结构设计基本原理1学习教案

1、会计学1结构设计基本原理结构设计基本原理1第一页，共56页。要点要点作用于结构上的荷载取值作用于结构上的荷载取值 结构构件自重结构构件自重(zzhng)； 外部作用（活荷载、风荷载、雪荷外部作用（活荷载、风荷载、雪荷载、地震作用等）载、地震作用等）材料强度取值材料强度取值 钢筋强度；混凝土强度钢筋强度；混凝土强度结构设计方法结构设计方法 荷载值、材料强度值确定后荷载值、材料强度值确定后 如何设计，保证结构具有适当的可如何设计，保证结构具有适当的可靠度靠度地位和作用：总原则（纲领）地位和作用：总原则（纲领）预期的预期的可靠度（难点）可靠度（难点） 适用于所有结构和构件：建筑结构适用于所有结构和构

2、件：建筑结构可靠度设计统一标准可靠度设计统一标准第1页/共55页第二页，共56页。p 作用、作用效应及结构抗力p 结构可靠(kko)度及安全等级p 混凝土结构构件设计计算方法的演变第2页/共55页第三页，共56页。结构(jigu)上的作用、作用效应及结构(jigu)抗力1. 结构上的作用和作用效应结构上的作用和作用效应 作用：使结构或构件产生内力和变形的各种原因作用：使结构或构件产生内力和变形的各种原因直接作用（荷载）：以力的形式直接作用于结构上直接作用（荷载）：以力的形式直接作用于结构上间接作用：以变形的形式作用在结构上间接作用：以变形的形式作用在结构上 作用按时间变异的分类作用按时间变异的

3、分类 永久作用永久作用 G：其值不随时间变化（恒载）：其值不随时间变化（恒载） 可变作用可变作用 Q：其值随时间变化（活荷载）：其值随时间变化（活荷载） 偶然作用：量值很大且持续时间很短的作用偶然作用：量值很大且持续时间很短的作用作用效应作用效应 S（effect of an action） 由作用产生的内力和变形（轴力、剪力、弯矩、扭矩、变形、由作用产生的内力和变形（轴力、剪力、弯矩、扭矩、变形、裂缝等）裂缝等） 作用效应作用效应 S 是随机变量是随机变量(su j bin lin)或随机过程或随机过程第3页/共55页第四页，共56页。结构上的作用结构上的作用(zuyng)(zuyng)、作

4、用、作用(zuyng)(zuyng)效应及结构抗力效应及结构抗力2. 结构抗力结构抗力 R（resistance） 整个结构或结构构件整个结构或结构构件(gujin)承受作用效应（即内力承受作用效应（即内力和变形）的能力，如构件和变形）的能力，如构件(gujin)的承载能力、刚度的承载能力、刚度及抗裂能力等。及抗裂能力等。 影响因素影响因素 材料性能（强度、变形模量等）材料性能（强度、变形模量等）几何参数（构件几何参数（构件(gujin)尺寸等）尺寸等）计算模式的精确性（构件计算模式的精确性（构件(gujin)抗力计算模型）抗力计算模型）结构抗力结构抗力 R 是随机变量是随机变量3. 设计基准

5、期设计基准期 T （design reference period） 为确定可变作用及与时间有关的材料性能等取值而选用为确定可变作用及与时间有关的材料性能等取值而选用的时间参数，建筑结构可靠度设计统一标准规定的时间参数，建筑结构可靠度设计统一标准规定为为50年年. 第4页/共55页第五页，共56页。结构的预定(ydng)功能及结构可靠度1. 结构设计的基本要求结构设计的基本要求满足使用功能：结构的预定功能要求满足使用功能：结构的预定功能要求 安全性（安全性（safety class）：）： 不发生构件破坏或结构倒不发生构件破坏或结构倒塌塌 适用性（适用性（serviceability）: 变形

