抗裂等验算。,2.3.2 结构的设计状况,结构物在建造和使用过程中所承受的作用和所处的环境不同，设计时所采用的结构体系、可靠度水准、设计方法等也应有所区别。因此，建筑结构设计时，应根据结构在施工和使用中的环境条件和影响，区分下列三种设计状况： 1、持久状况：在结构使用过程中一定出现，其持续期很长的状况。持续期一般与设计使用年限为同一数量级。如：房屋结构承受家具和正常人员荷载的状况； 2、短暂状况：在结构施工和使用过程中出现概率较大，而与设计使用所限相比，持续时间很短的状况。如：结构施工和维修时承受堆料和施工荷载的状况； 3、偶然状况：在结构使用过程中出现概率很小，且持续期很短的状况。如：结构遭受火灾、爆炸、罕遇地震等作用的状况。 对于以上三种设计状况，均应进行承载能力极限状态设计，以确保结构的安全性。对偶然状况，允许主要承重结构因出现设计规定的偶然事件而局部破坏，但其余下部分具有在一段时间内不发生连续倒塌的可靠度；对持久状况，尚应进行正常使用极限状态设计，以保证结构的适用性和耐久性；对短暂状况，可根据需要进行正常使用极限状态设计。,2.3.3 结构的功能函数和极限状态方程,结构的可靠度通常受结构上的各种作用、材料性能、几何参数、计算公式精确性等因素的影响。 因此，结构或构件能否完成预定功能与结构的荷载效应S 和结构的抗力R 有关。 结构的功能函数，用Z来表示：,它可以用来表示结构的三种工作状态： 当 ，即 时 可靠状态，结构能完成预定功能；可靠概率有多大？ 当 ，即 时 极限状态； 当 ，即 时 失效状态，结构不能完成预定功能。 失效概率有多大？,结构的极限状态方程：,2.3.4 结构可靠度的计算,1、结构的失效概率 由于结构抗力和作用效应都是随机变量，因此结构的功能函数（ ）也是一个随机变量，而且是R和S两个随机变量的函数。 假定R和S是相互独立的，而且服从正态分布，则结构的功能函数Z也服从正态分布，其分布函数如图2-2所示。,图2-2,可靠概率： 失效概率：,安全的概念是相对的，所谓“安全”只是失效概率相对较小而已，失效概率不可能为零，故不存在绝对安全的结构。应该通过设计把失效概率控制在某一个可以接受的限制以下就可以。 失效概率越小，表示结构可靠性越大。当失效概率 小于某个值时，即可认为结构设计是可靠的，即 。该失效概率限值称为允许失效概率 。 一般工业与民用建筑(二级)的允许失效概率：延性破坏的结构 脆性破坏的结构 失效概率 度量结构的可靠性具有明确的意义，但由于目前对R和S的统计规律研究还不够，某些因素不一定服从正态分布，当影响因素较多时， 的计算在数学上比较复杂且具有一定的困难。因而国际标准和我国标准目前都利用可靠度指标代替失效概率来度量结构的可靠性。 2、结构构件的可靠度指标 (1) 可靠指标 由图2-2可知，结构的失效概率与功能函数Z的均值至原点的距离有关。 令： 则：,由此可见，可靠度指标 不仅与作用效应及结构抗力的平均值有关，而且与两者的标准差有关， 和 相差越大， 也越大，结构越可靠。这与传统的安全系数概念是一致的。在 和 固定的情况下， 和 越小，即离散性越小， 就越大，结构越可靠，这是传统的安全系数无法反映的。 失效概率 与可靠指标 有着一一对应的关系 值愈大，失效概率 值就愈小； 值愈小，失效概率 值就愈大。,表2-3 可靠指标 与失效概率 的对应关系,表2-3 可靠指标 与失效概率 的对应关系,当仅有作用效应和结构抗力两个基本变量且均按正态分布时，结构构件的可靠指标可按下式计算： 当基本变量不按正态分布时，结构构件的可靠指标应以结构构件作用效应和抗力当量正态分布的平均值和标准差代入上式计算。 （2）设计可靠指标 设计可靠指标 是指设计规范所规定的、作为设计结构或结构构件时所应达到的可靠指标。它是根据设计所要求达到的结构可靠度而取定的，所以又称为目标可靠指标。 在确定结构的可靠指标时，应该使结构的失效概率降低到人们可以接受的程度，做到既安全可靠又经济合理。目标可靠指标 的取值与构件的破坏类型及结构的重要性有关。 建筑结构可靠度设计统一标准（GB50068-2001）给出了结构构件承载能力极限状态的可靠指标，如表2-4所示。由于延性破坏的危害性相对较小，故 值相对低一些；脆性破坏的危害性较大，所以 值相对高一些。,表2-4 结构构件承载能力极限状态的设计可靠指标, 结构构件正常使用极限状态的设计可靠指标，根据其作用效应的可逆程度宜取01.5。 可逆极限状态是指产生超越状态的作用被移去后，将不再保持超越状态的一种极限状态； 不可逆极限状态是指产生超越状态的作用被移去后，仍将永久保持超越状态的一种极限状态。 对可逆的正常使用极限状态，其可靠指标取为0；对不可逆的正常使用极限状态，其可靠指标取为1.5。当可逆程度介于可逆与不可逆之间时， 取01.5之间的值，对可逆程度较高的结构构件取较低值，对可逆程度较低的结构构件取较高值。,2.4 极限状态设计表达式,按概率极限状态法设计时，一般是已知各基本变量的统计特性（如：平均值、标准差），然后根据可靠度的概念失效概率 可靠度指标 ，求出所需的结构抗力平均值 ，并转化为标准值进行截面设计。这种方法能够比较充分地考虑了各有关因素的客观变异性，使所设计的结构比较符合预期的可靠度要求，并且在不同结构之间，设计可靠度具有相对可比性。 对于一般建筑结构构件，根据设计可靠指标 ，按上述概率极限状态设计法进行设计，过于复杂，且某些作为设计依据的统计数据不齐全，应用于实际设计中比较困难。 规范以可靠度理论作为设计的理论基础，采用一些分项系数代替可靠指标，由此得到与可靠度理论（概率理论）相当的实用设计表达式。 设计表达式中的各分项系数是根据结构构件基本变量的统计特性，以结构可靠度的概率分析为基础经优选确定的，它们起着相当于设计可靠指标 的作用。,结构抗力越大，即结构抗力概率分布函数右移，则失效概率越小,当结构抗力达到一定值时，失效概率等于允许失效概率，即PfPf，此时取作用效应与结构抗力概率分布曲线的交点为设计计算点。,Pf = Pf,2.4.1 承载能力极限状态设计表达式,1、基本表达式 对于承载能力极限状态，结构构件应按荷载效应的基本组合或偶然组合，采用下列极限状态设计表达式： 式中： 结构重要性系数； 安全等级为一级或设计使用年限为100年及以上时， 安全等级为二级或设计使用年限为50年时， 安全等级为三级或设计使用年限为5年及以下时， 荷载效应组合的设计值，用基本组合或偶然组合；,结构构件抗力设计值 结构构件的抗力函数 混凝土、钢筋的强度设计值 混凝土、钢筋的强度标准值 混凝土、钢筋的材料分项系数 几何参数的标准值 2、荷载效应组合的设计值 对于基本组合，荷载效应组合的设计值 应从下列组合值中取最不利值确定。 （1）由可变荷载效应控制的组合 （2）由永久荷载效应控制的组合, 永久荷载的分项系数 第i个可变荷载的分项系数，其中 为可变荷载 的分项系数 按永久荷载标准值 计算的荷载效应标准值 按可变荷载标准值 计算的荷载效应值，其中 为诸可变荷载效应中起控制作用者 可变荷载 的组合值系数 参与组合的可变荷载数 应当指出： 基本组合中的设计值仅适用于荷载与荷载效应为线性的情况。