一引言
1.1研究结构可靠度的必要性及发展史
在结构设计时，应使所设计的结构在设计基准期内，经济合理地满足下列要求：①能承受施工和使用期内可能出现的各种作用（包括荷载及外加变形或约束变形）；②在正常使用和维护下具有良好的工作性能；③正常使用和维护下具有足够的耐久性；④在偶然事件（如地震、爆炸、龙卷风等）发生及发生后，结构仍能保持必要的整体稳定性。结构的安全性、适用性和耐久性这三者总称为结构的可靠性，用来度量可靠性的指标称为可靠度。结构可靠度（ structural reliability ）是指结构在规定的时间内，在规定的条件下，完成预定功能的概率。换而言之，结构可靠度方法要解决的根本问题是：在给定一个或多个材料特性或几何尺寸，而这些特性具有随机的或不完全知道的性质，以及在某些方面，结构上作用的荷载具有随机的或不完全知道的特性的情况下，结构按预定方式正常工作的概率[1]。
可靠度的研究早在20世纪30年代就开始，当时主要是围绕飞机失效进行研究。可靠度在结构设计中的应用大概从20世纪40年代开始。1946年，弗罗伊詹特（A.M.Freudenthal）发表题为《结构的安全度》的论文，开始较为集中地讨论这个问题；同期，苏联的尔然尼钦提出了一次二阶矩理论的基本概念和计算结构失效概率的方法及对应的可靠指标公式；美国柯涅尔（C.A.Cornell）在尔然尼钦工作的基础上，于1969年提出了与结构失效概率相联系的可靠指标β作为衡量结构安全度的一种统一数量指标，并建立了结构安全度的二阶矩模式；1971年加拿大的林德（N.C.Lind）对这种模式采用分离函数方式，将可靠指标β表达成设计人员习惯采用的分项系数形式。这些进程都加速了结构可靠度方法的实用化。美国伊利诺斯大学洪华生（A.H.S.Ang）对各种结构不定性作了分析，提出了广义可靠度概率法。他同邓汉忠（W.H.Tang）合写的《工程规划和设计中的概率概念》一书在世界上已广为应用。1976年，国际“结构安全度联合委员会”(JCSS)，采用拉克维茨（Rackwitz）和菲斯莱（Fiessler）等人提出的通过“当量正态”的方法以考虑随机变量实际分布的二阶矩模式，这对提高二阶矩模式的精度意义极大。至此，二阶矩模式的结构可靠度表达式与设计方法开始进入实用阶段。
我国的结构可靠度研究始于上世纪 50 年代，1970 年代，我国工业与民用建筑、公路桥梁、水利水电工程以及港口工程等设计规范已经开始涉及所谓“可靠度”的概念； 1980 年代，在结构可靠度的基本理论和设计方法方面进行了大量的研究工作。1984 年，我国颁布了《建筑结构统一标准》（ GBJ68-84 ）, 这标志着我国建筑设计理论与设计规范进入了一个新的阶段，即采用以概率理论为基础的极限状态设计方法的阶段。全国结构可靠度委员会自 1987 年起，每两年组织召开一次全国性的学术会议，实际上，在此后的若干年间，一直在酝酿着一部新规范的诞生。由建设部会同有关部门共同修订的《建筑结构可靠度设计统一标准》（ GB50068 － 2002 ）和《建筑结构荷载规范》（ GB5009 － 2001 ）
终于经建设部批准并分别于 2002 年 3 月 1 日起实行，同时进行修订的《混凝土结构设计规范》 (GB 50010-2002) ，在结构可靠度、设计计算、配筋构造等方面均有一系列的重大更新和补充，经过专家审查、专题论证、试设计、两次征求全国有关单位意见，提高了规范的科学合理性与先进性，进一步适应了现代建筑混凝土结构设计的需要。因此，从上世纪 80 至 90 年代末，我国广大结构工程设计人员、有关技术人员以及大专院校师生就不断地面临着一个熟悉新规范、掌握新规范和贯彻实施新规范的任务[9]。
1.2 工程结构可靠度理论
工程结构可靠度决定着工程结构的稳定性，所以，在进行工程结构失效概率计算的时候，首先，掌握和理解结构随机可靠度分析的基本理论和原理，明确结构设计中的变量。结构的设计参数主要分为两大类：一类是施加在结构上的直接作用或引起结构外加变形或约束变形的间接作用，如结构承受的人群、设施、车辆以及施加与结构的风、雪、冰、土压力、水压力、温度作用等。这些作用引起的结构或构件的内力，变形成为作用效应或荷载效应，一般用S 表示，如弯矩、剪力、扭矩、应力、变形等；另一类则是结构或构件及其材料承受作用效应的能力，称为抗力，如承载能力、刚度、抗裂度、强度等，一般用R 表示[4]。在以往的设计规范及现行的某些设计规范中，结构设计参数中的荷载及材料强度是通过统计取值而确定的，再取用适当的，定值的，由经验确定的单一安全系数或分项系数来保证结构的安全性和可靠性，通常称成水准I 的方法；而实际上，在结构设计前，设计中的各个参数的具体值是未知的，如在结构设计基准期内，无法明确的知道，设计结构的荷载到底有多大，也无法控制设计的待建结构的材料强度为某一预定数值，几乎所有设计参数均可作为随机变量，或当量为随机变量（如某些模糊变量），人们能够得到和使用的基本信息是这些随即设计参数的统计规律，它们的统计规律，构成了结构可靠性分析和设计的基本条件和内容，通常将结构中的随机变量表示为n x x x ,......,,21,其中i x 表示为第i 个随机变量。一般情况下，概率分布函数和概率密度函数通过概率分布的拟合优度检测后，认为是以知的，如正态分布，对数正态分布，极值I 型分布等。将设计中的各参数视为随机变量，利用近似的可靠度方法按照规定的目标可靠度指标确定设计表达式中的分项系数，由此形成的设计方法称为水准II 方法。水准II 的方法在国际标准 ISO2394《结构可靠性总原则》中以得到采用，经过工程技术界的辛勤的调查、研究和分析，我国已在很多本规范中采用了以可靠度为基础的极限状态设计方法[6]。
结构可靠度方法论述了结构可靠度方法的哲学、逻辑和数学原理，广泛地涉及了适用于高速计算机的可靠度方法， 涵盖了材料及荷载的随机性、工程数据的不完备性、分析模型的不确定性，以及人为误差等导致的结构可靠度设计、改造和优化等问题。
1.2.1结构可靠度分析过程大概分为三个阶段[5]：
（1）搜集结构随机变量的观测或试验资料，用统计方法进行分析，求出其分布规律（正态分布、对数正态分布和极值Ⅰ型（Gumbel ）分布、韦伯分布等）及有关的统计量（均
值、标准差和变异系数）。
（2）用力学的方法计算结构的荷载效应，通过实验与统计获得结构的抗力，从而建立结构的破坏标准。
（3）用概率理论计算满足结构破坏标准下的可靠度。
1.1.2结构可靠度设计的目的大致可分为三类：
（1）已知结构尺寸、荷载、材料及目标可靠指标下，设计或校核结构的可靠度。
（2）校核现行规范，给出规范中有关系数所对应的安全水准，与习用的安全系数进行比较。
（3）在给定目标可靠指标下，计算现行规范设计式中的系数（即分项系数）得出具有新的分项系数下的设计表达式供设计使用。
二 结构失效概率计算
2.1 基本概念
关键词———结构的极限状态，结构可靠度，结构可靠度指标
⑴在结构的施工和使用过程中，结构以可靠（安全，适用，耐久）和失效两种状态存在的，而结构可靠度设计分析和设计中，为了正确描述结构的工作状态，就必须明确规定结构的可靠和失效的界限，这个界限称为结构的极限状态。
⑵结构可靠性是用结构可靠度来衡量的，结构可靠度(即r P )定义为在规定的时间内和规定的条件下结构完成预定功能的概率。
⑶假定结构的抗力随机变量为R ，荷载效应随机变量为S ，其相应的结构功能函数为Z=R-S ，结构可靠度为r P ,相反，如果结构不能完成预定功能，称相应的概率为结构失效的概率，表示为f P 。
⑷根据定义得公式： 11()()
r f P P ββ=-=-Φ-=Φ （2.1）
β为可靠指标。
2.2失效概率
结构的可靠与失效为两个互不相容的事件，因此，结构的可靠概率r P 与失效概率f P 是互补的，即：
1
=+f r p p （2.2.1)
在结构可靠度分析中，结构的极限状态一般由功能函数描述。当有n 个随机变量影响结构的可靠度时，结构的功能函数为：
),(21n x x x g Z =
（2.2.2）
式中：(1,2,,)i x i n = 是结构上的作用效应、结构构件的性能等基本变量。
当0>Z 时，结构处于可靠状态；0=Z 时，结构达到极限状态；0 0),(21==n x x x g Z （2.2.3） 成为结构的极限状态方程。 构件功能函数出现小于零（Z<0）的概率称为该构件的失效概率（f P ）。f P 值原则上可通 过多维积分式 12120 (,,,)f X n n Z P f x x x dx dx dx <=? ? （2.2.4） 计算求得。 设功能函数仅与荷载效应S （荷载引起结构构件的内力、位移等）和结构抗力R （结构抵抗破坏或变形的能力，如极限内力、极限强度、刚度以及抗滑力、抗倾力矩等）两个随机变量有关，若认为抗力R 和荷载效应S 是二个独立事件，则结构承载能力功能函数为： (,)Z g R S R S ==- （2.2.5） 对于的极限状态方程表示为 0=-=S R Z （2.2.6） 显然，当Z>0时，结构处于可靠状态；Z<0时，结构失效。 若R,S 均服从正态分布，其均值和标准差分别为,R S m m 和,R S σσ，则Z 也服从正态随 机变量，并有均值为Z R S m m m =-，均方差为22 Z R S σσσ=+，Z 的概率密度函数为： ])(21exp[21 )(2 Z Z Z m Z Z f σσπ--= ， （Z -∞<<∞） （2.2.7） 其分布如图3.1 所示。 图3.1 正态功能函数概率密度曲线 根据定义，结构的失效概率f P 就是图中阴影面积P(Z<0),而非阴影面积P(Z>0)即结构的可靠度r P 。