结构工程的安全性

1.结构工程的安全性
1）结构的功能要求
（1）结构在设计工作年限内，必须符合下列规定：
①应能够承受在正常施工和正常使用期间预期可能出现的各种作用。
②应保障结构和结构构件的预定使用要求。
③应保障足够的耐久性要求。
2）安全等级与设计工作年限
（1）结构设计时，应根据结构破坏可能产生后果的严重性，采用不同的安全等级。结构安全等级划分为一级、二级、三级。结构部件的安全等级不得低于三级。
（2）工程结构设计时，应根据工程的使用功能、建造和使用维护成本及环境影响等因素规定设计工作年限。
（3）结构应按设计规定的用途使用，并应定期检查结构状况，进行必要的维护和维修。严禁下列影响结构使用安全的行为：
①未经技术鉴定或设计认可，擅自改变结构用途和使用环境。
②损坏或者擅自变动结构体系及抗震措施。
③擅自增加结构使用荷载。
④损坏地基基础。
⑤违章存放爆炸性、毒害性、放射性、腐蚀性等危险物品。⑥影响毗邻结构使用安全的结构改造与施工。

2.结构工程的适用性
2）杆件刚度与梁的位移计算【21单、22补多】
梁的位移计算公式：

影响位移因素除荷载外，还有：
（1）材料性能：与材料的弹性模量E成反比；
（2）构件的截面：与截面的惯性矩I成反比；
（3）构件的跨度：与跨度L的4次方成正比，此因素影响最大。
3）混凝土结构的裂缝控制

3.结构工程的耐久性
2）混凝土结构耐久性的环境类别环境类别【17单】

4）混凝土结构耐久性的要求
（1）混凝土最低强度等级【13、14、22单】
一般环境下配筋混凝土结构满足耐久性要求的混凝土最低强度等级

注：预应力混凝土楼板结构混凝土最低强度等级不应低于C30，其他预应力混凝土构件的混凝土最低强度等级不应低于C40。
（2）混凝土材料与钢筋最小保护层要求

一般环境中混凝土材料与钢筋最小保护层厚度

注：1. I-A 环境中使用年限低于100年的板、墙，当混凝土骨料最大公称粒径不大于15mm时，保护层最小厚度可降为15mm，但最大水胶比不应大于0.55；
3.直接接触土体浇筑的构件，其混凝土保护层厚度不应小于70mm；【18单】
5.预制构件的保护层厚度可比表中规定减少5mm。

当采用的混凝土强度等级比表中的规定低一个等级时，混凝土保护层厚度应增加5mm；低两个等级时，混凝土保护层厚度应增加10mm。
大截面混凝土墩柱在加大钢筋混凝土保护层厚度的前提下，其混凝土强度等级可低于表中的要求，但降低幅度不应超过两个强度等级，且设计使用年限为100年和50年的构件，其强度等级不应低于C25和C20。【16单】

