荷载教案详细

1、授课时间 顺序编号： 1 授课课题第一章 绪论授课时数2学时授课形式面授、讲解教学目标：1.理解工程结构的基本概念；掌握作用与荷载的基本概念及其分类；了解荷载与工程结构的关系。2.了解工程结构设计方法的演变过程；了解本门课程的内容体系及其学习方法。教学重点、难点：重点：荷载与作用；作用的分类。难点：荷载与作用教学方法和手段：课堂讲授为主，并结合课堂提问和练习主要教学内容及教学过程设计：第一章 绪论1.1工程结构的概念概念：土木工程是指建造在地上、地下、水中的各种工程设施。工程结构的基本功能：（1）使用功能：提供良好地为人类生活和生产服务，满足人类使用要求和审美要求。（2）承受和抵抗服役过程中的

2、各种作用。1.2作用与荷载1.作用结构上的作用是指施加在结构上的集中或分布荷载，以及引起结构外加变形或约束变形的原因。作用就其形式而言，可分为以下两类:(1) 直接作用。当以力的形式作用于结构上时，称为直接作用，习惯上称为荷载。(2) 间接作用。当以变形的形式作用于结构上时，称为间接作用。作用按时间不同可分为以下3类：（1）永久作用。在结构使用年限内，其值不随时间变化，或其变化的量值相对于平均值而言可以忽略不计，或其变化是单调的并能趋于限值的作用。【例如】结构自重，土压力、预加力、基础沉降、焊接、水的浮力、混凝土收缩及徐变作用等（2）可变作用。在结构使用年限内，其值随时间变化，且其变化的量值与

3、平均值不可忽略不计的作用。【例如】 安装荷载、楼面活荷载、吊车荷载、风荷载、雪荷载、汽车荷载、汽车离心力、汽车制动力、流水压力、冰压力、温度作用等（3）偶然作用。在结构使用年限内不一定出现，但一旦出现，其值很大且持续时间很短的作用。【例如】 地震作用（地震力和地震加速度等）、爆炸、船舶或漂流物的撞击作用、汽车撞击作用等按空间位置不同可分为以下2类： (1) 固定作用。在结构空间位置上具有固定不变的分布，但其量值可能具有随机性。 【例如】工业与民用建筑楼面上的固定设备荷载、结构构件自重等 (2) 自由作用。在结构空间位置上一定范围内可以任意分布，出现的位置和量值都可能是随机的。【例如】工业与民用

4、建筑楼面上的人员荷载、吊车荷载等按结构反应不同可分为以下2类： (1) 静态作用。不使结构或结构构件产生加速或产生的加速度很小可以忽略不计的作用。【例如】结构自重、住宅与办公楼的楼面活荷载等 (2) 动态作用。使结构或结构构件产生不可忽略的加速度的作用。【例如】地震、吊车荷载、设备振动、作用于高耸结构上的风荷载等2.荷载荷载是结构上的直接作用，即直接外力。1.3结构设计方法的演变1.容许应力设计法容许应力设计法是建立在弹性理论基础上的设计方法。其表达式为：式中：构件在使用阶段(使用荷载作用下)截面上的最大应力；材料的容许应力。2.破损阶段设计法针对容许应力设计法存在的缺陷，之后出现了考虑塑性应

5、力分布后的截面承载力不应小于外荷载产生的内力乘以安全系数k,其设计表达式为：kSR式中：R截面破损时的承载力；K安全系数；M荷载作用下的截面内力。3.极限状态设计法结构的极限状态分为承载力极限状态和正常使用极限状态。承载力极限状态要求最小承载不小于外荷载产生的最大截面内力；正常使用极限状态规定了构件的变形及裂缝要求。考虑荷载、材料性能和工作条件的随机性，在部分荷载和材料性能的取值上，用概率统计方法加以确定。4.概率极限状态设计法概率极限状态设计法是以概率理论为基础，视作用效应和影响结构抗力（结构或构件承受作用效应的能力，如承载能力、刚度、抗裂能力等）的主要因素为随机变量，根据统计分析确定可靠概

