2.5 《水工混凝土结构设计规范》的实用设计表达式
目前,在我国由于管理体制的不同,同样用于水利水电工程的《水工混凝土结构设计规范》有了两个版本:一本是电力系统的《水工混凝土结构设计规范》(DL/T 5057—2009);另一本是水利系统的《水工混凝土结构设计规范》(SL 191—2008)。这两本规范是用来替代1996年版的《水工混凝土结构设计规范》的[3]。
这两本规范的大部分条文内容是基本相同或仅稍有差异,但在实用设计表达式的表达方式上却有着较大的不同。DL/T 5057—2009规范完全继承了原《水工混凝土结构设计规范》(DL/T 5057—1996),按照概率极限状态设计原则,用5个分项系数的设计表达式进行设计。SL 191—2008规范则在规定的材料强度和荷载取值条件下,采用在多系数分析基础上以安全系数K表达的方式进行设计。
下面分别介绍这两本规范的实用设计表达式,请注意它们之间的异同点。
2.5.1 DL/T 5057—2009规范
2.5.1.1 承载能力极限状态设计时采用的分项系数
电力系统的DL/T 5057—2009规范在承载能力极限状态实用设计表达式中,采用了5个分项系数,它们是结构重要性系数γ0、设计状况系数ψ、结构系数γd、荷载分项系数γG和γQ、材料分项系数γc和γs。规范用这5个分项系数构成并保证结构的可靠度。
1.结构重要性系数γ0
建筑物的结构构件安全级别不同,所要求的目标可靠指标也不同,为反映这种要求,可在计算出的荷载效应值上再乘以结构重要性系数γ0。
2.设计状况系数ψ
结构在施工、安装、运行、检修等不同阶段可能出现不同的结构体系、不同的荷载及不同的环境条件,所以在设计时应分别考虑不同的设计状况:
(1)持久状况——结构在长期运行过程中出现的设计状况。
(2)短暂状况——结构在施工、安装、检修期出现的设计状况或在运行期短暂出现的设计状况。
(3)偶然状况——结构在运行过程中出现的概率很小且持续时间极短的设计状况,如遭遇地震或校核洪水位。
不同设计状况的可靠度水平要求不同,在设计表达式中就用设计状况系数ψ来表示。
3.荷载分项系数γG和γQ
结构构件在其运行使用期间,实际作用的荷载仍有可能超过规定的荷载标准值。为考虑这一超载的可能性,在承载能力极限状态设计中规定对荷载标准值还应乘以相应的荷载分项系数。在水工规范中这个荷载分项系数实质上就是“超载系数”。显然,对变异性较小的永久荷载,荷载分项系数就可小一些;对变异性较大的可变荷载,荷载分项系数就应大一些。
荷载标准值乘以相应的荷载分项系数后,称为荷载的设计值。
4.材料分项系数γc和γs
为了充分考虑材料强度的离散性及不可避免的施工误差等因素带来的使材料实际强度低于材料强度标准值的可能,在承载能力极限状态计算时,规定对混凝土与钢筋的强度标准值还应分别除以混凝土材料分项系数γc与钢筋材料分项系数γs。规范规定:在承载能力极限状态计算时,混凝土材料分项系数γc取为1.4;普通热轧钢筋的材料分项系数γs取为1.1,用于预应力混凝土结构的高强钢筋(钢丝、钢绞线等)的材料分项系数γs取为1.2。
混凝土的轴心抗压强度和轴心抗拉强度标准值除以混凝土材料分项系数1.4后,就得到混凝土轴心抗压和轴心抗拉的强度设计值fc与ft;普通热轧钢筋的强度标准值除以钢筋的材料分项系数1.1后,就得到热轧钢筋的抗拉强度设计值fy;预应力用的高强钢筋的抗拉强度设计值fpy则是由钢筋的条件屈服点除以钢筋的材料分项系数1.2后得出的。
钢筋的抗压强度设计值由混凝土的极限压应变εcu(偏安全取εcu=0.002)与钢筋弹性模量Es的乘积确定的,同时规定不大于钢筋的抗拉强度设计值fy。
由此得出的材料强度设计值见本教材附录2表1、表3及表4,设计时可直接查用。所以,在承载能力极限状态实用设计表达式中就不再出现材料强度标准值及材料分项系数。
5.结构系数γd