用公式表示为 dZ m Z Z P P Z Z Z f ? ∞-??? ???--= <=0 2)(21exp 21)0(σσπ （2.2.8） 20 1 1(0)exp ()22Z r Z Z Z m P P Z dZ σπσ∞ ??-=>=-???? ? （2.2.9） 由概率论知：1f r P P +=，即失效概率和可靠度是互补关系。 2.3 结构可靠指标计算 考虑到直接应用数值积分方法计算结构失效概率的困难性，工程中多采用近似方法，为此引入了结构可靠指标β的概念。现把Z 的正态分布(,)Z Z N m σ转换为标准正态分布 (0,1)N 。令Z Z Z m t σ-= ，则失效概率为： 2 1exp()()22Z Z m Z f Z m t P dt σσπ - -∞ = -=Φ-? （2.3.1 ） 图3.2 失效概率与可靠指标 引入符号β，并令Z Z m βσ= ，因此()f P β=Φ-，式中β为一个无因次的系数，称为可 靠指标。可靠指标与可靠度r P 的关系为： 11()() r f P P ββ=-=-Φ-=Φ β之所以被称为可靠指标，其原因是：(1).β是失效概率的度量。β越大，失效概率 f P 越小（即阴影面积越小），故可靠度r P 越大。(2).在某种分布下，当z σ等于常量时，β仅仅随着z m 变化。而当β增加时，会使概率密度曲线由于z m 增加而向右移动，f P 将由此减少，从而使可靠度r P 增大。 由于可靠指标β增加，结构可靠度r P 增大；β越小，结构的可靠度也随着减小，因此，β可以代表结构的可靠程度，工程上目前多采用β表示结构的可靠程度，称之为可靠指标。 由可靠指标的定义式，可靠指标是以功能函数Z 服从正态分布为前提的，在实际工程问题中，结构的功能函数不一定服从正态分布，为计算可靠指标β，需将Z 近似为服从正态分布的随机变量，这时失效概率f P 与可靠指标β已不再具有前面精确关系，只是一种近似关系。但当结构的失效概率f P 较大时，如310f P -≥，结构失效概率对功能函数Z 的分布概型不再敏感[12]。 对于只含有两个相互独立的正态分布随机变量的极限状态方程如（3.3.1）式所示，在OSR 坐标系中，极限状态方程是一条直线，它的倾角为45o。在标准化过程中，将R ，S 分别除以标准差R σ，S σ，形成坐标系R R R σ/='，S S S σ/='。当R σ≠S σ时，R S O '''坐标系中极限状态直线的倾角不再是45o，而是)/(R S arctg σσ。如果再将此坐标系平移，将原点O '移到)/,/(R R S S O σμσμ处，得到新坐标系R S O ，（如图3.3所示）实现了对正态分布变量的标准正态化，原坐标系OSR 与新坐标系R S O 之间的关系为： S S S S μσ+= （2.3.2） R R R R μσ+= （2.3.3） 代入极限状态方程R-S=0，可得： 0=-+-S R S R S R μμσσ （2.3.4） 将上式两端同除以2 2S R σσ+-，并与解析几何中的标准型法线式直线方程 0cos cos =-+βθθR S R S （2.3.5） 相比较，可得： 22 cos S R S S σ σσθ+= （2.3.6） 22cos S R R R σ σσθ+-= （2.3.7） 22S R S R σ σμμβ+-= （2.3.8） P*_ R θ( , )R* _S*_θS B βμ σ_S _ σμR S σ _ R S S S'=σ_R'=R R _R= __R μR σR σ____μS= S S S _A Limite state line 图3.3 两个正态随机变量的极限状态方程和设计验算点 两个正态变量R,S 具有极限状态方程Z=R-S=0，其结构可靠指标可表示为： 22S R S R Z Z m m m σσσβ+-=＝ （2.3.9） 可靠指标的几何涵义为：设两个具有相同标准差σ值的正态变量R 和S ，均值分别为 ,R S m m ，则222Z R S σσσσ=+=，σ σβ2Z Z Z m m =＝，均值点到失效边界上的最短距离：σβ。可见如果以σ为一单位量测，则均值点到失效边界上的最短距离就是β值。 考虑可靠指标与安全系数的关系时，用均值表达的单一平均安全系数K 定义为： S R m m K = 平均荷载效应平均结构抗力＝ （2.3.10） 其相应的设计表达式为： S R Km m ≥ （2.3.11） 传统的安全系数法没有定量地考虑抗力和荷载效应的随机性质，而靠经验或工程判断方法取值，因此不可避免带有人为因素；K 只与R ，S 的均值的比值有关，不能反应结构的实际失效情况[1]。通过式（3.3.9）和（3.3.10）可得到可靠指标与安全系数的关系式： 222222221)(1S R S R S R S R S R S R V V K K V V m m m m m m +-= +-= +-σ σβ＝ （2.3.12） 或 2 22222211R S R S R V V V V V K βββ--++＝ （2.3.13） 从概率理论出发，安全系数应与结构中各变量的分布规律，变异系数以及相应的可靠 指标有关；或者，代表结构可靠度的可靠指标β，不仅与安全系数K有关，而且与分布规律和变异系数也有关。 利用正态概率分布函数，可以建立结构可靠指标与结构失效概率之间的一一对应的关系，二者成正比[9]。 最后，我们应用结构可靠度分析的一次二阶矩方法中的JC法来计算可靠度， 三 用JC 法计算可靠度 3.1 基本方法 JC 法是拉克维茨(Rackwitz)和菲斯莱（Fiessler ）等人提出来的。它适用于随机变量为任何分布下结构可靠指标的求解，被国际安全度联合委员会（JCSS ）所采用，故称JC 法。 对于相互独立的正态随机变量情况下，极限状态方程可由多个相互独立的正态随机变量n X X X ,,,21 组成： 0),,(21==n X X X g Z （3.1） 方程（4.1）可能是线性的，也可能是非线性的。它表示为坐标系OX 1X 2…X n 中的一个曲面，这个曲面把n 维空间分成安全区和失效区两个区域。 首先，将随机变量转换为标准正态分布向量),,2,1(n i X i =。对于正态分布随机变量作如下映射变换， i i X X i i X X σμ-= ),2,1(n i = （3.2） 则0=i Z μ，1=i Z σ，将变换代入功能函数，得到结构极限状态方程为： 0),,,(21==n X X X G Z （3.3） 可靠指标β是标准正态坐标系n X X X O 21中原点O 到极限状态曲面的最短距离，也就是P *点沿其极限状态曲面的切平面的法线方向至原点O 的长度。 极限状态曲面在P *点的法线?P O 对坐标向量的方向余弦为： 2 /112** cos cos ??? ? ?????? ? ? ??????- = =∑=n i X P i X P i Xi i X i i X g X g σσθθ （3.4） 由方向余弦的定义，可知 **cos cos i i i X X X OP θβθ== （3.5） 由式（V ）得 **i i i X i X X X μσ-= （3.6） 因而 *cos i i i i X X X X μβθσ-= （3.7） 因此可得设计验算点P *在原坐标系OX 1X 2…X n 的坐标，即 *cos i i i i X X X X μβσθ=+ ),2,1(n i = （3.8） 式中i X μ，i X σ为随机变量X i 的平均值和标准差。 因为P *是极限状态曲面上一点，自然满足极限状态方程，即 *** 12(,,)0n g X X X = （3.9） 联立以上n+1个方程可求解β及*i X ),2,1(n i =。 _ X θθx 11 X __ x *O _3 *x _ 1 x 3θx 22 _ x *_ X 2 Limite state surface P * 3 图4.1 JC 法示意图 对于极限状态方程中包括非正态分布的基本变量时，一般要把非正态随机变量当量化或变换为正态随机变量。其基本原理：首先把随机变量i X 原来的非正态分布函数要求在设计验算点*i X 处的累积概率分布函数（CDF ）值和概率密度函数（PDF ）值都和原来的分布函数的CDF 值和PDF 值相同。然后根据这两个条件求得等效正态分布的均值i X m '和标准差 i X σ'，最后用一次二阶矩法求结构的可靠指标。 利用*i X 处CDF 值相等条件：原来分布的概率为**()()i i X i P X X F X ≤=，代替正态分布的概率为： ***()()( )i i i i X i X i X X m P X X F X σ'-≤==Φ'，根据条件，要求以上概率相等，得 ** ()( )i i i i X X i X X m F X σ'-=Φ' （3.10） 利用*i X 处PDF 值相等条件：原来分布得概率密度值为*()i X i f X ，代替正态分布得概率密度值为 **** () ()1 ()( )i i i i i i i i X X i X i X X i i i X X X m d dF X X m f X dX dX σφσσ'-Φ'''-'===? '' （3.11） 根据JC 法条件，要求以上概率密度值相等，得 * * 1()()i i i i i X X i X X X m f X φσσ'-='' （3.12） 由上式解出 ()* 1 *[()]i i i i X X i X X m F X σ-'-=Φ '， （3.13） 代入式（4.12）得： *1*()[(())]/i i i X i X i X f X F X φσ-'=Φ （3.15） 从而得到： 1** [(())]/()i i i X X i X i F X f X σφ-'=Φ （3.15） 最后由式（4.13）得 *1* [()]i i i X i X X i m X F X σ-''=-Φ （3.16） 以上各式中，()i X F ?