6、率（或可靠指标）来度量结构可靠性的结构设计方法。其持点是有明确的、用概率尺度表达的结构可靠度的定义，通过预先规定的可靠指标，使结构各构件间，以及不同材料组成的结构之间有较为一致的可靠度水准。理论上，可以直接按目标可靠指标进行结构的设计，但考虑到计算上的繁琐和设计应用上的习惯，目前我国采用“分项系数表达的以概率理论为基础的极限状态设计方法”。简言之，概率极限状态设计法用可靠指标度量结构可靠度，用分项系数的设计表达式进行设计，其中各分项系数的取值是根据目标可靠指标及基本变量的统计参数用概率方法确定的。复习思考题、作业题：教材p4 第2题、第3题授课时间 顺序编号： 2 授课课题第二章 重力与侧压力

7、授课时数2学时授课形式面授、讲解教学目标：掌握结构的自重、土的自重应力、雪荷载的计算。了解各种荷载的产生和定义教学重点、难点：重点：土的自重应力、雪荷载难点：土的自重应力、雪荷载的计算教学方法和手段：1.课堂讲授为主，并结合课堂提问和练习。2.布置课外作业主要教学内容及教学过程设计：第二章 重力与侧压力2.1结构自重1.概念组成结构的材料产生的重力。2.计算（1）单个构件自重计算式中：G构件的自重，kN；构件材料重度，kN/m3；v构件的体积，m3。（2） 结构的自重式中：G结构总的自重，kN；i第i个构件材料重度，kN/m3；vi第i个构件的体积，m3；n组成结构的基本构件数。2.2土的自重

8、应力1.概念土自身有效重力在土体中所引起的应力。2.土的自重应力计算（1）匀质土scz=g . h土的天然重度，kN/m3。（2）成层土例2-1、2-22.3雪荷载1.雪荷载标准值的计算屋面水平投影面上雪荷载标准值应按下式计算：sk=mr s0式中：s0基本雪压，kN/m2； sk雪荷载标准值，kN/m2；mr屋面积雪分布系数。2.基本雪压单位水平面积上积雪的自重(kN/m2)ö 系指以当地一般空旷平坦地面上统计所得重现期为50年的最大积雪的自重确定。S0= r . h .g 式中：g重力加速度(9.8m/s2)；h积雪深度（m）；r积雪密度（t/m3）。ö 积雪密度r 积

9、雪深度、积雪时间、当地的地理气候条件等因素有关Ú 随积雪深度和积雪时间变化的 Ú 方便工程应用 Ú 取定值ö 我国按建筑结构荷载规范（GB50009-2012)全国基本雪压分布图的规定采用 3.屋面雪压 屋面雪压不同于地面雪压 风对屋面积雪的影响 风的漂积作用Ú 对高低跨屋面、多跨坡屋面及曲线型屋面的屋角附近区域 屋面坡度对积雪的影响 屋面的雪荷载随其坡度的增加而减小ö 风的作用Ú 使迎风面的部分积雪漂积到背风面一侧的屋面上，引起屋面的不平衡积雪荷载ö 雪的滑移作用（坡度100的屋面）Ú 可能形成一坡有雪

10、另一坡完全滑落的不平衡雪荷载；使滑落的雪堆积在与坡屋面临接的较低屋面上 4.屋面积雪分布系数Ú 我国规范采用屋面积雪分布系数（mr）对双坡屋面考虑均匀雪载和不均匀雪载两种情况。ö 屋面积雪分布系数应根据不同类型的屋面形式，按规范GB50009-2012采用。5.雪荷载计算例题2-3、2-4、2-52.4楼屋面活荷载1.楼面活荷载1）民用建筑楼面活荷载 持久性活荷载：设计基准期内经常出现家具等设备产生的荷载。 临时性活荷载：设计基准期内短暂出现人员的聚汇荷载。(1)荷载取值方法规范（GB50009-2012）表5.1.1取用【例如】住宅、宿舍、旅馆、办公楼、医院病房、托儿所、