DL/T 5057—2009规范在承载能力极限状态计算时,还引入了一个结构系数γd来反映上述4个分项系数未能涵盖到的其他因素对结构可靠度的影响,例如荷载效应计算时的计算模式与实际的差异、结构抗力计算时的计算模式与实际的差异,以及尚未被人们认知和掌握的其他一些对可靠度有关的因素。结构系数实质上就是4个分项系数以外保留下来的一个“小安全系数”。
在荷载分项系数、材料分项系数等4个分项系数已事先设定的条件下,就可用概率极限状态理论,依据可靠指标β尽可能接近目标可靠指标βT的原则,对各类构件分别算出在不同材料、不同荷载组合时所需要的结构系数,然后通过加权平均,得出一个合适的γd。
2.5.1.2 承载能力极限状态的设计表达式
规范规定,对于持久、短暂和偶然这三种设计状况,均必须进行承载能力极限状态的计算。因而,在承载能力极限状态计算时,应按荷载效应的基本组合和偶然组合分别进行。
1.基本组合
基本组合是指在持久设计状况和短暂设计状况计算时,作用在结构上的永久荷载和可变荷载产生的荷载效应的组合。
对于基本组合,其承载能力极限状态设计表达式为:
式中 γ0——结构重要性系数,规范规定γ0应不小于表2-3所列数值;
ψ——设计状况系数,规范规定,对应于持久状况和短暂状况分别取为1.0和0.95;
S——荷载效应组合设计值,按式(2-21)计算;
SGk——永久荷载标准值产生的荷载效应;
SQ 1 k ——一般可变荷载标准值产生的荷载效应;
SQ 2 k ——可控制的可变荷载标准值产生的荷载效应,可控制的可变荷载是指可以严格控制其不超出规定限值的荷载,如水电站厂房设计中由制造厂家提供的吊车最大轮压值;设备重力按实际铭牌确定,堆放位置有严格规定的安装间楼面堆放设备荷载等;
γG、γQ1、γQ2——永久荷载、一般可变荷载、可控制的可变荷载的荷载分项系数,规范规定荷载分项系数应按《水工建筑物荷载设计规范》(DL 5077—1997)的规定取值,但应不小于表2-4所列数值;为便于查用,表2-5列出了DL 5077—1997规范规定的部分荷载的分项系数;
R——结构构件抗力设计值,按各类结构构件的承载力公式计算,计算公式见以后各章;
R(·)——结构构件的抗力函数;
fy、fc——钢筋、混凝土的强度设计值,按本教材附录2表1、表3及表4查用。
ak——结构构件几何尺寸的标准值;
γd——结构系数,规范规定的结构系数如表2-6所示。
表2-3 水工建筑物结构安全级别及结构重要性系数γ0
表2-4 荷载分项系数γG、γQ1、γQ2的最小取值
注 当永久荷载对结构起有利作用时,取用表中括号内的数值。
表2-5 《水工建筑物荷载设计规范》(DL 5077—1997)规定的主要的荷载分项系数
表2-6 承载能力极限状态计算时的结构系数γd
注 1.承受永久荷载为主的构件,结构系数应按表中数值增加0.05。
2.对于新型结构或荷载不能准确估计时,结构系数应适当提高。
以上就是DL/T 5057—2009规范按承载能力极限状态计算时的设计表达式。
对承载能力极限状态来说,它的荷载效应S就是荷载在结构构件上产生的内力,也就是构件截面上承受的弯矩M、轴力N、剪力V或扭矩T等。
对承载能力极限状态来说,它的结构抗力R就是构件截面的极限承载力。具体对于某一截面,就是截面的极限弯矩值Mu、极限轴力值Nu、极限剪力值Vu或极限扭矩值Tu等。
2.偶然组合
对于偶然组合,其承载能力极限状态设计表达式与基本组合相同。
偶然组合属于偶然设计状况,规范规定其表达式中的设计状况系数ψ=0.85。
同时其荷载效应组合设计值S应按下式计算:
式中 SAk——偶然荷载代表值产生的荷载效应,偶然荷载代表值按《水工建筑物抗震设计规范》(DL 5073—2000)或《水工建筑物荷载设计规范》(DL/T 5077—1997)确定。在偶然组合中每次只考虑一种偶然荷载;
式中其余符号同式(2-21)。