和()i X f ?分别代表变量i X 的原来累积概率分布函数和概率密度函数， ()Φ?和()φ?分别代表标准正态分布下的累积概率分布函数和概率密度函数[11]。 等效正态分布的均值i X m '和标准差i X σ'确定之后，JC 法求解结构可靠指标的过程与改进一次二阶矩法大致相同，下面就是用该法计算可靠指标β的步骤： 1.假定一个β值； 2.对全部i 值，选取设计验算点的初值，一般取均值点。 3.用上式计算i X m '和i X σ'值 4.计算 * i X g X ??值 5.计算灵敏系数i α值 6.计算*i X 的新值，重复步骤3至步骤6，一直算到*i X 前后两次差值在容许范围为止。 7.利用式（4.6）计算满足*()0i g x =条件下的可靠指标将β值； 8.重复步骤3至步骤7，一直算到前后两次所得β的差值的绝对值很小为止。 对于结构可靠度分析中的非正态随机变量，JC 法用当量正态化的方法将非正态随机变量“当量”为正态随机变量，从而应用正态随机变量可靠度的计算方法计算结构的可靠指标。文献[7]提出了随机变量得映射变换的方法。 设结构中的n 个相互独立的随机变量为12,,,n X X X ，其概率分布函数为()(1,2,,)i i F X i n = ，概率密度函数为()(1,2,,)i i f X i n = ，由这n 个随机变量表示的结构功能函数为 12(,,,)X n Z g X X X = （3.17） 作映射变换 ()()i i i F X Y =Φ， (1,2,,)i n = （3.18） 则 11 [()][()]i i i i i i X F Y Y F X --?=Φ? ?=Φ?? （3.19） 其中，1()i F -?和1()-Φ?分别为()i F ?和()Φ?的反函数，(1,2,,)i Y i n = 为标准正态随机变量。 将变换式代入功能函数，可得由标准正态随机变量(1,2,,)i Y i n = 表示的结构功能函数Y Z ，即 111112212{[()],[()],,[()]}(,,,)Y n n n Z g F Y F Y F Y G Y Y Y ---=ΦΦΦ= （3.20） 对（4.18）式两端微分可得 ()()i i i i i f X dX Y dY ?= (1,2,,)i n = （3.21） 这样，结构的失效概率可以表示为： 1 1 2 2120 (0)()()()X f X n n n Z p P Z f X f X f X dX dX dX <=<= ??? 1 2 1 2 (0)()()()Y Y n n Z P Z Y Y Y dY dY dY ???<=<= ??? （3.22） 在将非正态随机变量i X 映射为标准正态随机变量i Y 后，可以按照本文第三章介绍的新方法计算结构可靠指标β。由于i Y 是一个标准正态随机变量（0,1i i Y Y μσ==），因而联立方程可以简化为： **1/2 21cos Y i Y i P Y n i i P G Y G Y θ=?- ?= ?? ? ???? ? ????? ? ?? ∑ （3.23） *cos i i Y Y βθ= （3.24） ***12(,,)0n G Y Y Y = （3.25） 其中，功能函数偏导数i G Y ??可由下式计算： i i i i X G g Y X Y ???= ??? (1,2,,)i n = （3.26） 式中，i g X ??在验算点*** 12(,,)n X X X 处计算， i i X Y ??在验算点*** 12(,,)n Y Y Y 处计算。 对于结构可靠度分析中常用的几种概率分布，下面分别给出由i Y 表示的i X 和i i X Y ??的 具体公式： （1）i X 服从正态分布 i i i X i X X Y μσ=+ （3.27a ） i i X i X Y σ?=? (3.27b) （2）i X 服从对数正态分布 ln ln exp()i i i X i X X Y μσ=+ (3.28a) ln i i i X i X X Y σ?=? (3.28b) 式中 ln 2ln 1i i i X X X μ μδ?? ?= ?+?? ，2ln ln(1)i i X X σδ=+ （3）i X 服从极值I 型分布 ln{ln[()]} i i Y X u α -Φ=- (3.29a) () ()ln[()] i i i i i X Y Y Y Y ?α??-= ?Φ (3.29b) 式中0.45i i X X u μσ=-，1 6i X πασ= （4）i X 服从指数分布 ln[()]i i X i X Y μ=-Φ- (3.30a) () () i X i i i i Y X Y Y μ??= ?Φ- (3.30b) JC 法对于工程中的一般独立随机变量可靠度分析问题，可以得到精度较高的近似分析结果。如果随机变量为非正态变量，用JC 法计算过程比较复杂。它又可以分为两个正态随即变量的情况，对各正态随机变量的情况，非正态随机变量的情况，在这里须要注意的是，在非正态随机变量的情况下，永久荷载一般服从正态分布，诸如风压，雪载，楼面活动荷载等，在一般服从其他类型的分布。对于这种极限状态方程的可靠度分析，一般要把非正态随机变量当量化或变换大成正态随机变量，将非正态随机变量当量化或变为正态随机变量有三种方法：当量正态法，映射变换法和实用分析法。对于结构可靠度分析中的非正态随机变量，JC 法用当量正态化的方法将非正态随机变量当量为正态随机变量，从而用用正态随机变量可靠度的计算过方法计算结构的可靠指标。 3.2实例及结果分析 算例：某乱毛石砌体短柱（图4-6）承受50KN 集中力作用，设砌体承压抗力为U F ，面积为A ，都是随机变量，其统计量如下： 2/)6.3,30(),(m KN F U F U =σ，极值I 型，（A ，A σ）=(3,0.3)2m ,对数正态，使用JC 法求解其可靠指标β和对应的失效概率与可靠度。 解：本题只有两个随机变量，分别用1X 和2X 表示，即1X =U F ，2X =A 。 50KN 其统计量可改写成： 1X ： 6.3,12.0,30111===X X V X σ，极值I 型； 2X ： 2X =3 ，2X V =0.10，2X σ=0.30，对数正态 用内力表示的极限状态方程为 g (21,x x )=21x x -50=0 1. 列出用JC 法计算的有关公式 ⑴列出21x 和x 的分布函数和概率密度函数 ) h x (1e X e )X (F ---=α )()()()(f 1 11X X F k x e dX X dF X X X --= αα 把αμσα/577.0k /282.1-==和 （式中1X =μ，1X σσ=）代入上式后，得 F 1X (X)=e ) 3797.28x (35611.0e --- (a) f i X (X)=0.35611 ) 3797.28(35611.0--x e .F 1X (X) (b) F 2X (X)=]ln [ξ λ φ-X }]l n X [21{e x p 21 )(2 2ξλξ--= πX X f X 把)V 1(ln 2+=ξ和22 1 ln ξμλ-=（式中2X =μ，2X V V =）代入上式，整理后得： 09975.0093637 .1ln )]([21-=-X X F X φ (c) }]09975 .0093637.1lnX [21exp{25.01)(2 2-?-=X X f X (d) ⑵由(Ⅵ)式得 506628 .22 /)(2 x e X -= φ (e) ⑶等效正态的均值与标准差公式： )(/)]}([{*1'i X i X x X f X F i i i -Φ=φσ (f) )}({*1'''i X X i i X F x X I i -Φ-=σ (g) ⑷灵敏系数公式： 2 /11 2* '* })({∑=????=n j j x i X i X X g X X g j i σσα 把 *21*X X X g =??和*12 *X X X g =??代入上式后得 2 /12'2*12'1*2' 1 *21])()[(σσσαx x x += (h) 2 /12'2*12'1*2'2 *12] )()[(σσσαx x x += (i) ⑸新的设计验算点计算公式： ' ' *i x i i i X X βσα-= (i=1,2) (j) ⑹导出按050*2*1=-x x 条件下决定下一轮β取值的公式。 把*i x 值代入上式展开整理得 0)50()()(' 2' 1' 1' 2' 2'12'2'12 121=-++-X X X X x x x x βσασαβσασα 令 ??? ? ???-=+==50' 2'13'12' 2' 12' 2'112 1 2 1X X c X X c c X X x x σασασασα (k) 则得β计算公式如下 1 2 121124c c c c c -±= β (l) 2. 