11、幼儿园的建筑楼面均布活荷载的标准值为 2.0kN/m2。(2)活荷载的折减考虑到作用于楼面上的活荷载不可能以标准值的大小同时布满所有的楼面，在设计梁、墙、柱及基础时，还要考虑实际荷载沿楼面分布的变异情况。在确定梁、墙、柱及基础的荷载标准值时，还应按楼面活荷载标准值乘以折减系数。例题2-6、2-7、2-8、2-9、 2-102）工业建筑楼面活荷载è 工业建筑楼面在生产使用或安装检修时，由设备、管道、运输工具及可能拆除的隔墙产生的局部荷载，均应按实际情况考虑，可用等效均布活荷载代替。è 工业建筑楼面（包括工作平台）上无设备区域的操作荷载，包括操作人员、一般工具、零星原料和成品的

12、自重，可按均布活荷载考虑，采用2.0kN/m2。生产车间的楼面活荷载，可按实际情况采用，但不宜小于3.5kN/m2。è 楼面的等效均布活荷载，应在其设计控制部位上，根据需要按内力（如弯矩、剪力等）、变形及裂缝的等值要求来确定。一般情况，可按内力的等效来确定。 2.屋面活荷载è 屋面均布活荷载包括施工检修人员、工具等自重，上人屋面还包括人员临时聚汇的荷载è规范（GB50009-2012）规定了工业与民用建筑房屋的屋面其水平投影面上的均布活荷载的标准值： 上人屋面的均布活荷载的标准值： 2.0 kN/m2 不上人的屋面均布活荷载标准值： 0.5 kN/m2 屋顶花园均

13、布活荷载标准值： 3.0 kN/m2 屋顶运动场地活荷载标准值： 3.0 kN/m2è 屋面直升机停机坪荷载应根据直升机总重按局部荷载考虑，同时其等效均布荷载不低于5.0 kN/m2 。 局部荷载应按直升机实际最大起飞重量确定，当没有机型技术资料时，一般可依据轻、中、重三种类型的不同要求，按规范规定选用局部荷载标准值及作用面积。例题2-113.屋面积灰荷载è 设计生产中有大量排灰的机械、冶金、水泥等的厂房及其附近建筑时考虑è 影响主要因素：除尘设施的使用维修情况、清灰制度执行情况、风向和风速、烟囱高度、屋面坡度和屋面挡风板等è 对于具有除尘设施和保证清灰

14、制度（一般厂房36个月清灰一次）的厂房屋面水平投影面上的积灰荷载=0.3kN/m21.0kN/m2 -见规范（GB50009-2012）表5.4.1-1è 积灰荷载应与雪荷载或不上人的屋面均布活荷载两者中的较大值同时考虑。即积灰荷载+（雪荷载、不上人的屋面均布活荷载）max 例题 2-12、2-134.施工及检修荷载及栏杆荷载è 施工或检修集中荷载 人和小工具的自重等è 设计屋面板、檩条、钢筋混凝土挑檐、雨篷和预制小梁时，施工或检修集中荷载应取1.0kN，并应在最不利位置处进行验算è 当计算挑檐、雨篷承载力时，应沿板宽每隔1.0m取一个集中荷载；在验算挑

15、檐、雨篷倾覆时，应沿板宽每隔2.53.0m取一个集中荷载。è 楼梯、看台、阳台和上人屋面的栏杆顶部水平荷载：Þ 住宅、宿舍、办公楼、旅馆、医院、托儿所、幼儿园，应取1.0kN/mÞ 学校、食堂、剧场、电影院、车站、礼堂、展览馆或体育场，应取1.0kN/m例题 2-14、2-15复习思考题、作业题：授课时间 顺序编号： 6 授课课题第三章 风荷载授课时数6学时授课形式面授、讲解教学目标：1了解风的基本知识2熟悉基本风压的确定3. 掌握风荷载的计算 教学重点、难点：重点：风荷载的计算难点：风荷载计算教学方法和手段：1.课堂讲授为主，并结合课堂提问和练习。2.布置课外作

