1 建筑结构的荷载及设计方法
1.1结构上的作用
1.1.1 作用的概念
使结构产生内力或变形的各种原因统称为“作用”。建筑结构在使用期间和施工过程中，要承受各种“作用”。根据“作用”的形式不同，可分为两类：一类是以力的形式直接施加在结构上，如结构自重、施工荷载、风荷载、雪荷载等，我们称之为直接作用，习惯上也称为结构上的荷载；另一类是以变形形式施加于结构上，如地基变形、混凝土收缩和徐变、焊接变形、温度变化及地震等引起的作用等，这种能引起结构外加变形或约束变形的作用，我们称之为间接作用。结构设计中以“荷载”作用为多。
1.1.2 荷载的分类
作用在结构上的荷载，在建筑物使用过程中并非固定不变。例如，风就有大有小，积雪厚度年年不同，施工荷载也时大时小，即使是结构自重，也会由于材料密实度的变化以及实际施工尺寸与设计尺寸的偏差而有所不同。作用在结构上的荷载，按其随时间的变异分为永久荷载、可变荷载和偶然荷载。
（1）永久荷载
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，或其变化是单调的并能趋于限值的荷载，称为永久荷载。如结构自重、土压力、预应力等。
永久荷载的标准值，对结构自重，可按结构构件的设计尺寸与材料单位体积的自重计算确定。常用材料和构件的自重见表1.1。一般材料和构件的单位自重可取其平均值，对于自重变异较大的材料或构件（如现场制作的保温材料、混凝土薄壁构件等），在设计中应根据该荷载对结构的有利或不利，考虑采用自重的上限值或下限值（参照表1.1中所列）。
表1.1 常用材料和构件的自重
名 称 |
自 重（kN/m3） |
备 注 |
冷杉、云杉、红松 |
4～５ |
随含水率不同 |
钢 |
78.5 |
|
铝合金 |
28 |
|
石灰砂浆、混合砂浆 |
17 |
|
水泥砂浆 |
20 |
|
膨胀珍珠岩砂浆 |
７～15 |
|
素混凝土 |
22～24 |
振捣或不振捣 |
沥青混凝土 |
20 |
|
加气混凝土 |
５.5～7.５ |
单块 |
钢筋混凝土 |
24～25 |
|
普通玻璃 |
25.6 |
|
浆砌普通砖 |
18 |
240mm×115mm×53mm(684块/m3) |
浆砌机砖 |
19 |
|
水泥空心砖 |
9.8 |
290mm×290mm×140mm(85块/m3) |
水泥空心砖 |
10.3 |
300mm×250mm×110mm(121块/m3) |
陶粒空心砌块 |
5.0 |
长600、400mm，宽150、250mm，高250、200mm |
|
6.0 |
390mm×190mm×190mm |
混凝土空心小砌块 |
11.8 |
390mm×190mm×190mm |
双面抹灰板条隔墙 |
0.9 |
每面灰厚16～24mm,龙骨在内 |
单面抹灰板条隔墙 |
0.5 |
灰厚16～24mm，龙骨在内 |
水泥粉刷墙面 |
0.36 |
20mm厚，水泥粗砂 |
水磨石墙面 |
0.55 |
25mm厚，包括打底 |
水刷石墙面 |
0.5 |
25mm厚，包括打底 |
木屋架 |
0.07＋0.007×跨度 |
按屋面水平投影面计算，跨度以m计 |
钢屋架 |
0.12＋0.011×跨度 |
无天窗，包括支撑，按屋面水平投影面积计算，跨度以m计 |
木框玻璃窗 |
0.2～0.3 |
|
钢框玻璃窗 |
0.4～0.45 |
|
木门 |
0.1～0.2 |
|
钢铁门 |
0.4～0.45 |
|
波形石棉瓦 |
0.2 |
1820mm×725mm×8mm |
油毡防水屋面（包括改性沥青防水卷材） |
0.25～0.3 0.3～0.35 |
四层作法，一毡二油上铺小石子 六层作法，二毡三油上铺小石子 |
|