列表计算 假定初值β=3.0，,301*1==X x 32* 2==X x ，利用式(a)、(c)求 值；利用式)(*x F xi (b)、(d)求 (x f xi 值，查表得))((*1x F i X -Φ值；利用式(f)求 ))]}([({* 1 i X x F i -Φφ值，从而可以计算' i x σ和' X 值；最后利用式（h ）和（i ）算出i α值。这一切工作都已列表计算。 第一大轮迭代时β初值假设为3.0，具体计算过程见附表1。从表中可以知它由六小轮迭代计算组成。由于第五次和第六次的i x 值分别为24.9948、2.3503和25.08、2.3475，前后值相差甚微，因此迭代到第六次即告结束。最后由式(j)算出第一大轮结束时设计验算点为 * 1x =28.3545-0.5976??0.3 1.86075 =25.019 *2x =2.9116-0.8018?3.0?0.23416 =2.3484 并由式(k)求得 1c =0.20877，2c =8.561，3c =32.555从而由式(l)求得 β=4.2414 第二大轮计算在附表2中进行，这时，β和*i x 初值应取第一大轮的最终值，即 β=4.2414，*1x =25.019，*2x =2.3484，仿照第一大轮过程，本轮计算结果为 β=4.309，*1x =24.022，*2x =2.101 第三大轮计算结果见附表3，从中算出 β=4.322，*1x =23.981，*2x =2.0853 由于第三大轮所得的β值与第三大轮所得的β值之差为 β?=4.322-4.321=0.001 β?<0.01 因此，计算结束，并由附表3中第五次迭代值得到 *1x =23.966，* 2x =2.0864 1α=0.5544，2α=0.8322 '1x σ=1.5924，'2x σ=0.2081 '1X =27.798，'2X =2.8338 对应可靠指标β=4.322，而失效概率为 f P =1-)(βΦ=1-)322.4(Φ =0.7783510-? 可靠度为 r P =1-f P =0.999992=99.9992% 下面我们用计算机软件@Risk 软件来计算这道题目，以验证JC 法，其运算结果如下： ⑴输入需要的数据 ⑵运行5000次后，失效概率为0.04%，可靠度为99.96%，见下图： ⑶运行10000次后失效概率为0.08%，可靠度为99.92%，见下图： 通过@Risk软件计算的结果与JC法计算的结果相比较，两者计算的结果十分相近，所以结果是正确的。 在结构可靠度分析中，所遇到的问题一般为非正态随机变量，这使得求其可靠度有一定的复杂性，得出精确的结果比较困难。JC法可以把参数间的非线性关系转化为线性关系，使求可靠度的过程简单化，得到精确度较高的分析结果。通过上面求抗压柱可靠度的例题中，JC法与水准Ⅲ的方法所得的结果进行对比、验证可知：JC法所得结果精度满足工程的要求。 亳州电大 2016秋土木工程 毕业设计 设计题目：古井瑞景嘉园1#、2#、3#、7#、8#住宅楼及人防工程施工组织设计 专业：土木工程 班级： 2014秋土木工程 学号：1434001266864 学生姓名：施洋洋 时间:2016年 10月 指导教师：王琦 总目录 第一篇毕业设计任务书 (3) 第二篇毕业设计摘要 (8) 第三篇毕业设计 (16) 第四篇附录 (164) 第一篇毕业设计任务书 一、毕业设计的目的： （1）巩固和加深已学过的基础和专业知识，提高综合运用这些知识独立进行分析和解决实际问题的能力。 （2）掌握建筑工程专业设计的基本程序和方法，了解我国有关的建设方针和政策，正确使用专业的有关技术规范和规定。 （3）学会针对要解决的问题，广泛地搜集国内外有关资料，了解国内外的水平和状况。 （4）培养深入细致调查研究，理论联系实际，从经济、技术的观点全面分析和解决问题的方法及阐述自己观点的能力。 二、设计题目 单位工程施工组织设计 工程名称：古井瑞景嘉园1#、2#、3#、7#、8#住宅楼及人防工程施工组织设计 建设地点：亳州市谯城区谯陵南路东侧 工程规模：44599.62m2，建筑高度58.9m，地上层数住宅18层，地下层数2层 三、设计原始资料： 1、法律法规：《建筑法》、《工程建设质量管理条例》、《工程建设标准强制性条文》以及国家、省市颁发的有关工程建设法律法规。 施工图：建筑施工图、结构施工图、水电安装施工图；所需标准图集一套。 2、工程地质和水文地质资料：完整的地质勘探报告一份； 3、历年亳州市气象资料一份； 4、参考规范： 现行的国家及安徽省的有关规范、规程和标准： 《建筑工程施工质量验收统一标准》GB50300-2001 《地基与基础工程施工质量验收规范》GB50202-2002 《砌体工程施工质量验收规范》GB50203-2002 《混凝土结构工程施工质量验收规范》GB50204-2002 《屋面工程施工质量验收规范》GB20527-2002 《地下防水工程施工质量验收规范》GB50528-2002 《建筑地面工程施工质量规范》GB50209-2002 《建筑装饰装修工程质量验收规范》GB50210-2002 《建筑给排水与采暖工程施工质量验收规范》GB50242-2002 《通风与空调工程施工质量验收规范》GB50243-2002 《建筑电气工程施工质量验收规范》GB50303-2002 《民用建筑工程室内环境污染控制规范》GB50325-2002 《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》JGJ130-2001 5、参考资料： 《亳州地区建筑工程预算定额》 《亳州地区装饰工程预算定额》 《安徽省安装工程预算定额》 《全国统一建筑工程基础定额》土建上、下册 《全国建筑安装工程统一劳动定额》 《全国统一建筑安装工程工期定额》 《建设工程工程量清单计价规范》GB50500-2003 建设单位招标文件和施工单位投标文件各一份。 四、设计基本要求： 总的要求为每个学员要有整齐、详尽的设计计算书，每小组的课题相同，但在内容编制上应多样性，体现每位学员的独立思考独立完成的过程。每位学员应独立完成4～6张及以上的1# 图纸。图纸应与自己上述完成的设计 计算书相对应。（文字数量应在5万字以上为宜。） 其中设计计算书应包括以下主要内容： 1）工程的基本概况，工程的建筑、结构（必要时可包括相应其它工程）特征。 （主要是文字叙述，可以在设计计算书中绘制相应图纸加以辅助说明）2）施工方案的选择（各位学员应有独特的选择）应以下几方面表达施 工方案 a、施工机械的选择，施工方法的确定； b、施工的顺序与流向； c、流水施工的组织原则与方法。 （学员应从基坑支护、基坑降水、基础、主体防水、装饰的新材料、新工艺新方法中加以重点阐述。） 第一部分设计基本资料 §1.l 初步设计资料 一. 工程名称：乌海市区某政府办公楼建筑结构设计 二. 工程概况：建筑总高为23.1m,主体为六层，局部为五层，室内外 高差0.45m. 三．基本风压：0.5KN㎡. 四. 雨雪条件：基本雪压0.25 KN㎡。 五. 水文资料：地下水位在-4.5米处。 六. 地质条件： 1. 地震烈度：本工程地震设防烈度为8度，设计基本地震加速度0.2g，场地类型：Ⅱ类。 2. 地质资料： 表1－1 地质资料 岩土名称土层厚度（m）质量密度ρ （gcm3） 地基土静荷载标准值 （Kpa） 粉土 2.48 1.963 160 粉砂 1.02 1.98 150 粉砂- 1.98 160 砾沙 4.01 - 220 粉细沙- - 180 七. 材料使用： 1. 混凝土：梁柱板均使用C30混凝土。 2. 钢筋：梁柱纵向受力钢筋采用热轧钢筋HRB400,箍筋HRB335,基础用HPB300 3. 墙体： a. 外纵墙采用300厚混凝土空心砌块（11.8KNm 3），一侧墙体为水刷石墙面（0.5KN ㎡）,一侧为20㎜厚抹灰（17KN ㎡）； b. 内隔墙采用200厚蒸压粉煤灰加气砼砌块（5.5KNm 3）,两侧均为20mm 厚抹灰（17KN ㎡）。 4. 窗：均为钢框玻璃窗（0.45KNm 2） 5. 门：除大门为玻璃门（0.45KNm 2），办公室均为木门(0.2KNm 2). §1.2 结构选型 一. 结构体系选型：采用钢筋混凝土现浇框架结构体系。 二. 屋面结构：采用现浇混凝土肋型屋盖，屋面板厚100mm 。 三. 楼面结构：采用现浇混凝土肋型屋盖，板厚100mm 。 四. 楼梯结构：采用钢筋混凝土梁式楼梯。 第二部分 结构布置及计算简图 §2.1 结构布置及梁,柱截面尺寸的初选 §2.1.1梁柱截面尺寸初选 主体结构共6层，局部5层，底层高4.2m ，其他层高均为3.6m 。内墙做法：200厚蒸压粉煤灰加气混凝土砌块；外墙做法：300厚混凝土空心砌块，门窗详见门窗表，楼层屋盖均为现浇钢筋砼结构。 板厚取100 mm ： 80~903600)45 ~40(100=?>=l l h mm 一.梁截面尺寸的估算： (1)主梁：L=6000㎜ 1 17505008 12h L mm mm ?? == ??? ,取600㎜ 9次梁设计 按考虑塑性内力重分布的方法设计 9.1荷载设计值 9.1.1屋面 恒载： 板传来的恒荷载（梯形荷载转为均布荷载） 5.53×1.8×2×0.891=17.74m kN/ 次梁自重0.3×（0.5-0.1）×25=3.0m kN/ 梁上墙体荷载 1.88×（3.6-0.7）=5.45m kN/―――――――――――――――――――――――――――――――――― g=26.19m kN/ 活载：（梯形荷载转为均布荷载）q=2.0×1.8×2×0.891=6.42m kN/ 1.