16、业主要教学内容及教学过程设计：第三章 风荷载3.1风的有关知识1.风的形成风是空气相对于地面的运动，它是空气从气压大的地方向气压小的地方流动而形成的。2.两类性质的大风（1）台风台风主要是由太阳辐射在海洋表面所长生的大量热能转化为动能（风能和海浪能）而产生。（2）季风由于大陆和海洋在一年之中增热和冷却程度不同，在大陆和海洋之间大范围的、风向随季节有规律改变的风，称为季风。形成季风最根本的原因，是由于地球表面性质不同，热力反映有所差异引起的。由海陆分布、大气环流、大地形等因素造成的，以一年为周期的大范围的冬夏季节盛行风向相反的现象。分为夏季风和冬季风。3.风级风通常用风向和风速（风力和风级）来表

17、示。 风速是指气流在单位时间内移动的距离，用米/秒或千米/小时表示。英国人蒲福平1805年根据风对地面（或海面）物体影响程度拟定的等级，自0-12共13个等级，称“蒲氏风级”。自1946年以来，风力等级作了某些修改，增到18个等级。我国大陆仍习惯用到12级为止。3.2风压1.风荷载的标准值1)计算主要受力结构k-风荷载标准值（KN/m2）z-高度Z处的风振系数s-风荷载体形系数z-风压高度变化系数0-基本风压（KN/m2）2)计算围护结构gz-高度Z处的阵风系数s1-风荷载局部体形系数2.基本风压基本风压,即风荷载的基准压力，一般按当地空旷平坦地面上10m高度处10min平均的风速观测数据，经

18、概率统计得出50年一遇最大值确定的风速，再考虑相应的空气密度，按下述公式确定的风压： 1)基本风速v02)基本风压0确定3.风压高度变化系数z从某一高度的已知风压（如高度为10米的基本风压），推算另一任意高度风压的系数。风压高度变化系数随离地面高度增加而增大，其变化规律与地面粗糙度及风速廓线直接有关。设计工程结构时应在不同高度处取用对应高度的风压值。对于平坦或稍有起伏的地形，风压高度变化系数应根据地面粗糙度类别按表8.2.1 确定。地面粗糙度可分为A、B、C、D 四类：A 类指近海海面和海岛、海岸、湖岸及沙漠地区；B 类指田野、乡村、丛林、丘陵以及房屋比较稀疏的乡镇和城市郊区；C 类指有密集建

19、筑群的城市市区；D 类指有密集建筑群且房屋较高的城市市区。4.风荷载体形系数s也称空气动力系数，它是风在工程结构表面形成的压力（或吸力）与按来流风速算出的理论风压的比值。它反映出稳定风压在工程结构及建筑物表面上的分布，并随建筑物形状、尺度、围护和屏蔽状况以及气流方向等而异。对尺度很大的工程结构及建筑物，有可能并非全部迎风面同时承受最大风压。对一个建筑物而言，从风载体型系数得到的反映是：迎风面为压力；背风面及顺风向的侧面为吸力；顶面则随坡角大小可能为压力或吸力。8.3.1房屋和构筑物的风载体型系数，可按下列规定采用:1）房屋和构筑物与表8.3.1 中的体型类同时，可按该表的规定采用；2）房屋和构

20、筑物与表8.3.1 中的体型不同时，可参考有关资料采用；3）房屋和构筑物与表8.3.1 中的体型不同且无参考资料可以借鉴时，宜由风洞试验确定；4）对于重要且体型复杂的房屋和构筑物，应由风洞试验确定。8.3.2当多个建筑物，特别是群集的高层建筑，相互间距较近时，宜考虑风力相互干扰的群体效应；一般可将单独建筑物的体型系数s乘以相互干扰增大系数，该系数可参考类似条件的试验资料确定；必要时宜通过风洞试验得出。8.3.3验算围护构件及其连接的强度时，可按下列规定采用局部风压体型系数:1）外表面（1）正压区按表8.3.1 采用；（2）负压区对墙面，取-1.0；对墙角边，取-1.8；对屋面局部部位(周边和屋

