第2、3 次课教学整体设计教学过程（教学设计实施步骤及时间分配）步骤1：组织教学（分钟）1、师生问好2、班长报告出勤步骤2：导入新课（分钟）绪论中已述及，结构上的作用可分为直接作用和间接作用。

其中直接作用即习惯上所说的荷载，它是指施加在结构上的集中力或分布力系。

步骤3：知识讲授§1.1含例题2道（分钟）第1章建筑结构计算基本原则§1.1荷载分类及荷载代表值一、荷载分类按随时间的变异，结构上的荷载可分为以下三类：（一）永久荷载永久荷载亦称恒荷载，是指在结构使用期间，其值不随时间变化，或者其变化与平均值相比可忽略不计的荷载，如结构自重、土压力、预应力等。

（二）可变荷载可变荷载也称为活荷载，是指在结构使用期间，其值随时间变化，且其变化值与平均值相比不可忽略的荷载，如楼面活荷载、屋面活荷载、风荷载、雪荷载、吊车荷载等。

（三）偶然荷载在结构使用期间不一定出现，而一旦出现，其量值很大且持续时间很短的荷载称为偶然荷载，如爆炸力、撞击力等。

二、荷载代表值荷载是随机变量，任何一种荷载的大小都有一定的变异性。

因此，结构设计时，对于不同的荷载和不同的设计情况，应赋予荷载不同的量值，该量值即荷载代表值。

《建筑结构荷载规范》GB50009-2001（以下简称《荷载规范》）规定，对永久荷载应采用标准值作为代表值；对可变荷载应根据设计要求采用标准值、组合值、频遇值或准永久值作为代表值；对偶然荷载应按建筑结构使用的特点确定其代表值。

本书仅介绍永久荷载和可变荷载的代表值。

（一）荷载标准值作用于结构上荷载的大小具有变异性。

例如，对于结构自重等永久荷载，虽可事先根据结构的设计尺寸和材料单位重量计算出来，但施工时的尺寸偏差，材料单位重量的变异性等原因，致使结构的实际自重并不完全与计算结果相吻合。

至于可变荷载的大小，其不定因素则更多。

荷载标准值就是结构在设计基准期内具有一定概率的最大荷载值,它是荷载的基本代表值。

这里所说的设计基准期，是为确定可变荷载代表值而选定的时间参数，一般取为50年。

1、永久荷载标准值永久荷载主要是结构自重及粉刷、装修、固定设备的重量。

由于结构或非承重构件的自重的变异性不大，一般以其平均值作为荷载标准值，即可按结构构件的设计尺寸和材料或结构构件单位体积（或面积）的自重标准值确定。

对于自重变异性较大的材料，在设计中应根据其对结构有利或不利的情况，分别取其自重的下限值或上限值。

常用材料和构件的单位自重见《荷载规范》。

现将几种常用材料单位体积的自重（单位kN/m3）摘录如下：混凝土22~24，钢筋混凝土24~25，水泥砂浆20，石灰砂浆、混合砂浆17，普通砖18，普通砖（机器制）19，浆砌普通砖砌体18，浆砌机砖砌体19。

例如，取钢筋混凝土单位体积自重标准值为25 kN/m3，则截面尺寸为200×500mm的钢筋混凝土矩形截面梁的自重标准值为0.2×0.5×25=2.5kN/m。

2、可变荷载标准值民用建筑楼面均布活荷载标准值及其组合值、频偶值和永久值系数应按表1.1.1采用。

注：①本表所列各项活荷载适用于一般使用条件，当使用荷载大时，应按实际情况采用。

②本表各项荷载不包括隔墙自重和二次装修荷载。

考虑到构件的负荷面积越大，楼面每1m2面积上活荷载在同一时刻都达到其标准值的可能性越小，因此，《荷载规范》规定，设计楼面梁、墙、柱及基础时，表1.1.1中的楼面活荷载标准值在下列情况下应乘以规定的折减系数：（1) 设计楼面梁时的折减系数① 第1（1）项当楼面梁从属面积超过25m2时，应取0.9；② 第1（2）～7项当楼面梁从属面积超过50m2时应取0.9；③第8项对单向板楼盖的次梁和槽形板的纵肋应取0.8；对单向板楼盖的主梁应取0.6；对双向板楼盖的梁应取0.8。