6、和裂缝宽度不超限变形和裂缝宽度不超限 耐久性（耐久性（durability）：结构材料的风化、腐蚀和）：结构材料的风化、腐蚀和老化不超过一定限度老化不超过一定限度经济经济(jngj)问题问题在现有技术的基础上，以最经济在现有技术的基础上，以最经济(jngj)的手段获得预的手段获得预定功能要求定功能要求 合理地解决结构可靠与经济合理地解决结构可靠与经济(jngj)之间的矛盾之间的矛盾第5页/共55页第六页，共56页。结构的预定结构的预定(ydng)(ydng)功能及结构可靠度功能及结构可靠度2. 结构的可靠度结构的可靠度结构的可靠性结构的可靠性结构的安全性、适用性和耐久性总结构的安全性、适用性和

7、耐久性总称结构的可靠性。称结构的可靠性。结构在规定的时间内，在规定的条结构在规定的时间内，在规定的条件件(tiojin)下，完成预定功能的能下，完成预定功能的能力。（定性描述）力。（定性描述）结构可靠度结构可靠度结构在规定的时间内，在规定的条结构在规定的时间内，在规定的条件件(tiojin)下，完成预定功能的概下，完成预定功能的概率。率。是可靠性的概率度量。是可靠性的概率度量。 （定量描述）（定量描述）第6页/共55页第七页，共56页。p 规定的时间：设计使用年限（规定的时间：设计使用年限（design working lifedesign working life） p 设计规定的结构或结构

8、构件不需进行大修即可按其预定目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的(md)(md)使用的时期使用的时期 设计使用年限、设计基准期、使用寿命、耐久年限等概念设计使用年限、设计基准期、使用寿命、耐久年限等概念(ginin)(ginin)之间的区别。之间的区别。纪念性建筑和特别重要的建筑物1004普通房屋和构筑物503易于替换的结构构件252临时性结构51示 例设计使用年限（年）类 别 p 规定的条件规定的条件(tiojin)(tiojin)p 正常设计、正常施工、正常使用正常设计、正常施工、正常使用结构的预定功能及结构可靠度第7页/共55页第八页，共56页。结构(jigu)的安全

9、等级n 结构结构(jigu)(jigu)的安全等级的安全等级(safety class)(safety class)p安全等级根据结构破坏可能产生(chnshng)的后果，即危及人的生命、造成的经济损失、产生(chnshng)社会影响等的严重程度确定。安全等级安全等级破坏后果破坏后果建筑物类型建筑物类型一级一级很严重很严重重要的房屋重要的房屋二级二级严严 重重一般的房屋一般的房屋三级三级不严重不严重次要的房屋次要的房屋p 建筑物中各类结构构件的安全等级宜与整个结构的安全等级相同，但允许对部分结构构件根据其重要程度和综合效益进行适当的调整。p用安全等级区分结构的可靠度建筑结构可靠度设计统一标准规

10、定的建筑结构安全等级第8页/共55页第九页，共56页。n 混凝土结构构件混凝土结构构件(gujin)(gujin)设计计算方法的设计计算方法的演变演变p 容许应力法p 特点：计算简单；未考虑材料的塑性；经验(jngyn)的安全系数p 按破坏阶段的设计方法p 特点：考虑材料塑性，计算结果较准确；经验(jngyn)的安全系数p多系数极限状态设计法p p特点：较全面地考虑了主要因素；不能计算结构的可靠度fkuMMK0()()ckskqiikuscsffMk qMAbhkk， ， ， ，混凝土结构构件(gujin)设计计算方法第9页/共55页第十页，共56页。混凝土结构混凝土结构(jigu)(jigu

11、)构件设计计算方法构件设计计算方法n概率极限状态设计法概率极限状态设计法n 水准水准I 半概率法半概率法n把可以统计的因素（荷载值和材料强度值等）用概率方法把可以统计的因素（荷载值和材料强度值等）用概率方法加以处理，无统计资料的因素用经验系数处理。对结构的加以处理，无统计资料的因素用经验系数处理。对结构的可靠度还不能做出定量的估计。可靠度还不能做出定量的估计。TJ10-74基本上属于基本上属于(shy)此法。此法。n 水准水准 近似概率法近似概率法n将结构抗力和荷载效应作为随机变量，按给定的概率分布将结构抗力和荷载效应作为随机变量，按给定的概率分布估算失效概率或可靠指标，采用平均值和标准差两个