21、面坡度大于10°的屋脊部位)，取-2.2；对檐口、雨篷、遮阳板等突出构件，取-2.0。注:对墙角边和屋面局部部位的作用宽度为房屋宽度的0.1 或房屋平均高度的0.4，取其小者，但不小于1.5m。2）内表面对封闭式建筑物，按外表面风压的正负情况取-0.2 或0.2。5.顺风向风振和风振系数z风的脉动部分对高耸结构所引起的动态作用。一般结构对风力的动态作用并不敏感，可仅考虑静态作用。但对于高耸结构（如塔架、烟囱、水塔）和高层建筑，除考虑静态作用外，还需考虑动态作用。动态作用与结构自振周期、结构振型，结构阻尼和结构高度等因素有关，可将脉动风压假定为各态历经随机过程按随机振动理论的基本原理导

22、出。为方便起见，动态作用常用等效静态放大系数，即风振系数的方式与静态作用一并考虑。3.3各类结构风荷载计算1单层房屋风荷载例3-1、例3-22多层房屋风荷载例3-3、例3-43高层房屋风荷载例3-54远海海面和海岛的风荷载例3-65山区风荷载例3-8、例3-9例3-10例3-116围护结构风荷载1）局部风压体形系数2）阵风系数计算围护结构风荷载时的阵风系数应按表8.6.1 确定。例3-12、例3-13、例3-14复习思考题、作业题：授课时间 顺序编号： 7 授课课题第四章 荷载统计分析授课时数2学时授课形式面授、讲解教学目标：1 了解荷载的概率模型，设计基准期最大荷载的概率分布函数。2 熟悉荷

23、载的各种代表值和设计值，常遇荷载的统计分析。3 掌握荷载效应和荷载效应组合的原则。教学重点、难点：重点：1. 荷载的各种代表值和设计值 2. 荷载效应组合原则难点：1. 荷载的概率模型 2. 荷载效应组合原则教学方法和手段：1.课堂讲授为主，并结合课堂提问和练习。2.布置课外作业主要教学内容及教学过程设计：第四章 荷载统计分析4.1荷载的概率模型在设计基准期内，荷载是随时间变化的，因此荷载用随机过程来描述最合理。在实际工程中，荷载通常被假定为平稳二项随机过程分析。平稳二项随机过程的定义(1) 基准期T时间域内可划分为r个相等的时段，即=T/r；(2) 在任一时段内，荷载出现的概率为p，荷载不出

24、现的概率为q=1-p；(3) 在任一时段内，荷载出现时，其幅值为非负随机变量，其概率分布函数为任意时点荷载概率分布，各不同时段上的幅值随机变量相互独立且服从相同分布；(4) 任一时段上荷载是否出现与出现的幅值随机变量是相互独立的。4.2荷载的统计参数和统计方法1.平稳二项随机过程的三个要素：(1) =T/r；(2) p；(3) FQ(x)。其中：和p通过统计调查或经验判断确定, FQ(x) 通过统计分析确定。2.几种典型的概率分布1）正态分布分布函数：2）极值型分布分布函数： 期中：，4.3设计基准期最大荷载的概率分布函数1.在实际工程中，考虑设计基准期内荷载最大值随机变量来描述荷载的这种随机

25、特性。2.多个随机变量最大值概率分布其概率分布：3.最大荷载在基准期的概率分布m=pr 荷载在基准内平均出现率。4.4荷载效应组合方法1.Turkstra 组合方法(1) 分别取基准期 T 内第 i 个荷载效应的最大值与其余荷载效应的瞬时值组合。(2) 取其中最不利的荷载效应组合为设计用的荷载效应组合。2.JCSS组合方法(1) 对于每一个荷载, 其基准期 T 可分为r个相等的时段；(2) 依次取每一荷载Qi(t)在其设计基准期内T的最大值与其它荷载组合；(3) 对于时段时大于的荷载 ,依次取前面荷载时段上的局部最大值，时段数小于的荷载取相应时段的瞬时值；(4) 取其中最不利的荷载效应组合为设

