结构设计
{
设计的定义：
确定一个特定结构的一般形状和具体尺寸，以满足其赖已存在的功能要求，并在其
使用年限内能安全地抵抗作用于其上的各种影响。
Æ
力学原理，结构分析以及结构和材料性能的基础知识；
Æ
工程经验和直觉：
 (a) 功能，(b) 不同结构满足安全要求所需的强度不同。
Æ
各种影响和结构的反应：
{
结构力学：
是一种预测结构在给定影响下的反应（具有所要求的精度水平及良好的确定性）的
工具。
{
结构设计者（工程师）的作用的体现。
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混凝土设计准则
{
两个学派
1. 基于σ－ε 关系的非线性理论的强度预测
ƒ
 1897－M.R. von Thullie（弯曲理论）
ƒ
 1899－W. Ritter（抛物线应力分布理论）
影 响 结 构 结构的反应
荷载
温度波动
基础沉降
时间效应
侵蚀
地震
其它环境荷载
破坏（强度）
破坏模式
变形
开裂
应力
运动
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1.054/1.541 混凝土结构力学与设计 2004 春季
Oral Buyukozturk 教授 内容提要1
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2. 直线理论（弹性）
ƒ
 1900 – E. Coignet and N. de Tedesco（混凝土性能的直线（弹性）理论）
{
工作应力设计（WSD）－弹性理论
1. 使用荷载（建筑规范要求）
2. 用线弹性分析技术得到内力（荷载效应）：弯矩、轴力、剪力、扭矩
使用荷载下：σ max all ≤ σ
例如： c
all 0.45 fc σ = ′ 弯曲受压(混凝土)
all
s 0.50 f y σ = 弯曲受拉(钢筋)
{
极限承载力设计（USD） ƒ
 极限荷载作用于结构上，考虑非弹性应变，设计构件达到极限强度。
ƒ
 极限荷载下的荷载效应可用以下方法估计：
(a) 假定符合线弹性行为；
(b) 考虑作用的非线性重分布。
ƒ
 基于极限荷载条件的截面设计。
ƒ
 采用 USD 的一些原因：
(a) 应力的有效分布；
(b) 可选择更合理的荷载系数；
(c) 可估计非弹性阶段结构的延性。
{
极限状态设计
ƒ
 正常使用极限状态：
变形、疲劳、延性。
ƒ
 承载力极限状态：
强度、塑性倒塌、脆性断裂、失稳等。
ƒ
 理想的钢筋混凝土设计方法应当是极限承载力设计和工作应力设计的良好组合：
(a) 极限荷载下的强度；
(b) 使用荷载下的变形；
(c) 使用荷载下的裂缝宽度。
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美国混凝土学会（ACI）规范强调：
1.054/1.541 混凝土结构力学与设计 2004 春季
Oral Buyukozturk 教授 内容提要1
(a) 强度规定；
(b) 适用性规定（挠度和裂缝宽度）；
(c) 延性规定（应力重分布、延性破坏）。 ‰
设计因子
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 1956 – A.L.L. Baker（确定安全因子的简化方法）
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 1971 – ACI 规范（荷载系数和能力(强度, 抗力)折减系数） {
 2002 – ACI 318 建筑规范。
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 设计荷载 (U) 被放大，以确保结构性能的安全和可靠
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 混凝土材料的能力( φ) 被折减，以考虑施工的误差和性能的变异性
‰
安全性
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通过引入荷载因子γ i 和能力折减因子φ 来实现半概率设计。
{
荷载因子－ACI 318 建筑规范
ƒ
 荷载组合：
U = 1.4(D + F)
U = 1.2(D + F + T) + 1.6(L + H) + 0.5(Lr 或 S 或 R)
U = 1.2D + 1.6(Lr 或 S 或 R) + (1.0L 或 0.8W)
U = 1.2D + 1.6W + 0.5L + 1.0(Lr 或 S 或 R)
U = 1.2D + 1.0E + 1.0L + 0.2S
U = 0.9D + 1.6W + 1.6H
U = 0.9D + 1.0E + 1.6H
其中，D = 恒载; F = 侧向流体压力; T = 自应变力 (徐变, 收缩及温度效应); L =
活载; H = 土的重力和侧压力及土中水的侧压力; Lr = 屋顶荷载; S = 雪荷载; R
= 雨荷载; W = 风荷载; E = 地震荷载.
ƒ
 ACI 318-02 还规定了以上表达式中取值的一些例外

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