此外，当对 无法明显判断时，轮次以各可变荷载效应为 ，选其中最不利的荷载效应组合。 当考虑以竖向永久荷载效应控制的组合时，出于简化目的，对于可变荷载也可以仅考虑与结构自重方向一致的竖向荷载，而忽略影响不大的水平荷载。,对于一般排架、框架结构，考虑到计算工作量可能较大，基本组合可采用简化规则，并按下列组合值中取最不利值确定。 （1）由可变荷载效应控制的组合 （2）由永久荷载效应控制的组合 对于偶然组合 ，荷载效应组合的设计值按下列规定确定： （1）偶然荷载的代表值不乘分项系数（因其标准值的确定具有主观的臆测因素）； （2）与偶然荷载同时出现的其它荷载可根据观测资料和工程经验采用适当的代表值； （3）各种情况下荷载效应的设计值公式，可按有关规范确定。,结构设计时，应根据所考虑的设计状况，选用不同的组合；对于持久和短暂设计状况，应采用基本组合；对于偶然设计状况，应采用偶然组合。,3、分项系数 分项系数可以利用分离函数得到，分离函数的作用是将目标可靠指标 通过变换与多系数极限状态表达式中的分项系数联系起来。 可靠指标 的表达式为： 为便于分析，将等式右边根号项分为二项。设荷载效应与抗力均为正态分布，且满足 （以下 ，其误差能满足工程结构要求），采用 系数将公式右边项分离，即,如果荷载项和抗力项都采用标准值，标准值由随机变量的概率分布的某一分位数确定，则标准值为：,其中： 分别为抗力和荷载保证率系数。,以上三式整理后得：,把 改为 ，并令,则： 分别为抗力分项系数和荷 载分项系数，从而得一般设计表达式为：,可见，抗力分项系数 和荷载分项系数 的来源与目标可靠指标 有关，所以分项系数可以按目标可靠指标 通过反算来确定。 需要指出的是：表达式虽然用了统计与概率的方法，但是在概率极限状态分析中只用到统计平均值和标准差，并非实际的概率分布，并且在分离导出分项系数时还作了一些假定，运算中采用了一些近似的处理方法，因而计算结果是近似的，所以只能称为近似概率设计方法。完全掌握符合随机变量的实际分布，得出真正的失效概率，目前还处于研究阶段。,4、荷载分项系数和荷载设计值,建筑结构荷载规范（GB50009-2001）规定荷载分项系数应按下列规定采用： （1）永久荷载分项系数 当永久荷载效应对结构不利（使结构内力增大）时： 由可变荷载效应控制的组合 取 由永久荷载效应控制的组合 取 当永久荷载效应对结构有利（使结构内力减小）时：取 （2）可变荷载分项系数 一般情况下应取 ；对工业建筑楼面结构，当活荷载标准值大于 时，从经济效果考虑，应取 。 （3）荷载设计值 荷载分项系数与荷载标准值的乘积，称为荷载设计值。如：永久荷载设计值为,（3）荷载组合值系数 和荷载组合值 当结构上作用几个可变荷载时，各可变荷载最大值在同一时刻出现的概率很小，若设计中仍采用各荷载效应设计值叠加，则可能造成结构可靠度不一致，因而必须对可变荷载设计值再乘以调整系数，即荷载组合值系数 。 称为可变荷载的组合值。 是根据下述原则确定的：即在荷载标准值和荷载分项系数已给定的情况下，对于有两种或两种以上的可变荷载参与组合的情况，引入 对荷载标准值进行折减，使按极限状态设计法设计所得的各类结构构件所具有可靠指标，与仅有一种可变荷载参与组合时的可靠指标有最佳的一致性。 荷载规范给出了各类可变荷载的组合值系数。 