第10章混凝土结构设计的一般原则和方法.ppt

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1、第10章混凝土结构设计的一般原则和方法10.1 10.1 建筑结构设计的一般原则建筑结构设计的一般原则10.1.110.1.1建筑结构的组成和类型建筑结构的组成和类型一、组成：一、组成：1.1.上部结构：包括水平结构体系（楼、屋盖）和竖向结上部结构：包括水平结构体系（楼、屋盖）和竖向结构体系（墙、柱等）。构体系（墙、柱等）。2.2.下部结构：地下室、基础下部结构：地下室、基础二、类型：二、类型：1.1.按结构材料：砌体结构、混凝土结构、钢结构、组合按结构材料：砌体结构、混凝土结构、钢结构、组合结构和混合结构。结构和混合结构。2.2.按竖向结构体系：排架结构、框架结构、剪力墙结构、按竖向结构体系

2、：排架结构、框架结构、剪力墙结构、框架框架-剪力墙结构、筒体结构等。剪力墙结构、筒体结构等。2 2三、按结构对荷载的反应性质：三、按结构对荷载的反应性质：1.1.静力荷载静力荷载：结构自重、楼面活荷载、雪荷载等。：结构自重、楼面活荷载、雪荷载等。2.2.动力荷载动力荷载：风荷载、设备振动、吊车荷载等。：风荷载、设备振动、吊车荷载等。设计基准期：建筑结构荷载规范（设计基准期：建筑结构荷载规范（GB50009-GB50009-20122012）统一采用一般结构的设计使用年限）统一采用一般结构的设计使用年限5050年作为年作为规定荷载最大值的时域，称为设计基准期。规定荷载最大值的时域，称为设计基准期

3、。10.2.3 10.2.3 荷载代表值荷载代表值 标准值、组合值、频遇值、准永久值，其中标准值是标准值、组合值、频遇值、准永久值，其中标准值是基本代表值。基本代表值。标准值：其在结构的使用年限可能出现的最大荷载值。标准值：其在结构的使用年限可能出现的最大荷载值。6 6一、永久荷载代表值：标准值一、永久荷载代表值：标准值一、永久荷载代表值：标准值一、永久荷载代表值：标准值1.1.1.1.对结构自重，可按结构构件的设计尺寸与材料单位体积对结构自重，可按结构构件的设计尺寸与材料单位体积对结构自重，可按结构构件的设计尺寸与材料单位体积对结构自重，可按结构构件的设计尺寸与材料单位体积（或单位面积）的自

4、重计算确定。（或单位面积）的自重计算确定。（或单位面积）的自重计算确定。（或单位面积）的自重计算确定。2.2.2.2.对自重变异较大的材料和构件（如现场制作的保温材料、对自重变异较大的材料和构件（如现场制作的保温材料、对自重变异较大的材料和构件（如现场制作的保温材料、对自重变异较大的材料和构件（如现场制作的保温材料、薄壁构件等），在设计中应根据该荷载对结构有利或不利，薄壁构件等），在设计中应根据该荷载对结构有利或不利，薄壁构件等），在设计中应根据该荷载对结构有利或不利，薄壁构件等），在设计中应根据该荷载对结构有利或不利，分别取其自重的下限值或上限值。分别取其自重的下限值或上限值。分别取其自重的

5、下限值或上限值。分别取其自重的下限值或上限值。二、可变荷载代表值：标准值、组合值、频遇值、准永久二、可变荷载代表值：标准值、组合值、频遇值、准永久二、可变荷载代表值：标准值、组合值、频遇值、准永久二、可变荷载代表值：标准值、组合值、频遇值、准永久值值值值1.1.1.1.标准值：根据最大荷载的统计分布按一定保证率取其上标准值：根据最大荷载的统计分布按一定保证率取其上标准值：根据最大荷载的统计分布按一定保证率取其上标准值：根据最大荷载的统计分布按一定保证率取其上限分位值；统计有困难时，可根据工程经验确定一协议值限分位值；统计有困难时，可根据工程经验确定一协议值限分位值；统计有困难时，可根据工程经验

6、确定一协议值限分位值；统计有困难时，可根据工程经验确定一协议值作为其标准值。作为其标准值。作为其标准值。作为其标准值。我国根据建筑结构荷载规范（我国根据建筑结构荷载规范（我国根据建筑结构荷载规范（我国根据建筑结构荷载规范（GB50009-2012GB50009-2012GB50009-2012GB50009-2012）中）中）中）中表表表表5.1.15.1.15.1.15.1.1取值。取值。取值。取值。7 72.2.2.2.荷载组合值：对于有两种或两种以上可变荷载同时作荷载组合值：对于有两种或两种以上可变荷载同时作荷载组合值：对于有两种或两种以上可变荷载同时作荷载组合值：对于有两种或两种以上可

