第三章極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法

1、 結(jié)構(gòu)可靠度及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法結(jié)構(gòu)可靠度及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法荷載和材料強(qiáng)度的取值荷載和材料強(qiáng)度的取值概率極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法概率極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法極限狀態(tài)設(shè)計(jì)表達(dá)式極限狀態(tài)設(shè)計(jì)表達(dá)式結(jié)構(gòu)可靠度及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法結(jié)構(gòu)可靠度及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法荷載和材料強(qiáng)度的取值荷載和材料強(qiáng)度的取值概率極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法概率極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法 混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件設(shè)計(jì)計(jì)算方法混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件設(shè)計(jì)計(jì)算方法(calculation method for design) 容容 許許 應(yīng)應(yīng) 力力 法法：最早的計(jì)算理論，沿用彈性理論假設(shè)。：最早的計(jì)算理論，沿用彈性理論假設(shè)。 破破 壞壞 階階 段段 法法：與容許應(yīng)力法的主要區(qū)別是在考慮材料塑性性能：與容許應(yīng)力法的主要區(qū)

2、別是在考慮材料塑性性能 極極 限限 狀狀 態(tài)態(tài) 設(shè)設(shè) 計(jì)計(jì) 法法：明確規(guī)定結(jié)構(gòu)按三種極限狀態(tài)進(jìn)行設(shè)計(jì)，是工程：明確規(guī)定結(jié)構(gòu)按三種極限狀態(tài)進(jìn)行設(shè)計(jì)，是工程 概率極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法概率極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法：在極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法的基礎(chǔ)上考慮結(jié)構(gòu)的可靠：在極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法的基礎(chǔ)上考慮結(jié)構(gòu)的可靠的基礎(chǔ)上，按破壞階段計(jì)算構(gòu)件截面的承載能力。的基礎(chǔ)上，按破壞階段計(jì)算構(gòu)件截面的承載能力。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理論的重大發(fā)展。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理論的重大發(fā)展。水準(zhǔn)水準(zhǔn) 半概率法半概率法水準(zhǔn)水準(zhǔn) 近似概率法近似概率法水準(zhǔn)水準(zhǔn) 全概率法全概率法概率，按發(fā)展階段，該法可分為三個(gè)水準(zhǔn)。概率，按發(fā)展階段，該法可分為三個(gè)水準(zhǔn)。3.1.1 結(jié)構(gòu)上的作用結(jié)構(gòu)上的作用

3、(action)和作用效應(yīng)和作用效應(yīng)(effect of an action) 結(jié)構(gòu)上的作用結(jié)構(gòu)上的作用是指施加在結(jié)構(gòu)上的集中力或分布力，以及引起結(jié)構(gòu)外加是指施加在結(jié)構(gòu)上的集中力或分布力，以及引起結(jié)構(gòu)外加變形或約束變形的原因（地震、基礎(chǔ)差異沉降、溫度變化、混凝土收縮等）。變形或約束變形的原因（地震、基礎(chǔ)差異沉降、溫度變化、混凝土收縮等）。 （1）按隨時(shí)間的變異按隨時(shí)間的變異可分為三類：可分為三類：永久作用永久作用可變作用可變作用偶然作用偶然作用 結(jié)構(gòu)上的作用可按下列性質(zhì)分類：結(jié)構(gòu)上的作用可按下列性質(zhì)分類：在設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)其量值不隨時(shí)間在設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)其量值不隨時(shí)間變化，或其變化與平均值相比可變化，

4、或其變化與平均值相比可以忽略不計(jì)的作用。以忽略不計(jì)的作用。如結(jié)構(gòu)自重、土壓力、如結(jié)構(gòu)自重、土壓力、預(yù)應(yīng)力、地基沉降、焊預(yù)應(yīng)力、地基沉降、焊接等。接等。在設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)其量值隨時(shí)間變在設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)其量值隨時(shí)間變化，且其變化與平均值相比不可化，且其變化與平均值相比不可忽略的作用。忽略的作用。在設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)不一定出現(xiàn)，而在設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)不一定出現(xiàn)，而一旦出現(xiàn)其量值很大且持續(xù)時(shí)間一旦出現(xiàn)其量值很大且持續(xù)時(shí)間很短的作用。很短的作用。如樓面活荷載、吊車荷如樓面活荷載、吊車荷載、風(fēng)荷載、雪荷載、載、風(fēng)荷載、雪荷載、溫度變化等。溫度變化等。如爆炸力、撞擊力、罕如爆炸力、撞擊力、罕遇的地震等。遇的地震等。 （2）按

5、隨空間位置的變異按隨空間位置的變異可分為二類：可分為二類：固定作用固定作用自由作用自由作用在結(jié)構(gòu)上具有固定分布的作在結(jié)構(gòu)上具有固定分布的作用。其特點(diǎn)是在結(jié)構(gòu)上出現(xiàn)用。其特點(diǎn)是在結(jié)構(gòu)上出現(xiàn)的空間位置固定不變，但其的空間位置固定不變，但其量值可能具有隨機(jī)性。量值可能具有隨機(jī)性。在結(jié)構(gòu)上一定范圍內(nèi)可以任在結(jié)構(gòu)上一定范圍內(nèi)可以任意分布的作用。意分布的作用。如房屋建筑樓面上位置如房屋建筑樓面上位置固定的設(shè)備荷載、屋蓋固定的設(shè)備荷載、屋蓋上的水箱等。上的水箱等。如樓面的人員荷載、吊如樓面的人員荷載、吊車荷載等。車荷載等。靜態(tài)作用靜態(tài)作用動(dòng)態(tài)作用動(dòng)態(tài)作用 （3）按結(jié)構(gòu)的反應(yīng)特點(diǎn)按結(jié)構(gòu)的反應(yīng)特點(diǎn)可分為二類：可

