建筑結(jié)構(gòu)計(jì)算基本原則-概率極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法（建筑結(jié)構(gòu)）

目錄/CONTENT一、基本概念二、結(jié)構(gòu)極限狀態(tài)分類三、承載能力極限狀態(tài)四、正常使用極限狀態(tài)五、按承載能力極限狀態(tài)

設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)表達(dá)式六、正常使用極限狀態(tài)設(shè)計(jì)

的設(shè)計(jì)表達(dá)式基本概念01一、基本概念工作狀態(tài)：結(jié)構(gòu)在使用期間的工作情況；可靠狀態(tài)：結(jié)構(gòu)能夠滿足各項(xiàng)功能要求而良好工作的狀態(tài)；失效狀態(tài)：結(jié)構(gòu)不能夠滿足各項(xiàng)或某項(xiàng)功能要求而不能良好工作的狀態(tài)。極限狀態(tài)：當(dāng)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)而不能滿足設(shè)計(jì)

規(guī)定的某一功能要求時(shí)，則此特定狀態(tài)稱為該結(jié)構(gòu)的極限狀態(tài)。※結(jié)構(gòu)的極限狀態(tài)也是結(jié)構(gòu)處于可靠狀態(tài)與失效狀態(tài)的臨界狀態(tài)。結(jié)構(gòu)極限狀態(tài)分類02二、結(jié)構(gòu)極限狀態(tài)分類國際預(yù)應(yīng)力混凝土協(xié)會(huì)極限狀態(tài)正常使用極限狀態(tài)

承載能力極限狀態(tài)

國際標(biāo)準(zhǔn)化組織我國的可靠度標(biāo)準(zhǔn)、各種規(guī)范歐洲混凝土協(xié)會(huì)承載能力極限狀態(tài)03三、承載能力極限狀態(tài)對(duì)應(yīng)于結(jié)構(gòu)或構(gòu)件達(dá)到最大承載能力或不適于繼續(xù)承載的變形的狀態(tài)超過承載能力極限狀態(tài)7465132地基喪失承載力而破壞整個(gè)結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)的一部分作為剛體失去平衡（滑動(dòng)、倒塌）結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變成機(jī)動(dòng)體系結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件的疲勞破壞結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件喪失穩(wěn)定（柱的壓曲失穩(wěn)）結(jié)構(gòu)因局部破壞而發(fā)生連續(xù)倒塌結(jié)構(gòu)構(gòu)件或連接處因超過材料強(qiáng)度而破壞，或因過度的變形而不能繼續(xù)承載。正常使用極限狀態(tài)01四、正常使用極限狀態(tài)對(duì)應(yīng)于結(jié)構(gòu)或構(gòu)件達(dá)到正常使用或耐久性能的某項(xiàng)規(guī)定限值的狀態(tài)。影響正常使用或外觀的變形影響正常使用或耐久性能的局部損壞影響正常使用的振動(dòng)影響正常使用的其它特定狀態(tài)超過正常使用極限狀態(tài)按承載能力極限狀態(tài)設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)表達(dá)式05五、按承載能力極限狀態(tài)設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)表達(dá)式1.實(shí)用表達(dá)式2.荷載效應(yīng)基本組合設(shè)計(jì)值S一般結(jié)構(gòu)構(gòu)件：選下列計(jì)算中較大者。（1）由可變荷載控制時(shí)（2）由永久荷載控制時(shí)式中：γ0---結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)；當(dāng)安全等級(jí)為一級(jí)或使用年限為100年時(shí)，取1.1；當(dāng)安全等級(jí)為二級(jí)或使用年限為50年時(shí)，取1.0;

