1、 結構的可靠度 荷載和材料強度 極限狀態設計法 極限狀態設計表達式第2章 混凝土結構設計方法2.1、 結構的可靠度一、結構上的作用、作用效應及結構抗力結構上的作用：指施加在結構上的集中力或分布力，以及引起結構外加變形或約束變形的各種因素（如地震、基礎差異沉降、溫度變化、混凝土收縮等）。永久作用、可變作用、偶然作用為隨機變量和隨機過程作用效應：直接作用或間接作用作用在結構構件上，由此在結構內產生內力和變形（如軸力、剪力、彎矩、扭矩及撓度、轉角、裂縫等）。荷載效應一般用S表示結構力學的主要內容！結構抗力：指整個結構可結構構件承受作用效應（即內力和變形）的能力，如構件的承載力、剛度等。結構抗力一般用

2、R表示，為隨機變量結構或構件承受作用效應的能力，如受彎承載力Mu、受剪承載力Vu、容許撓度f、容許裂縫寬度w。R結構抗力R = R(fc, fy, A, h0, As, )本課程的主要內容！ 可靠性安全性、適用性和耐久性的總稱 指結構在規定的時間內，在規定的條件下（正常設計、正常施工、正常使用和維護），完成預定功能的能力。結構的可靠度則是指結構在規定的時間內、在規定的條件下完成預定功能的概率。 結構的可靠性 reliability2.2、荷載和材料強度建筑結構荷載規范（GB50009-2001）規定的荷載的基本代表值（按極限狀態設計時采用的荷載基本代表值）；它是指設計基準期間(統一規定50年)

3、，最大荷載概率分布的某一分位值確定。荷載標準值材料強度標準值 Rk取值原則: 在符合規定質量的材料強度實測值的總體中，標準強度應具有不小于95%的保證率，即按概率分布的分位數確定。一、結構的極限狀態整個結構或結構的一部分超過某一特定狀態就不能滿足設計規定的某一功能要求，此特定狀態稱為該功能的極限狀態。實質：結構可靠與失效的界限。分類：承載能力極限狀態、正常使用極限狀態2.3、極限狀態設計法1、承載能力的極限狀態 這種極限狀態對應于結構或構件達到最大承載能力或達到不適于繼續承載的變形。當結構或構件出現下列狀態之一時，應認為超過了承載能力極限狀態。 整個結構或結構的一部分作為剛體失去平 衡（如傾覆

4、）；結構構件或連接因所受應力超過材料強度而 破壞（包括疲勞破壞），或者過度變形而不 適于繼續承載；結構轉變變機動體系；結構或結構構件喪失穩定（如壓屈等）；地基喪失承載能力而破壞（如失穩等） 承載能力極限狀態主要考慮有關結構安全性的功能，出現的概率應很低。對于任何承載的結構或構件，都需要按承載能力極限狀態進行設計！2、正常使用極限狀態 這種極限狀態對應于結構或構件達到正常使用或耐久性能的某項規定限值。當結構或構件出現下列狀態之一時，應認為超過了正常使用極限狀態。影響正常使用或外觀的變形，如吊車梁變形過大 使吊車不能平穩行駛，梁撓度過大影響 外觀；影響正常使用或耐久性能的局部損壞（包括 裂縫），如

5、水池開裂漏水不能正常使用， 裂縫寬度過寬致使鋼筋銹蝕；影響正常作用的振動，如因機器振動而導致的振 幅超過按正常使用要求所規定的限值；影響正常使用的其他特定狀態，如相對沉降量過 大等。 正常使用極限狀態主要考慮有關結構適用性和耐久性的功能，對財產和生命的危害較小，故出現的概率允許稍高一些，但仍予以足夠的重視。 通常對結構構件先承載能力極限狀態進行承載能力計算，然后根據使用要求按正常使用極限狀態進行變形、裂縫寬度或抗裂等驗算！可靠度：結構在規定時間內，在規定的條件下，完成預定功能的概率。是結構可靠性的概率度量可靠概率：結構能完成預定功能的概率。Ps失效概率：結構不能完成預定功能的概率。Pf結構的功