6、分為二類： 上述各種作用作用在結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件上，由此在結(jié)構(gòu)內(nèi)產(chǎn)生的內(nèi)力和上述各種作用作用在結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件上，由此在結(jié)構(gòu)內(nèi)產(chǎn)生的內(nèi)力和變形（如軸力、剪力、彎矩以及撓度、轉(zhuǎn)角和裂縫等）稱為變形（如軸力、剪力、彎矩以及撓度、轉(zhuǎn)角和裂縫等）稱為作用效應(yīng)作用效應(yīng)。使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的加速度可以忽略不計(jì)的使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的加速度可以忽略不計(jì)的作用。作用。使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的加速度不可忽略不計(jì)的使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的加速度不可忽略不計(jì)的作用。在結(jié)構(gòu)分析時(shí)一般均應(yīng)考慮其作用。在結(jié)構(gòu)分析時(shí)一般均應(yīng)考慮其動(dòng)力效應(yīng)。動(dòng)力效應(yīng)。如結(jié)構(gòu)自重、住宅或辦如結(jié)構(gòu)自重、住宅或辦公樓的樓面活荷載公樓的樓面活荷載如吊車荷載、地震作用、如吊車荷載、地震作用、大型動(dòng)

7、力設(shè)備的作用、大型動(dòng)力設(shè)備的作用、高聳結(jié)構(gòu)上的風(fēng)荷載等。高聳結(jié)構(gòu)上的風(fēng)荷載等。3.1.2 結(jié)構(gòu)抗力結(jié)構(gòu)抗力(resistance) 結(jié)構(gòu)抗力結(jié)構(gòu)抗力是指整個(gè)結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件承受作用效應(yīng)（即內(nèi)力和變形）的是指整個(gè)結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件承受作用效應(yīng)（即內(nèi)力和變形）的能力。能力。 影響抗力的主要因素影響抗力的主要因素有：有：材料性能的不確定性材料性能的不確定性幾何參數(shù)的不確定性幾何參數(shù)的不確定性計(jì)算模式的不確定性計(jì)算模式的不確定性強(qiáng)度、變形模量等強(qiáng)度、變形模量等構(gòu)件尺寸等構(gòu)件尺寸等抗力計(jì)算所采用的基本假設(shè)抗力計(jì)算所采用的基本假設(shè)和計(jì)算公式不夠精確等和計(jì)算公式不夠精確等3.1.33.1.3結(jié)構(gòu)的功能要求結(jié)構(gòu)的功

8、能要求1.結(jié)構(gòu)的安全等級(jí)結(jié)構(gòu)的安全等級(jí)(safety class)結(jié)構(gòu)的安全等級(jí)結(jié)構(gòu)的安全等級(jí)根據(jù)結(jié)構(gòu)破壞可能產(chǎn)生的后果，即危及人的生命、造成的經(jīng)根據(jù)結(jié)構(gòu)破壞可能產(chǎn)生的后果，即危及人的生命、造成的經(jīng)濟(jì)損失、產(chǎn)生社會(huì)影響等的嚴(yán)重程度確定。濟(jì)損失、產(chǎn)生社會(huì)影響等的嚴(yán)重程度確定。安全等級(jí)安全等級(jí)破壞后果破壞后果建筑物類型建筑物類型一級(jí)一級(jí)很嚴(yán)重很嚴(yán)重重要的房屋重要的房屋二級(jí)二級(jí)嚴(yán)嚴(yán) 重重一般的房屋一般的房屋三級(jí)三級(jí)不嚴(yán)重不嚴(yán)重次要的房屋次要的房屋建筑結(jié)構(gòu)的安全等級(jí)建筑結(jié)構(gòu)的安全等級(jí)建筑物中各類建筑物中各類結(jié)構(gòu)構(gòu)件的安全等級(jí)結(jié)構(gòu)構(gòu)件的安全等級(jí)宜與宜與整個(gè)結(jié)構(gòu)的安全等級(jí)整個(gè)結(jié)構(gòu)的安全等級(jí)相同相同，但，但