④第9～12项应采用与所属房屋类别相同的折减系数。

（2) 设计墙、柱和基础时的折减系数① 第1（1）项应按表1.1.2规定采用；② 第1（2）～7项采用与其楼面梁相同的折减系数；③ 第8项对单向板楼盖取0.5；对双向板楼盖取0.8；④ 第9～12项采用与所属房屋类别相同的折减系数。

表1.1.2 活荷载按楼层的折减系数注：当楼面梁的从属面积超过25m2时，采用括号内的系数。

上面提及的楼面的从属面积，是指向梁两侧各延伸1/2梁间距的范围内实际面积。

房屋建筑的屋面，其水平投影面上的屋面均布活荷载，应按表1.1.3采用。

其余可变荷载，如工业建筑楼面活荷载、风荷载、雪荷载、厂房屋面积灰荷载等详见《荷载规范》。

注：①不上人的屋面，当施工荷载较大时，应按实际情况采用；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、堵塞等引起等积水荷载，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圃土石等材料自重。

（二）可变荷载准永久值可变荷载在设计基准期内会随时间而发生变化，并且不同可变荷载在结构上的变化情况不一样。

如住宅楼面活荷载，人群荷载的流动性较大，而家具荷载的流动性则相对较小。

在设计基准期内经常达到或超过的那部份荷载值（总的持续时间不低于25年），称为可变荷载准永久值。

它对结构的影响类似于永久荷载。

可变荷载准永久值可表示为ψqＱk，其中Ｑk为可变荷载标准值，ψq为可变荷载准永久值系数。

ψq的值见表1.1.1、表1.1.3。

例如住宅的楼面活荷载标准值为2kN/m2，准永久值系数ψq=0.4，则活荷载准永久值为2×0.4=0.8 kN/m2。

（三）可变荷载组合值两种或两种以上可变荷载同时作用于结构上时，所有可变荷载同时达到其单独出现时可能达到的最大值的概率极小，因此，除主导荷载（产生最大效应的荷载）仍可以其标准值为代表值外，其他伴随荷载均应以小于标准值的荷载值为代表值，此即可变荷载组合值。

可变荷载组合值可表示为ψcＱk。

其中ψc为可变荷载组合值系数，其值按表1.1.1、表1.1.3查取。

（四）可变荷载频遇值对可变荷载，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。

换言之，可变荷载频遇值是指在设计基准期内被超越的总时间仅为设计基准期一小部份的荷载值。

可变荷载频遇值可表示为ψfＱk。

其中ψf为可变荷载频遇值系数，其值按表1.1.1、表1.1.3查取。

步骤4：知识讲授§1.2（分钟）§1.2建筑结构概率极限状态设计法一、极限状态（一）结构的功能要求1、结构的安全等级建筑物的重要程度是根据其用途决定的。

不同用途的建筑物，发生破坏后所引起的生命财产损失是不一样的。

《建筑结构可靠度设计统一标准》GB50068-2001（以下简称《统一标准》）规定，建筑结构设计时，应根据结构破坏可能产生的后果（危及人的生命、造成经济损失、产生社会影响等）的严重性，采用不同的安全等级。