7、变荷载同时作用时，使组合后的荷载效应在设计基准期内的超越概率用时，使组合后的荷载效应在设计基准期内的超越概率用时，使组合后的荷载效应在设计基准期内的超越概率用时，使组合后的荷载效应在设计基准期内的超越概率与荷载单独作用时相应的超越概率趋于一致的荷载值。与荷载单独作用时相应的超越概率趋于一致的荷载值。与荷载单独作用时相应的超越概率趋于一致的荷载值。与荷载单独作用时相应的超越概率趋于一致的荷载值。组合值组合值组合值组合值=标准值（标准值（标准值（标准值（Q Q Q Qk k k k)组合值系数组合值系数组合值系数组合值系数(c c c c)3.3.3.3.频遇值：在设计基准期内，其超越的时间为规定

8、的较频遇值：在设计基准期内，其超越的时间为规定的较频遇值：在设计基准期内，其超越的时间为规定的较频遇值：在设计基准期内，其超越的时间为规定的较小比率或超越频率为规定频率的荷载值。小比率或超越频率为规定频率的荷载值。小比率或超越频率为规定频率的荷载值。小比率或超越频率为规定频率的荷载值。频遇值频遇值频遇值频遇值=标准值标准值标准值标准值(Q(Q(Q(Qk k k k)频遇值系数频遇值系数频遇值系数频遇值系数(f f f f)4.4.4.4.准永久值：设计基准期内，其超越的总时间为设计基准永久值：设计基准期内，其超越的总时间为设计基准永久值：设计基准期内，其超越的总时间为设计基准永久值：设计基准期

9、内，其超越的总时间为设计基准期一半的荷载值。准期一半的荷载值。准期一半的荷载值。准期一半的荷载值。准永久值准永久值准永久值准永久值=标准值标准值标准值标准值(Q(Q(Q(Qk k k k)准永久值系数准永久值系数准永久值系数准永久值系数(q q q q)准永久值与频遇值的区别准永久值与频遇值的区别准永久值与频遇值的区别准永久值与频遇值的区别：准永久值的持续时间较长，准永久值的持续时间较长，准永久值的持续时间较长，准永久值的持续时间较长，约为设计基准期的一半，一般与永久荷载组合用于结构约为设计基准期的一半，一般与永久荷载组合用于结构约为设计基准期的一半，一般与永久荷载组合用于结构约为设计基准期的

10、一半，一般与永久荷载组合用于结构长期变形和裂缝宽度的计算；频遇值总持续时间较短，长期变形和裂缝宽度的计算；频遇值总持续时间较短，长期变形和裂缝宽度的计算；频遇值总持续时间较短，长期变形和裂缝宽度的计算；频遇值总持续时间较短，8 8一般与永久荷载组合用于结构振动变形的计算。一般与永久荷载组合用于结构振动变形的计算。一般与永久荷载组合用于结构振动变形的计算。一般与永久荷载组合用于结构振动变形的计算。10.2.4 10.2.4 竖向荷载竖向荷载一、楼、屋面的荷载一、楼、屋面的荷载1.1.竖向恒荷载：竖向恒荷载：（1 1）结构的自重：按构件的设计尺寸与材料表观密度确）结构的自重：按构件的设计尺寸与材料

11、表观密度确定。定。（2 2）附加在结构上的恒荷载：门窗自重、设备自重等）附加在结构上的恒荷载：门窗自重、设备自重等2.2.竖向活荷载竖向活荷载（1 1）民用建筑楼面均布活荷载：荷载规范按等效均）民用建筑楼面均布活荷载：荷载规范按等效均布荷载方法给出，并考虑折减，详见布荷载方法给出，并考虑折减，详见规范规范5.15.1。（2 2）工业建筑楼面均布活荷载：详见）工业建筑楼面均布活荷载：详见规范规范5.25.2。9 9（3 3）屋面活荷载：标准值、组合值、频遇值、准永久值）屋面活荷载：标准值、组合值、频遇值、准永久值按表按表5.3.15.3.1采用，详见采用，详见规范规范5.35.3。注意注意：屋面

12、均布活荷载不应与雪荷载同时组合屋面均布活荷载不应与雪荷载同时组合。二、雪荷载二、雪荷载 屋面水平投影面上的雪荷载标准值，应按下式计算屋面水平投影面上的雪荷载标准值，应按下式计算 基本雪压：以一般空旷平坦地面上统计的基本雪压：以一般空旷平坦地面上统计的5050年一遇年一遇重现期的最大积雪自重给出。参见规范附录重现期的最大积雪自重给出。参见规范附录E.5E.5 屋面积雪分布系数：屋面水平投影面积上的雪荷载屋面积雪分布系数：屋面水平投影面积上的雪荷载1010与基本雪压的比值，与屋面形式、朝向及风力有关，见与基本雪压的比值，与屋面形式、朝向及风力有关，见规范规范7.27.2。雪荷载的组合值系数可取雪荷