由可变荷载效应控制的组合：) p= 2.1m ? 26 = . ? + kN . 42 ( 40 42 4.1 .6 / 19 2.由永久荷载效应控制的组合：) 26 kN .1m 35 p= ? ? + ? = .6 . 65 ( / 41 . 42 7.0 19 4.1 因此选用永久荷载效应控制的组合进行计算，取m 41 . =。 65 kN p/ 9.1.2楼面 恒载： 板传来的恒荷载（梯形荷载转为均布荷载） 3.25×1.8×2×0.891=10.42m kN/ 次梁自重0.3×（0.5-0.1）×25=3.0m kN/ 梁上墙体荷载 1.88×（3.6-0.7）=5.45m kN/―――――――――――――――――――――――――――――――――― g=18.87m kN/ 活载：（梯形荷载转为均布荷载）q=2.0×1.8×2×0.891=6.42m kN/ 1.由可变荷载效应控制的组合：) kN 2.1m p= 18 ? = . ? + 63 ( / . 31 4.1 .6 42 87 2.由永久荷载效应控制的组合：) kN .1m 35 18 p= ? ? + ? = 87 . 77 ( . 31 / 42 4.1 7.0 .6 因此选用可变荷载效应控制的组合进行计算，取m 31 =。 . p/ 77 kN 9.2计算简图 次梁与支撑构件整体浇筑，主梁截面为300×700mm，次梁截面为300×500mm。 第一章设计资料 1.建设地点：南方某城市。 2.工程名称：某多层综合楼。 3.水文、地质、气象原始资料： a.气温:极端最高温度+40℃,极端最低温度-14.9℃。 b.平均相对湿度76%。 c.风向、主导风向N、NE，五、六、七三个月以南风为主，其次为北至东北风。 d.风荷载：基本风压0.3KN/。C类地区：基本雪压0.4KN/m2。 4.程地质资料：根据勘测单位勘测资料，结合个岩土层的时代成因、沉积规律及工程地质性状不同，将场地勘察深度范围内岩土层分为四层，（从上至下）其特征分述如下： ①杂填土（Q ml）：灰——黑——黄色，稍密，稍湿——湿，局部呈密实状，由混凝土、 沥青地板、粘性土及少量砖渣、瓦砾组成，充填时间大约20年。场区内均见分布，一般厚度0.40——3.90米，平均厚度1.73米。 ②粘土（Q2al）：红——褐红——褐黄色，硬塑，湿——稍湿，K2孔呈可塑——硬塑状， 含铁、锰氧化物及其结核，下部含高岭土团块或条带，局部含少量钙质结核，且粘性较差，夹粉质粘土，该层压缩性中偏低，场区均见分布，厚度1.00——5.30米，平均数 3.47米，层顶标高42.50——45.90米。 ③层含粘土叫砾石家碎石（Q2dl+pl）：红——黄褐色，中密——密实，湿，上部以角砾为 主，角砾含量达60——80%，次棱角状，砾径为5——20毫米，成人以石英砂为主，下部为角砾——碎石，碎石含量大30——50%，粒径以30——50毫米为主，最大达120毫米，棱角——次棱角壮，成份以石英及石英砂岩为主，填充少量呈沙土及粘性土，分选差，级配良好。该层压缩性低，场区内均见分布，厚度 1.36——6.20米，平均厚度 4.40米，顶层标高37.20——41.80米。 ④层粘土（Q el）：黄色，硬塑，稍湿——稍干，含灰色高岭土团块，由泥岩、页岩风化 残积而成，原岩结构已完成破坏，下部见少量泥岩，页岩碎屑，该层属中偏低压缩性土层，场区均见分布，一般厚度2.60——4.20米，平均厚度2.74米。顶层标高35.95—— 40.50米。 5、基础场地类别：Ⅱ类。 6、设防烈度：七度，近震。 目录 摘要 (1) 1 总说明 (3) 1.1 项目背景 (3) 1.2 项目概况 (3) 1.3 设计依据 (3) 1.4 设计范围及内容 (3) 1.5 设计指导思想和主要原则 (3) 2总平面设计 (3) 2.1 场地概述 (3) 2.2 总平面布置 (3) 2.3 竖向设计 (4) 2.4 交通组织 (4) 3 建筑设计 (4) 3.1 设计构思 (4) 3.2 建筑单体设计 (4) 3.3 平面设计 (4) 3.4 交通组织设计及物流分析 (5) 3.5 立面造型设计 (5) 3.6 无障碍设计 (5) 3.7 采用的标准图集 (5) 4 环境景观与绿化设计 (6) 4.1 绿化设计 (6) 4.2 景观设计 (6) 4.3 综合设计 (6) 5 结构设计 (6) 5.1 设计依据 (6) 5.2 设计荷载 (6) 5.3 场地特征及适应性 (7) 5.4 工程地质及水文资料 (7) 5.5 地基基础设计等级 (7) 5.6 主要结构构件资料 (7) 5.7 采用的标准图集 (7) 6 消防设计 (8) 参考文献 (8) 办公楼设计 专业：土木工程 学生：指导老师： 摘要 本工程为新乡菲宇办公楼设计，该楼为六层，总高20.7米，总建筑面积约为4898.88m2。本设计依据设计任务书，运用力学钢筋混凝土、结构力学基本原理及土力学和对材料性质的深刻了解，遵守设计规则，保证建筑结构合理，所有材料的质量和强度合格，工艺良好。 本建筑设计分为：建筑设计、结构设计。 建筑设计采取积极措施来增强建筑物的外表强度和坚固性，给人以心理上的安全感。另外，还要有艺术的美感，要有时代气息。 结构体系是钢筋混凝土框架结构，结构设计是使结构物得到足够的强度、刚度和韧性的过程。结构体系选择后，进行荷载分析和强度分析，同时考虑与建筑经济学的关系，把材料制做安装所需成本、所用时间，以及结构使用期间的维修联系起来。 关键词：框架；结构设计；内力计算 第六章竖向荷载（恒载+活载）作用下框架内力计算 第一节框架在恒载作用下的内力计算 本设计用分层法计算内力，具体步骤如下： ①计算各杆件的固端弯矩 ②计算各节点弯矩分配系数 ③弯矩分配 ④调幅并绘弯矩图 ⑤计算跨中最大弯矩、剪力和轴力并绘图 一、恒载作用下固端弯矩计算 （一）恒载作用下固端弯矩 恒载作用下固端弯矩计算(单位：KN·m) 表6.1 框架梁BC跨固端弯矩计算(单位：KN·m) 结构 三层（屋面）计算简图 弯矩图 结构二层计算简图 弯矩图 结构一层计算简图 弯矩图 楼层框架梁CD跨固端弯矩计算(单位：KN·m) 结构 三层（屋面）计 算 简 图 弯 矩 图 节点3弯矩为125.68KN·m 3单元最大负弯矩为131.01 KN·m 结构二层计算简图 弯矩图 结构一层计算简图 弯矩图 楼层框架梁D-1/D悬挑梁固端弯矩计算(单位：KN·m) 结构一层 计 算 简 图 弯 矩 图 恒载作用下梁固端弯矩计算统计表6.2 结构层 M BC （KN·m） M CB （KN·m） M CD （KN·m） M DC （KN·m） M D-1/D （KN·m） 三层-65.98 65.98 -276.11 212.13 0 二层-88.48 88.48 -429.29 315.57 0 一层-88.48 88.48 -429.29 315.57 -295.93 （二）计算各节点弯矩分配系数 用分层法计算竖向荷载，假定结构无侧移，计算时采用力矩分配法，其计算要点是： ①计算各层梁上竖向荷载值和梁的固端弯矩。 ②将框架分层，各层梁跨度及柱高与原结构相同，柱端假定为固端。 ③计算梁、柱线刚度。 对于柱，假定分层后中间各层柱柱端固定与实际不符，因而，除底层外，上层柱各层线刚度均乘以0.9修正。 有现浇楼面的梁，宜考虑楼板的作用。每侧可取板厚的6倍作为楼板的有效作用宽 土木工程专业(函授) 毕业设计指导书 一、毕业设计的目的 毕业设计是土木工程专业本科培养计划中最后一个主要教学环节，也是最重要的综合性实践教学环节，目的是通过毕业设计这一时间较长的专门环节，培养土木工程专业本科生综合应用所学基础课、专业基础课及专业课知识和相应技能，解决具体的土木工程设计问题所需的综合能力和创新能力。毕业设计中学生在指导教师的指导下，独立系统地完成一项工程设计，解决与之相关的所有问题，熟悉相关设计规范、标准图以及工程实践中常用的方法，具有实践性、综合性强的特点。对培养学生的综合素质、增强工程概念和创新能力具有其他教学环节无法代替的重要作用。 二、毕业设计的组成部分 建筑工程毕业设计一般包括建筑设计、结构设计和施工组织设计三个方面，由于土木工程专业本科毕业生中从事与施工相关的工作比例有上升趋势，在毕业设计中包括施工组织设计部分是适宜的，但当时间较少时，也可不安排施工组织设计。 三、毕业设计的几个阶段 毕业设计过程包括设计准备、正式设计、毕业答辩三个阶段。设计准备阶段主要任务是根据设计任务书要求，明确工程特点和设计要求，收集有关资料，拟定设计计划。 正式设计阶段需完成建筑方案设计；结构手算和电算及对比分析；这一阶段分为：建筑设计、结构设计、施工设计等不同阶段，具体阶段之间有严格的时间制约关系，由不同的教师指导。 毕业答辩阶段是总结毕业设计过程和成果，让学生清晰准确地反映所作工作，并结合自己的设计深化对有关概念、理论、方法的认识。 四．毕业设计时间安排 1．题目布置、初步方案设计、修改方案、确定方案、画出平、立剖方案图（2周）； 2．结构布置、结构计算、上机计算、绘制结构草图（6周）； 3．绘制建筑施工图（2周）； 4．整理计算书，绘制结构施工图（2周）。 五、毕业设计各阶段的设计要求 建筑设计部分 1. 建筑设计的前期准备 土木工程毕业设计结论精选5篇 一、土木工程毕业设计结论 本工程严格按照招标文件规定的预期工期，科学、合理地安排施工程序及进度。确保工程达到设计及使用要求，工程质量达到国家建安工程质量检验评定标准中的合格标准。