0.35～0.4 |
八层作法，三毡四油上铺小石子 |
地板格栅 |
0.2 |
仅格栅自重 |
硬木地板 |
0.2 |
厚25mm，剪刀撑钉子等自重包括在内，不包括格栅自重 |
水磨石地面 |
0.65 |
10mm面层，20mm水泥砂浆打底 |
麻刀灰板条顶棚 |
0.45 |
吊木在内，平均灰厚20mm |
砂子灰板条顶棚 |
0.55 |
吊木在内，平均灰厚25mm |
V型轻钢龙骨及铝合金龙骨吊顶 |
0.1～0.12 |
一层矿棉吸音板厚15mm,无保温层 |
（2）可变荷载
在结构使用期间，其值随时间变化，且其变化与平均值相比不可以忽略不计的荷载，称为可变荷载。如楼面活荷载、屋面活荷载和积灰荷载、雪荷载、风荷载、吊车荷载、温度作用等。
1）楼面及屋面活荷载
民用建筑楼面均布活荷载的标准值及其组合值、频遇值和准永久值系数，应按表1.2的规定采用。
表1.2 民用建筑楼面均布活荷载标准值及其组合值、频遇值和准永久值系数
项次 |
类别 |
标准值（kN/m2） |
组合值系数 |
频遇值系数 |
准永久值系数 |
1 |
（1）住宅、宿舍、旅馆、办公楼、医院病房、托儿所、幼儿园 （2）实验室、阅览室、会议室、医院门诊室 |
2.0 2.0 |
0.7 0.7 |
0.5 0.6 |
0.4 0.5 |
2 |
教室、食堂、餐厅、一般资料档案室 |
2.5 |
0.7 |
0.6 |
0.5 |
3 |
（1）礼堂、剧场、影院、有固定座位的看台 （2）公共洗衣房 |
3.0 3.0 |
0.7 0.7 |
0.6 |
0.3 0.5 |
4 |
（1）商店、展览厅、车站、港口、机场大厅及旅客等候室（2）无固定座位的看台 |
3.5 3.5 |
0.7 0.7 |
0.6 0.5 |
0.5 0.3 |
5 |
（1）健身房、演出舞 （2）运动场、舞厅 |
4.0 4.0 |
0.7 0.7 |
0.6 0.6 |
0.5 0.4 |
6 |
（1）书库、档案室、储藏室（2）密集柜书库 |
5.0 12.0 |
0.9 |
0.9 |
0.8 |
7 |
通风机房、电梯机房 |
7.0 |
0.9 |
0.9 |
0.8 |
8 |
汽车通道及客车停车库：（1）单向板楼盖（板跨不小于2m）和双向板楼盖（板跨不小于3m×3m） 客车 消防车 （2）双向板楼盖（板跨不小于6m×6m）和无梁楼盖盖（柱网不小于6m×6m） 客车 消防车 |
4.0 35.0 2.5 20.0 |
0.7 0.7 0.7 0.7 |
0.7 0.5 0.7 0.5 |
0.6 0.0 0.6 0.0 |
9 |
厨房： （1）一般情况 （2）餐厅 |
2.0 4.0 |
0.7 0.7 |
0.6 0.7 |
0.5 0.7 |
10 |
浴室、卫生间、盥洗室 |
2.5 |
0.7 |
0.6 |
0.5 |
11 |
走廊、门厅： （1）宿舍、旅馆、医院病房、托儿所、幼儿园、住宅 （2）办公楼、餐厅、医院门诊部 （3）教学楼及其他可能出现人员密集的情况 |
2.0 2.5 3.5 |
0.7 0.7 0.7 |
0.5 0.6 0.5 |
0.4 0.5 0.3 |
12 |
楼梯： （1）多层住宅 （2）其他 |
2.0 3.5 |
0.7 0.7 |
0.5 0.5 |
0.4 0.3 |
13 |
阳台： （1）一般情况 （2）可能出现人员密集的情况 |
2.5 3.5 |
0.7 |
0.6 |
0.5 |
注：1本表所给各项活荷载适用于一般使用条件，当使用荷载较大、情况特殊或有专门要求时，应按实际情况采用：
2第6项书库活荷载当书架高度大于2m时，书库活荷载尚应按每米书架高度不小于2.5kN/m2确定；