當(dāng)安全等級(jí)為三級(jí)或使用年限為5年時(shí),取0.9。結(jié)構(gòu)的安全等級(jí)按結(jié)構(gòu)的重要性劃分一級(jí)：重要建筑二級(jí)：一般建筑三級(jí)：次要建筑※應(yīng)用公式時(shí)應(yīng)注意：當(dāng)考慮以豎向的永久荷載效應(yīng)控制的組合時(shí)，參與組合的可變荷載僅限于豎向荷載；荷載設(shè)計(jì)值是荷載代表值與荷載分項(xiàng)系數(shù)的乘積；混凝土結(jié)構(gòu)和砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)采用內(nèi)力表達(dá)式，實(shí)質(zhì)上就是永久荷載和可變荷載同時(shí)作用時(shí)，在結(jié)構(gòu)上產(chǎn)生的內(nèi)力組合，其目標(biāo)是求出結(jié)構(gòu)可能的最大內(nèi)力；鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)采用應(yīng)力表達(dá)，實(shí)質(zhì)上就是永久荷載和可變荷載同時(shí)作用時(shí)在構(gòu)件截面上產(chǎn)生的最大應(yīng)力。正常使用極限狀態(tài)設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)表達(dá)式06六、正常使用極限狀態(tài)設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)表達(dá)式1.實(shí)用表達(dá)式2.標(biāo)準(zhǔn)組合3.頻遇組合主要用于當(dāng)一個(gè)極限狀態(tài)被超越時(shí)產(chǎn)生嚴(yán)重的永久性損壞的情況。主要用于當(dāng)一個(gè)極限狀態(tài)被超越時(shí)將產(chǎn)生局部損壞、較大變形或短暫震動(dòng)等的情況。主要用于當(dāng)長期效應(yīng)是決定性因素的一些情況。4.準(zhǔn)永久組合式中：ψf1

，ψqi

——可變荷載頻遇值系數(shù)，準(zhǔn)永久值系數(shù)，查《荷載規(guī)范》可以得到?！⒁猓?.荷載取用代表值，不考慮分項(xiàng)系數(shù)，也不考慮結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)。

2.與承載能力極限狀態(tài)設(shè)計(jì)相同，對(duì)于混凝土結(jié)構(gòu)采用內(nèi)力表達(dá)，

而鋼結(jié)構(gòu)采用應(yīng)力表達(dá)。目錄/CONTENT一、結(jié)構(gòu)的功能要求二、可靠性與可靠度三、結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)使用年限和設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期結(jié)構(gòu)的功能要求01一、結(jié)構(gòu)的功能要求安全性在正常施工和正常使用情況下，結(jié)構(gòu)能夠承受可能出現(xiàn)的各種作用；在偶然事件發(fā)生時(shí)和發(fā)生后，還能夠保持整體穩(wěn)定性。耐久性在正常使用及維護(hù)情況下，結(jié)構(gòu)能夠滿足設(shè)計(jì)的預(yù)定功能。適用性在正常使用情況下，結(jié)構(gòu)具有良好的工作性能，結(jié)構(gòu)或構(gòu)件不發(fā)生過大的變形和振動(dòng)。一、結(jié)構(gòu)的功能要求一、結(jié)構(gòu)的功能要求可靠性與可靠度02二、可靠性與可靠度可靠性——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)定功能的能力。