根据破坏后果的严重程度，建筑结构划分为三个安全等级。

建筑结构安全等级的划分应符合表1.2.1的要求。

影剧院、体育馆和高层建筑等重要的工业与民用建筑的安全等级为一级，大量的一般工业与民用建筑的安全等级为二级，次要建筑的安全等级为三级。

纪念性建筑及其他有特殊要求的建筑，其安全2、结构的设计使用年限结构设计的目的是要使所设计的结构在规定的设计使用年限内能完成预期的全部功能要求。

所谓设计使用年限，是指设计规定的结构或结构构件不需进行大修即可按其预定目的使用的时期。

换言之，设计使用年限就是房屋建筑在正常设计、正常施工、正常使用和维护3、结构的功能要求建筑结构在规定的设计使用年限内应满足安全性、适用性和耐久性三项功能要求。

安全性指结构在正常施工和正常使用的条件下，能承受可能出现的各种作用；在设计规定的偶然事件（如强烈地震、爆炸、车辆撞击等）发生时和发生后，仍能保持必需的整体稳定性，即结构仅产生局部的损坏而不致发生连续倒塌。

适用性指结构在正常使用时具有良好的工作性能。

例如，不会出现影响正常使用的过大变形或振动；不会产生使使用者感到不安的裂缝宽度等。

耐久性指结构在正常维护条件下具有足够的耐久性能，即在正常维护条件下结构能够正常使用到规定的设计使用年限。

例如，结构材料不致出现影响功能的损坏，钢筋混凝土构件的钢筋不致因保护层过薄或裂缝过宽而锈蚀等。

结构的安全性、适用性和耐久性是结构可靠的标志，总称为结构的可靠性。

结构可靠性的定义是，结构在规定时间内，在规定条件下，完成预定功能的能力。

但在各种随机因素的影响下，结构完成的能力不能事先确定，只能用概率来描述。

为此，我们引入结构可靠度的概念，即结构在规定时间内，在规定条件下，完成预定功能的概率。

在这里，规定时间指设计使用年限；规定条件指正常设计、正常施工、正常使用和正常维护，不包括错误设计、错误施工和违反原来规定的使用情况；预定功能指结构的安全性、适用性和耐久性。

结构的可靠度是结构可靠性的概率度量，即对结构可靠性的定量描述。

结构可靠度与结构使用年限长短有关。

《统一标准》以结构的设计使用年限为计算结构可靠度的时间基准。

应当注意，结构的设计使用年限虽与结构使用寿命有联系，但不等同。

当结构的使用年限超过设计使用年限后，并不意味着结构就要报废，但其可靠度将逐渐降低。

（二）结构功能的极限状态结构能满足功能要求，称结构“可靠”或“有效”，否则称结构“不可靠”或“失效”。

区分结构工作状态“可靠”与“失效”的界限是“极限状态”。

因此，结构的极限状态可定义为：整个结构或结构的一部份，超过某一特定状态就不能满足设计规定的某一功能（安全性、适用性、耐久性）要求，该特定状态称为该功能的极限状态。

结构极限状态分为以下两类：1、承载能力极限状态这种极限状态对应于结构或结构构件达到最大承载能力或不适于继续承载的变形。

承载能力极限状态主要考虑关于结构安全性的功能。

超过这一状态，便不能满足安全性的功能。

当结构或结构构件出现下列状态之一时，即认为超过了承载能力极限状态：结构构件或连接因材料强度不够而破坏；整个结构或结构的一部分作为刚体失去平衡（如倾覆等）（图1.2.1a）；结构转变为机动体系(图1.2.1b、c)；结构或结构构件丧失稳定（如柱子被压曲等）(图1.1d)。

图1.2.1结构超过承载能力极限状态的示例结构或结构构件一旦超过承载能力极限状态，将造成结构全部或部分破坏或倒塌，导致人员伤亡或重大经济损失，因此，在设计中对所有结构和构件都必须按承载力极限状态进行计算，并保证具有足够的可靠度。

2、正常使用极限状态正常使用极限状态对应于结构或结构构件达到正常使用或耐久性能的某项规定限值。

超过这一状态，便不能满足适用性或耐久性的功能。

当结构或结构构件出现下列状态之一时，即认为超过了正常使用极限状态：影响正常使用或外观的变形；影响正常使用或耐久性能的局部损坏（包括裂缝）；影响正常使用的振动；影响正常使用的其他特定状态等。