9、允許允許對(duì)對(duì)部分結(jié)構(gòu)構(gòu)件根據(jù)其重要程度和綜合效益進(jìn)行適當(dāng)?shù)牟糠纸Y(jié)構(gòu)構(gòu)件根據(jù)其重要程度和綜合效益進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。調(diào)整。2 2 設(shè)計(jì)使用年限設(shè)計(jì)使用年限(design working life)和設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期和設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期（design reference period) 設(shè)計(jì)使用年限設(shè)計(jì)使用年限是指設(shè)計(jì)規(guī)定的結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件不需進(jìn)行大修即可按其是指設(shè)計(jì)規(guī)定的結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件不需進(jìn)行大修即可按其預(yù)定目的使用的時(shí)期，即結(jié)構(gòu)在規(guī)定的條件下所應(yīng)達(dá)到的使用年限。預(yù)定目的使用的時(shí)期，即結(jié)構(gòu)在規(guī)定的條件下所應(yīng)達(dá)到的使用年限。 設(shè)計(jì)使用年限設(shè)計(jì)使用年限的概念不同于的概念不同于實(shí)際壽命實(shí)際壽命、耐久年限耐久年限或或設(shè)計(jì)基

10、準(zhǔn)期設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期。建建筑結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)筑結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了各類建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)使用年限。規(guī)定了各類建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)使用年限。類別類別設(shè)計(jì)使用年限（年）設(shè)計(jì)使用年限（年）示例示例15臨時(shí)性結(jié)構(gòu)臨時(shí)性結(jié)構(gòu)225易于替換的結(jié)構(gòu)構(gòu)件易于替換的結(jié)構(gòu)構(gòu)件350普通房屋和構(gòu)筑物普通房屋和構(gòu)筑物4100紀(jì)念性建筑和特別重要的建筑物紀(jì)念性建筑和特別重要的建筑物 設(shè)計(jì)使用年限分類設(shè)計(jì)使用年限分類 設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期指為確定可變作用及與時(shí)間有關(guān)的材料性能等取值而選用的指為確定可變作用及與時(shí)間有關(guān)的材料性能等取值而選用的時(shí)間參數(shù)。時(shí)間參數(shù)。統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期為規(guī)定設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期為50年。年。3.

11、1.4 3.1.4 結(jié)構(gòu)功能的極限狀態(tài)結(jié)構(gòu)功能的極限狀態(tài)(limit state) 整個(gè)結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)的一部分超過某一特定狀態(tài)就不能滿足設(shè)計(jì)規(guī)定的某一整個(gè)結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)的一部分超過某一特定狀態(tài)就不能滿足設(shè)計(jì)規(guī)定的某一功能要求，此特定狀態(tài)稱為該功能的功能要求，此特定狀態(tài)稱為該功能的極限狀態(tài)極限狀態(tài)。極限狀態(tài)。極限狀態(tài)實(shí)質(zhì)實(shí)質(zhì)上是上是區(qū)分結(jié)構(gòu)區(qū)分結(jié)構(gòu)可靠與失效可靠與失效的界限。的界限。 極限狀態(tài)分為兩類：極限狀態(tài)分為兩類： 承載能力極限狀態(tài)承載能力極限狀態(tài) 正常使用極限狀態(tài)正常使用極限狀態(tài)安全性安全性適用性、耐久性適用性、耐久性 通常對(duì)結(jié)構(gòu)構(gòu)件先按承載能力極限狀態(tài)進(jìn)行承載能力計(jì)算，然后根據(jù)使通常對(duì)結(jié)構(gòu)構(gòu)件

12、先按承載能力極限狀態(tài)進(jìn)行承載能力計(jì)算，然后根據(jù)使用要求按正常使用極限狀態(tài)進(jìn)行變形、裂縫寬度或抗裂等驗(yàn)算。用要求按正常使用極限狀態(tài)進(jìn)行變形、裂縫寬度或抗裂等驗(yàn)算。3.1.5 3.1.5 結(jié)構(gòu)的功能函數(shù)結(jié)構(gòu)的功能函數(shù)(performance function)和極限狀態(tài)方程和極限狀態(tài)方程(limit state equation) 按極限狀態(tài)方法設(shè)計(jì)建筑結(jié)構(gòu)時(shí)，要求所設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)具有一定的預(yù)定功按極限狀態(tài)方法設(shè)計(jì)建筑結(jié)構(gòu)時(shí)，要求所設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)具有一定的預(yù)定功能，這可用包括各有關(guān)變量在內(nèi)的結(jié)構(gòu)功能函數(shù)來表達(dá)，即能，這可用包括各有關(guān)變量在內(nèi)的結(jié)構(gòu)功能函數(shù)來表達(dá)，即12(,)nZg XXX12(,)0nZg

13、 XXX極限狀態(tài)方程極限狀態(tài)方程 當(dāng)功能函數(shù)中僅包括作用效應(yīng)當(dāng)功能函數(shù)中僅包括作用效應(yīng) 和結(jié)構(gòu)抗力和結(jié)構(gòu)抗力 兩個(gè)基本變量時(shí)，可得兩個(gè)基本變量時(shí)，可得( , )Zg R SRSRS 當(dāng)當(dāng) 時(shí)，時(shí)，0Z 結(jié)構(gòu)處于結(jié)構(gòu)處于可靠可靠狀態(tài)狀態(tài) 當(dāng)當(dāng) 時(shí)，時(shí)， 當(dāng)當(dāng) 時(shí)，時(shí)，結(jié)構(gòu)處于結(jié)構(gòu)處于失效失效狀態(tài)狀態(tài)結(jié)構(gòu)處于結(jié)構(gòu)處于極限極限狀態(tài)狀態(tài)功能函數(shù)功能函數(shù)0Z 0Z 結(jié)構(gòu)所出的狀態(tài)結(jié)構(gòu)所出的狀態(tài)3.2.1 結(jié)構(gòu)可靠性結(jié)構(gòu)可靠性(reliability)及可靠度及可靠度(degree of reliability) 結(jié)構(gòu)可靠性結(jié)構(gòu)可靠性是指結(jié)構(gòu)在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)，在規(guī)定的條件下，完成預(yù)定功是指結(jié)構(gòu)在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)