确保无重大安全事故发生，轻伤频率控制在3‰以内。基本达到文明施工工地的标准。现场整洁，排放有控，保护周边，环保作业；合理消耗资源，给环境带来的负面影响较小。 项目部全面履行合同，对工程项目的工期、质量、安全、成本等综合效益进行有计划的组织、指挥、管理和控制。 本次毕业设计主要内容包括编制依据、工程概况、施工组织机构及职责、施工部署、施工进度计划、施工准备与资源配置计划、主要施工方案、施工现场平面布置、工程质量保证措施、施工安全，文明，卫生管理措施及项目季节性施工措施。在设计中主要运用了AutoCAD、MATLAB等软件运用，同时还对施工进度计划、施工总平面图进行编制。 本次毕业设计只有短短的两个多月，但通过这次毕业设计，让我熟悉了图纸，熟悉了施工组织设计的编制，更加了解以后工作的方向。通过这次毕业设计，对专业知识有了更深入的了解，对以后的工作有很大的帮助。 二、 通过这段时间的毕业设计，总的体会可以用一句话来表达，纸上得来终觉浅，绝知此事要躬行！。 以往的课程设计都是单独的构件或建筑物的某一部分的设计，而毕业设计则不一样，它需要综合考虑各个方面的工程因素，诸如布局的合理，安全，经济，美观，还要兼顾施工的方便。这是一个综合性系统性的工程，因而要求我们分别从建筑，结构等不同角度去思考问题。 在设计的过程中，遇到的问题是不断的。前期的建筑方案由于考虑不周是，此后在樊长林老师及各位老师和同学们的帮助下，通过参考建筑图集，建筑规范以及各种设计资料，使我的设计渐渐趋于合理。 在计算机制图的过程中，我更熟练AutoCAD、天正建筑等建筑设计软件。在此过程中，我对制图规范有了较为深入地了解，对平、立、剖面图的内容、线形、尺寸标注等问题上有了更为清楚地认识。 中期进行对选取的一榀框架进行结构手算更是重头戏，对各门专业课程知识贯穿起来加以运用，比如恒载，活载与抗震的综合考虑进行内力组合等。开始的计算是错误百出，稍有不慎，就会出现与规范不符的现象，此外还时不时出现笔误，于是反复参阅各种规范，设计例题等，把课本上的知识转化为自己的东西。后期的计算书电脑输入，由于以前对各种办公软件应用不多，以致开始的输入速度相当的慢，不过经过一段时间的练习，逐渐熟练。 紧张的毕业设计终于划上了一个满意的句号，回想起过去这段时 该工程为某大学实验楼，钢筋混凝土框架结构；建筑层数为8层，总建筑面积11305.82m2，宽度为39.95m,长度为60.56m ；底层层高4.2m ，其它层层高3.6m ，室内外高差0.6m 。 该工程的梁、柱、板、楼梯、基础均采用现浇，因考虑抗震的要求，需要设置变形缝，宽度为130mm 。 1.1.1设计资料 (1)气象条件 该地区年平均气温为20 C o . 冻土深度25cm ，基本风压m2，基本雪压 kN/m2，以西北风为主导方向，年降水量1000mm 。 (2)地质条件 该工程场区地势平坦，土层分布比较规律。地基承载力特征值240a f kPa 。 (3)地震烈度 7度。 (4)抗震设防 7度近震。 1.1.2材料 梁、柱、基础均采用C30；纵筋采用HRB335，箍筋采用HPB235；单向板和双向板均采用C30，受力筋和分布筋均为HPB235；楼梯采用C20，除平台梁中纵筋采用HRB335外，其余均采用HPB235。 工程特点 本工程为8层，主体高度为29m 左右，为高层建筑。其特点在于：建造高层建筑可以获得更多的建筑面积，缩小城市的平面规模，缩短城市道路和各种管线的长度，从而节省城市建设于管理的投资；其竖向交通一般由电梯来完成，这样就回增加建筑物的造价；从建筑防火的角度来看，高层建筑的防火要求要高于中低层建筑；以结构受力特性来看，侧向荷载（风荷载和地震作用）在高层建筑分析和设计中将起着重要的作用，因此无论从结构分析，还是结构设计来说，其过程都比较复杂。 在框架结构体系中，高层建筑的结构平面布置应力求简单，结构的主要抗侧力构件应对称均匀布置，尽量使结构的刚心与质心重合，避免地震时引起结构扭转及局部突变，并尽可能降低建筑物的重心，以利于结构的整体稳定性；合理地设置变形缝，其缝的宽度视建筑物的高度和抗震设防而定。 该工程的设计，根据工程地震勘探和所属地区的条件，要求有灵活的空间布置和较大的跨度，故采用钢筋混凝土框架结构体系。 本章小结 本章主要论述了本次设计的工程简况和工程特点，特别对于高层建筑的优点和框架结构中高层建筑的布置原则作了详细阐述。 2 结构设计 框架设计 2.1.1 工程简况 该实验楼为八层钢筋混凝土框架结构体系，建筑面积11305.82m2，建筑平面 延安市政府办公楼 摘要 本工程为政府办公楼工程，采用框架结构，主体为六层，本地区抗震设防烈度为8度，近震，场地类别为II类场地。主导风向为西南，基本风压0.40KN/M，基本雪压0.25 KN/M。楼﹑屋盖均采用现浇钢筋混凝土结构。 本设计贯彻“实用、安全、经济、美观”的设计原则。按照建筑设计规范，认真考虑影响设计的各项因素。根据结构与建筑的总体与细部的关系。 本设计主要进行了结构方案中横向框架第12轴抗震设计。在确定框架布局之后，先进行了层间荷载代表值的计算,接着利用顶点位移法求出自震周期，进而按底部剪力法计算水平地震荷载作用下大小，进而求出在水平荷载作用下的结构内力（弯矩、剪力、轴力）。接着计算竖向荷载（恒载及活荷载）作用下的结构内力。是找出最不利的一组或几组内力组合。选取最安全的结果计算配筋并绘图。此外还进行了结构方案中的室内楼梯的设计。完成了平台板，梯段板，平台梁等构件的内力和配筋计算及施工图绘制。对楼板进行了配筋计算，本设计采用桩基础，对基础承台和桩进行了受力和配筋计算。 整个结构在设计过程中，严格遵循相关的专业规范的要求，参考相关资料和有关最新的国家标准规范，对设计的各个环节进行综合全面的科学性考虑。总之，适用、安全、经济、使用方便是本设计的原则。设计合理可行的建筑结构方案是现场施工的重要依据。 关键词：框架结构，抗震设计，荷载计算，内力计算，计算配筋 Luoyang City West office building ABSTRACT This works for the city of Luoyang West office building, a framework structure for a six-storey main, in the region earthquake intensity of 8 degrees near Lan site classification as Class II venues. Led to the southwest direction, the basic Pressure 0.40 KN / M, basic snow pre ssure 0.25KN/M. Floor roof were using cast-in-place reinforced concrete structure. The design and implement "practical, security, economic, aesthetic," the design principles. With the architectural design, design seriously consider the influence of the various factors. According to the structural and architectural detail and the overall relationship. The design of the main structure of the program horizontal framework 12-axis seismic design. In determining the distribution framework, the first layer of repr esentative value of the load, Then use vertex from the displacement method for earthquake cycle, and then at the bottom of shear horizontal seismic load calculation under size, then calculated the level of load under the Internal Forces (bending moment, sh ear and axial force). Then calculate vertical load (constant load and live load) under the Internal Forces. Identify the most disadvantaged group or an internal force several combinations. Select the best safety results of the reinforcement and Mapping. In addition, the structure of the program indoor staircase design. Completion of the platform boards, boards of the ladder, platform beam component and the reinforcement of internal forces calculation and construction mapping. On the floor reinforcement calculation, the use of pile foundation design, ?