13、载的组合值系数可取0.70.7，频遇值系数可取，频遇值系数可取0.60.6，准永久值系数按雪荷载分区，准永久值系数按雪荷载分区、的不同，分别的不同，分别取取0.50.5、0.20.2、0 0，分区图见规范附录，分区图见规范附录E.5E.5。规范规范7.2.27.2.2规定，设计建筑结构及屋面的承重构规定，设计建筑结构及屋面的承重构件时，件时，应应按下列规定采用积雪的分布情况：按下列规定采用积雪的分布情况：（1 1）屋面板和檩条按积雪不均匀分布的最不利情况）屋面板和檩条按积雪不均匀分布的最不利情况采用；采用；（2 2）屋架和拱壳可分别按积雪全跨均匀分布情况、）屋架和拱壳可分别按积雪全跨均匀分布情

14、况、不均匀分布的情况和半跨均匀分布的情况采用；不均匀分布的情况和半跨均匀分布的情况采用；（3 3）框架和柱可按积雪全跨均匀分布情况采用。）框架和柱可按积雪全跨均匀分布情况采用。111110.2.5 10.2.5 风荷载：使结构产生变形和振动风荷载：使结构产生变形和振动一、风荷载的特点一、风荷载的特点 迎风面迎风面-压力压力 背风面背风面-吸力吸力 构成风荷载构成风荷载 两侧两侧-横风向干扰力横风向干扰力 风荷载包括由顺风向的平均风引起的静力风荷载、风荷载包括由顺风向的平均风引起的静力风荷载、与平均风方向一致的顺风向脉动风荷载和与平均风方向与平均风方向一致的顺风向脉动风荷载和与平均风方向垂直的横

15、风向脉动风荷载。工程中一般只考虑结构在顺垂直的横风向脉动风荷载。工程中一般只考虑结构在顺风向风荷载作用下的响应。风向风荷载作用下的响应。二、风荷载的标准值：与风荷载时程有关二、风荷载的标准值：与风荷载时程有关 可近似按静力风荷载并用动力放大系数考虑脉动风可近似按静力风荷载并用动力放大系数考虑脉动风的动力效应的动力效应 1212 主要承重结构，垂直于建筑物表面上的风荷载标准主要承重结构，垂直于建筑物表面上的风荷载标准值应按下式计算：值应按下式计算：1.1.基本风压基本风压0 0：以当地空旷平坦地面上：以当地空旷平坦地面上10m10m高处高处10min10min的的平均风速观测数据，经概率统计得到

16、的平均风速观测数据，经概率统计得到的5050年一遇的最大年一遇的最大1313风速风速v v0 0，按下式计算：，按下式计算：荷载规范规定，基本风压应按规范附录荷载规范规定，基本风压应按规范附录E.5E.5中的中的中给出的中给出的5050年重现期的风压采用，并不得小于年重现期的风压采用，并不得小于0.3KN/m0.3KN/m2 2。对高层建筑、高耸结构以及对风荷载比较敏感的其对高层建筑、高耸结构以及对风荷载比较敏感的其他结构，基本风压应适当提高，并应由有关的结构设计他结构，基本风压应适当提高，并应由有关的结构设计规范具体规定。规范具体规定。风荷载的组合值、頻遇值和准永久值系数分别取为风荷载的组合

17、值、頻遇值和准永久值系数分别取为0.60.6、0.40.4和和0 014142.2.风压高度变化系数风压高度变化系数 ：风速增大规律主要取决于地面粗糙度（分为四类）风速增大规律主要取决于地面粗糙度（分为四类）A A类：近海海面和海岛、海岸、湖岸及沙漠地区；类：近海海面和海岛、海岸、湖岸及沙漠地区；B B类：田野、乡村、丛林、丘陵以及房屋比较稀疏的类：田野、乡村、丛林、丘陵以及房屋比较稀疏的乡镇和城市郊区；乡镇和城市郊区；C C类：有密集建筑群的城市市区；类：有密集建筑群的城市市区；D D类：类：有密集建筑群且房屋较高的城市市区。有密集建筑群且房屋较高的城市市区。荷载规范规定：风压高度变化系数应

18、根据地面粗荷载规范规定：风压高度变化系数应根据地面粗糙度类别按规范表糙度类别按规范表8.2.18.2.1确定。确定。如表如表10-410-43.3.风荷载体型系数风荷载体型系数 ：风作用在建筑物表面所引起的：风作用在建筑物表面所引起的实际压力（或吸力）与基本风压的比值。与建筑物的体实际压力（或吸力）与基本风压的比值。与建筑物的体型、尺度、周围环境和地面粗糙度有关。型、尺度、周围环境和地面粗糙度有关。详见荷载规范表详见荷载规范表8.3.18.3.115152.2.风振系数风振系数 ：考虑脉动风对结构产生动力效应的放：考虑脉动风对结构产生动力效应的放大系数，与建筑物的自振周期、结构的阻尼特性以及风