14、，在規(guī)定的條件下，完成預(yù)定功能的能力。能的能力。 結(jié)構(gòu)可靠度結(jié)構(gòu)可靠度就是結(jié)構(gòu)在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)，在規(guī)定的條件下，完成預(yù)定功就是結(jié)構(gòu)在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)，在規(guī)定的條件下，完成預(yù)定功能的概率。即結(jié)構(gòu)可靠度是結(jié)構(gòu)可靠性的概率度量。能的概率。即結(jié)構(gòu)可靠度是結(jié)構(gòu)可靠性的概率度量。 規(guī)定的時(shí)間規(guī)定的時(shí)間是指設(shè)計(jì)使用年限。是指設(shè)計(jì)使用年限。 規(guī)定的條件規(guī)定的條件是指正常設(shè)計(jì)、正常施工和正常使用的條件。是指正常設(shè)計(jì)、正常施工和正常使用的條件。 預(yù)定功能預(yù)定功能指滿足結(jié)構(gòu)的安全性、適用性和耐久性要求。指滿足結(jié)構(gòu)的安全性、適用性和耐久性要求。3.2.2 3.2.2 結(jié)構(gòu)構(gòu)件的可靠指標(biāo)結(jié)構(gòu)構(gòu)件的可靠指標(biāo)(reliabili

15、ty index) 令令22RSZZRS則則f()ZZp 由上式可見，由上式可見， 與與 具有數(shù)值上的對(duì)應(yīng)關(guān)系，也具有與具有數(shù)值上的對(duì)應(yīng)關(guān)系，也具有與 相對(duì)應(yīng)的物相對(duì)應(yīng)的物理意義。理意義。 越大，越大， 就越小，即結(jié)構(gòu)越可靠，故就越小，即結(jié)構(gòu)越可靠，故 稱為稱為可靠指標(biāo)可靠指標(biāo)。fp 當(dāng)僅有作用效應(yīng)和結(jié)構(gòu)抗力兩個(gè)基本變量且均按正態(tài)分布時(shí)，結(jié)構(gòu)構(gòu)件當(dāng)僅有作用效應(yīng)和結(jié)構(gòu)抗力兩個(gè)基本變量且均按正態(tài)分布時(shí)，結(jié)構(gòu)構(gòu)件的可靠指標(biāo)可按上式計(jì)算；當(dāng)基本變量為非正態(tài)分布時(shí)，結(jié)構(gòu)構(gòu)件的可靠指的可靠指標(biāo)可按上式計(jì)算；當(dāng)基本變量為非正態(tài)分布時(shí)，結(jié)構(gòu)構(gòu)件的可靠指標(biāo)應(yīng)以結(jié)構(gòu)構(gòu)件作用效應(yīng)和抗力當(dāng)量正態(tài)分布的平均值和標(biāo)準(zhǔn)差按

16、上式計(jì)算。標(biāo)應(yīng)以結(jié)構(gòu)構(gòu)件作用效應(yīng)和抗力當(dāng)量正態(tài)分布的平均值和標(biāo)準(zhǔn)差按上式計(jì)算。fpfp3.2.3 3.2.3 設(shè)計(jì)可靠指標(biāo)設(shè)計(jì)可靠指標(biāo) (reliability index for design) 設(shè)計(jì)規(guī)范所規(guī)定的、作為設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件時(shí)所應(yīng)達(dá)到的可靠指標(biāo)，設(shè)計(jì)規(guī)范所規(guī)定的、作為設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件時(shí)所應(yīng)達(dá)到的可靠指標(biāo)，稱為稱為設(shè)計(jì)可靠指標(biāo)設(shè)計(jì)可靠指標(biāo)，它是根據(jù)設(shè)計(jì)所要求達(dá)到的結(jié)構(gòu)可靠度而取定的，所以，它是根據(jù)設(shè)計(jì)所要求達(dá)到的結(jié)構(gòu)可靠度而取定的，所以又稱為又稱為目標(biāo)可靠指標(biāo)目標(biāo)可靠指標(biāo)。 設(shè)計(jì)可靠指標(biāo)，理論上應(yīng)根據(jù)各種結(jié)構(gòu)構(gòu)件的重要性、破壞性質(zhì)（延性、設(shè)計(jì)可靠指標(biāo)，理論上應(yīng)根據(jù)各種結(jié)構(gòu)構(gòu)件的重