土木工程随机风场数值模拟研究的进展（11-01）?土木工程材料与结构试验室的建设与运营模式（11-01）?国外流域综合管理八条经验值得借鉴（03-22） ?水利信息化及工程管理信息系统应用的探讨（03-22）?水生植物在水污染控制中的生态效应（03-22） ?浅谈水电工程施工企业的造价控制工作（03-22）?现场总线在软水处理控制中的应用（03-22） ?利用水生高等植物净化污水研究的探讨（03-22）?营建可持续发展的人工生态水景（03-22） ?水池施工缝质量通病的防治（03-22） ?城市雨水的收集和利用（03-22） ?关于水利工程与河流生态系统关系的探讨（03-22）?水质自动监测技术与在线自动监测仪器的发展（03-22）?人工景观湖生态水处理设计（03-22） ?浅议水利工程施工质量控制（03-22） ?小型水库工程管理存在问题探讨（03-22） ?现浇水利工程混凝土质量缺陷及预防（03-22） ?水电开发如何应对投资体制改革的决定（03-22）?对大型多功能建筑给水排水工程的分析（03-22）?大型多功能建筑给水排水工程分析（03-22） ?城市防洪工程环境影响评价若干问题探讨（03-22）?如何处理好水利工程勘察设计的招投标（03-22）?浅谈如何预防和处理下水堵塞问题（03-22） ?浅谈水利工程招投标的现状与对策（03-22） ?水利工程护坡生态化设计技术分析（03-22） ?水闸施工管理控制分析（03-22） ?水闸冲刷计算分析研究（03-22） ?浅谈水土保持规划研究的意义（03-22） ?又寸节水灌溉技术和技术模式的探讨（03-22） ?生活污水湿地处理技术应用（03-22） ?生态政区规划与建设的冷思考（02-25） ?湿地保护，任重道远（02-25） ?人与自然和谐的内在机制（02-25） ?建设性人居环境与自然生态审美化（02-25） ?环境历史和生态危机的起源（02-25） ?期待中国环保产业的财富（02-25） ?对于生态农业发展的障碍探讨（02-25） ?环境行政处罚种类界定及其矫正（02-25） ?着眼生态建设和经济发展搞好林业结构调整（02-25）?浅论发展我国的知识农业（02-25） ?浅谈构建有中国特色的信息农业发展体系（02-25）?农户专业化：农业产业化过程中的首要问题（02-25）?关于农业产业化经营的两点思考（02-25） ?浅论中国农业生态环境的法治保障（02-25） ?农业适度规模经营的理论依据（02-25） ?我国西部退化土地综合生态系统管理（02-25） ?农业政策与农业现代化（02-25） ?浅谈基因工程在农业生产中的应用（02-25） ?农业生产环境成本的核算与控制（02-25） ?黄瓜生理性病害的防治技术（02-25） ?如何编制好林地经济发展规划（02-25） ?浅析园林的水景设计（02-25） ?城镇园林绿化的生态效应初论（02-25） ?关于林业信息化在防灾减灾中预警作用的思考（02-25）?谈屋面防水工程质量问题及预防措施（10-24） ?谈建筑施工企业风险管理之对策（10-24） 1 工程概况 1、1 建设项目名称:龙岩第一技校学生宿舍 1、2 建设地点:龙岩市某地 1、3 建筑类型:八层宿舍楼,框架填充墙结构,基础为柱下独立基础,混凝土C30。 1、4 设计资料: 1.4.1 地质水文资料:由地质勘察报告知,该场地由上而下可分为三层: 杂填土:主要为煤渣、石灰渣、混凝土块等,本层分布稳定,厚0-0.5米; 粘土:地基承载力标准值fak=210Kpa, 土层厚0、5-1.5米 亚粘土:地基承载力标准值fak=300Kpa, 土层厚1、5-5.6米 1.4.2 气象资料: 全年主导风向:偏南风夏季主导风向:东南风冬季主导风向:西北风 基本风压为:0、35kN/m2(c类场地) 1.4.3 抗震设防要求:七度三级设防 1.4.4 建设规模以及标准: 1 建筑规模:占地面积约为1200平方米,为8层框架结构。 2建筑防火等级:二级 3建筑防水等级:三级 4 建筑装修等级:中级 2 结构布置方案及结构选型 2、1 结构承重方案选择 根据建筑功能要求以及建筑施工的布置图,本工程确定采用横向框架承重方案,框架梁、柱布置参见结构平面图,如图2、1所示。 2、2 主要构件选型及尺寸初步估算 2.2.1 主要构件选型 (１)梁﹑板﹑柱结构形式:现浇钢筋混凝土结构 图2、1 结构平面布置图 (２)墙体采用:粉煤灰轻质砌块 (３)墙体厚度:外墙:250mm,内墙:200mm (４)基础采用:柱下独立基础 2.2.2 梁﹑柱截面尺寸估算 （１）横向框架梁: 中跨梁(BC跨): 因为梁的跨度为7500mm,则、 取L=7500mm h=(1/8~1/12)L=937、5mm~625mm 取h=750mm、 4 7.9 750 7250 > = = h l n= =h b) 3 1 ~ 2 1 (375mm~250mm 取b=400mm 满足b>200mm且b 750/2=375mm 故主要框架梁初选截面尺寸为:b×h=400mm×750mm 同理,边跨梁(AB、CD跨)可取:b×h=300mm×500mm （２）其她梁: 连系梁: 取L=7800mm h=(1/12~1/18)L=650mm~433mm 取h=600mm = =h b) 3 1 ~ 2 1 (300mm~200mm 取b=300mm 故连系梁初选截面尺寸为:b×h=300mm×600mm 由于跨度一样,为了方便起见,纵向次梁截面尺寸也初选为: b×h=300mm×600mm 土木工程专业毕业设计步骤 一、建筑设计 1、确定建筑平面功能分区： 如：各个房间功能（宿舍、洗手间、洗衣房、楼梯间、走廊等）、大门、防火疏散通道等 2、确定各个建筑平面的进深、开间尺寸、走廊的尺寸、层高（初步确定柱 网与选择合适的柱、梁、板的主要断面积尺寸。） 3、确定楼面的做法（水磨石/地面砖等）、确定内外墙的做法（油漆/贴面砖）、 确定屋面的做法（包括防水、保温隔热等） 4、确定各个房间的具体功能分布（如：宿舍的床铺的布置、洗手间大小便 池的布置、办公室的布置等） 需要完成以下资料和图纸：（至少要有一张手绘图纸） 1、底层平面图、标准层平面图、屋顶平面图、剖面图（至少两个剖面图,至少一个剖在楼梯间处）、立面图（包括正立面图、侧立面图）、主要节点大样图 2、计算书中建筑设计说明：如功能分区设计依据、楼地面及屋面的做法、内外墙面做法等 二、结构设计 1、荷载计算： ①恒载计算：依据建筑设计（楼地面及屋面的做法、内外墙面做法）结果，计算恒载，如梁、柱、楼板及墙自重。 ②活载计算，依据建筑的不同确定活荷载，并确定荷载传递方向 ③风荷载计算（依据建筑物所处地理位置，确定基本风压、计算风荷载） ④地震作用的计算可用底部剪力法。地震作用下的内力分析可用 D 值法。 2、确定一榀计算框架 选择一品典型框架进行内力计算，层数不少于6层、跨数不少于2跨，要求考虑恒载、活载和地震作用,恒活分开计算。进行内力组合、确定最不利内力，计算梁柱配筋 3、选择一层完整楼板进行梁板结构计算及配筋。（楼盖设计《混凝土结构设计》的课程设计） 4、选择一部楼梯进行荷载导算、内力分析和配筋计算（选择楼梯形式——梁式楼梯/板式楼梯，选择合适计算方法） 5、基础计算（选作） 选择合适的基础形式（独立基础、条形基础等），由上部结构确定基础内力，确定基础截面尺寸、计算基础配筋。 6、绘制结构施工图 毕业设计要求绘制全部结构施工图纸,以此作为评分依据。 (1)一榀框架结构施工图。 (2)一层完整楼板结构平面图,一层完整屋面结构平面图,含模板图、配筋及钢筋表、节点大样图、构件编号等: 一根多跨连续梁配筋图。两根以上单跨楼面梁配筋图。 (3)一部完整的楼梯结构施工图。 (4)基础平面布置图, 含基础、基础梁、构件一览表等。 (5)相应框架的基础结构施工图。 (6)编写结构设计总说明。 三、整理计算书、编写设计说明书 (1)计算书要求书写整齐、清晰、统一纸张,并装订成册。 (2)编写设计说明书（包括建筑设计说明、结构设计中荷载计算、内力计算与组合、配筋计算等过程）,要附上毕业设计任务书和地质资料。 (3)答辩后计算书、图纸应装入档案袋,并填写档案袋封面有关内容。毕业设计档案由学院保存。 