結(jié)構(gòu)功能的極限狀態(tài)與設(shè)計狀況
區(qū)分結(jié)構(gòu)是否卡靠與失效,其分界標(biāo)志就是極限狀態(tài)。當(dāng)整個結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)的一部分超過某一特定狀態(tài)就不能滿足設(shè)計規(guī)定的某一功能要求,這種特定狀態(tài)稱為該功能的極限狀態(tài)。
極限狀態(tài)可分為兩類:
1.承載能力極限狀態(tài)
當(dāng)結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件達到最大承載能力,或產(chǎn)生了不適于繼續(xù)承載的變形時,即認為超過了承載能力極限狀態(tài)。例如:
(1)整個結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)的一部分作為剛體失去平衡例如煙囪在風(fēng)荷載作用下整體傾翻。
(2)結(jié)構(gòu)構(gòu)件或連接因超過材料強度而破壞(包括疲勞破壞),例如軸心受壓短柱中的混凝土和鋼筋分別達到抗壓強度而破壞,或因過度變形而不適于繼續(xù)承載;
(3)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)闄C動體系,例如簡支梁跨中截面達到抗彎承載力形成三鉸共線的機動體系,從而喪失承載能力。
(4)結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件喪失穩(wěn)定(如壓屈等),例如細長柱達到臨界荷載后因壓曲失穩(wěn)而破壞。
(5)地基喪失承載能力而破壞(如失穩(wěn)等)。
事實上,承載能力極限狀態(tài)就是結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件發(fā)揮最大承載能力的狀態(tài)。
2.正常使用極限狀態(tài)
這種極限狀態(tài)對應(yīng)于結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件達到正常使用或耐久性能的某項規(guī)定限值的狀態(tài)。當(dāng)出現(xiàn)下列狀態(tài)之一時,即認為超過了正常使用極限狀態(tài):
(1)影響正常使用或外觀的變形,如梁的撓度過大影響正常使用。
(2)影響正常使用或耐久性能的局部損壞(包括裂縫);
(3)影響正常使用的振動,如樓板的振幅過大影響正常使用;
(4)影響正常使用的其他特定狀態(tài),如基礎(chǔ)產(chǎn)生不均勻沉降過大。
在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計時,除了考慮結(jié)構(gòu)功能的極限狀態(tài)之外,還須根據(jù)結(jié)構(gòu)在施工和使用中的環(huán)境條件和影響,區(qū)分下列三種設(shè)計狀況:
(1)持久狀況,即在結(jié)構(gòu)使用過程中一定出現(xiàn),其持續(xù)期很長的狀況,例如房屋結(jié)構(gòu)承受家具和正常人員荷載的狀況。持續(xù)期一般與設(shè)計使用年限為同一數(shù)量級。
(2)短暫狀況,即在結(jié)構(gòu)施工和使用過程中出現(xiàn)概率較大,而與設(shè)計使用年限相比持續(xù)期很短的狀況,如結(jié)構(gòu)施工和維修時承受堆料荷載的狀況。
(3)偶然狀況,即在結(jié)構(gòu)使用過程中出現(xiàn)概率很小,且持續(xù)期很短的狀況,如結(jié)構(gòu)遭受火災(zāi)、爆炸、撞擊、罕遇地震等作用。
這三種設(shè)計狀況分別對應(yīng)不同的極限狀態(tài)設(shè)計。對于持久狀況、短暫狀況和偶然狀況,都必須進行承載能力極限狀態(tài)設(shè)計;對于持久狀況,尚應(yīng)進行正常使用極限狀態(tài)設(shè)計;而對于短暫狀況,可根據(jù)需要進行正常使用極限狀態(tài)設(shè)計。