在计算偶然组合的荷载效应S时,对其中某些可变荷载可适当折减其标准值。
2.5.1.3 正常使用极限状态的设计表达式
对正常使用极限状态,DL/T 5057—2009规范采用如下的表达式:
式中 Sk——正常使用极限状态的荷载效应标准组合值;
Sk(·)——正常使用极限状态的荷载效应标准组合值函数;
c——结构构件达到正常使用要求所规定的变形、裂缝宽度或应力等限值;
Gk、Qk——永久荷载、可变荷载标准值;
fk——材料强度标准值。
由上两式可见,正常使用极限状态验算时,分项系数γd、ψ、γG和γQ都取为1.0,荷载和材料强度均取用为标准值。其原因是正常使用极限状态验算时,它的可靠度水平要求可以低一些。但在DL/T 5057—2009规范中,还保留了一个结构重要性系数γ0[4]。
规范还规定:对于持久设计状况,应进行正常使用极限状态的验算;对于短暂状况,可根据具体情况决定是否需要进行正常使用极限状态验算;对于偶然设计状况,则可不进行正常使用极限状态的验算。
2.5.2 SL 191—2008规范
2.5.2.1 确定安全系数的原则
水利系统的SL 191—2008规范也是在规定的材料强度和荷载取值条件下,采用极限状态设计法进行设计,但它是在多系数分析基础上,将几个系数合并为一个安全系数,采用安全系数K表达的方式进行设计的。它确定安全系数的原则有下列几点:
(1)它不像DL/T 5057—2009规范那样突出“概率”两字,也不再像原《水工混凝土结构设计规范》(DL/T 5057—1996)的条文说明中那样强调“以可靠指标度量结构构件的可靠度水平”。因为在水利水电工程中,除了材料强度及少数几种荷载能得到实测的统计资料外,大多数荷载还无法得出可靠的统计参数,不少主要荷载(如土压力、围岩压力、浪压力、水锤压力等)还只能采用理论公式推算得出,因此还谈不上真正意义上的概率分析。特别是可变荷载的组合值,百年一遇或千年一遇洪水的荷载系数等主要问题尚未能妥善解决前,失效概率和可靠指标就失去了它真实的意义。
(2)但SL 191—2008规范仍是以多个分项系数作为分析基础的,因为多个分项系数,特别是不同的荷载分项系数和不同的材料分项系数能反映它们的不同变异性对结构构件安全度影响的差异。
(3)在SL 191—2008规范中,材料强度标准值与材料强度设计值的取值与DL/T 5057—2009规范完全相同,见本教材附录2。它的结构抗力R的表达式也与式(2-22)完全一样。
(4)《水工建筑物荷载设计规范》(DL 5077—1997)对各种荷载规定了相应的不同的荷载分项系数,应用时显得比较繁琐。因而,SL 191—2008规范只采用《水工建筑物荷载设计规范》(DL 5077—1997)对荷载标准值的规定,而不采用其分项系数的规定。
在SL 191—2008规范中,根据变异性的差异,将永久荷载分成两类:一类是自重、设备等永久荷载G1k,它们的变异性最小,所需的分项系数γG1也最小;另一类是土压力、淤沙压力及围岩压力等,它们的标准值G2k是由公式推算出的,与实际会有较大的误差,所需的分项系数γG2就应大一些。
SL 191—2008规范把可变荷载也分成两类:一类为一般可变荷载Q1k,它的变异性最大,所需的分项系数γQ1也最大;一类为可控制其不超出规定限值的可变荷载Q2k,相应的分项系数γQ2就可小些。
由此,荷载效应组合设计值S可表示为:
上式右侧的4个Sk是4种不同性质的荷载的标准值产生的荷载效应。
在式(2-26)中,荷载分项系数按原《水工混凝土结构设计规范》(DL 5057—1996)的规定及工程经验,分别取为:γG1=1.05;γG2=1.20;γQ1=1.20;γQ2=1.10。