19、大系数，与建筑物的自振周期、结构的阻尼特性以及风的脉动性能等有关。的脉动性能等有关。详见荷载规范详见荷载规范161610.3 10.3 结构的功能要求和极限状态结构的功能要求和极限状态10.3.110.3.1结构的功能要求结构的功能要求1.1.结构的安全等级结构的安全等级（1 1）确定原则：根据破坏后果的严重性；）确定原则：根据破坏后果的严重性；（2 2）等级标准：三级等级标准：三级安全等级安全等级安全等级安全等级破坏后的影响程度破坏后的影响程度破坏后的影响程度破坏后的影响程度建筑物的类型建筑物的类型建筑物的类型建筑物的类型一级一级一级一级很严重很严重很严重很严重重要的建筑物重要的建筑物重要的

20、建筑物重要的建筑物二级二级二级二级严重严重严重严重一般的建筑物一般的建筑物一般的建筑物一般的建筑物三级三级三级三级不严重不严重不严重不严重次要的建筑物次要的建筑物次要的建筑物次要的建筑物 纪念性建筑物及其他有特殊要求的建筑，其安全等级纪念性建筑物及其他有特殊要求的建筑，其安全等级纪念性建筑物及其他有特殊要求的建筑，其安全等级纪念性建筑物及其他有特殊要求的建筑，其安全等级可按具体情况另行确定。可按具体情况另行确定。可按具体情况另行确定。可按具体情况另行确定。17172.2.2.2.结构的设计使用年限结构的设计使用年限结构的设计使用年限结构的设计使用年限 设计规定的结构或结构构件不需进行大修即可按

21、其目设计规定的结构或结构构件不需进行大修即可按其目设计规定的结构或结构构件不需进行大修即可按其目设计规定的结构或结构构件不需进行大修即可按其目的使用的时期。的使用的时期。的使用的时期。的使用的时期。设计年限可按建筑结构可靠度设计统一标准确定，设计年限可按建筑结构可靠度设计统一标准确定，也可经过主管部门的批准按业主的要求确定。也可经过主管部门的批准按业主的要求确定。注意：设计使用年限与使用寿命的区别注意：设计使用年限与使用寿命的区别3.结构的结构的功能要求功能要求类别类别类别类别设计使用年限（年）设计使用年限（年）设计使用年限（年）设计使用年限（年）示示示示 例例例例1 15 5临时性结构临时性

22、结构临时性结构临时性结构2 22525易于替换的结构构件易于替换的结构构件易于替换的结构构件易于替换的结构构件3 35050普通房屋和构筑物普通房屋和构筑物普通房屋和构筑物普通房屋和构筑物4 4100100纪念性建筑和特别重要的建筑结构纪念性建筑和特别重要的建筑结构纪念性建筑和特别重要的建筑结构纪念性建筑和特别重要的建筑结构1818 工程结构设计的基本目的：在一定的经济条件下，工程结构设计的基本目的：在一定的经济条件下，工程结构设计的基本目的：在一定的经济条件下，工程结构设计的基本目的：在一定的经济条件下，结构在预定的使用期限内满足设计所预期的各项功能。结构在预定的使用期限内满足设计所预期的各

23、项功能。结构在预定的使用期限内满足设计所预期的各项功能。结构在预定的使用期限内满足设计所预期的各项功能。（1 1 1 1）安全性：安全性：安全性：安全性：结构应能承受正常施工和使用时可能出现的各种荷结构应能承受正常施工和使用时可能出现的各种荷结构应能承受正常施工和使用时可能出现的各种荷结构应能承受正常施工和使用时可能出现的各种荷载和变形，在偶然事件发生时及发生后能保持必需的整载和变形，在偶然事件发生时及发生后能保持必需的整载和变形，在偶然事件发生时及发生后能保持必需的整载和变形，在偶然事件发生时及发生后能保持必需的整体稳定性，不致发生倒塌。如体稳定性，不致发生倒塌。如体稳定性，不致发生倒塌。如

24、体稳定性，不致发生倒塌。如MMMMu u（2 2 2 2）适用性适用性适用性适用性；结构在正常使用时有良好的工作性能结构在正常使用时有良好的工作性能结构在正常使用时有良好的工作性能结构在正常使用时有良好的工作性能，不，不，不，不产生过大的变形或振幅、过宽的裂缝等。如产生过大的变形或振幅、过宽的裂缝等。如产生过大的变形或振幅、过宽的裂缝等。如产生过大的变形或振幅、过宽的裂缝等。如f f f f （3 3 3 3）耐久性耐久性耐久性耐久性：结构在正常使用和正常维护条件下，应具结构在正常使用和正常维护条件下，应具结构在正常使用和正常维护条件下，应具结构在正常使用和正常维护条件下，应具有足够的耐久性。

25、即在各种因素的影响下（混凝土碳化、有足够的耐久性。即在各种因素的影响下（混凝土碳化、有足够的耐久性。即在各种因素的影响下（混凝土碳化、有足够的耐久性。即在各种因素的影响下（混凝土碳化、钢筋锈蚀），结构的承载力和刚度不应随时间有过大的钢筋锈蚀），结构的承载力和刚度不应随时间有过大的钢筋锈蚀），结构的承载力和刚度不应随时间有过大的钢筋锈蚀），结构的承载力和刚度不应随时间有过大的降低，而导致结构在其预定使用期间内丧失安全性和适降低，而导致结构在其预定使用期间内丧失安全性和适降低，而导致结构在其预定使用期间内丧失安全性和适降低，而导致结构在其预定使用期间内丧失安全性和适用性，降低使用寿命。用性，降低使