3第8项中的客车活荷载只适用于停放载人少于9人的客车：消防车活荷载是适用于满载总重为300kN的大型车辆：当不复合本表要求时，应将车轮的局部荷载按结构效应的等效原则，换算为等效均布荷载；
4第8项消防车活荷载，当双向板楼盖板跨介于3m×3m~6m×6m之间时，应按跨度线性质插值确定。常用板跨消防车活荷载覆土厚度折减系数不应小于附录B规定的值；
5第12项楼梯活荷载，对预制楼梯踏步平板，尚应按1.5nN集中荷载验算；
6本表各项荷载不包括隔墙自重和二次装修荷载。对固定隔墙的自重应按永久荷载考虑，当隔墙位置可灵活自由布置时，非固定隔墙的自重应取不小于1/3的每米延长墙重（kN/m)作为楼面活荷载的附加值（kN/m2)计入，且附加值不应小于1.0kN/m2。
作用在楼面上的活荷载，不可能以标准值的大小同时布满在所有的楼面上。面积越大、楼层越多，荷载布满且同时达到最大值的可能性也越小。因此，在设计楼面梁、墙、柱及基础时，表1.2中的楼面活荷载标准值应区别情况乘以相应的折减系数。例如，对住宅、办公楼，当楼面梁从属面积（楼面梁从属面积是指梁两侧各延伸1/2梁间距范围内的实际面积）超过25m2时，设计楼面梁的折减系数为0.9；设计墙、柱、基础时，其折减系数见表1.3。
表1.3 活荷载按楼层数的折减系数
墙、柱、基础计算截面以上的层数 |
1 |
2~3 |
4~5 |
6~8 |
9~20 |
>20 |
计算截面以上各楼层活荷载总和的折减系数 |
1.00 （0.90） |
0.85 |
0.70 |
0.65 |
0.60 |
0.55 |
注：当楼面梁的从属面积超过25m2时，应采用括号内的系数。
工业与民用建筑屋面水平投影面上的均布活荷载按表1.4采用。由于屋面活荷载与雪荷载同时作用于屋面且达到最大值的可能性很小，因此屋面均布活荷载不与雪荷载同时考虑。
表1.4 屋面均布活荷载
项次 |
类别 |
标准值 kN/m2 |
组合值系数 ψυ |
频遇值系数 ψν |
准永久值系数 ψα |
1 |
不上人的屋面 |
0.5 |
0.7 |
0.5 |
0 |
2 |
上人的屋面 |
2.0 |
0.7 |
0.5 |
0.4 |
3 |
屋顶花园 |
3.0 |
0.7 |
0.6 |
0.5 |
4 |
屋顶运动场地 |
3.0 |
0.7 |
0.6 |
0.4 |
注： 1 不上人的屋面，当施工或维修荷载较大时，应按实际情况采用：对不同结构应按有关设计规范的规定采用，但不得低于0.3kN/m2；
2 上人的屋面，当兼作其他用途时，应按相应楼面活荷载采用；
3 对于因屋面排水不畅、堵塞等引起的积水荷载，应采取构造措施加以防止；必要时应按积水的可能深度确定屋面活荷载；
4 屋顶花园活荷载不包括花园土石等材料自重。
2）雪荷载
屋面水平投影面上的雪荷载标准值，应按下式计算：
Sk = 
S0 (1.1)
式中 Sk——雪荷载标准值(kN/m2)；
S0——基本雪压(kN/m2)。雪荷载的基准压力，一般按当地空旷平坦地面上积雪自重的观测数据，经概率统计得出 50年一遇最大值确定。全国部分城市的基本雪压可按表1.5采用，其它城市的基本雪压参见《荷载规范》。对雪荷载敏感的结构，应采用100年重新期的雪压。
——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。常见屋面积雪分布系数按表1.6采用。
雪荷载的组合值系数可取0.7，频遇值系数可取0.6，准永久值系数应按雪荷载分区Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ的不同，分别取0.5、0.2和0。
表1.5 全国部分城市50年一遇雪压和风压
城市名 |
风压（kN/m2） |
雪压 （kN/m2） |
雪荷载准永久 值系数分区 |
城市名 |