1.结构体系与应用
（1）混合结构
混合结构房屋一般是指楼盖和屋盖采用钢筋混凝土或钢木结构，而墙和柱采用砌体结构建造的房屋，大多用在住宅、办公楼、教学楼建筑中。住宅建筑最适合采用混合结构，一般在6层以下。
（2）框架结构
框架结构常用于公共建筑、工业厂房等。其主要优点是建筑平面布需灵活，可形成较大的建筑空间，建筑立面处理也比较方便。主要缺点是侧向刚度较少，当层数较多时，会产生过大的侧移，易引起非结构性构件(如隔墙、装饰等)破坏进而影响使用。
（3）剪力墙结构
剪力墙结构是利用建筑物墙体(内墙和外墙)做成剪力墙，既承受垂直荷载，也承受水平荷载，墙体既受剪又受弯，所以称剪力墙。剪力墙结构的优点是:侧向刚度大，水平荷载作用下侧移小。缺点是:剪力墙的间距小(一般不超过8m)，结构建筑平面布需不灵活，结构自重也较大。剪力墙结构多应用于住宅建筑，不适用于大空间的公共建筑。
（4）框架-剪力墙结构
框架-剪力墙结构是在框架结构中设置适当剪力墙的一种结构。它具有框架结构平面布需灵活、空间较太的优点，又具有侧向刚度较太的优点。框架-剪力墙结构中，剪力墙主要承受水平荷载，竖向荷载主要由框架承担。框架-剪力墙结构适用于不超过170m的建筑。
（5）筒体结构
在高层建筑中，特别是超高层建筑，水平荷载越来越大，起着控制作用。简体结构便是抵抗水平荷载最有效结构体系，可分为框架-核心简结构、简
中筒结构以及多筒结构等。简体结构适用于高度不超过300m的建筑。
（6）网架结构
网架是由许多杆件按照一定规律组成的网状结构。网架结构可以分为平板网架和曲面网架。平板网架采用较多，其优点是:空间受力体系，杆件主要承受轴向力(既有压力、也有拉力)，受力合理，节约材料，整体性能好，刚度大，抗震性能好。杆件类型较少，适合工业化生产。
（7）拱式结构
拱是一种有推力的结构，主要内力是轴向压力，可利用抗压性能良好的混凝土建造大跨度的拱式结构。适用于体育馆、展览馆等建筑。
（8）悬索结构
悬素结构在建筑工程中，主要用于体育馆、展览馆等大跨度结构。悬索结构主要承重构件是受拉的钢索，用高强,度钢绞线或钢丝绳制成。悬素结构可分为单曲面与双曲面两类。
2. 工程结构设计要求
1）涉及人身安全以及结构安全的极限状态应作为承载能力极限状态。当结构或结构构件出现下列状态之一时，应认为超过了承载能力极限状态：
2）涉及结构或结构单元的正常使用功能、人员舒适性、建筑外观的极限状态应作为正常使用极限状态。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）涉及人身安全以及结构安全的极限状态应作为承载能力极限状态。当结构或结构构件出现下列状态之一时，应认为超过了承载能力极限状态：【不安全】
（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。
（3）结构转变为机动体系（不稳定）。
（4）结构或结构构件丧失稳定。
（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）结构或结构构件发生疲劳破坏。
2）涉及结构或结构单元的正常使用功能、人员舒适性、建筑外观的极限状态应作为正常使用极限状态。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：【不适用】
（1）影响外观、使用舒适性或结构使用功能的变形。
（2）造成人员不舒适或者结构使用功能受限的振动。
（3）影响外观、耐久性或结构使用功能的局部损坏。

1.作用（荷载）的分类
引起建筑结构失去平衡或破坏的外部作用主要有两类。一类是直接施加在结构上各种力（直接作用），亦称为荷载。包括永久作用（如结构自重、土压力、预加应力等），可变作用（如楼面和屋面活荷载、起重机荷载、雪荷载和覆冰荷载、风荷载等），偶然作用（如爆炸力、撞击力、火灾、地震等）。另一类是间接作用，指在结构上引起外加变形和约束变形的其他作用，例如温度作用、混凝土收缩、徐变等。
【总结】作用的分类

2.结构作用的规定
1）永久作用
（2）位置固定的永久设备自重应采用设备铭牌重量值。当无铭牌重量时，应按实际重量计算。（3）隔墙自重作为永久作用时，应符合位置固定的要求。位置可灵活布置的轻质隔墙自重应按可变荷载考虑。
（4）土压力应按设计埋深与土的单位体积自重计算确定。土的单位体积自重应根据计算水位分别取不同密度进行计算。
（5）预加应力应考虑时间效应影响，采用有效预应力。
2）楼面和屋面活荷载
（2）地下室顶板施工活荷载标准值不应小于5.0kN/m²，当有临时堆积荷载以及有重型车辆通过时，施工组织设计中应按实际荷载验算并采取相应措施。
（3）将动力荷载简化为静力作用施加于楼面和梁时，应将活荷载乘以动力系数，动力系数不应小于1.1。
3）雪荷载和覆冰荷载
（2）基本雪压应根据空旷平坦地形条件下的降雪观测资料，采用适当的概率分布模型、按50年重现期进行计算。对雪荷载敏感的结构，应按照100年重现期雪压和基本雪压的比值，提高其雪荷载取值。
4）风荷载
（2）基本风压应根据基本风速值进行计算，且其取值不得低于0.3kN/m²。