26、用寿命。用性，降低使用寿命。用性，降低使用寿命。191910.3.210.3.2结构功能的极限状态结构功能的极限状态1.概念：概念：整个结构或结构的一部分超过某一特定状态就整个结构或结构的一部分超过某一特定状态就不能满足设计指定的某一功能要求（安全、适用、耐久）不能满足设计指定的某一功能要求（安全、适用、耐久），此特定状态称为该功能的极限状态。，此特定状态称为该功能的极限状态。2.2.极限状态的物理意义：未达到极限状态则处于有效状极限状态的物理意义：未达到极限状态则处于有效状态；超过极限状态则处于失效状态。态；超过极限状态则处于失效状态。3.3.分类分类：20201 1承载力能力极限状态承载力

27、能力极限状态 这种极限状态对应于结构或结构构件达到最大承载力或者这种极限状态对应于结构或结构构件达到最大承载力或者不适于继续承载的变形状态。当结构或结构构件出现下列状态之不适于继续承载的变形状态。当结构或结构构件出现下列状态之一时，应认为超过了承载能力极限状态：一时，应认为超过了承载能力极限状态：（1 1）结构构件或连接因超过材料强度而破坏，或因过度变形）结构构件或连接因超过材料强度而破坏，或因过度变形而不适于继续承载；而不适于继续承载；（2 2）整个结构或其中一部分作为刚体失去平衡（如倾覆、滑）整个结构或其中一部分作为刚体失去平衡（如倾覆、滑移）；移）；（3 3）结构转变为机动体系（如超静定

28、结构由于某些截面的屈）结构转变为机动体系（如超静定结构由于某些截面的屈服，使结构成为几何可变体系）；服，使结构成为几何可变体系）；（4 4）结构或结构构件丧失稳定（如细长构件的压屈失稳）；）结构或结构构件丧失稳定（如细长构件的压屈失稳）；（5 5）结构因局部破坏而发生连续倒塌；）结构因局部破坏而发生连续倒塌；（6 6）地基丧失承载力而破坏（如失稳）；）地基丧失承载力而破坏（如失稳）；（7 7）结构或结构构件的疲劳破坏。）结构或结构构件的疲劳破坏。2121（2 2 2 2）正常使用极限状态正常使用极限状态正常使用极限状态正常使用极限状态：结构或构件达到正常使用或耐：结构或构件达到正常使用或耐：结

29、构或构件达到正常使用或耐：结构或构件达到正常使用或耐久性能中某项规定限度的状态。久性能中某项规定限度的状态。久性能中某项规定限度的状态。久性能中某项规定限度的状态。（1 1 1 1）影响正常使用或外观的变形（如过大的挠度、侧移）；）影响正常使用或外观的变形（如过大的挠度、侧移）；）影响正常使用或外观的变形（如过大的挠度、侧移）；）影响正常使用或外观的变形（如过大的挠度、侧移）；（2 2 2 2）影响正常使用或耐久性能的局部损坏（如过大的裂）影响正常使用或耐久性能的局部损坏（如过大的裂）影响正常使用或耐久性能的局部损坏（如过大的裂）影响正常使用或耐久性能的局部损坏（如过大的裂缝）；缝）；缝）；缝

30、）；（3 3 3 3）影响正常使用的振动（如过低的楼盖竖向自振频率）；）影响正常使用的振动（如过低的楼盖竖向自振频率）；）影响正常使用的振动（如过低的楼盖竖向自振频率）；）影响正常使用的振动（如过低的楼盖竖向自振频率）；（4 4 4 4）影响正常使用的其他特定状态（如侵蚀性环境下产）影响正常使用的其他特定状态（如侵蚀性环境下产）影响正常使用的其他特定状态（如侵蚀性环境下产）影响正常使用的其他特定状态（如侵蚀性环境下产生严重腐蚀）。生严重腐蚀）。生严重腐蚀）。生严重腐蚀）。（3 3 3 3）两种极限状态之间的关系：结构或构件）两种极限状态之间的关系：结构或构件）两种极限状态之间的关系：结构或构件

31、）两种极限状态之间的关系：结构或构件必须必须必须必须进行承进行承进行承进行承载力极限状态载力极限状态载力极限状态载力极限状态计算计算计算计算，必要时进行正常使用极限状态，必要时进行正常使用极限状态，必要时进行正常使用极限状态，必要时进行正常使用极限状态验算验算验算验算。222210.3.310.3.3极限状态方程极限状态方程1.1.1.1.极限状态函数：极限状态函数：极限状态函数：极限状态函数：Z=R-SZ=R-SZ=R-SZ=R-S上式中，上式中，上式中，上式中，R R R R表示结构构件抗力，如受弯承载力表示结构构件抗力，如受弯承载力表示结构构件抗力，如受弯承载力表示结构构件抗力，如受弯承