风压（kN/m2） |
雪压（kN/m2） |
雪荷载准永久 值系数分区 |
北京 |
0.45 |
0.40 |
Ⅱ |
保定 |
0.40 |
0.35 |
Ⅱ |
天津 |
0.50 |
0.40 |
Ⅱ |
太原 |
0.40 |
0.35 |
Ⅱ |
上海 |
0.55 |
0.20 |
Ⅱ |
呼和浩特 |
0.55 |
0.40 |
Ⅱ |
重庆 |
0.40 |
|
|
包头 |
0.55 |
0.25 |
Ⅱ |
石家庄 |
0.35 |
0.30 |
Ⅱ |
沈阳 |
0.55 |
0.50 |
Ⅰ |
大连 |
0.65 |
0.40 |
Ⅱ |
杭州 |
0.45 |
0.45 |
Ⅲ |
长春 |
0.65 |
0.35 |
Ⅰ |
合肥 |
0.35 |
0.60 |
Ⅱ |
吉林 |
0.50 |
0.45 |
Ⅰ |
南昌 |
0.45 |
0.45 |
Ⅲ |
哈尔滨 |
0.55 |
0.45 |
Ⅰ |
福州 |
0.70 |
|
|
齐齐哈尔 |
0.45 |
0.40 |
Ⅰ |
西安 |
0.35 |
0.25 |
Ⅱ |
武汉 |
0.35 |
0.50 |
Ⅱ |
兰州 |
0.30 |
0.15 |
Ⅱ |
长沙 |
0.35 |
0.45 |
Ⅲ |
银川 |
0.65 |
0.20 |
Ⅱ |
贵阳 |
0.30 |
0.20 |
Ⅲ |
西宁 |
0.35 |
0.20 |
Ⅱ |
南宁 |
0.35 |
|
|
乌鲁木齐 |
0.60 |
0.80 |
Ⅰ |
济南 |
0.45 |
0.30 |
Ⅱ |
郑州 |
0.45 |
0.40 |
Ⅱ |
烟台 |
0.55 |
0.40 |
Ⅱ |
广州 |
0.50 |
|
|
青岛 |
0.60 |
0.20 |
Ⅱ |
成都 |
0.30 |
0.10 |
Ⅲ |
南京 |
0.40 |
0.65 |
Ⅱ |
昆明 |
0.30 |
0.30 |
Ⅲ |
徐州 |
0.35 |
0.35 |
Ⅱ |
拉萨 |
0.30 |
0.15 |
Ⅲ |
表1.6 常见屋面积雪分布系数
序 号 |
类 别 |
屋面形式及积雪分布系数 |
1 |
单跨单坡屋面 |
α |
≤25° |
30° |
35° |
40° |
45° |
50° |
55° |
≥60° |
μr |
1.0 |
0.85 |
0.7 |
0.55 |
0.4 |
0.25 |
0.1 |
0 |
|
2 |
单跨双坡屋面 |
|
3 |
拱形屋面 |
|
4 |
带天窗的坡屋面 |
|
5 |
双跨双坡或拱形屋面 |
|
注：1 第2项单跨双坡屋面仅当坡度α在20°~30°范围时，可采用不均匀分布情况；
2 第4项只适用于坡度α不大于25°的一般工业厂房屋面；
3 第5项双跨双坡或拱形屋面，当α不大于25°或f/l不大于0.1时，只采用均匀分布情况。
3）风荷载
当风受到建筑物的阻挡时，在建筑物的表面就会形成压力（或压力），这就是建筑物所受到的风荷载。风荷载的大小与基本风压、风压高度变化系数、风载体型系数、风振系数有关。当计算主要受力结构时，
垂直于建筑物表面上的风荷载标准值，应按下式计算：
wk＝
w0 (1.2)
式中 wk——风荷载标准值(kN/m2)；
——高度z处的风振系数。对于高度大于30m且高宽比大于1.5的房屋，计算风荷载时要考虑风振系数。当计算维护结构风荷载时，风振系数应该为高度z处的阵风系数
，和的取值见《荷载规范》。
——风荷载体型系数，它与建筑物的体型、尺寸等几何性质有关，几种常见建筑物的风荷载体型系数见表1.7。表中：＋表示压力；－表示吸力；
——风压高度变化系数。对于平坦或稍有起伏的地形，风压高度变化系数应根据地面粗糙度类别按按表1.8取用；