如此,对某些荷载,SL 191—2008规范与DL/T 5057—2009规范所采用的荷载分项系数会有些差别。如雪荷载与风荷载,SL 191—2008规范将其归纳于一般可变荷载,γQ1=1.20;而DL/T 5057—2009规范是按《水工建筑物荷载设计规范》(DL 5077—1997)取用,γQ=1.30。但对大多数荷载,两本规范荷载分项系数的取值是相同的。
(5)与式(2-20)~式(2-22)相同,可以把承载能力极限状态的设计表达式写成为:
式(2-27)就成为:
K即为SL 191—2008规范的安全系数,代入各有关分项系数的具体数值后,就可得出K值。
(6)在SL 191—2008规范中,钢筋混凝土结构与预应力混凝土结构的结构系数γd与DL/T 5057—2009规范一样,取等于1.20。
结构重要性系数γ0的取值则与DL/T 5057—2009规范有所不同。在DL/T 5057—2009规范中,对应于1级水工建筑(Ⅰ级安全级别),2、3级水工建筑(Ⅱ级安全级别)与4、5级水工建筑(Ⅲ级安全级别),γ0分别取为1.10,1.0与0.90;在SL 191—2008规范中相应的γ0分别取为1.10,1.0与0.95。其原因是DL/T 5057—2009规范所采用的γ0是沿用《混凝土结构设计规范》(GB 50010—2002)的。但在GB 50010—2002中,Ⅲ级安全级别的建筑是指次要建筑及使用年限不超过5年的临时性房屋,而在水利工程中,Ⅲ级安全级别的建筑是指装机容量在50MW以下的水电站厂房,这两者的重要性显然是不相当的。对这样一座水电站厂房的上部结构,若用《混凝土结构设计规范》设计,则属于“一般建筑”,安全级别为Ⅱ级,γ0=1.0;若用DL/T 5057—2009规范设计,则属于Ⅲ级,γ0=0.90,安全度就下降了10%,这显然是不妥的。SL 191—2008规范对此稍作调整,将Ⅲ级的γ0提高为0.95,应该是比较恰当的。
在SL 191—2008规范中,对于持久设计状况和短暂设计状况,设计状况系数ψ均取为1.0。这是考虑到在实际工程中,施工期(短暂设计状况)失事的概率反而高,故其安全度不宜降低。对偶然设计状况,则按传统仍取ψ为0.85。
将这些分项系数具体数值代入式(2-28),就得出安全系数的计算值。将安全系数计算值保留两位小数,并考虑到安全系数不宜小于1.0,就得到了表2-7所示的承载力安全系数K。
表2-7 钢筋混凝土或预应力混凝土结构构件的承载力安全系数K
注 1.水工建筑物的级别应根据《水利水电工程等级划分及洪水标准》(SL 252—2000)确定。
2.结构在使用、施工、检修期的承载力计算,安全系数K应按表中基本组合取值;对地震及校核洪水位的承载力计算,安全系数K应按表中偶然组合取值。
3.当荷载效应组合由永久荷载控制时,承载力安全系数K应增加0.05。
4.当结构的受力情况较为复杂、施工特别困难、荷载不能准确计算、缺乏成熟的设计方法或结构有特殊要求时,承载力安全系数K宜适当提高。
2.5.2.2 承载能力极限状态的设计表达式
根据上述原则,SL 191—2008规范采用的承载能力极限状态的设计表达式为:
式中 K——承载力安全系数,应不小于表2-7所列数值;
S——荷载效应组合设计值;
R——结构抗力,即结构构件的截面承载力,由材料强度设计值及截面尺寸等因素计算得出。
承载能力极限状态计算时,结构构件截面上的荷载效应设计值S按下列规定计算。
1.基本组合
(1)当永久荷载对结构起不利作用时:
(2)当永久荷载对结构起有利作用时:
2.偶然组合
所有符号和前面相同。式(2-33)中,某些可变荷载的标准值可作适当的折减。
将上列SL 191—2008规范的公式与DL/T 5057—2009规范的公式相比较,很明显,如果两本规范所用的分项系数取值全部相同,则γ0ψγdS与KS相等。但由于两本规范对分项系数的取值不完全一致,加上安全系数列表取整的影响,两者之间在某些情况下是稍有差异的。
2.5.2.3 正常使用极限状态的设计表达式