12、统计估算失效概率或可靠指标，采用平均值和标准差两个统计参数，对设计表达式进行线性化处理，称为参数，对设计表达式进行线性化处理，称为“一次二阶矩一次二阶矩法法”，是一种实用的近似概率计算法。，是一种实用的近似概率计算法。 n 水准水准 全概率法全概率法第10页/共55页第十一页，共56页。3.1 3.1 结构可靠结构可靠(kko)(kko)度及结构设计方法度及结构设计方法小结结构上的作用、作用效应结构的抗力设计基准期；设计使用年限；实际(shj)寿命结构可靠性，结构可靠度结构的安全等级概率极限状态设计法 影响结构可靠度的主要因素（荷载值、材料强度值等）用概率的方法确定； 结构的工作状态取“极限状

13、态”。 第11页/共55页第十二页，共56页。p 荷载标准值的确定p 材料强度标准值的确定p 各种( zhn)强度值之间的关系第12页/共55页第十三页，共56页。荷载(hzi)标准值的确定n 荷载的统计荷载的统计(tngj)(tngj)特性特性p 永久荷载 G 是随机变量；永久荷载 G 符合正态分布(fnb)p 可变荷载 Q 是随机过程；p 楼面活荷载、风荷载和雪荷载符合极值 I 型分布(fnb)p 荷载标准值p 结构在使用期间，在正常p情况下，可能出现的具有一p定保证率（assurance factor）p的偏大荷载值 。第13页/共55页第十四页，共56页。222324252627280

14、0.050.10.150.20.250.30.350.4n 正态分布221()21( )20,0 xp xex 永久永久(yngji)荷载荷载x (kN/m3)概率密度概率密度 p(x)0( )1p x dx 概率密度函数p(x) 概率密度函数的性质(xngzh)荷载(hzi)标准值的确定第14页/共55页第十五页，共56页。n 极值(j zh)I型分布荷载(hzi)标准值的确定1( )0, ,0a xba xebp xebxa b 0( )1p x dx 概率密度函数p(x) 概率密度函数的性质(xngzh)活荷载活荷载x 概率密度概率密度 p(x)-4-20246800.050.10.15

15、0.20.250.30.350.4第15页/共55页第十六页，共56页。荷载(hzi)标准值的确定n 荷载荷载(hzi)(hzi)标准值标准值p荷载标准值是建筑(jinzh)结构按极限状态设计时采用的荷载基本代表值。p如果荷载符合正态分布，且具有95%的保证率，则标准值Pk为PPk232426282200.050.10.150.20.250.30.350.4永久荷载永久荷载x概率密度概率密度 p(x)PkP+1.645P第16页/共55页第十七页，共56页。荷载(hzi)标准值的确定n 荷载荷载(hzi)(hzi)标准值标准值p永久荷载标准值Gk：可按结构设计规定的尺寸和荷载规范规定的材料容重

16、平均值确定，一般相当于永久荷载概率分布的平均值。p办公楼、住宅楼面均布活荷载标准值Qk均为2.0kN/m2。p风荷载标准值是由基本(jbn)风压乘以风压高度变化系数、风载体型系数和风振系数确定的。p雪荷载标准值是由建筑物所在地的基本(jbn)雪压乘以屋面积雪分布系数确定的。p注：上述荷载标准值可由建筑结构荷载规范查取；p 各种可变荷载标准值的保证率不同。第17页/共55页第十八页，共56页。材料强度(qingd)标准值的确定n 材料强度材料强度(qingd)(qingd)的变异性及统计特性的变异性及统计特性p 钢筋屈服(qf)强度的概率分布基本符合正态分布。p 混凝土立方体抗压强度的实测值也符