w0——基本风压(kN/m2)，应按表1.5给出的50年重现期的风压采用，但不得小于0.3 kN/m2。
表1.7 常见建筑物的风荷载体型系数
项次 |
类别 |
体型及体型系数 |
1 |
封闭式双坡屋面 |
|
2 |
封闭式拱形屋面 |
|
3 |
封闭式带天窗双坡屋面 |
注：带天窗的拱形屋面可按照本图采用 |
4 |
封闭式双跨双坡屋面 |
注：迎风坡面的按第1项采用 |
5 |
封闭式房屋和构筑物 |
|
6 |
高度超过45m的矩形截面高层建筑 |
 
|
7 |
独立墙壁及围墙 |
|
表1.8 风压高度变化系数
离地面或海平面高度（m） |
地面粗糙度类别 |
A |
B |
C |
D |
5 |
1.09 |
1.00 |
0.65 |
0.51 |
10 |
1.28 |
1.00 |
0.65 |
0.51 |
15 |
1.42 |
1.13 |
0.65 |
0.51 |
20 |
1.52 |
1.23 |
0.74 |
0.51 |
30 |
1.67 |
1.39 |
0.88 |
0.51 |
40 |
1.79 |
1.52 |
1.00 |
0.60 |
50 |
1.89 |
1.62 |
1.10 |
0.69 |
60 |
1.97 |
1.71 |
1.20 |
0.77 |
70 |
2.05 |
1.79 |
1.28 |
0.84 |
80 |
2.12 |
1.87 |
1.36 |
0.91 |
90 |
2.18 |
1.93 |
1.43 |
0.98 |
100 |
2.23 |
2.00 |
1.50 |
1.04 |
150 |
2.46 |
2.25 |
1.79 |
1.33 |
200 |
2.64 |
2.46 |
2.03 |
1.58 |
250 |
2.78 |
2.63 |
2.24 |
1.81 |
300 |
2.91 |
2.77 |
2.43 |
2.02 |
350 |
2.91 |
2.91 |
2.60 |
2.22 |
400 |
2.91 |
2.91 |
2.76 |
2.40 |
450 |
2.91 |
2.91 |
2.91 |
2.58 |
500 |
2.91 |
2.91 |
2.91 |
2.74 |
≥550 |
2.91 |
2.91 |
2.91 |
2.91 |
注：A类指近海海面和海岛、海岸、湖岸及沙漠地区；
B类指田野、乡村、丛林、丘陵以及房屋比较稀疏的乡镇；
C类指有密集建筑群的城市市区；
D类指有密集建筑群且房屋较高的城市市区。
3.偶然荷载
在结构使用期间有可能不一定出现，一旦出现，其值很大且持续时间很短的荷载，例如爆炸力、撞击力等。产生偶然荷载的因素很多，如由炸药、燃气、粉尘、压力容器等引起的爆炸，机动车、飞行器、电梯等运动物体引起的撞击，罕遇出现的风、雪、洪水等自然灾害及地震灾害等等。
1.1.3 荷载代表值
设计中用以验算极限状态所采用的荷载量值，称为荷载代表值，如标准值、组合值、频遇值和准永久值。其中标准值为荷载的基本代表值，其它代表值可由基本代表值乘以相应的系数得到。
（1） 荷载标准值
为设计基准期内最大荷载统计分布的特征值（如均质、众值。中值或某个分位值）。各荷载标准值的取值详见本章1.1.1。
（2）准永久值
对可变荷载，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，称为可变荷载准永久值。可变荷载准永久值由可变荷载标准值乘以荷载准永久值系数得到，准永久值系数见表1.2。
（3）频遇值
在设计基准期内，其超越的总时间为规定的较小比率或超越频率为规定频率的荷载值，称为可变荷载频遇值。可变荷载频遇值由可变荷载标准值乘以荷载频遇值值系数得到，可变荷载频遇值系数见表1.2。