17、要性、破壞性質(zhì)（延性、脆性）幾失效后果，用優(yōu)化方法分析確定。限于目前統(tǒng)計(jì)資料不夠完備，并脆性）幾失效后果，用優(yōu)化方法分析確定。限于目前統(tǒng)計(jì)資料不夠完備，并考慮到標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的現(xiàn)實(shí)繼承性，一般采用考慮到標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的現(xiàn)實(shí)繼承性，一般采用“校準(zhǔn)法校準(zhǔn)法”確定。所謂確定。所謂“校準(zhǔn)法校準(zhǔn)法”，就是通過對(duì)原有規(guī)范可靠度的反演計(jì)算和綜合分析，確定以后設(shè)計(jì)時(shí)所采用就是通過對(duì)原有規(guī)范可靠度的反演計(jì)算和綜合分析，確定以后設(shè)計(jì)時(shí)所采用的結(jié)構(gòu)構(gòu)件的可靠指標(biāo)。的結(jié)構(gòu)構(gòu)件的可靠指標(biāo)。根據(jù)根據(jù)“校準(zhǔn)法校準(zhǔn)法”的確定結(jié)果，的確定結(jié)果，統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)給出了結(jié)構(gòu)構(gòu)件給出了結(jié)構(gòu)構(gòu)件承載能力極承載能力極限狀態(tài)的可靠指標(biāo)限狀態(tài)的可靠指標(biāo)

18、。破壞類型破壞類型安安 全全 等等 級(jí)級(jí)一一 級(jí)級(jí)二二 級(jí)級(jí)三三 級(jí)級(jí)延性破壞延性破壞3.73.22.7脆性破壞脆性破壞4.23.73.2結(jié)構(gòu)構(gòu)件承載能力極限狀態(tài)的設(shè)計(jì)可靠指標(biāo)結(jié)構(gòu)構(gòu)件承載能力極限狀態(tài)的設(shè)計(jì)可靠指標(biāo)結(jié)構(gòu)構(gòu)件結(jié)構(gòu)構(gòu)件正常使用極限狀態(tài)的設(shè)計(jì)可靠指標(biāo)正常使用極限狀態(tài)的設(shè)計(jì)可靠指標(biāo)，根據(jù)其作用效應(yīng)的可逆程，根據(jù)其作用效應(yīng)的可逆程度宜取度宜取01.5?？赡鏄O限狀態(tài)可逆極限狀態(tài)指產(chǎn)生超越狀態(tài)的作用被移去后，將不再保持超指產(chǎn)生超越狀態(tài)的作用被移去后，將不再保持超越狀態(tài)的一種極限狀態(tài)。越狀態(tài)的一種極限狀態(tài)。不可逆極限狀態(tài)不可逆極限狀態(tài)指產(chǎn)生超越狀態(tài)的作用被移去后，仍將永久保指產(chǎn)生超越狀態(tài)的作用

19、被移去后，仍將永久保持超越狀態(tài)的一種極限狀態(tài)。持超越狀態(tài)的一種極限狀態(tài)。3.2.43.2.4結(jié)構(gòu)的失效概率結(jié)構(gòu)的失效概率(probability of failure) fp 由于作用效應(yīng)由于作用效應(yīng) 和結(jié)構(gòu)抗力和結(jié)構(gòu)抗力 都是隨機(jī)變量或隨機(jī)過程，因此要絕對(duì)都是隨機(jī)變量或隨機(jī)過程，因此要絕對(duì)地保證地保證 總是大于總是大于 是不可能的。是不可能的。RSSR 由圖可見，在多數(shù)情況下，由圖可見，在多數(shù)情況下， 大于大于 。但是，由于。但是，由于 和和 的離散性，在的離散性，在它們概率密度曲線的重疊區(qū)（陰影段內(nèi)）仍有可能出現(xiàn)它們概率密度曲線的重疊區(qū)（陰影段內(nèi)）仍有可能出現(xiàn) 小于小于 的情況，這的情況，

20、這種可能性的大小用概率來表示就是失效概率種可能性的大小用概率來表示就是失效概率 。RRRSSSfp 和和 的概率密度曲線的概率密度曲線RS 當(dāng)結(jié)構(gòu)功能函數(shù)中僅有兩個(gè)獨(dú)立的隨機(jī)變量當(dāng)結(jié)構(gòu)功能函數(shù)中僅有兩個(gè)獨(dú)立的隨機(jī)變量 和和 ，且都服從正態(tài)分，且都服從正態(tài)分布時(shí)，功能函數(shù)布時(shí)，功能函數(shù) 的概率密度曲線如圖所示。的概率密度曲線如圖所示。ZRS 功能函數(shù)的概率密度曲線功能函數(shù)的概率密度曲線 結(jié)構(gòu)的失效概率可直接通過結(jié)構(gòu)的失效概率可直接通過 的概率（圖中陰影面積）來表達(dá)，即的概率（圖中陰影面積）來表達(dá)，即0f(0)( )ZZpP Zf Z dZ0Z 3.3.1 3.3.1 結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)狀況結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)狀況