32、载力M M M Mu u u u、受剪承、受剪承、受剪承、受剪承载力载力载力载力V V V Vu u u u、容许挠度、容许挠度、容许挠度、容许挠度 f f f f 、容许裂缝宽度、容许裂缝宽度、容许裂缝宽度、容许裂缝宽度 w w w w ，它与材料的力，它与材料的力，它与材料的力，它与材料的力学指标及材料用量有关；学指标及材料用量有关；学指标及材料用量有关；学指标及材料用量有关；S S S S表示结构上的各种作用（如荷载、不均匀沉降、温度变表示结构上的各种作用（如荷载、不均匀沉降、温度变表示结构上的各种作用（如荷载、不均匀沉降、温度变表示结构上的各种作用（如荷载、不均匀沉降、温度变形、收缩变

33、形、地震等）产生的效应总和（如弯矩形、收缩变形、地震等）产生的效应总和（如弯矩形、收缩变形、地震等）产生的效应总和（如弯矩形、收缩变形、地震等）产生的效应总和（如弯矩M M M M、轴、轴、轴、轴力力力力N N N N、剪力、剪力、剪力、剪力V V V V、扭矩、扭矩、扭矩、扭矩T T T T、挠度、挠度、挠度、挠度 f f f f、裂缝宽度、裂缝宽度、裂缝宽度、裂缝宽度 w w w w 等）等）等）等）（1 1 1 1）极限状态函数中各量的数学意义：）极限状态函数中各量的数学意义：）极限状态函数中各量的数学意义：）极限状态函数中各量的数学意义：R R R R和和和和S S S S均可视为随机

34、变量，均可视为随机变量，均可视为随机变量，均可视为随机变量，Z Z Z Z为复合随机变量，它们为复合随机变量，它们为复合随机变量，它们为复合随机变量，它们2323之间的运算规则应按概率理论进行。之间的运算规则应按概率理论进行。（2 2）极限状态函数的物理意义：）极限状态函数的物理意义：Z=R-S0 Z=R-S0，结构处于可靠状态；，结构处于可靠状态；Z=R-S=0 Z=R-S=0，结构处于极限状态；，结构处于极限状态；Z=R-S0 Z=R-S0，结构处于失效状态；，结构处于失效状态；2.2.极限状态方程：极限状态方程：式中，式中，g g()()是函数记号，在这里称为功能函数。是函数记号，在这里

35、称为功能函数。g g()()由所研究的结构功能而定，可以是承载能力，也由所研究的结构功能而定，可以是承载能力，也可以是变形或裂缝宽度等。可以是变形或裂缝宽度等。x x1 1,x,x2 2,x xn n为影响该结构功能的各种荷载效应以及材为影响该结构功能的各种荷载效应以及材料强度、构件的几何尺寸等。料强度、构件的几何尺寸等。242410.410.4按近似概率的极限状态设计法按近似概率的极限状态设计法10.4.110.4.1结构的可靠度结构的可靠度1.1.1.1.传统方法存在的问题：缺乏科学性传统方法存在的问题：缺乏科学性传统方法存在的问题：缺乏科学性传统方法存在的问题：缺乏科学性 由于结构抗力和

36、荷载效应的随机性，安全可靠应该由于结构抗力和荷载效应的随机性，安全可靠应该由于结构抗力和荷载效应的随机性，安全可靠应该由于结构抗力和荷载效应的随机性，安全可靠应该属于概率的范畴，应当用结构完成其预定功能的可能性属于概率的范畴，应当用结构完成其预定功能的可能性属于概率的范畴，应当用结构完成其预定功能的可能性属于概率的范畴，应当用结构完成其预定功能的可能性（概率的大小）来衡量，而不是一个定值来衡量。（概率的大小）来衡量，而不是一个定值来衡量。（概率的大小）来衡量，而不是一个定值来衡量。（概率的大小）来衡量，而不是一个定值来衡量。2.2.2.2.结构的可靠性结构的可靠性结构的可靠性结构的可靠性 结构

37、在规定的时间内，在规定的条件下结构在规定的时间内，在规定的条件下结构在规定的时间内，在规定的条件下结构在规定的时间内，在规定的条件下，完成预定功完成预定功完成预定功完成预定功能的能力称为可靠性。能的能力称为可靠性。能的能力称为可靠性。能的能力称为可靠性。规定时间是指设计使用年限。规定时间是指设计使用年限。规定时间是指设计使用年限。规定时间是指设计使用年限。规定的条件为正常设计、正常施工、正常使用、正常规定的条件为正常设计、正常施工、正常使用、正常规定的条件为正常设计、正常施工、正常使用、正常规定的条件为正常设计、正常施工、正常使用、正常维护的条件。维护的条件。维护的条件。维护的条件。2525