（4）组合值
对可变荷载，使组合后的荷载效应在设计基准周期内的超越概率，能与该荷载单独出现时的相应概率趋于一致的荷载值，或使组合后的结构具有统一规定的可靠指标的荷载值，称为可变荷载组合值。
风荷载组合值系数取0.6，其它可变荷载组合值系数均取0.7，但在任何情况下不低于频遇值系数。
1.2 建筑结构概率极限状态设计法
1.2.1结构的设计使用年限
结构设计的目的就是要根据预计的荷载和材料性能，采用经理想化和简化假定的计算方法，确定结构构件的截面尺寸和配筋，使所设计的结构在规定的设计使用年限内以适当的可靠度且经济的方式满足规定的各项功能要求。所谓设计年限，是指设计规定的结构或构件不需要进行大修即可按预定的目的使用的时期，即房屋建筑在正常设计、正常施工、正常使用和维护下所应达到的持久年限。结构的设计使用年限应按表1.9采用。
表1.9 结构的设计使用年限分类
类别 |
设计使用年限（年） |
示 例 |
1 |
5 |
临时性结构 |
2 |
25 |
易于替换的结构构件 |
3 |
50 |
普通房屋和构筑物 |
4 |
100 |
纪念性建筑和特别重要的建筑结构 |
1.2.2建筑结构的功能要求
结构应满足下列功能要求：
（！）能承受在施工和使用期间可能出现的各种；
（2）保持良好的使用性能；
（3）具有足够的耐久性；
（4）当发生火灾时时，在规定的时间内可保持足够的承载力；
（5）当发生爆炸、撞击、人为错误等偶然事件时，结构能保持必需的整体稳固性，不出现与起因不相称的破坏后果，防止出现结构的连续倒塌。
1.2.3 极限状态设计法
1.2.3.1结构的两种极限状态
若整个结构或结构的一部分超过某一特定状态就不能满足设计规定的某一功能的要求，此特定状态称为该功能的极限状态。根据设计中要求考虑的结构功能，结构的极限状态在总体上可分为两大类，即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 指结构或结构构件达到最大承载力、出现疲劳破坏、发生不适于继续承载的变形或因结构局部破坏而引发的连续倒塌。
当结构或结构构件出现下列状态之一时，应认为超过了承载能力极限状态：
①结构构件或连接因超过材料强度而破坏，或因过度变形而不适于继续承载；
②整个结构或其一部分作为刚体失去平衡（如倾覆、过大的滑移）；
③结构转变为机动体系（如超静定结构由于某些截面的屈服，使结构成为几何可变体系）；
④结构或构件丧失稳定（如细长柱的压屈）；
⑤结构因局部破坏而发生连续倒塌；
⑥地基丧失承载力而破坏；
⑦结构或结构构件的疲劳破坏。
（2）正常使用极限状态 指结构或结构构件达到正常使用的某项规定限值或耐久性能的某种规定状态。
当结构或结构构件出现下列状态之一时，应认为超过了正常使用极限状态：
① 影响正常使用或外观的变形；
② 影响正常使用或耐久性的局部损坏；
③ 影响正常使用的振动；
④ 影响正常使用的其它特定状态。
由上述两类极限状态可以看出，承载能力极限状态主要考虑结构的安全性功能，正常使用极限状态主要考虑结构的适用性功能和耐久性功能。由于结构或构件一旦达到承载能力极限状态，就有可能发生严重破坏、倒塌，造成人身伤亡和重大经济损失，因此，应当把这种极限状态的概率控制得非常严格。而结构或构件超过正常使用极限状态，不会造成人身伤亡和重大经济损失，要比出现承载能力极限状态的危险性小得多，可把出现这种极限状态的概率放宽一些。
1.2.3.2极限状态设计方法
结构设计时，应针对不同的极限状态，根据结构的特点和使用要求给出具体的标志和限值，作为结构设计的依据。这种以相应于结构各种功能要求的极限状态，作为结构设计依据的设计方法，称为极限状态设计法。
