结构的设计方法讲解

主讲人四川建筑职业技术学院高级工程师建筑结构系列微课

结构设计方法胡蓉

目录过去使用的设计方法1现在使用的设计方法2未来设计方法的展望3思考题4结构设计方法基于可靠性理论的概率极限状态设计法多系数极限状态设计法破损阶段设计法允许应力设计法1.过去使用的设计方法1.允许应力设计法构件在外界作用下，某截面的最大应力σ超过材料的容许应力时，构件即失效（破坏），即要满足：对钢筋混凝土构件混凝土应力钢筋应力1.过去使用的设计方法（1）允许应力设计法特点：①安全系数K是一个大于1的数字。K越大，结构的安全度就越高，同时材料的用量就越多。②没有考虑结构多样性的要求。只考虑了结构的承载能力，没有考虑其正常使用时的裂缝、变形。③安全系数的确定主要凭借经验，缺乏严格科学依据。1.过去使用的设计方法（2）破损阶段设计法——20世纪30年代构件在外界作用下，某截面内力S超过截面的极限内力时，构件即失效（破坏）。以受弯构件为例，其计算表达式为：式中：M为截面中的弯矩，Mu为截面所能承受的极限弯矩，k为安全系数。1.过去使用的设计方法（2）破损阶段设计法——20世纪30年代特点：①考虑了材料塑性和强度的充分发挥，极限荷载可以有试验验证，构件的总安全度较为明确。②安全系数的确定依赖经验，且是一个定值。③没有考虑结构功能多样性的要求1.过去使用的设计方法（3）多系数极限状态设计法——20世纪50年代这个方法是破损阶段设计法的发展。它除了对承载力极限状态进行设计外，还包括挠度和裂缝宽度极限状态的设计。这已经包含了一些安全性和适用性的概念。对于承载能力极限状态，针对荷载、材料的不同变异性，不再采用单一系数，而是采用多系数，即多系数法。承载能力多系数极限状态表达式为：式中：qik为标准荷载或效应，ni为相应的超载系数，fs,fc为钢筋及混凝土的强度，ks,kc为相应的均质系数，m为工作条件系数，a为截面几何特性。1.过去使用的设计方法（3）多系数极限状态设计法特点：①安全系数的选取已从纯经验性到了部分采用概率统计值。②设计方法的本质依然是一种半经验半概率的方法。1.过去使用的设计方法（3）多系数极限状态设计法我国的《钢筋混凝土结构设计规范》（GBJ-66）采用的是多系数极限状态设计法，《钢筋混凝土结构设计规范》（TJ10-74）采用的是单系数极限状态设计法，都属于半概率半经验的极限状态设计法。其中单系数是将上述各分项系数综合起来给出的。2.现在使用的设计方法(4)基于可靠度理论的概率极限状态设计法基于可靠度理论的概率极限状态设计法，是运用概率论的方法对结构可靠性的度量给出科学的回答，明确地提出了结构可靠度的定义及可靠度的计算公式，对结构的可靠概率作了粗略的估计。这个方法虽还存在着一定的近似性，但当代世界各国的设计规范已经和将要普遍采用这个设计方法，它代表结构可靠理论发展的新水平。我国现行的《规范》就是采用这种理论，设计表达式仍然采用半概率半经验极限状态的分项系数表达式，而在部分因素的计算中引进了统计及概率的概念。3.未来设计方法的展望全概率设计法目前，有学者提出全过程可靠度理论，将可靠度理论应用到工程结构设计、施工与使用全过程中，以保证结构的安全可靠。随着模糊数学的发展，模糊可靠度的概念正在建立。随着计算机的发展，工程结构计算正在向精确化方向发展，结构的非线性分析时发展趋势。随着研究的不断深入、统计资料的不断积累，