38、预定功能：结构的安全性、适用性、耐久性。预定功能：结构的安全性、适用性、耐久性。预定功能：结构的安全性、适用性、耐久性。预定功能：结构的安全性、适用性、耐久性。3.3.3.3.结构的可靠度结构的可靠度结构的可靠度结构的可靠度：结构在规定的时间内和规定的条件下完：结构在规定的时间内和规定的条件下完：结构在规定的时间内和规定的条件下完：结构在规定的时间内和规定的条件下完成预定功能的概率成预定功能的概率成预定功能的概率成预定功能的概率-结构可靠性的概率度量结构可靠性的概率度量结构可靠性的概率度量结构可靠性的概率度量。结构的可靠性和结构的经济性常常是矛盾的。科学的结构的可靠性和结构的经济性常常是矛盾的

39、。科学的结构的可靠性和结构的经济性常常是矛盾的。科学的结构的可靠性和结构的经济性常常是矛盾的。科学的设计方法是要用最经济的方法设计方法是要用最经济的方法设计方法是要用最经济的方法设计方法是要用最经济的方法，合理地实现所需的可靠性。合理地实现所需的可靠性。合理地实现所需的可靠性。合理地实现所需的可靠性。10.4.210.4.2可靠指标与失效概率可靠指标与失效概率 由于实际结构中的不确定性，因此无论如何设计结构，由于实际结构中的不确定性，因此无论如何设计结构，由于实际结构中的不确定性，因此无论如何设计结构，由于实际结构中的不确定性，因此无论如何设计结构，都会有失效的可能性存在，只是可能性大小不同而

40、已。都会有失效的可能性存在，只是可能性大小不同而已。都会有失效的可能性存在，只是可能性大小不同而已。都会有失效的可能性存在，只是可能性大小不同而已。为了科学定量的表示结构可靠性的大小，采用概率方为了科学定量的表示结构可靠性的大小，采用概率方为了科学定量的表示结构可靠性的大小，采用概率方为了科学定量的表示结构可靠性的大小，采用概率方法是比较合理的。法是比较合理的。法是比较合理的。法是比较合理的。26261.1.1.1.失效概率的求解失效概率的求解失效概率的求解失效概率的求解 根据极限状态函数，由概率论可知如下关系成立：根据极限状态函数，由概率论可知如下关系成立：根据极限状态函数，由概率论可知如下

41、关系成立：根据极限状态函数，由概率论可知如下关系成立：1)1)，为失效概率；失效概率越小，表示为失效概率；失效概率越小，表示为失效概率；失效概率越小，表示为失效概率；失效概率越小，表示结构可靠性越大，结构可靠性越大，结构可靠性越大，结构可靠性越大，当失效概率当失效概率当失效概率当失效概率P P P Pf f f f小于某个值时，人们因小于某个值时，人们因小于某个值时，人们因小于某个值时，人们因结构失效的可能性很小而不再担心，即可认为结构设计结构失效的可能性很小而不再担心，即可认为结构设计结构失效的可能性很小而不再担心，即可认为结构设计结构失效的可能性很小而不再担心，即可认为结构设计是可靠的。是

42、可靠的。是可靠的。是可靠的。2)2)，为可靠概率；，为可靠概率；，为可靠概率；，为可靠概率；3)3)3)3)，失效和可靠一定发生。，失效和可靠一定发生。，失效和可靠一定发生。，失效和可靠一定发生。27274 4 4 4）求解上述概率存在的困难）求解上述概率存在的困难）求解上述概率存在的困难）求解上述概率存在的困难A.A.A.A.概率密度函数很难确定或不可积分；概率密度函数很难确定或不可积分；概率密度函数很难确定或不可积分；概率密度函数很难确定或不可积分；B.B.B.B.上述积分运算较繁琐，不便于工程设计。上述积分运算较繁琐，不便于工程设计。上述积分运算较繁琐，不便于工程设计。上述积分运算较繁琐

43、，不便于工程设计。2.2.2.2.可靠指标可靠指标可靠指标可靠指标1 1 1 1）物理意义：简化积分运算；）物理意义：简化积分运算；）物理意义：简化积分运算；）物理意义：简化积分运算；由图看出，阴影部分由图看出，阴影部分的面积与的面积与 Z Z和和Z Z的大小的大小有关，增大均值有关，增大均值 Z Z，曲，曲线右移阴影部分面积减线右移阴影部分面积减小；减小小；减小Z Z ，曲线变，曲线变得高而窄，阴影面积也得高而窄，阴影面积也将减少。将减少。P Pf f 减小，可靠减小，可靠度加大。度加大。28282 2）计算公式：计算公式：如果将曲线对称轴至纵轴的距离表示为如果将曲线对称轴至纵轴的距离表示为