17、合正态分布。n 材料强度标准值材料强度标准值p 钢筋和混凝土的强度标准值 fk f af 。偏低值f2426282200.050.10.150.20.250.30.350.4材料强度材料强度x概率密度概率密度 p(x)fkp a为 与 材 料实 际 强 度 f 低于fK的概率有关的保证率系数。第18页/共55页第十九页，共56页。材料(cilio)强度标准值的确定p 钢筋(gngjn)的强度标准值n对于热轧钢筋，废品(fipn)限值相当于屈服强度平均值减去2倍标准差，即a = 2，保证率为97.73%。n混凝土规范规定的钢筋强度标准值具有不小于95%保证率。n热轧钢筋强度标准值(N/mm2)种

18、种 类类符号符号d/mmfyK热热轧轧钢钢筋筋HPB 300A A622300HRB 335/HRBF 335 B B/B BF650335HRB 400/HRBF400/RRB400C C/C CF/C CR650400HRB 500/HRBF500C C/C CR 650500第19页/共55页第二十页，共56页。材料(cilio)强度标准值的确定p 混凝土的强度(qingd)标准值n混凝土规范规定的混凝土的强度标准值为具有(jyu)95% 保证率的强度值。n立方体抗压强度标准值 fcu,kn轴心抗压强度标准值 fckcucucucucu,kffff1.6451 1.645fckc1c2c

19、u,k0.88ffa acccccucckffffc1c2f1.6451 1.645 0.881 1.645ffa a ccuc1c20.88ffa a 第20页/共55页第二十一页，共56页。材料强度(qingd)标准值的确定p混凝土规范中的混凝土强度(qingd)标准值规定混凝土强度标准值混凝土强度标准值(N/mm2)强度强度种类种类混凝土强度等级混凝土强度等级C15C20C25C30C35C40C45C50C55C60C65C70C75C80fck10.013.416.720.123.426.829.632.435.538.541.544.547.450.2ftk1.271.541.78

20、2.012.202.392.512.642.742.852.932.993.053.11n轴心抗拉强度轴心抗拉强度(kn l qin d)标准值标准值 ftkn混凝土强度的基本代表值为混凝土强度的基本代表值为 fcu,k。cu,kcu0.450.55tkc2f0.88 0.3951 1.645ffatttttkffff1.6451 1.645ftcu0.55ff0.395ckc1c2cu,k0.88ffa a第21页/共55页第二十二页，共56页。3.2 3.2 荷载荷载(hzi)(hzi)和材料强度取值和材料强度取值小结重要思想：荷载取具有一定保证率的偏大荷载值（不取最大值） 材料强度取具有

21、一定保证率的偏小强度值（不取最小值）。 安全与经济的统一；适当的可靠度荷载标准值：按荷载规范查取； 各种荷载的保证率不一致（统计资料不完备(wnbi)，工程经验）材料强度标准值：均具有大于或等95%的保证率（钢筋强度保证率为97.78%；混凝土强度保证率95%） 根据混凝土强度等级（立方体抗压强度标准值:基本代表值）查规范。材料强度平均值（结构分析设计） ckc1c2cu,k0.88ffa accckff1 1.645ftttkff1 1.645fcu,kcu0.450.55tkc2f0.88 0.3951 1.645ffa第22页/共55页第二十三页，共56页。p 承载能力与正常使用极限状态

22、p 结构可靠(kko)度的计算p 概率极限状态设计法第23页/共55页第二十四页，共56页。3.3 3.3 概率概率(gil)(gil)极限状态设计法极限状态设计法提要结构的极限状态(zhungti) 定义；两类极限状态(zhungti)（安全性，适用性和耐久性）结构的设计状况 结构物在建造和使用过程中所承受的作用、所处环境条件、经历时间长短等都是不同的，设计时所采用的结构体系、可靠度水准、设计方法等也应有所区别。结构的功能函数和极限状态(zhungti)方程 作用效应S与结构抗力R的关系式；S = R结构可靠度计算 失效概率；可靠指标 概率极限状态(zhungti)设计的一般方法（少数重要结