适用性：
在正常使用时，结构应具有良好的工作性能。如吊车梁变形过大会使吊车无法正常运行，水池出现裂缝便不能蓄水等，都影响正常使用，需要对变形、裂缝等进行必要的控制。

2.结构工程的适用性
2）杆件刚度与梁的位移计算【21单、22补多】
梁的位移计算公式：

影响位移因素除荷载外，还有：
（1）材料性能：与材料的弹性模量E成反比；
（2）构件的截面：与截面的惯性矩I成反比；
（3）构件的跨度：与跨度L的4次方成正比，此因素影响最大。
3）混凝土结构的裂缝控制

3.结构工程的耐久性
2）混凝土结构耐久性的环境类别环境类别【17单】

4）混凝土结构耐久性的要求
（1）混凝土最低强度等级【13、14、22单】
一般环境下配筋混凝土结构满足耐久性要求的混凝土最低强度等级

注：预应力混凝土楼板结构混凝土最低强度等级不应低于C30，其他预应力混凝土构件的混凝土最低强度等级不应低于C40。
（2）混凝土材料与钢筋最小保护层要求

一般环境中混凝土材料与钢筋最小保护层厚度

注：1. I-A 环境中使用年限低于100年的板、墙，当混凝土骨料最大公称粒径不大于15mm时，保护层最小厚度可降为15mm，但最大水胶比不应大于0.55；
3.直接接触土体浇筑的构件，其混凝土保护层厚度不应小于70mm；【18单】
5.预制构件的保护层厚度可比表中规定减少5mm。

当采用的混凝土强度等级比表中的规定低一个等级时，混凝土保护层厚度应增加5mm；低两个等级时，混凝土保护层厚度应增加10mm。
大截面混凝土墩柱在加大钢筋混凝土保护层厚度的前提下，其混凝土强度等级可低于表中的要求，但降低幅度不应超过两个强度等级，且设计使用年限为100年和50年的构件，其强度等级不应低于C25和C20。【16单】

（1）混合结构
混合结构房屋一般是指楼盖和屋盖采用钢筋混凝土或钢木结构，而墙和柱采用砌体结构建造的房屋，大多用在住宅、办公楼、教学楼建筑中。住宅建筑最适合采用混合结构，一般在6层以下。
（2）框架结构
框架结构常用于公共建筑、工业厂房等。其主要优点是建筑平面布需灵活，可形成较大的建筑空间，建筑立面处理也比较方便。主要缺点是侧向刚度较少，当层数较多时，会产生过大的侧移，易引起非结构性构件(如隔墙、装饰等)破坏进而影响使用。
（3）剪力墙结构
剪力墙结构是利用建筑物墙体(内墙和外墙)做成剪力墙，既承受垂直荷载，也承受水平荷载，墙体既受剪又受弯，所以称剪力墙。剪力墙结构的优点是:侧向刚度大，水平荷载作用下侧移小。缺点是:剪力墙的间距小(一般不超过8m)，结构建筑平面布需不灵活，结构自重也较大。剪力墙结构多应用于住宅建筑，不适用于大空间的公共建筑。
（4）框架-剪力墙结构
框架-剪力墙结构是在框架结构中设置适当剪力墙的一种结构。它具有框架结构平面布需灵活、空间较太的优点，又具有侧向刚度较太的优点。框架-剪力墙结构中，剪力墙主要承受水平荷载，竖向荷载主要由框架承担。框架-剪力墙结构适用于不超过170m的建筑。
（5）筒体结构
在高层建筑中，特别是超高层建筑，水平荷载越来越大，起着控制作用。简体结构便是抵抗水平荷载最有效结构体系，可分为框架-核心简结构、简中筒结构以及多筒结构等。简体结构适用于高度不超过300m的建筑。
（6）网架结构
网架是由许多杆件按照一定规律组成的网状结构。网架结构可以分为平板网架和曲面网架。平板网架采用较多，其优点是:空间受力体系，杆件主要承受轴向力(既有压力、也有拉力)，受力合理，节约材料，整体性能好，刚度大，抗震性能好。杆件类型较少，适合工业化生产。
（7）拱式结构
拱是一种有推力的结构，主要内力是轴向压力，可利用抗压性能良好的混凝土建造大跨度的拱式结构。适用于体育馆、展览馆等建筑。
（8）悬索结构
悬素结构在建筑工程中，主要用于体育馆、展览馆等大跨度结构。悬索结构主要承重构件是受拉的钢索，用高强,度钢绞线或钢丝绳制成。悬素结构可分为单曲面与双曲面两类。