44、Z Z的倍数，取的倍数，取则 越大，越大，P Pf f 越小越小 ，结构越可靠。所以，结构越可靠。所以 和失效概率一和失效概率一样可作为衡量结构可靠度的一个指标，称样可作为衡量结构可靠度的一个指标，称 为可靠度为可靠度指标，且指标，且 与与P Pf f一一对应。一一对应。29293 3）可靠指标与失效概率的数量关系：）可靠指标与失效概率的数量关系：4 4）关于目标可靠指标）关于目标可靠指标a.a.目标可靠指标：结构设计必须达到的指标，在确定结构目标可靠指标：结构设计必须达到的指标，在确定结构的可靠指标的可靠指标 时，应该使结构的失效概率降低到人们可以时，应该使结构的失效概率降低到人们可以接受的

45、程度，做到既安全可靠又经济合理。接受的程度，做到既安全可靠又经济合理。可靠指标可靠指标与失效概率与失效概率P Pf f的对应关系的对应关系 p pf f p pf f p pf f1.01.0 1.59X101.59X10-1 12.72.7 3.47X103.47X10-3-33.73.71.08X101.08X10-4-41.51.5 6.68X106.68X10-2 23.03.0 1.35X101.35X10-3-34.04.03.17X103.17X10-5-52.02.0 2.28X102.28X10-2 23.3.2 26.87X106.87X10-4 44.24.21.33X1

46、01.33X10-5-52.52.5 6.21X106.21X10-3 33.53.5 2.33X102.33X10-4-44.54.53.40X103.40X10-6-63030b.b.目标可靠指标的确定：目标可靠指标的确定：建筑结构可靠度设计统一标准根据结构的安全等建筑结构可靠度设计统一标准根据结构的安全等级和破坏类型，在对有代表性的构件进行可靠度分析的基级和破坏类型，在对有代表性的构件进行可靠度分析的基础上，规定了按承载能力极限状态设计时的目标可靠指标础上，规定了按承载能力极限状态设计时的目标可靠指标 值，见值，见下表：下表：破坏类型破坏类型破坏类型破坏类型安全等级安全等级安全等级安全等

47、级一级一级一级一级二级二级二级二级三级三级三级三级延性破坏延性破坏延性破坏延性破坏3.73.73.23.22.72.7脆性破坏脆性破坏脆性破坏脆性破坏4.24.23.73.73.23.2313110.5 10.5 实用设计表达式实用设计表达式10.5.1 10.5.1 分项系数分项系数 对于一般常见的工程结构，直接采用可靠指标进行设对于一般常见的工程结构，直接采用可靠指标进行设计工作量大，有时会遇到统计资料不足而无法进行的困难。计工作量大，有时会遇到统计资料不足而无法进行的困难。考虑到多年来的设计习惯和使用上的简便，建筑结构可考虑到多年来的设计习惯和使用上的简便，建筑结构可靠度设计统一标准提出

48、了便于实际使用的设计表达式，靠度设计统一标准提出了便于实际使用的设计表达式，称为实用设计表达式。称为实用设计表达式。实用设计表达式将影响结构安全的因素视为随机变量，实用设计表达式将影响结构安全的因素视为随机变量，应用数理统计的概率方法进行分析，采用以荷载和材料强应用数理统计的概率方法进行分析，采用以荷载和材料强度的标准值以及相应的度的标准值以及相应的“分项系数分项系数”来表示的方式。来表示的方式。分项系数按照目标可靠指标分项系数按照目标可靠指标，并考虑工程经验优，并考虑工程经验优选确定后，将其隐含在设计表达式中。选确定后，将其隐含在设计表达式中。3232 注意：表达式中虽然采用了统计和概率的方

49、法，但是注意：表达式中虽然采用了统计和概率的方法，但是 概率极限状态分析中只用到统计平均值和均方差，并非实概率极限状态分析中只用到统计平均值和均方差，并非实际的概率分布，并且在分离导出分项系数时还作了一些假际的概率分布，并且在分离导出分项系数时还作了一些假定，运算中采用了一些近似的处理方法，因而计算结果是定，运算中采用了一些近似的处理方法，因而计算结果是近似的，所以只能称为近似概率设计方法。近似的，所以只能称为近似概率设计方法。设计中荷载包括永久荷载、可变荷载等，都是随机变设计中荷载包括永久荷载、可变荷载等，都是随机变量，因此必须求得各个荷载统计资料的平均值和标准差，量，因此必须求得各个荷载统

50、计资料的平均值和标准差，利用概率的方法才能得到荷载效应的总的平均值和标准差。利用概率的方法才能得到荷载效应的总的平均值和标准差。结构抗力包括钢筋和混凝两种材料的强度，还有几何结构抗力包括钢筋和混凝两种材料的强度，还有几何尺寸和计算模式的不定性等，也必须采用概率的方法获得尺寸和计算模式的不定性等，也必须采用概率的方法获得总的平均值和标准差总的平均值和标准差,然后按近似概率的有关计算方法求然后按近似概率的有关计算方法求得可靠指标得可靠指标 ，求得失效概率，求得失效概率p pf f。333310.5.2 10.5.2 荷载效应组合荷载效应组合1.1.1.1.承载能力极限状态：采用基本组合和偶然组合，