实际工程中，各种荷载引起的结构内力（称为荷载效应S）与结构的承载力和抵抗变形的能力（称为结构抗力R），均受到各种偶然因素的影响，都是随时间或空间变动的非确定值。在结构设计中考虑这些因素的极限状态设计方法就称为概率极限状态设计法。
采用概率极限状态设计法可以比较全面地考虑各有关因素的客观变异性，使设计的结构符合预期的可靠度要求。但是，对于一般结构，直接采用概率分析进行设计是过于繁琐和没有必要的。为便于应用，我国《建筑结构可靠度设计统一标准》采用以概率极限状态设计法为基础的实用设计表达式（以下简称极限状态设计表达式）。结构构件的极限状态设计表达式，应根据各种极限状态的设计要求，采用有关的荷载代表值、材料性能代表值、几何参数标准值以及各种分项系数等表达。
工程设计时，一般先按承载能力极限状态设计结构构件，必要时再按正常使用极限状态验算。
对承载能力极限状态，一般是以结构构件的内力超过承载能力为依据；对正常使用极限状态，一般是以结构构件的变形、裂缝、振动参数超过设计允许的限值为依据，优势也通过结构应力的控制来保证结构满足正常使用的要求。
1.2.4 承载能力极限状态设计表达式
对于承载能力极限状态，应按荷载效应的基本组合或偶然组合进行荷载（效应）组合，并应采用下列设计表达式进行设计：
γ0
≤
(1.3)
=(fc，fs，ak,…)/γRd (1.4)
式中 
—— 结构重要性系数。对安全等级为一级的结构构件，不应小于1.1；对安全等级为二级的结构构件，不应小于1.0；对安全等级为三级的结构构件，不应小于0.9；对地震设计状况下应取1.0；
——承载能力极限状态下作用组合的效应设计值；
——结构构件的抗力设计值；
(·) ——结构构件的抗力函数；取决于材料的强度设计值及几何参数的标准值；
γRd——结构构件的抗力模型不定性系数：静力设计取1.0；在抗震设计时，应用承载力抗震调整系数γRE代替γRd；
fc、fs——混凝土、钢筋的强度设计值，分别按表2.2及表2.1的规定取值；
——几何参数的标准值。
公式(1.3)中的γ0S为内力设计值，在本教材各章中用N、M、V、T等表示。
结构设计时，应根据结构破坏可能产生的后果（危及人的性命、造成经济损失、对社会或环境产生影响等）的严重程度，采用不同的安全等级。建筑结构安全等级的划分见表1.10。
表1. 10 建筑结构的安全等级
安全等级 |
破坏后果 |
一级 |
很严重 |
二级 |
严重 |
三级 |
不严重 |
对承载能力极限状态，荷载基本组合的效应设计值S，应从下列组合值中取最不利的效应设计值确定：
（1）由永久荷载效应控制的组合：
(1.5)
（2）由可变荷载效应控制的组合：
(1.6)
式中 
——第j个永久荷载的分项系数。当其效应对结构不利时，对由可变荷载效应控制的组合应取1.2，对由永久荷载效应控制的组合应取1.35；当其效应对结构有利时的组合，不应大于1.0；
——第
个可变荷载的分项系数，其中
为可变荷载
的分项系数；一般情况下，可变荷载的分项系数应取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；
——第个可变荷载考虑使用年限的调整系数，其中
为可变荷载考虑使用年限的调整系数；对楼面和屋面荷载应按表1.11采用；对雪荷载和风荷载，应取重现期为设计使用年限，按荷载规范的规定确定基本雪压和基本风压；
——按永久荷载标准值
计算的荷载效应值；
——按可变荷载标准值
计算的荷载效应值，其中
为诸可变荷载中起控制作用者；
——可变荷载
的组合值系数，应分别按本章第1.1节的相关规定采用；
m——参与组合的永久荷载数；
——参与组合的可变荷载数。
注：对重要的结构，其安全等级应取为一级；对一般的结构，其安全等级宜取为二级；对次要的结构，其安全等级可取为三级。