6、能函數和極限狀態方程Z=R-S0 時，結構能夠完成預定的功能，處于可 靠狀態；Z=R-S=0時，結構達到極限狀態；Z=R-SR) =P(Z R)目標可靠度：設計規范所規定的、作為設計結構或結構構件時所應達到的可靠指標，稱為設計或目標可靠度。（3）目標（設計）可靠度b目標可靠度與失效概率的關系 50年后并不是結構就失效，而是失效概率增加。同時，結構失效也并不表示結構倒塌。 我國對于一般工程結構，當為延性破壞時，其可靠指標取b =3.2，對脆性破壞取b =3.7。 對于重要的工程結構，應提高可靠指標。安全等級：根據建筑物的重要性不同，即一旦結構發生破壞時對生命財產的危害程度及社會影響的不同，將建筑

7、物分為三個安全等級。（4）安全等級一級：破壞后果很嚴重的重要建筑物；二級：破壞后果嚴重的一般工業與民用建筑物；三級：破壞后果不嚴重的次要建筑物；對于承載力極限狀態，其相應的目標可靠指標見下表破壞類型安全等級一級二級三級延性破壞脆性破壞3.74.23.23.72.73.2 2.4、極限狀態設計表達式混凝土結構設計規范（GB50010-2002）3.3.1 本規范采用以概率理論為基礎的極限狀態設計方法，以可靠指標度量結構的可靠度，采用分項系數表達式進行設計 2.4、極限狀態設計表達式混凝土結構設計規范（GB50010-2002）3.2.1建筑結構設計應根據使用過程中在結構上要能同時出現的荷載，按承

8、載能力極限狀態和正常作用極限狀態分別進行荷載（效應組合），并應取各自的最不利的效應組合進行設計！一、承載能力極限狀態設計表達式1、基本表達式 安全等級為一級或設計使用年限為100年及以上的結構構件取0 =1.1；安全等級為二級或設計使用年限為50年的結構構件取0 =1.0；安全等級為三級或設計使用年限為5年的結構構件取0 =0.9。結構重要性系數0荷載設計值：荷載效應的標準值與荷載分項系數（1.0）的乘積。抗力設計值：結構抗力標準值與抗力分項系數（1）的乘積。 由可變荷載效應控制的組合：2、荷載效應組合的設計值S 由永久荷載效應控制的組合：SGk：在基本組合中起控制作用的一個可變荷載標準值的效

9、應；ci：第i個可變荷載的組合系數，風 荷載取0.6；其他可變荷載取0.7；當永久荷載效應對結構不利時，對由可 變荷載效應控制的組合一般G=1.2；對由永久荷載效應控制的組合取1.35；當永久荷載效應對結構有利時，取G=1.0；Q1、 Qi、 ：可變荷載的分項系數Q1= Qi =1.4；G：永久荷載分項系數。Q1、 Qi、 ：可變荷載的分項系數一般Q1= Qi =1.4；對工業建筑樓面結構，當活荷載標準值大于4kN/m2時，從經濟效果考慮，應取1.3。對于一般排架、框架結構簡化公式由可變荷載效應控制的組合對于一般排架、框架結構簡化公式由永久荷載效應控制的組合，同上采用荷載的組合值、準永久值及頻

10、遇值如：構件的變形、抗裂度及裂縫寬度；二、正常使用極限狀態設計表達式對于標準組合，荷載效應組合值Sk對于準永久組合，荷載效應組合值Sk荷載效應的頻遇組合設計值可變荷載的頻遇值系數有一使用年限為100年的辦公樓頂層柱，經計算，已知在永久荷載標準值、屋面活荷載標準值、風荷載標準值分別作用下引起的該柱軸向壓力標準值分別為NGK=40kN，NQK=12kN，NWK=4kN。屋面活荷載、風荷載的組合系數分0.7，0.6，試分別確定該柱在按承載能力和正常使用極限狀態組合時的軸向壓力設計值。習題1有一使用年限為5年的臨時辦公樓的簡支梁，其計算跨度為10m，由永久荷載標準值產生的梁上線荷載為10kN/m, 由樓面均布活荷載標準值產生的梁上線