可靠性是安全性、實(shí)用性、耐久性的總稱。可靠度——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。規(guī)定的時(shí)間：設(shè)計(jì)使用年限；規(guī)定的條件：正常設(shè)計(jì)、正常施工、正常使用和正常維護(hù)預(yù)定功能：安全性、適用性、耐久性。結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)使用年限和設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期03三、結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)使用年限和設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期設(shè)計(jì)使用年限——是結(jié)構(gòu)或構(gòu)件在正常維護(hù)條件下，不需要大修即可按其設(shè)計(jì)規(guī)定目的使用的年限。設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期——是確定可變作用的出現(xiàn)頻率和設(shè)計(jì)時(shí)的取值而規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)段。注意：結(jié)構(gòu)的使用年限超過設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期時(shí)，表明它的失效概率可能會(huì)增大，不能保證其目標(biāo)可靠指標(biāo)，但不等于結(jié)構(gòu)喪失所有功能要求甚至報(bào)廢。三、結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)使用年限和設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)使用年限類別結(jié)構(gòu)類型結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)使用年限（年）１臨時(shí)性結(jié)構(gòu)5２易于替換的結(jié)構(gòu)構(gòu)件25３普通房屋和構(gòu)筑物50４紀(jì)念性建筑和特別重要建筑100建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期為50年。三、結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)使用年限和設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期公路橋涵的設(shè)計(jì)使用年限橋涵結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期為100年。公路等級(jí)主體結(jié)構(gòu)可更換部件特大橋中橋小橋、涵洞斜拉索、吊索、系桿等欄桿、伸縮縫、支座等高速公路、一級(jí)公路100100502015二級(jí)公路、三級(jí)公路1005030四級(jí)公路1005030小結(jié)一、結(jié)構(gòu)功能的要求二、可靠性的概念三、可靠度的概念四、設(shè)計(jì)使用年限01結(jié)構(gòu)功能的要求安全性、適用性、耐久性。本課小結(jié)02可靠性的概念結(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)定功能的能力。03可靠度的概念結(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。04設(shè)計(jì)使用年限結(jié)構(gòu)或構(gòu)件在正常維護(hù)條件下，不需要大修即可按其設(shè)計(jì)規(guī)定目的使用的年限。如何區(qū)分結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)使用年限和設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期？思考題目錄/CONTENT一、相關(guān)概念二、極限狀態(tài)的分類三、承載能力極限狀態(tài)四、正常使用極限狀態(tài)相關(guān)概念01一、相關(guān)概念結(jié)構(gòu)的極限狀態(tài)也是結(jié)構(gòu)處于可靠狀態(tài)與失效狀態(tài)的臨界狀態(tài)。工作狀態(tài)：結(jié)構(gòu)在使用期間的工作情況。可靠狀態(tài)：結(jié)構(gòu)能夠滿足各項(xiàng)功能要求而良好工作的狀態(tài)。失效狀態(tài)：結(jié)構(gòu)不能夠滿足各項(xiàng)或某項(xiàng)功能要求而不能良好工作的狀態(tài)。極限狀態(tài)：當(dāng)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)而不能滿足設(shè)計(jì)規(guī)定的某一功能要求時(shí)，則此特定狀態(tài)稱為該結(jié)構(gòu)的極限狀態(tài)。極限狀態(tài)的分類02二、極限狀態(tài)的分類極限狀態(tài)歐洲混凝土協(xié)會(huì)承載能力極限狀態(tài)正常使用極限狀態(tài)國際預(yù)應(yīng)力混凝土協(xié)會(huì)國際標(biāo)準(zhǔn)化組織我國的可靠度標(biāo)準(zhǔn)、各種規(guī)范承載能力極限狀態(tài)03對(duì)應(yīng)于結(jié)構(gòu)或構(gòu)件達(dá)到最大承載能力或不適于繼續(xù)承載的變形的狀態(tài)。三、承載能力極限狀態(tài)三、承載能力極限狀態(tài)整個(gè)結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)的一部分作為剛體失去平衡（滑動(dòng)、倒塌）結(jié)構(gòu)構(gòu)件或連接處因超過材料強(qiáng)度而破壞，或因過度的變形而不能繼續(xù)承載。結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變成機(jī)動(dòng)體系結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件喪失穩(wěn)定（柱的壓曲失穩(wěn)）結(jié)構(gòu)因局部破壞而發(fā)生連續(xù)倒塌結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件的疲勞破壞1.超過承載能力極限狀態(tài)123456正常使用極限狀態(tài)04對(duì)應(yīng)于結(jié)構(gòu)或構(gòu)件達(dá)到正常使用或耐久性能的某項(xiàng)規(guī)定限值的狀態(tài)。四、正常使用極限狀態(tài)四、正常使用極限狀態(tài)01影響正常使用或外觀的變形02影響正常使用或耐久性能的局部損壞03影響正常使用的振動(dòng)04影響正常使用的其它特定狀態(tài)1.超過正常使用極限狀態(tài)小結(jié)一、結(jié)構(gòu)極限狀態(tài)的相關(guān)概念二、極限狀態(tài)的分類工作狀態(tài)、可靠狀態(tài)、失效狀態(tài)、極限狀態(tài)。承載能力極限狀態(tài)、正常使用極限狀態(tài)。給定一個(gè)狀態(tài)，能否判定出是超過了承載能力極限狀態(tài)還是正常使用極限狀態(tài)？思考題例題某辦公樓鋼筋混凝土，矩形截面簡支梁，安全等級(jí)為二級(jí)，截面尺b×h=200mm×400mm，計(jì)算跨徑l0=5m，凈跨境ln=4.86m，承受均布荷載：可變荷載標(biāo)準(zhǔn)值7KN/m，永久荷載標(biāo)準(zhǔn)值10KN/m（不包括自重）。試計(jì)算按承載能力極限狀態(tài)設(shè)計(jì)時(shí)的跨中彎矩設(shè)計(jì)值和支座邊緣截面剪力設(shè)計(jì)值。解：①查《荷載規(guī)范》可得：可變荷載組合值系數(shù)ψc=0.7。安全等級(jí)為二級(jí)，則結(jié)構(gòu)重要性系γ0=1.0。②鋼筋混凝土的重力密度標(biāo)準(zhǔn)值為25KN/m3，故梁自重標(biāo)準(zhǔn)值為25×0.2×0.4=2KN/m，從而永久荷載標(biāo)準(zhǔn)值gk=10+2=12KN/m。③永久荷載產(chǎn)生的跨中彎矩