2. 工程结构设计要求
1）涉及人身安全以及结构安全的极限状态应作为承载能力极限状态。当结构或结构构件出现下列状态之一时，应认为超过了承载能力极限状态：
2）涉及结构或结构单元的正常使用功能、人员舒适性、建筑外观的极限状态应作为正常使用极限状态。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）涉及人身安全以及结构安全的极限状态应作为承载能力极限状态。当结构或结构构件出现下列状态之一时，应认为超过了承载能力极限状态：【不安全】
（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。
（3）结构转变为机动体系（不稳定）。
（4）结构或结构构件丧失稳定。
（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）结构或结构构件发生疲劳破坏。
2）涉及结构或结构单元的正常使用功能、人员舒适性、建筑外观的极限状态应作为正常使用极限状态。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：【不适用】

（1）影响外观、使用舒适性或结构使用功能的变形。
（2）造成人员不舒适或者结构使用功能受限的振动。
（3）影响外观、耐久性或结构使用功能的局部损坏。

1.作用（荷载）的分类
引起建筑结构失去平衡或破坏的外部作用主要有两类。一类是直接施加在结构上各种力（直接作用），亦称为荷载。包括永久作用（如结构自重、土压力、预加应力等），可变作用（如楼面和屋面活荷载、起重机荷载、雪荷载和覆冰荷载、风荷载等），偶然作用（如爆炸力、撞击力、火灾、地震等）。另一类是间接作用，指在结构上引起外加变形和约束变形的其他作用，例如温度作用、混凝土收缩、徐变等。
【总结】作用的分类

2.结构作用的规定
1）永久作用
（2）位置固定的永久设备自重应采用设备铭牌重量值。当无铭牌重量时，应按实际重量计算。

（3）隔墙自重作为永久作用时，应符合位置固定的要求。位置可灵活布置的轻质隔墙自重应按可变荷载考虑。
（4）土压力应按设计埋深与土的单位体积自重计算确定。土的单位体积自重应根据计算水位分别取不同密度进行计算。
（5）预加应力应考虑时间效应影响，采用有效预应力。
2）楼面和屋面活荷载
（2）地下室顶板施工活荷载标准值不应小于5.0kN/m²，当有临时堆积荷载以及有重型车辆通过时，施工组织设计中应按实际荷载验算并采取相应措施。
（3）将动力荷载简化为静力作用施加于楼面和梁时，应将活荷载乘以动力系数，动力系数不应小于1.1。
3）雪荷载和覆冰荷载
（2）基本雪压应根据空旷平坦地形条件下的降雪观测资料，采用适当的概率分布模型、按50年重现期进行计算。对雪荷载敏感的结构，应按照100年重现期雪压和基本雪压的比值，提高其雪荷载取值。
4）风荷载
（2）基本风压应根据基本风速值进行计算，且其取值不得低于0.3kN/m²。