表1.11 楼面和屋面活荷载考虑设计使用年限的调整系数
结构设计使用年限（年） |
5 |
50 |
100 |
|
0.9 |
1.0 |
1.1 |
1.2.4 正常使用极限状态设计表达式
对于正常使用极限状态，应根据不同的设计要求，采用的标准组合、频遇组合、准永久组合或准永久组合，并按下列设计表达式进行设计：
≤
(1.9)
式中 —— 结构或构件达到正常使用要求所的规定限值，如挠度、裂缝、振幅、应力等的限值；
—— 正常使用极限状态荷载组合的效应设计值。
荷载标准组合的效应设计值应按下式采用：
(1.10)
荷载频遇组合的效应设计值应按下式采用：
(1.11)
式中 
——第1个可变荷载的频遇值值系数；
——第i个可变荷载的准永久值系数。
荷载准永久组合的效应设计值可按下式采用：
(1.12)
本章小结
（１） 作用在结构上的荷载，按其随时间的变异分为永久荷载、可变荷载和偶然荷载。
（２） 结构或构件设计时采用的荷载取值称为荷载代表值，包括标准值、组合值、频遇值和准永久值。
（３） 屋面上雪荷载标准值为基本雪压与屋面积雪分布系数的乘积；垂直于建筑物表面上的风荷载标准值其大小为基本风压、风压高度变化系数、风载体型系数及风振系数的乘积。
（４） 安全性、适用性、耐久性总称为结构的可靠性。
（５） 结构的极限状态分为两大类：承载能力极限状态和正常使用极限状态。
（６） 极限状态设计表达式采用了基本变量（荷载标准值、材料强度标准值）和分项系数（荷载分项系数、材料分项系数）的实用表达式。
技 能 训 练
一、填空题
1．作用在结构上的荷载，按其随时间的变异分为 、 和 。
2．结构或构件设计时采用的荷载取值称为荷载代表值，包括 、 、频遇值和准永久值；前两者是在承载能力极限状态中使用，而后两种则主要在 中使用。
3. 根据设计中要求考虑的结构功能，结构的极限状态在总体上可分为两大类，即
和 。
4. 结构的可靠度是结构在 、 、完成 的概率。
5．正常使用极限状态中的验算采用荷载______值。
二、选择题
1．在进行正常使用极限状态的验算中，荷载采用（ ）。
A最大值 B设计值 C标准值 D平均值
2．在进行承载能力极限状态的验算中，荷载采用（ ）。
A最大值 B设计值 C标准值 D平均值
3．下列（ ）不属于偶然作用。
A罕遇地震 B爆炸力、撞击力 C施工检修荷载 D龙卷风
4．一般说结构的可靠性是指结构的（ ）。
A安全性 B适用性 C耐久性 D安全性、适用性、耐久性
5．各种荷载在建筑结构设计时采用荷载的基本代表值是（ ）。
A荷载的标准值 B荷载准永久值 C荷载的组合值 D荷载的频遇值
6．在荷载的组合时，屋面活荷载和雪荷载（ ）。
A同时考虑 B取二者中较大者 C取二者中的较小者 D二者均不需要考虑
7．在荷载的组合时，积灰荷载和屋面活荷载或雪荷载中的较大者（ ）。
A同时考虑 B取二者中较大者 C取二者中的较小者 D二者均不需要考虑
8．结构在规定的时间内，在规定的条件下，完成预定功能的能力，称为结构的（ ）。
A 安全性 B 适用性 C 耐久性 D 可靠性
三、判断题
1．可变荷载中作用时间占设计基准期内总持续时间超过50%的荷载值，称为可变荷载准永久值。 （ ）
2. 我国的结构设计的基准期规定为100年。 （ ）
3. 在荷载的代表值中，荷载标准值是最基本的代表值，其它的值都是以此为基础进行计算的。 （ ）
4. 结构安全等级为二级的，结构重要性系数为1.2。 （ ）
5. 混凝土强度标准值乘以混凝土材料分项系数，称为混凝土强度设计值。 （ ）
四、简答题
1.结构构件必须满足哪些功能要求？
2.荷载分项系数如何取值？
3.当结构处于哪些状态时即认为其超过了正常使用极限状态？
五、计算题
某钢筋混凝土梁，截面尺寸为200mm×500ｍｍ，试计算其自重。