2008级本科毕业论文（设计）题目 初步计划 土木工程系班级：0801、0802、0803、0804 填表时间：2011-11-17 序号题目名称 (或简称) 类别课题来源指导教师 学生 人数 备注设 计 论 文 科 研 生 产 教 学 其 它姓名职称（学位） 1 天津市某政府办公楼设计√√ 5 20111117 2 京通快速路某高架桥桥梁 工程施工图设计 √√ 2 20111117 3 大石桥路万泉河跨河桥梁 工程施工图设计 √√ 2 20111117 4 京津高速公路张采路立交 跨线桥施工图设计 √√ 2 20111117 5 京石客运专线永定河特大 桥上跨南六环长阳大桥施 2 20111117 6 桩基沉降影响下积水潭桥 的结构安全性分析 2 20111117 7 海子桥动荷载试验方案设 计与数据分析 2 20111117 8 青尼罗河钢桥结构承载力 分析 2 20111117 9 京石客运专线永定河特大 桥上跨南六环长阳大桥施 工方案设计 √√ 2 20111117 10 沧州市某中学教学楼设计√√ 4 20111117 11 黄骅市某砖混住宅楼（带 阁楼）施工组织设计 √√ 1 20111117 12 黄骅市某钢结构厂房施工 组织设计 √√ 1 20111117 13 黄骅市某办公楼（框架结 构、四层）施工组织设计 √√ 1 20111117 14 腾讯管道公司二号厂房办 公楼设计 √√ 2 20111123 15 腾讯管道公司职工公寓设 计 √√ 2 20111123 16 福达钢铁综合办公楼设计√√ 2 20111123 17 华天服饰职工公寓设计√√ 2 20111123 18 万象集团（北京）综合仪 表厂房设计 √√ 2 20111123 19 万象集团（北京）办公楼 设计 √√ 2 20111123 20 天津某五层框架办公楼设 计 √√ 4 20111206 21 天津某住宅楼施工图预算√√ 4 20111206 22 某工业厂房施工组织计√√ 4 20111206 23 某歌剧院办公楼设计√√ 2 20111206 24 武清区莫办公楼设计√√ 5 25 天津市机床电器办公楼设 计 √√ 5 26 天津兰柯有限公司综合楼 设计 √√ 5 土木工程专业本科毕业 论文 文稿归稿存档编号：[KKUY-KKIO69-OTM243-OLUI129-G00I-FDQS58- 混凝土裂缝影响因素的分析探讨Analysis and discussion of influencing factors of concrete cracks 学生姓名：金喜超 指导教师：XX 所在院系：网络教育学院 所学专业：土木工程 研究方向：工程质量因素 东北农业大学 中国·哈尔滨 2017年09月 摘要 混凝土因其取材广泛、价格低廉、抗压强度高、可浇筑成各种形状，并耐火性好、不易风化、养护费用低，成为当今世界建筑结构中使用最广泛的建筑材料。但是混凝土抗拉能力差、脆性大、容易开裂。一般对结构的使用无大的危害，可允许其存在；但是这些裂缝在使用荷载或外界物理、化学因素的作用下，不断产生和扩展，引起混凝土碳化、保护层剥落、钢筋腐蚀，使混凝土的强度和刚度受到削弱，耐久性降低，严重时甚至发生垮塌事故，危害结构的正常使用，必须加以控制。 关键词：混凝土 ;裂缝; 成因 ;控制措施 Abstract Because of their extensive concrete material, low price, high compressive strength, cast into various shapes, and good fire resistance, not easy weathering, low maintenance costs, has become the most widely used building material structure in the world today. But the concrete has poor tensile strength, brittleness and easy cracking. Generally no big harm to the use of the structure, can be allowed to exist; but these cracks in the use of load or the physical and chemical factors, and continuous expansion, caused by carbonization of concrete, spalling, corrosion of steel, concrete strength and stiffness to weaken, reducing the durability, serious even collapse accident occurred, affecting the normal use, must be controlled. Key words: concrete; crack; cause of formation; control measures 目录 第一章前言 (2) 第二章混凝土裂缝产生的原因 (3) 2.1混凝土施工造成的裂缝 (3) 2.1.1混凝土浇筑时模板洒水造成的裂缝 (3) (3) 摘要 随着我国经济的发展和建筑设计的多样化，高层建筑的基础设计对保证工程安全和控制工程造价至关重要。在选择基础形式时与建筑物的使用性质、上部结构类型、地质情况、抗震性能、对周围建筑物的影响及施工条件等有密切的关系。为节约投资应该对地基基础多方案比较进行优化设计。 本设计的题目是焦作三维国贸中心4#住宅楼桩基础设计，主要思路是根据地质勘察资料、施工条件和工程要求，确定桩基础的桩型、桩的断面尺寸和长度、单桩容许承载力、桩的数量和平面布置以及承台的尺寸和构造，再根据承受的荷载验算桩基承载力，估算沉降量并验算桩和桩承台的强度。 通过设计桩基础要达到掌握桩基设计计算的具体原理及主要设计步骤，更深入地理解桩基工程特性。通过本次钻孔灌注桩基础设计，使作者对桩的受力特点、制作工艺、设计过程和施工方法有一个更为深入的了解，做到了把作者大学四年所学的力学知识和基础课程与具体工程紧密结合，真正实现了理论应用于实践，增强了动手能力，对今后解决实际问题大有帮助。 关键词：地基；桩基础；钻孔灌注桩；设计； ABSTRACT with the development of our economy and the diversification of architecturaldesign, foundation design of high-rise building is very important to guaranteeonstruction safety and control the project cost. In choosing base form buildings withhe use of the properties, the upper structure type, geological conditions, seismicperformance and influence on surrounding buildings and the construction conditionshave a close relationship. To save investment should optimize the foundation schemes designed. the main idea of this design is according to the geological exploration data, construction conditions and engineering requirements, determine the pile foundation pile type, pile section size and length, the number of allowable bearing capacity of single pile, pile and plane arrangement and the size and structure of the cofferdam, again according to withstand the load calculation of pile foundation bearing capacity, estimating and calculating the pile settlement and the strength of the pile caps. Through the design to achieve mastery of pile foundation design and calculation of concrete pile foundation principle and main design steps, a deeper understanding of pile foundation engineering characteristics. Through the drill hole filling pile foundation design, the author of pile bearing characteristics, production technology, design process and construction method has a more in-depth understanding, did the author at the university four years learning knowledge of mechanics and basic course and combining concrete engineering, truly achieve the theories into practice, enhance the ability to solve practical problems inthe future. Key words:the foundation; Pile foundation;Bored piles; Design; The construction电大土木工程专业毕业设计
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