21、（design situation) 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)根據(jù)結(jié)構(gòu)在施工和使用中的環(huán)境條件和影響，區(qū)分建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)根據(jù)結(jié)構(gòu)在施工和使用中的環(huán)境條件和影響，區(qū)分下列三種下列三種設(shè)計(jì)狀況設(shè)計(jì)狀況： 持久狀況持久狀況 短暫狀況短暫狀況 偶然狀況偶然狀況在結(jié)構(gòu)使用過程中一定出現(xiàn)，持在結(jié)構(gòu)使用過程中一定出現(xiàn)，持續(xù)時(shí)間較長的狀況續(xù)時(shí)間較長的狀況在結(jié)構(gòu)施工和使用過程中出現(xiàn)概在結(jié)構(gòu)施工和使用過程中出現(xiàn)概率較大，而與設(shè)計(jì)使用年限相比率較大，而與設(shè)計(jì)使用年限相比持續(xù)時(shí)間很短的狀況持續(xù)時(shí)間很短的狀況在結(jié)構(gòu)使用過程中出現(xiàn)概率很小，在結(jié)構(gòu)使用過程中出現(xiàn)概率很小，且持續(xù)期很短的狀況且持續(xù)期很短的狀況均應(yīng)進(jìn)行承載能力極

22、限狀態(tài)設(shè)均應(yīng)進(jìn)行承載能力極限狀態(tài)設(shè)計(jì)；對(duì)偶然狀況，允許主要承計(jì)；對(duì)偶然狀況，允許主要承重結(jié)構(gòu)因出現(xiàn)設(shè)計(jì)規(guī)定的偶然重結(jié)構(gòu)因出現(xiàn)設(shè)計(jì)規(guī)定的偶然事件而局部破壞，但其剩余部事件而局部破壞，但其剩余部分具有在一段時(shí)間內(nèi)不發(fā)生連分具有在一段時(shí)間內(nèi)不發(fā)生連續(xù)倒塌的可靠度；對(duì)持久狀況，續(xù)倒塌的可靠度；對(duì)持久狀況，尚應(yīng)進(jìn)行正常使用極限狀態(tài)設(shè)尚應(yīng)進(jìn)行正常使用極限狀態(tài)設(shè)計(jì)；對(duì)短暫狀況，可根據(jù)需要計(jì)；對(duì)短暫狀況，可根據(jù)需要進(jìn)行正常使用極限狀態(tài)設(shè)計(jì)進(jìn)行正常使用極限狀態(tài)設(shè)計(jì)3.3.23.3.2承載能力極限狀態(tài)設(shè)計(jì)表達(dá)式承載能力極限狀態(tài)設(shè)計(jì)表達(dá)式 按荷載效應(yīng)的按荷載效應(yīng)的基本組合基本組合或或偶然組合偶然組合，采用下列極限狀

23、態(tài)設(shè)計(jì)表達(dá)式：，采用下列極限狀態(tài)設(shè)計(jì)表達(dá)式：0SRckskcskkcs(,),ffRR ff aRa0結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)；結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)；R結(jié)構(gòu)構(gòu)件的承載力設(shè)計(jì)值；結(jié)構(gòu)構(gòu)件的承載力設(shè)計(jì)值；( )R 結(jié)構(gòu)構(gòu)件的承載力函數(shù)；結(jié)構(gòu)構(gòu)件的承載力函數(shù)；cs,ff混凝土、鋼筋的強(qiáng)度設(shè)計(jì)值；混凝土、鋼筋的強(qiáng)度設(shè)計(jì)值；混凝土、鋼筋的強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值；混凝土、鋼筋的強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值；結(jié)構(gòu)構(gòu)件的承載力設(shè)計(jì)值；結(jié)構(gòu)構(gòu)件的承載力設(shè)計(jì)值；幾何參數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)值；幾何參數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)值；ka荷載效應(yīng)組合的設(shè)計(jì)值。荷載效應(yīng)組合的設(shè)計(jì)值。cksk,ffcs,S 基本組合基本組合：荷載效應(yīng)組合的設(shè)計(jì)值應(yīng)從下列組合中取最不利值確定：荷載效應(yīng)組合的設(shè)計(jì)值應(yīng)從

24、下列組合中取最不利值確定：可變荷載效應(yīng)控制組合可變荷載效應(yīng)控制組合永久荷載效應(yīng)控制組合永久荷載效應(yīng)控制組合GGkQ1Q1kQiciQik2niSSSS GGkQiciQik1niSSS 偶然組合偶然組合：荷載效應(yīng)組合的設(shè)計(jì)值宜按下列規(guī)定確定：荷載效應(yīng)組合的設(shè)計(jì)值宜按下列規(guī)定確定：偶然荷載的代表值不乘分項(xiàng)系數(shù)；偶然荷載的代表值不乘分項(xiàng)系數(shù)；與偶然荷載同時(shí)出現(xiàn)的其他荷載可根據(jù)觀測資料和工程經(jīng)驗(yàn)采用適與偶然荷載同時(shí)出現(xiàn)的其他荷載可根據(jù)觀測資料和工程經(jīng)驗(yàn)采用適當(dāng)?shù)拇碇?。?dāng)?shù)拇碇怠?荷載分項(xiàng)系數(shù)荷載分項(xiàng)系數(shù) ：調(diào)整荷載標(biāo)準(zhǔn)值使結(jié)構(gòu)可靠度趨于相同。：調(diào)整荷載標(biāo)準(zhǔn)值使結(jié)構(gòu)可靠度趨于相同。 荷載分項(xiàng)系數(shù)是