正常使用极限状态验算时,应按荷载效应的标准组合进行,并采用下列设计表达式:
式中符号同式(2-24)、式(2-25)。
SL 191—2008规范的正常使用极限状态设计表达式与DL/T 5057—2009规范的式(2-24)、式(2-25)相比较,不同之处仅在于它不再列入结构重要性系数γ0,其理由见本教材第45页的页下注。
还应强调两点:①规范所规定的分项系数或安全系数是可靠度要求所采用的最低限度的数值;②我国工程结构设计规范因过去长期受经济发展不快,物资较为匮乏的制约,所规定的承载能力可靠度是偏低的,与发达国家的设计规范相比有一定的差距。工程实践也证实,我国工程结构抵御意外事故或自然灾害能力较弱。因此,在遇到新型结构缺乏成熟设计经验时,或结构受力较为复杂、施工特别困难时,或荷载标准值较难正确确定时,以及失事后较难修复或会引起巨大次生灾害后果时的等情况,设计时适当提高荷载的取值或适当提高分项系数(安全系数)的取值,是必要的和明智的。
在式(2-20)和式(2-30)所示的承载能力极限状态的设计表达式中,两本规范的荷载效应设计值S的含义是相同的,都为荷载设计值产生的内力。但DL/T 5057—2009规范将式(2-20)应用于具体构件设计时,为表达式的简洁,将γ0ψ并入荷载效应设计值S,并仍称为内力设计值,这使得两本规范的内力设计值的含义有所不同。
下面以承受弯矩M的受弯构件承载力计算为例加以说明,按DL/T 5057—2009规范计算时,式(2-20)变为:
而式(2-21)变为:
式中MD——弯矩设计值。上标“D”表示它是按电力系统DL/T 5057—2009规范规定的公式计算的;
Mu——截面能承受的极限弯矩值;
MGk、MQ1k、MQ2k——分别为永久荷载标准值、一般可变荷载标准值与可控制的可变荷载标准值在该计算截面上产生的弯矩值;
其余符号同前。
按SL 191—2008规范计算时,式(2-30)变为:
式(2-31)变为:
式(2-32)变为:
式中 MS——弯矩设计值。上标“S”表示它是按水利系统SL 191—2008规范的规定公式计算的。
其余符号同前。
比较式(2-36)和式(2-38)可清楚看到:SL 191—2008规范的内力设计值是指荷载设计值产生的内力,DL/T 5057—2009规范的内力设计值是指荷载设计值产生的内力与γ0ψ乘积。当荷载分项系数相同时,两本规范的内力设计值相差γ0ψ倍。
下面,再用一些算例来说明DL/T 5057—2009规范与SL 191—2008规范在计算内力值时的异同,请认真加以比较。
【例2-1】 某悬臂式挡土墙,3级水工建筑物,尺寸、土层及水位高程如图2-3所示。墙后回填砂土的容重18.5kN/m3,浮容重10.0kN/m3。试用DL/T 5057—2009规范和SL 191—2008规范分别算出该挡土墙运用期立板根部单位宽度上的弯矩设计值MD和MS,以及γdMD及KMS。
图2-3 悬臂式挡土墙尺寸与荷载分布
解:
1.按DL/T 5057—2009规范计算
(1)结构重要性系数与设计状况系数
3级水工建筑物,结构安全级别为Ⅱ级,由表2-3查得结构重要性系数γ0=1.0;运用期为持久状况,设计状况系数ψ=1.0。
(2)荷载标准值
墙前土压力很小,一般忽略不计。墙后土压力按静止土压力计算,取静止土压力系数K0=0.33,水的容重9.81kN/m3,得墙后土压力、水压力分布如图2-3(b)所示。
(3)立板根部截面的弯矩设计值MD
查表2-5得静止土压力和静水压力的分项系数分别为1.20和1.0。静止土压力为永久荷载,表2-5查得的分项系数不小于表2-4所列的相应数值,故取其分项系数γG=1.20;地下水位是变化的,且不是可控制的,因此产生的静水压为一般可变荷载,其分项系数按表2-4取γQ1=1.20。由式(2-36)得立板根部截面的弯矩设计值:
也可以先计算出荷载设计值,再求弯矩设计值,即