26、计用的荷载效应组合。 4.5常遇荷载的统计分析1.重力荷载概率模型2.活荷载的概率模型例 4-14.6荷载代表值1.基本概念荷载代表值设计中用以验证极限状态所采用的荷载值，包括标准值、组合值、频遇值和准永久值。荷载设计值设计中用于确定结构抗力所直接采用的荷载值。2.荷载特征值（标准值）荷载特征值是在结构设计基准期内作用于结构可能的最大荷载。是荷载的基本代表值，其它代表值可以通过它计算得到。1）频遇值在结构设计基准期内经常作用于结构的可变荷载值。2）组合值 在结构设计基准期内，考虑施加在结构上的多种可变荷载不可能同时达到各自的最大值而采用的一种荷载值。3）准永久值在结构设计基准期内，经常出现且持

27、续时间较长的可变荷载值。用于校核结构正常使用极限状态的荷载代表值。4.7荷载效应组合设计值1.承载能力极限状态基本组合(1) 可变荷载效应控制的组合(2) 永久荷载效应控制的组合偶然组合(1) 承载能力极限状态(2) 偶然事件发生后，受损结构稳固性验算 例题4-2、4-3、4-4、4-52.正常使用极限状态(1) 标准组合(2) 频遇组合(3) 准永久组合例 4-6复习思考题、作业题：授课时间 顺序编号： 8 授课课题第五章 结构抗力统计分析授课时数3学时授课形式面授、讲解教学目标：1. 理解影响抗力不定性的因素。2. 理解结构构件抗力统计参数和结构构件抗力的分布类型。教学重点、难点：重点：1

28、.影响抗力不定性的因素。2.结构构件抗力统计参数和结构构件抗力的分布类型。难点：影响抗力不定性的因素。教学方法和手段：1.课堂讲授为主，并结合课堂提问和练习。2.布置课外作业主要教学内容及教学过程设计：第五章 结构抗力统计分析5.1 结构抗力不定性1.材料性能不定性指材料质量因素以及工艺、加荷、环境、尺寸等因素引起的结构构件中材料性能的变异性。材料性能一般采用标准试件和标准试验方法确定，还要考虑实际构件与标准试件、实际工作条件与标准试验条件的差异。式中fj结构构件实际材料性能值；fs试件材料性能值；fk规范规定的试件材料性能值；0规范规定的反映结构构件材料性能与试件材料性能差别的系数，如考虑缺

29、陷、外形、尺寸、施工质量、加载速度、试验方法、时间等因素影响的各种系数及其函数。反映结构构件材料性能与试件材料性能差别的随机变量；反映试件材料性能不定性的随机变量。从而f的平均值和变异系数为：式中，试件材料性能 的平均值及随机变量的平均值；，试件材料性能 的变异系数及随机变量的变异系数。2.结构构件几何参数的不定性 结构构件几何参数的不定性，主要是指制作尺寸偏差和安装误差等引起的构件几何参数的变异性，它反映了所设计的构件和制作安装后的实际构件之间几何上的差异。根据对结构构件抗力的影响程度，一般构件可仅考虑截面几何参数(如宽度、有效高度、面积、面积矩、抵抗矩、惯性矩、箍筋间距及其函数等)的变异。

30、结构构件几何参数的不定性可采用如下随机变量表达：式中a，ak结构构件的几何参数及几何参数标准值。从而，的平均值和变异系数为：式中， 结构构件几何参数的平均值及变异系数。3.结构构件计算模式的不定性结构构件计算模式的不定性，主要是指在抗力计算中，采用的基本假定和计算公式的不精确等引起的变异性。所有这些近似的处理，必然会导致实际的结构构件抗力与给定公式计算的抗力之间的差异。结构构件计算模式的不定性，可用如下随机变量表达：式中R0，Rc 结构构件的实际抗力值(可取试验实测值或精确计算值)及按规范公式的计算抗力值。5.2 抗力的统计参数和概率分布类型1.结构构件抗力的统计参数对于由几种材料构成的结构构