5、材料分项系数和材料强度设计值 混凝土的材料分项系数 钢材的分项系数 热轧钢筋（HPB235、HRB335、HRB400和RRB400） 预应力钢筋（钢丝、钢铰线和热处理钢筋）,材料强度设计值 混凝土： 钢 筋：,2.4.2 正常使用极限状态设计表达式 1、可变荷载的频遇值和准永久值 荷载标准值是在设计基准期内最大荷载的意义上确定的，它没有反映荷载作为随机过程而具有随时间变异的特性。 当结构按正常使用极限状态的要求进行设计时（如变形、裂缝验算等），可变荷载作用时间的长短对于变形和裂缝的大小显然是有影响的，可变荷载的最大值并非长期作用于结构上，所以应按其在设计基准期内作用时间的长短和可变荷载超越总时间或超越次数，对其标准值进行折减，选择不同的荷载代表值。,可变荷载有四种代表值：标准值、组合值、频遇值和准永久值。其中，标准值为基本代表值。 （1）可变荷载的频遇值是指在设计基准期内，其超越的总时间为规定的较小比率（不大于0.1）或超越频率为规定频率的荷载值。它相当于结构上时而出现的较大荷载值，但总小于荷载标准值。 可变荷载频遇值等于可变荷载频遇值系数乘以可变荷载标准值。即 （2）可变荷载的准永久值是指在设计基准期内，其超越的总时间约为设计基准期一半的荷载值，即在设计基准期内经常作用的荷载值（接近于永久荷载）。 可变荷载准永久值等于可变荷载准永久值系数乘以可变荷载标准值。即 2、正常使用极限状态设计表达式 按正常使用极限状态设计时，应验算结构构件的变形、抗裂度或裂缝宽度等，由于结构构件达到或超越正常使用极限状态时的危害程度不如承载能力不足引起的破坏性大。因此，正常使用极限状态的目标可靠指标要低一些，在计算中对于荷载效应值不再乘以荷载分项系数，也不再考虑结构构件的重要性系数,对于正常使用极限状态，结构构件应分别按荷载效应的标准组合、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： 正常使用极限状态的荷载效应组合值（如变形、裂缝宽度等）； 结构构件达到正常使用要求所规定的限值。 （1）对于标准组合，荷载效应组合值 应按下式采用： 这种组合主要用于当一个极限状态被超越时将产生严重的永久性损害的情况。 （2）对于频遇组合，荷载效应组合值 应按下式采用： 频遇组合是指永久荷载标准值、主导可变荷载的频遇值与伴随可变荷载的准永久值的效应组合。 这种组合主要用于当一个极限状态被超越时将产生局部损害、较大变形或短暂振动等情况。,（3）对于准永久组合，荷载效应组合值 应按下式采用： 这种组合主要用于在当荷载的长期效应是决定性因素量的一些情况。 以上荷载效应组合值仅适用于荷载与荷载效应为线性的情况。 3、正常使用极限状态验算规定 （1）对结构构件进行抗裂验算时，应按荷载效应标准组合和准永久组合进行计算，其计算值不应超过规范规定的相应限值。 （2）结构构件的裂缝宽度按荷载效应标准组合并考虑长期作用影响进行计算，构件的最大裂缝宽度不应超过规范规定的最大裂缝宽度限值。 （3）受弯构件的最大挠度应按荷载效应标准组合并考虑长期作用影响进行计算，其计算值不应超过规范规定的挠度限值。,作业1：某多层工业房屋楼层梁如图所示，恒载标准值为 ，楼面活荷载标准值为 ，准永久值系数0.7，悬挂吊车荷载集中力标准值 ，准永久值系数 为0.5。构件安全等级为二级。 要求计算：1、跨中最大弯矩设计值； 2、跨中弯矩的荷载效应标准组合； 3、跨中弯矩的荷载效应准永久组合。,作业2：某单层厂房排架柱，由荷载标准值产生的柱底截面内力汇总如图所示。要求计算下列各项荷载效应设计值： （1）最大负弯矩；（2）最大正弯矩；（3）最大轴向力；（4）最大前力,