23、构采用）第24页/共55页第二十五页，共56页。结构的极限(jxin)状态p 结构的极限状态p整个结构或结构的一部分超过某一特定状态就不能满足(mnz)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。p极限状态实质上是区分结构可靠与失效的界限。p 结构的极限状态分类p 承载能力极限状态p安全性极限状态。主要是破坏（强度(qingd)）极限状态p 正常使用极限状态p适用性和耐久性极限状态。主要是变形和裂缝宽度极限状态第25页/共55页第二十六页，共56页。结构结构(jigu)(jigu)的极限状态的极限状态n承载能力极限状态（安全性）承载能力极限状态（安全性）n 3点：结构或构件达到最大

24、承载能力（强度破坏）；点：结构或构件达到最大承载能力（强度破坏）；n 达到不适于继续承载的变形（失稳、滑移、倾覆达到不适于继续承载的变形（失稳、滑移、倾覆(qngf)等）；或因等）；或因n结构局部破坏而引发的连续倒塌。结构局部破坏而引发的连续倒塌。n 标志和限值标志和限值n结构构件出现强度破坏（最主要的承载能力问题）结构构件出现强度破坏（最主要的承载能力问题）n结构或构件作为刚体失去平衡（如倾覆结构或构件作为刚体失去平衡（如倾覆(qngf)等）等） n结构转变为机动体系结构转变为机动体系 n结构或构件丧失稳定（如压屈等）结构或构件丧失稳定（如压屈等） n地基丧失承载能力而破坏（如失稳等）地基丧

25、失承载能力而破坏（如失稳等）n 对于任何承载的结构或构件，都需要按承载能力极对于任何承载的结构或构件，都需要按承载能力极限状态进行设计。限状态进行设计。 第26页/共55页第二十七页，共56页。结构结构(jigu)(jigu)的极限状态的极限状态n正常使用极限正常使用极限(jxin)状态（适用性和耐久性）状态（适用性和耐久性）n两点：结构或构件达到适用性和耐久性极限两点：结构或构件达到适用性和耐久性极限(jxin)状态状态n标志和限值标志和限值n结构变形或振幅达到某一限值；结构变形或振幅达到某一限值；n不允许出现裂缝的构件，混凝土应力超过混凝土的抗拉强不允许出现裂缝的构件，混凝土应力超过混凝土

26、的抗拉强度；度；n允许出现裂缝的构件，裂缝宽度超过某一限值；允许出现裂缝的构件，裂缝宽度超过某一限值；n其他特定状态，如相对沉降量过大等。其他特定状态，如相对沉降量过大等。n注意：注意：n两类极限两类极限(jxin)状态中，承载能力极限状态中，承载能力极限(jxin)状态最重要，状态最重要，对所有结构均应考虑对所有结构均应考虑n两类极限两类极限(jxin)状态中，均有变形限值，但量值不同，应状态中，均有变形限值，但量值不同，应注意区分。注意区分。第27页/共55页第二十八页，共56页。结构的设计(shj)状况p 结构的设计状况p 持久设计状况：在结构使用过程中一定(ydng)出现，其持续期很长

27、的状况。房屋结构承受家具和正常人员荷载的状况 p 短暂设计状况：出现概率较大，而与设计使用年限相比，持续时间很短的状况。结构施工和维修时承受堆料和施工荷载的状况 p 偶然设计状况：在结构使用过程中出现概率很小，且持续期很短的状况。结构遭受火灾、爆炸、撞击、罕遇地震等作用的状况 p地震设计状况：结构遭受地震时的情况。 p 以上4种状况均应进行承载能力极限状态设计p对偶然设计状况，允许主要承重结构因出现设计规定的偶然事件而局p部破坏，但其剩余部分具有在一段时间内不发生连续倒塌的可靠度；可p不进行正常(zhngchng)使用极限状态设计；p对持久设计状况，尚应进行正常(zhngchng)使用极限状态

28、设计；p对短暂设计状况和地震设计状况，可根据需要进行正常(zhngchng)使用极限状态设计。第28页/共55页第二十九页，共56页。结构的功能(gngnng)函数和极限状态方程p 结构(jigu)的“工作状态”p 结构(jigu)在使用期间的工作情况称为“工作状态”，可用功能函数描述。p结构(jigu)的功能函数 Z的一般表达式p Z = g ( X1, X2 , , Xn )随机性基本变量随机性基本变量p 结构(jigu)极限状态方程的一般表达式p Z = g ( X1, X2 , , Xn ) = 0p 只包含两个变量的功能函数 n Z = g ( R, S )=R Sp 只包含两个变量