31、件，在考虑上述3种主要因素的情况下，其抗力可采用下列形式表达：或写成：则：按随机变量函数统计参数的运算法则，求出抗力R的统计参数：从而，结构构件抗力R的统计参数可按下式计算：2.结构构件抗力的分布类型对于由几种材料构成的结构构件，构件抗力由多个随机变量相乘而得，有中心极限定理一般认为结构构件抗力服从对数正态分布。3.材料的标准强度及其设计取值材料强度的标准值f K 是结构设计时所用的材料强度f的基本代表值，它不仅是设计表达式中材料性能取值的依据，而且也是生产中控制材料性能质量的主要依据。材料强度标准值应根据符合规定质量的材料性能的概率分布的某一分位值确定。从当前的发展来看，一般将材料强度标准值

32、f K定义在设计限定质量相应的材料强度f概率分布的0.05分位值上，这时相应的偏低率PK为5%。当材料强度f服从正态分布时有：材料强度设计值是荷载分项系数与荷载标准值的乘积。荷载的分项系数是根据规定的目标可靠指标和不同活荷载与恒载比值，对不同类型的构件进行反算后，得出相应的分项系数，从中经过优选，得出合适的数值而确定的。分项系数确定后，即可确定材料强度的设计值。复习思考题、作业题：授课时间 顺序编号： 9 授课课题第六章 工程结构可靠度计算方法授课时数2学时授课形式面授、讲解教学目标：1掌握结构可靠度，失效概率和可靠指标的概念及相互之间的关系。 2理解独立随机变量的结构构件可靠度计算的中心点法

33、和验算点法，理解相关随机变量的结构可靠度计算方法，了解结构体系可靠度的计算方法。 教学重点、难点：重点：掌握结构可靠度，失效概率和可靠指标的概念及相互之间的关系。难点：理解独立随机变量的结构构件可靠度计算的中心点法和验算点法，理解相关随机变量的结构可靠度计算方法，了解结构体系可靠度的计算方法。教学方法和手段：1.课堂讲授为主，并结合课堂提问和练习。2.布置课外作业主要教学内容及教学过程设计：第六章 工程结构可靠度计算方法6.1 基本概念1结构的功能要求结构在规定的时间（设计使用年限）内，在规定的条件下（正常设计、正常施工、正常使用），完成预定功能的能力 结构的可靠性，包括结构的安全性、适用性和

34、耐久性。结构在规定的设计使用年限内应满足下列功能要求：（1）在正常施工和正常使用时，能承受可能出现的各种作用（2）在正常使用时具有良好的工作性能（3）在正常维护下具有足够的耐久性（4）在设计规定的偶然事件发生时及发生后，仍能保持必要的整体稳定性ö 1项、4项 Þ 结构安全性的要求ö 2项 Þ 结构适用性的要求ö 3项 Þ 结构耐久性的要求ö 设计使用年限(design working life)设计规定的结构或结构构件不需进行大修即可按其预期目的使用的时期即房屋结构在正常设计、正常施工、正常使用和正常维护下所应达到的使用年限

35、，如达不到这个年限则意味着在设计、施工、使用与维修的某一环节上出现了非正常情况，应查找原因ö GB500682001规定：结构设计使用年限分类类别设计使用年限（年）示例15临时性结构225易于替换的结构构件350普通房屋和构筑物4100纪念性建筑和特别重要的建筑结构ö 设计基准期(design reference period)为确定可变作用及时间有关的材料性能等取值而选用的时间参数ö 规范所采用的设计基准期为50年Þ 设计基准期不等同于建筑结构的设计使用年限ö 足够的耐久性-指结构在规定的工作环境中，在预定时期内，其材料性能的恶化不致导致结构