土压力:g1=γGgk1=1.20×24.42=29.30(kN/m)
g 2=γGgk2=1.20×31.02=37.22(kN/m)
水压力:q=γQ1qk=1.20×19.62=23.54(kN/m)
由于计算过程中有效位数保留的原因,两种计算结果略有差异。
(4)γdMD
钢筋混凝土结构,查表2-6得γd=1.20。
γdMD=1.20×274.94=329.93(kN·m)
2.按SL 191—2008规范计算
荷载标准值同上。SL 191—2008规范将土压力作为第二类永久荷载,由式(2-38),可求得立板根部截面的弯矩设计值:
3级水工建筑物,结构安全级别为Ⅱ级,由表2-7查得安全系数K=1.20。
KMS=1.20×274.94=329.93(kN·m)
可见:对于常用的土压力和水荷载,两本规范的荷载分项系数取值相同,这时,对于2、3级建筑物(Ⅱ级安全级别),γ0=1.0和ψ=1.0,两本规范的内力设计值相同,γdMD与KMS也相同。
【例2-2】 一水工泵房(3级水工建筑物),有一矩形截面简支屋面大梁,梁宽b=200mm;梁高h=500mm;计算跨度l0=5.40m。承受屋面传来的屋面自重标准值8.84kN/m及屋面传来的雪荷载标准值2.50kN/m。试用DL/T 5057—2009规范和SL 191—2008规范分别算出该梁运用期跨中截面的弯矩设计值。
解:
1.按DL/T 5057—2009规范计算
(1)结构重要性系数与设计状况系数
3级水工建筑物,结构安全级别为Ⅱ级,由表2-3查得结构重要性系数γ0=1.0;运用期为持久状况,设计状况系数ψ=1.0。
(2)荷载标准值
永久荷载标准值
(3)跨中截面的弯矩设计值
查表2-5得自重(永久荷载)的分项系数γG=1.05,雪荷载(一般可变荷载)的分项系数γQ1=1.30,均不小于表2-4所列的相应数值,则由式(2-36)得跨中截面的弯矩设计值:
也可以先计算出荷载设计值,再求弯矩设计值,即
梁与板自重: g=γGgk=1.05×11.34=11.91(kN/m)
雪荷载: q=γQ1qk=1.30×2.5=3.25(kN/m)
2.按SL 191—2008规范计算
同上,gk=11.34kN/m(第一类永久荷载);qk=2.50kN/m(一般可变荷载)
由式(2-38),可求得跨中截面的弯矩设计值:
可见,即使γ0=1.0和ψ=1.0,由于两本规范对某些荷载的分项系数取值不同,使得计算得出的内力设计值有些差异。
【例2-3】 一水工泵房(4级建筑物),有一矩形截面简支楼面大梁,计算跨度l0=5.40m,承受的永久荷载(自重)标准值同[例2-2],承受的可变荷载为楼板传来的人群均布荷载,其标准值为7.20kN/m。试用DL/T 5057—2009规范和SL 191—2008规范分别算出该梁运用期跨中截面的弯矩设计值。
解:
1.按DL/T 5057—2009规范计算
(1)结构重要性系数与设计状况系数
4级水工建筑物,结构安全级别为Ⅲ级,由表2-3查得结构重要性系数γ0=0.9;运用期为持久状况,设计状况系数ψ=1.0。
(2)荷载标准值
永久荷载标准值 gk=11.34kN/m
可变荷载标准值 qk=7.20kN/m(人群荷载)
(3)弯矩设计值
查表2-5得结构自重的分项系数γG=1.05,楼面人群荷载的分项系数γQ1=1.20,均不小于表2-4所列的相应数值。由式(2-36)得跨中截面的弯矩设计值:
2.按SL 191—2008规范计算
同上,gk=11.34kN/m;qk=7.20kN/m
由式(2-38),可求得跨中截面的弯矩设计值:
可见:即使荷载分项系数相同,但由于γ0≠1,使得两本规范计算得出的内力设计值有些差异。
【例2-4】 [例2-3]中两本规范用于运用期间承载力计算和正常使用验算的跨中截面弯矩值各为多少?