29、的结构极限状态方程 n Z = g ( R, S )=R S = 0第29页/共55页第三十页，共56页。结构的功能结构的功能(gngnng)(gngnng)函数和极限状态方程函数和极限状态方程n用功能函数用功能函数Z判别结构的工作状态判别结构的工作状态 n 当当Z0时，结构处于可靠状态；时，结构处于可靠状态；n 当当Z0时，结构处于失效状态；时，结构处于失效状态；n 当当Z=0时，结构处于极限状态。时，结构处于极限状态。n结构的失效概率结构的失效概率n 结构功能函数结构功能函数Z= R-S0的概率的概率n称为结构构件称为结构构件(gujin)的失效概率的失效概率 。n 功能函数功能函数Z=R

30、-S服从正态分服从正态分布，布， ， 。结构的失效概率可直接通。结构的失效概率可直接通过过 Z 0 的概率来表达：的概率来表达： fpzRS22zRS+第30页/共55页第三十一页，共56页。结构可靠(kko)度的计算p 结构(jigu)的失效概率 pf0随机变量随机变量 R, S概率密度概率密度 p S R R spf = P( Z=R-S 0)第31页/共55页第三十二页，共56页。结构可靠(kko)度的计算p 结构的失效(sh xio)概率 pf ( R,S 均服从正态分布 )bZ0随机变量随机变量 Z概率密度概率密度 p Zpf = P( Z 0)22ZRS+ Z = R S 2001

31、10exp22ZfZZZpP Zf Z dZdZ22RSZZRSb+第32页/共55页第三十三页，共56页。结构(jigu)可靠度的计算p 结构(jigu)构件的可靠指标bp 失效概率计算复杂，故引入可靠指标b 来评价结构(jigu)的可靠性。 200110exp22ZfZZZpP Zf Z dZdZ21exp22ZZZZfZZtpPdtt ZfZpb ,ZZN0,1NZZZt22RSZZRSb+n b 越大，失效概率就越小，即结构越可靠，故b 称为可靠指标。n当基本变量binling为非正态分布时，结构构件的可靠指标应以结构构件作用效应和抗力当量正态分布的平均值和标准差按上式计算。zzz,

32、0dZdtZt+第33页/共55页第三十四页，共56页。结构结构(jigu)(jigu)可靠度的计算可靠度的计算p结构构件的可靠指标结构构件的可靠指标p 当仅有作用效应和结构抗力两个基本变量且均按正态分布时当仅有作用效应和结构抗力两个基本变量且均按正态分布时 p p 当基本变量不按正态分布时，用当量正态分布的平均值和标当基本变量不按正态分布时，用当量正态分布的平均值和标准差代入上式计算。例如准差代入上式计算。例如(lr)，当荷载效应和结构抗力均服从，当荷载效应和结构抗力均服从对数正态分布时对数正态分布时 22RSZZRSb+2SR2SR22RS1ln1+ln1+1b+第34页/共55页第三十五

33、页，共56页。结构可靠(kko)度的计算p 可靠指标与失效概率的对应(duyng)关系p 计算可靠指标 b 的一般方法p使用原因p 变量不一定服从(fcng)正态分布p 极限状态方程是非线性的p 变量通常多于二个p国际结构安全度联合委员会JCSS推荐的方法: 一次二阶矩法（JC法）b b1.01.52.02.5pf1.5910-16.6810-22.2810-26.2110-3b b2.73.23.74.2pf3.5010-36.9010-41.1010-41.3010-5第35页/共55页第三十六页，共56页。结构可靠(kko)度的计算p 设计(shj)可靠指标 b n定义: 设计规范所规定