25、根據(jù)下述荷載分項(xiàng)系數(shù)是根據(jù)下述原則原則優(yōu)選確定的。即在各項(xiàng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值已給定優(yōu)選確定的。即在各項(xiàng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值已給定的條件下，對(duì)各類結(jié)構(gòu)構(gòu)件在各種長期的荷載效應(yīng)比值和荷載效應(yīng)組合下，的條件下，對(duì)各類結(jié)構(gòu)構(gòu)件在各種長期的荷載效應(yīng)比值和荷載效應(yīng)組合下，用不同的分項(xiàng)系數(shù)值，按極限狀態(tài)設(shè)計(jì)表達(dá)式設(shè)計(jì)各種構(gòu)件并計(jì)算其所具有用不同的分項(xiàng)系數(shù)值，按極限狀態(tài)設(shè)計(jì)表達(dá)式設(shè)計(jì)各種構(gòu)件并計(jì)算其所具有的可靠指標(biāo)，然后從中選取一組分項(xiàng)系數(shù)，使按此設(shè)計(jì)所得的各種結(jié)構(gòu)構(gòu)件的可靠指標(biāo)，然后從中選取一組分項(xiàng)系數(shù)，使按此設(shè)計(jì)所得的各種結(jié)構(gòu)構(gòu)件所具有的可靠指標(biāo)與規(guī)定的設(shè)計(jì)可靠指標(biāo)之間在總體上差異最小。所具有的可靠指標(biāo)與規(guī)定的設(shè)計(jì)可靠指標(biāo)

26、之間在總體上差異最小。 荷載設(shè)計(jì)值荷載設(shè)計(jì)值：荷載分項(xiàng)系數(shù)與荷載標(biāo)準(zhǔn)值的乘積。：荷載分項(xiàng)系數(shù)與荷載標(biāo)準(zhǔn)值的乘積。 荷載組合值系數(shù)荷載組合值系數(shù) ：考慮各可變荷載最大值在同一時(shí)刻出現(xiàn)的概率很：考慮各可變荷載最大值在同一時(shí)刻出現(xiàn)的概率很小，若設(shè)計(jì)中仍采用各荷載效應(yīng)設(shè)計(jì)值疊加，則可能造成結(jié)構(gòu)可靠度不一致，小，若設(shè)計(jì)中仍采用各荷載效應(yīng)設(shè)計(jì)值疊加，則可能造成結(jié)構(gòu)可靠度不一致，因而必須對(duì)可變荷載設(shè)計(jì)值再乘以調(diào)整系數(shù)，即荷載組合值系數(shù)。因而必須對(duì)可變荷載設(shè)計(jì)值再乘以調(diào)整系數(shù)，即荷載組合值系數(shù)。,GQci 荷載組合值荷載組合值 ：可變荷載設(shè)計(jì)值乘以荷載組合值系數(shù)。：可變荷載設(shè)計(jì)值乘以荷載組合值系數(shù)。ciikQ

27、 材料分項(xiàng)系數(shù)材料分項(xiàng)系數(shù)：考慮材料的離散性和施工中不可避免的偏差帶來的不利：考慮材料的離散性和施工中不可避免的偏差帶來的不利影響。影響。 材料強(qiáng)度設(shè)計(jì)值材料強(qiáng)度設(shè)計(jì)值：材料強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值乘以材料分項(xiàng)系數(shù)。：材料強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值乘以材料分項(xiàng)系數(shù)。 確定鋼筋和混凝土材料分項(xiàng)系數(shù)時(shí)，對(duì)于具有統(tǒng)計(jì)資料的材料，按設(shè)計(jì)確定鋼筋和混凝土材料分項(xiàng)系數(shù)時(shí)，對(duì)于具有統(tǒng)計(jì)資料的材料，按設(shè)計(jì)可靠指標(biāo)可靠指標(biāo) 通過可靠度分析確定；對(duì)統(tǒng)計(jì)資料不足的情況，則以工程經(jīng)驗(yàn)通過可靠度分析確定；對(duì)統(tǒng)計(jì)資料不足的情況，則以工程經(jīng)驗(yàn)為主要依據(jù)，通過對(duì)規(guī)范為主要依據(jù)，通過對(duì)規(guī)范(TJ10-74）結(jié)構(gòu)構(gòu)件的校準(zhǔn)計(jì)算確定。）結(jié)構(gòu)構(gòu)件的校準(zhǔn)計(jì)算確定。

28、 可變荷載的頻遇值可變荷載的頻遇值： 可變荷載的準(zhǔn)永久值可變荷載的準(zhǔn)永久值：在設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)，其超越的總時(shí)間為規(guī)定的較小比在設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)，其超越的總時(shí)間為規(guī)定的較小比率或超越頻率為規(guī)定頻率的荷載值。可由可變荷載率或超越頻率為規(guī)定頻率的荷載值。可由可變荷載的頻遇值系數(shù)乘以可變荷載標(biāo)準(zhǔn)值求得。的頻遇值系數(shù)乘以可變荷載標(biāo)準(zhǔn)值求得。在設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)，其超越的總時(shí)間約為設(shè)計(jì)基準(zhǔn)在設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)，其超越的總時(shí)間約為設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期一半的荷載值?？捎煽勺兒奢d的準(zhǔn)永久值系數(shù)期一半的荷載值。可由可變荷載的準(zhǔn)永久值系數(shù)乘以可變荷載標(biāo)準(zhǔn)值求得。乘以可變荷載標(biāo)準(zhǔn)值求得。可變荷載的一個(gè)樣本可變荷載的一個(gè)樣本2 2 正常使用極限狀態(tài)