36、出现不可接受的失效概率。 从工程概念上讲，足够的耐久性就是指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。ö 整体稳定性-指在偶然事件发生时和发生后，建筑结构仅产生局部的损坏而不致发生连续倒塌2结构功能函数一般情况下，总可以将影响结构可靠性的因素归纳为结构构件的荷载效应S和抗力R.Z=g(R,S)=R-SZ>0,结构可靠;Z<0,结构失效；Z0，结构处于极限状态根据的Z大小，可以判断结构是否满足某一确定功能的要求，因此称上式为表达Z的结构功能函数。ö “极限状态(limit state)”定义 整个结构或结构的一部分超过某一特定状态(达到极限承载力；失稳

37、；变形、裂缝宽度超过某一规定限制等)就不能满足设计规定的某一功能要求，此特定状态称为该功能的极限状态。 结构的极限状态 Þ结构失效的临界状态3结构的可靠度ö 定义结构在规定时间内，在规定条件下完成预定功能的概率。Þ 结构可靠性的概率度量Þ 结构可靠度是以正常设计、正常施工、正常使用为条件的，不考虑人为过失的影响。 人为过失应通过其他措施予以避免。ö 结构可靠度的度量Þ 结构可靠度满足： Z>0具有相当大的概率 或 Z<0 具有相当小的概率 Þ 结构完成预定功能的概率Ps=P (Z³0) -可靠概率

38、22; 结构不能完成预定功能的概率Pf=P (Z<0 ) -失效概率Ps +Pf =1 Pf =1- PsÞ 采用失效概率Pf来度量结构的可靠度ö 结构可靠指标b 6.2结构可靠度分析的实用方法1中心点法设结构的功能函数具有一般形式，即： 将Z在各变量的均值点处展开成泰勒级数，并取线性项b= mz / sz2验算点法将一般正态分布N（m , s） Ò 标准正态分布N（0，1） 极限状态方程： Ò 极限状态方程： Ò 在标准化空间中原点到极限状态直线的最短距离等于可靠度指标。几何意义6.3结构体系的可靠度1基本概念1）结构构件的失效性质（根

39、据其材料和受力性质不同）ö 脆性构件一旦失效立即完全丧失功能的构件ö 延性构件失效后仍能维持原有功能的构件Ú 构件失效性质的不同，对结构体系可靠度的影响不同2）结构体系的失效模型ö 组成结构的方式（静定、超静定）ö 构件失效性质（脆性、延性）Ú 串联模型、并联模型、串-并联模型（1）串联模型 若结构中任一构件失效，则整个结构也失效。 Þ 所有静定结构的失效分析 串联模型Þ 由脆性构件做成的超静定结构的失效分析 串联模型（2）并联模型若构件中有一个或一个以上的构件失效，剩余的构件或失效的延性构件，仍能维持整体结构的功

40、能Þ 所有超静定结构的失效分析 并联模型(3)串并联模型在延性构件组成的超静定结构中，若结构的最终失效状态不限于一种，则这类结构系统 串-并联模型2结构体系失效概率的计算1）串联系统元件（n个）工作状态完全独立元件（n个）工作状态完全相关一般串联系统失效概率PfÞ 对于静定结构，结构体系的可靠度总构件的可靠度2）串联系统元件（n个）工作状态完全独立元件（n个）工作状态完全相关一般串联系统失效概率Pf复习思考题、作业题：授课时间 顺序编号： 9 授课课题第七章 概率极限状态设计法授课时数2学时授课形式面授、讲解教学目标：1 理解结构概率可靠度设计法的单一系数设计表达式和分项系数设计表达式。2 掌握各设计表达式的应用和式中各系数的意义。教学重点、难点：重点：掌握各设计表达式的应用和式中各系数的意义。难点：掌握各设计表达式的应用和式中各系数的意义。教学方法和手段：1.课堂讲授为主，并结合课堂提问和练习。2.布置