34、(gudng)的、作为设计结构或结构构件时所应达到的可靠指标，称为设计可靠指标，它是根据设计所要求达到的结构可靠度而取定的，所以又称为目标可靠指标（target reliability index）。n确定方法: 校准法（工程经验；可靠与经济的统一）n建筑结构可靠度设计统一标准规定(gudng)的可靠指标结构构件承载能力极限状态的设计可靠指标 破坏类型破坏类型安全等级安全等级一级一级二级二级三级三级延性破坏延性破坏3.73.22.7脆性破坏脆性破坏4.23.73.2第36页/共55页第三十七页，共56页。结构可靠结构可靠(kko)(kko)度的计算度的计算n承载能力极限状态的可靠指标承载能力极

35、限状态的可靠指标n 延性破坏：结构破坏前有明显的变形或其他预兆。其危延性破坏：结构破坏前有明显的变形或其他预兆。其危害小，其危害小，害小，其危害小， 相对低一些。相对低一些。n 脆性破坏：结构破坏前没有明显的变形或其他预兆。其脆性破坏：结构破坏前没有明显的变形或其他预兆。其危害大，危害大， 相对高一些。相对高一些。n 结构安全等级高，结构安全等级高， 相对高一些。相对高一些。n正常使用极限状态的可靠指标正常使用极限状态的可靠指标n 可逆极限状态：产生超越状态的作用被移去后，将不再可逆极限状态：产生超越状态的作用被移去后，将不再保持超越状态；保持超越状态； = 0n 不可逆极限状态：产生超越状态

36、的作用被移去后，仍将不可逆极限状态：产生超越状态的作用被移去后，仍将永久保持超越状态。永久保持超越状态。 = 1.5n 当结构可逆程度当结构可逆程度(chngd)处于二者之间时，取处于二者之间时，取 01.5 之间的值。之间的值。n bbbbb第37页/共55页第三十八页，共56页。结构可靠结构可靠(kko)(kko)度的计算度的计算n概率(gil)极限状态设计法n 荷载的概率(gil)模型及统计参数n n 材料性能、几何尺寸的统计参数n n 计算可靠指标值n （或用一次二阶矩法）n检验现有结构的可靠度n直接按可靠指标进行结构设计Rs22RSb+ 22RsRSkRRkR /RRRbag+ bb

37、第38页/共55页第三十九页，共56页。p 承载能力极限状态设计表达式p 正常使用极限状态设计表达式p 荷载与材料(cilio)分项系数及设计值第39页/共55页第四十页，共56页。3.4 3.4 结构极限状态结构极限状态(zhungti)(zhungti)设计表达式设计表达式提要直接按概率极限状态设计法进行设计，需进行迭代计算，计算工作量大。对于大量的一般结构，没有必要，需寻求简化方法。承载能力极限状态设计表达式 通过调整作用效应分项系数、材料分项系数等，使按设计表达式设计的结构或构件，其可靠指标与设计可靠指标最接近(jijn)正常使用极限状态设计表达式 按作用效应标准值（频遇值、准永久值）

38、、材料强度标准值计算重要思想方法：复杂问题复杂（精细）方法 简化表达式 目标可靠指标第40页/共55页第四十一页，共56页。承载能力极限(jxin)状态设计表达式p 基本(jbn)表达式n 按荷载效应的基本(jbn)组合或偶然组合，采用下列极限状态设计表达式：0RSgcckskcskkdsR(,),/ffRRffaRagggp ：结构构件的抗力模型不定性系数：对静力设计取1.0，不确定性较大的结构构件根据具体情况取大于1.0的数值；对于抗震设计，采用承载力抗震调整系数 代替 的表达形式； RdgREgRdg第41页/共55页第四十二页，共56页。n基本组合n 由可变荷载(hzi)效应控制的组合

39、n n 由永久荷载(hzi)效应控制的组合n偶然组合k11kkGGPPQL1QQcLQ11iijjjjijSSSSSggg gg g+kkGGPPLQcQ11iijjjijSSSSgggg +kd1kkGPAf1q1QqQ11(ijjijSSSSSS+或）第42页/共55页第四十三页，共56页。承载能力极限承载能力极限(jxin)(jxin)状态设计表达式状态设计表达式p荷载分项系数荷载分项系数p 理由：荷载标准值是偏大值，仍理由：荷载标准值是偏大值，仍有可能超载。有可能超载。p 确定原则确定原则(yunz)：给定荷载标：给定荷载标准值，找出一组荷载分项系数准值，找出一组荷载分项系数 p，按，