29、設(shè)計(jì)表達(dá)式正常使用極限狀態(tài)設(shè)計(jì)表達(dá)式3.3.33.3.3正常使用極限狀態(tài)設(shè)計(jì)表達(dá)式正常使用極限狀態(tài)設(shè)計(jì)表達(dá)式 按荷載效應(yīng)的按荷載效應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)組合標(biāo)準(zhǔn)組合、頻遇組合頻遇組合、準(zhǔn)永久組合準(zhǔn)永久組合或或標(biāo)準(zhǔn)組合并考慮長期標(biāo)準(zhǔn)組合并考慮長期作用影響作用影響，采用下列極限狀態(tài)設(shè)計(jì)表達(dá)式：，采用下列極限狀態(tài)設(shè)計(jì)表達(dá)式：SCS 正常使用極限狀態(tài)的荷載效應(yīng)組合值。正常使用極限狀態(tài)的荷載效應(yīng)組合值。C 結(jié)構(gòu)構(gòu)件達(dá)到正常使用要求所規(guī)定的變形、裂縫寬度、應(yīng)力等的結(jié)構(gòu)構(gòu)件達(dá)到正常使用要求所規(guī)定的變形、裂縫寬度、應(yīng)力等的限值；限值； 標(biāo)準(zhǔn)組合標(biāo)準(zhǔn)組合： 頻遇組合頻遇組合： 準(zhǔn)永久組合準(zhǔn)永久組合：kGkQ1kciQik2n

30、iSSSSfGkf1Q1kqiQik2niSSSSqGkqiQik1niSSS僅適用于荷載效僅適用于荷載效應(yīng)為線性的情況應(yīng)為線性的情況 正常使用極限狀態(tài)正常使用極限狀態(tài)驗(yàn)算規(guī)定驗(yàn)算規(guī)定:對(duì)結(jié)構(gòu)構(gòu)件進(jìn)行抗裂驗(yàn)算時(shí)，應(yīng)按荷載效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)組合和準(zhǔn)永久對(duì)結(jié)構(gòu)構(gòu)件進(jìn)行抗裂驗(yàn)算時(shí)，應(yīng)按荷載效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)組合和準(zhǔn)永久組合進(jìn)行計(jì)算，其計(jì)算值不應(yīng)超過規(guī)范規(guī)定的相應(yīng)限值。組合進(jìn)行計(jì)算，其計(jì)算值不應(yīng)超過規(guī)范規(guī)定的相應(yīng)限值。結(jié)構(gòu)構(gòu)件的裂縫寬度按荷載效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)組合并考慮長期作用影響結(jié)構(gòu)構(gòu)件的裂縫寬度按荷載效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)組合并考慮長期作用影響進(jìn)行計(jì)算，構(gòu)件的最大裂縫寬度不應(yīng)超過規(guī)范規(guī)定的最大裂縫進(jìn)行計(jì)算，構(gòu)件的最大裂縫寬度不應(yīng)超過規(guī)范規(guī)定

31、的最大裂縫寬度限值。寬度限值。受彎構(gòu)件的最大撓度應(yīng)按荷載效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)組合并考慮荷載長期作受彎構(gòu)件的最大撓度應(yīng)按荷載效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)組合并考慮荷載長期作用影響進(jìn)行計(jì)算，其計(jì)算值不應(yīng)超過規(guī)范規(guī)定的撓度限值。用影響進(jìn)行計(jì)算，其計(jì)算值不應(yīng)超過規(guī)范規(guī)定的撓度限值。3.3.43.3.4荷載的統(tǒng)計(jì)特性荷載的統(tǒng)計(jì)特性(statistical characteristic of a load) 我國對(duì)建筑結(jié)構(gòu)的各種恒載、民用房屋樓面活荷載、風(fēng)荷載和雪荷載我國對(duì)建筑結(jié)構(gòu)的各種恒載、民用房屋樓面活荷載、風(fēng)荷載和雪荷載進(jìn)行了大量的調(diào)查和實(shí)測工作。對(duì)所取得的資料應(yīng)用概率統(tǒng)計(jì)方法處理后，進(jìn)行了大量的調(diào)查和實(shí)測工作。對(duì)所取得的資料應(yīng)用概率統(tǒng)計(jì)方法處理后，得到了這些荷載的概率分布統(tǒng)計(jì)參數(shù)。得到了這些荷載的概率分布統(tǒng)計(jì)參數(shù)。 永久荷載永久荷載 正態(tài)分布正態(tài)分布 可變荷載可變荷載 可變荷載隨時(shí)間的變異可統(tǒng)一用隨可變荷載隨時(shí)間的變異可統(tǒng)一用隨機(jī)過程來描述。對(duì)可變荷載隨機(jī)過機(jī)過程來描述。對(duì)可變荷載隨機(jī)過程的樣本函數(shù)處理后可得到可變荷程的樣本函數(shù)處理后可得到可變荷載在任意時(shí)點(diǎn)的概率分