解:
1.按DL/T 5057—2009规范计算
由表2-3,查得4级水工建筑物,结构安全级别为Ⅲ级,结构重要性系数γ0=0.9;由表2-6,查得钢筋混凝土结构γd=1.20。
同上例,弯矩设计值 MD=67.40kN·m
用于承载力计算的弯矩值:
γdMD=1.20×67.40=80.88(kN·m)
荷载标准值产生的弯矩:
用于正常使用验算的弯矩值:
2.按SL 191—2008规范计算
4级水工建筑物基本组合,结构安全级别为Ⅲ级,查表2-7,得安全系数K=1.15。
同[例2-3],弯矩设计值MS=74.89kN·m。荷载标准值产生的弯矩Mk=67.58kN.m。
用于承载力计算的弯矩值:
KMS=1.15×74.89=86.12(kN·m)
用于正常使用验算的弯矩值:
可见:
(1)对于4级、5级建筑物(Ⅲ级安全级别),SL 191—2008用于承载力计算的弯矩值大于DL/T 5057—2009规范,这是因为SL 191—2008规范的安全系数K中所包含的结构重要性系数γ0已由0.9提升为0.95的缘故。
(2)两本规范所得出的弯矩标准值是相同的,但由于DL/T 5057—2009规范用于正常使用极限状态验算的弯矩值为γ0Mk,且Ⅲ级安全级别的结构重要性系数γ0=0.9,故γ0Mk=60.82kN·m;而SL 191—2008规范正常使用极限状态验算与建筑物级别无关,用于正常使用极限状态验算的弯矩值为。因而对于4级、5级水工建筑物,DL/T 5057—2009规范用于正常使用极限状态验算的弯矩值,要比SL 191—2008规范小10.0%。
可见对4级、5级水工建筑物而言,DL/T 5057—2009规范规定的承载能力和正常使用极限状态可靠度水准都低于SL 191—2008规范。
若如果该例的泵房属于1级水工建筑,则两本规范用于承载力计算和用于正常使用验算的跨中截面弯矩值又各为多少?请读者自行计算与比较。
[1] 设计基准期是一个为了确定可变荷载(其最大量值与时间有关)及材料性能(材料的某些性能会随时间而变)的取值而选定的时间参数。我国取用的设计基准期一般为50年。需说明的是,当结构的使用年限达到或超过设计基准期后,并不意味结构会立即失效报废,而只意味着结构的可靠度将逐渐降低。
[2] 如参考文献[25]。
[3] 1996年颁布的《水工混凝土结构设计规范》(SL/T 191—96)和《水工混凝土结构设计规范》(DL/T 5057—1996)虽然编号不同,但具体条文和内容是完全相同的。
[4] 正常使用极限状态验算时是否还要保留结构重要性系数γ0,在工程界是有不同看法的。不少人认为:正常使用极限状态的抗裂或裂缝宽度验算主要与所处的环境条件有关,而与结构安全级别基本无关;挠度变形则只与人的感觉和机器使用要求有关,与结构的安全级别就更无关了。在国际主流混凝土结构设计规范及我国国标《混凝土结构设计规范》(GB 50010—2010)中,正常使用极限状态验算都不考虑结构重要性系数γ0。