40、按 设计构件，计算相应设计构件，计算相应的可靠指标，其中按的可靠指标，其中按p 所得的可靠指标与目标可靠指标所得的可靠指标与目标可靠指标最接近。最接近。 p 取值：取值：p :当永久荷载效应对结构不利时：当永久荷载效应对结构不利时：可变荷载效应控制，取可变荷载效应控制，取1.2；永久；永久荷载效应控制的组合取荷载效应控制的组合取1.35。p 当永久荷载效应对结构有利时，当永久荷载效应对结构有利时，取取1.0。p :一般取一般取1.4；对工业建筑楼面结；对工业建筑楼面结构，当活荷载标准值大于构，当活荷载标准值大于4kN/m2时，取时，取1.3。 QgGQ,ggGQ, iigg0SRgGQ,ggG

41、g第43页/共55页第四十四页，共56页。承载能力极限(jxin)状态设计表达式p 荷载(hzi)设计值n 荷载(hzi)分项系数与荷载(hzi)标准值的乘积。p 荷载组合值系数cin考虑各可变荷载最大值在同一时刻出现的概率很小，若设计中仍采用各荷载效应设计值叠加，则可能造成结构可靠度不一致，因而必须对可变荷载设计值再乘以调整系数，即荷载组合值系数。p 荷载组合值ci Qikn 可变荷载标准值乘以荷载组合值系数。GkQ1kGQ1QciQik2iniSSSSggg+第44页/共55页第四十五页，共56页。承载能力极限状态承载能力极限状态(zhungti)(zhungti)设计表达式设计表达式小结

42、小结荷载效应组合的设计值荷载效应组合的设计值 S 考虑各种荷载同时作用且同时达到最大的可能性。考虑各种荷载同时作用且同时达到最大的可能性。永久永久(yngji)荷载效应控制的组合，可变荷载效应控制的组合荷载效应控制的组合，可变荷载效应控制的组合 两种情况下的可靠度一致两种情况下的可靠度一致永久永久(yngji)荷载分项系数取荷载分项系数取1.2或或1.0，考虑不利或有利，考虑不利或有利荷载组合值系数，荷载组合值系数， 各种可变荷载同时达到最大值的概率较小各种可变荷载同时达到最大值的概率较小k11kkGGPPQL1QQcLQ11iijjjjijSSSSSggg gg g+第45页/共55页第四十

43、六页，共56页。承载能力极限状态(zhungti)设计表达式p 材料(cilio)分项系数 gc，gsn为了考虑材料的离散性和施工中不可避免的偏差带来的不利影响，再将材料强度标准值除以一个大于1的系数，这个系数叫材料分项系数。n确定钢筋和混凝土材料分项系数时，对于具有统计资料的材料，按设计可靠指标b通过可靠度分析确定；对统计资料不足的情况，则以工程(gngchng)经验为主要依据，通过对规范(TJ10-74）结构构件的校准计算确定。n混凝土的材料分项系数 gc=1.4n热轧钢筋的材料分项系数 gs=1.1n预应力钢筋的材料分项系数 =1.2sg第46页/共55页第四十七页，共56页。承载能力极限承载能力极限(jxin)(jxin)状态设计表达式状态设计表达式n 材料(cilio)强度设计值n 材料(cilio)强度标准值除以材料(cilio)分项系数，即材料(cilio)强度设计值：n cckcssks/ /ffffgg第47页/共55页第四十八页，共56页。正常(zhngchng)使用极限状态设计表达式p 可变荷载(hzi)的频遇值和准永久值n 可变荷载(hzi)的一个样本QxTt1t2titntQO 荷载超过某水平Qx的表示方式可用总持续时间ti与设计基准期T的比率x ti / T 来表示。n 可变荷载的四种代表值n 标准值n 组合值n 频遇值n 准永久值第4