砼结构02设计方法-4(简单)

（施工、使用、破坏）可能受到的各种外界影响 的大小和变化情况
◆
外界影响：各种荷载、温度变化、沉降、收缩徐 变、地震、侵蚀、冻融等 全面合理的确定结构可靠性。
◆ 以及结构尺寸、材料强度等的变异情况，以便科学
2 混凝土结构的基本设计原则
2.1 结构上的作用F、作用效应S、结构抗力R
2.1.1结构上的作用F:所有使结构产生内力和变形 的原因
◆ 结构的可靠性和可靠度
■
可靠性——安全性、适用性和耐久性的总称
就是指结构在规定的时间内（结构的设计使用年限）， 在规定的条件下（正常设计、正常施工、正常使用和维 护），完成预定结构功能（安全性、适用性和耐久性） 的能力。
■
■ 结构可靠性越高，建设造价投资越大。 ■可靠度——是指结构在规定的时间内，在规定的条件下，
结构功能函数 Z = R - S
Pf Pf
或

f(Z)
bz
b b
Pf
z
Z=R- S
M < Mu f < flim wmax<wlim
M = Mu f = flim wmax= wlim
M > Mu f > flim wmax> wlim
2.3 极限状态
2 混凝土结构的基本设计原则
2.3.1承载能力极限状态 Ultimate Limit State
超过该极限状态，结构就不能满足预定的安全性功能要求。 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： ◆整个结构或结构的一部分作为刚体失去平衡（如倾覆、滑移 等）； ◆ 结构或构件达到最大承载力（包括疲劳）； ◆ 结构塑性变形过大而不适于继续使用；
R = R(fc, fy, A, h0, As, …) M f A h x 结构课的主要内容 u y s 0
2
2.3 极限状态
2 混凝土结构的基本设计原则
2.4 以概率理论为基础的极限状态设计法
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已。 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。
1.直接作用：施加在结构上的集中荷载和分布荷载 (即永久荷载或称恒荷载、可变荷载或称活荷载等) 2.间接作用：引起结构外加变形和约束变形的原因，如基础沉 降、温度变化、混凝土收缩、焊接等作用。
2.1 结构上的作用、作用效应、结构抗力
2 混凝土结构的基本设计原则
2.1.1结构上的作用F
◆荷载按时间的变异分类 （1）永久荷载：在结构使用期间，其值不随时间变化，或其 变化与平均值相比可以忽略不计，或其变化 是单调的并能趋于限值的荷载。 例如，结构自重、土压力等。 （2）可变荷载：在结构使用期间，其值随时间变化，且其变化 与平均值相比不可以忽略不计的荷载。 例如楼面活荷载、风荷载、雪荷载、吊车荷载等。 （3）偶然荷载：在结构使用期间不一定出现，一旦出现，其值 很大且持续时间很短的荷载。 例如罕遇地震、爆炸、撞击等 。
2 混凝土结构的基本设计原则
2 混凝土结构的基本设计原则
Design Principle of Concrete Structure
2 混凝土结构的基本设计原则
◆ 工程结构的设计需要保证安全可靠、经济合理
◆ 由于实际工程结构中存在多种不确定性
◆ 结构设计方法就是研究工程设计中的各种不确定
性问题，取得安全可靠与经济合理之间的均衡
S = R 极限状态 S > R 失效
S——作用效应 Action Effect 结构上的作用（使结构产生内力和变形的原因，如荷载、 不均匀沉降、温度变形、收缩变形、地震等）引起的效应 如弯矩M、轴力N、剪力V、扭矩T、挠度 f、裂缝宽度 w 等 1 2 M pl S = S(Q) 结构力学的主要内容 8 R——结构抗力 Resistance 结构抵抗作用效应的能力，如受弯承载力Mu、受剪承载 力Vu、容许挠度flim、容许裂缝宽度wlim
◆ 结构能够满足功能要求而良好地工作，则称结构是“可靠”
的或“有效”的；反之，则结构为“不可靠”或“失效”。
◆ 区分结构“可靠”与“失效”的临界工作状态称为“极限
状态”
表 2.1 钢筋混凝土简支梁的可靠、失效和极限状态概念 可靠 极限状态 失效
结构的功能要求 安全性 适用性 耐久性 受弯承载力 挠度变形 裂缝宽度
2 混凝土结构的基本设计原则
2.4 以概率理论为基础的极限状态设计法
结构功能函数 Z = R - S
f(Z)
bz
Pf =P (S >R) =P(Z< 0)
Z Pf b Z
Pf
z
Z=R- S
b —可靠指标 reliability index
b值
失效概率 Pf 2.7 3.5×10-3 3.2 6.9×10-4 3.7 1.1×10-4 4.2 1.3×10-5
注1 对特殊的建筑物，其安全等级应根据具体情况另行确定； 2 地基基础设计安全等级及按抗震要求设计时建筑结构的安全等级， 尚应符合国家现行有关规范的规定。
2.2结构的功能要求
2 混凝土结构的基本设计原则
2.3 极限状态 Limit State
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规定 的某一功能要求，此特定状态称为该功能的极限状态。
◆结构的设计使用年限:是指设计规定的结构或结构构件不需进行 大 修即可按其预定目的使用的时期。 《标推》采用的设计使用年限为：临时性结构5年；易于替换的结 构构件25年；普通房屋和构筑物50年；纪念性建筑和特别重要的建 筑结构100年。 《标推》-------建筑结构可靠度设计统一标准
2.1 结构上的作用、作用效应、结构抗力
◆ 过大的变形、侧移（影响非结构构件、不安全感、不能正常使
用（吊车）等）；
◆ 过大的裂缝（钢筋锈蚀、不安全感、漏水等）； ◆ 过大的振动（不舒适）； ◆ 影响正常使用的其他特定状态。
2.3 极限状态
2 混凝土结构的基本设计原则
2.3 极限状态 Limit State
结构功能的表达式
S < R 可靠
2.4 以概率理论为基础的极限状态设计法
2 混凝土结构的基本设计原则
2.4 以概率理论为基础的极限状态设计法
结构功能函数 Z = R - S
平均值
Z R S
Z
2 R 2 S
f(Z)
bz
标准差
变异系数
Z
Z Z
Pf
z
Z=R- S
2.4 以概率理论为基础的极限状态设计法
◆
而为控制正常使用阶段的裂缝和挠度变形，需要确 定带裂缝工作阶段的受力情况。 采用材料力学容许应力设计方法，无法统一这两方 面的要求
◆
2 混凝土结构的基本设计原则
◆ 因此，首先根据工程结构需要满足实际使用的各种
要求(结构的功能)对安全可靠有更具体的科学定义
◆ 另一方面，需要尽可能详细了解结构在不同情况下
◆ 结构形成几何可变体系（超静定结构中出现足够多塑性铰）
◆ 结构或结构构件丧失稳定（如细长受压构件的压曲失稳）； ◆地基丧失承载能力而破坏(如失稳等)。
2.3 极限状态
2 混凝土结构的基本设计原则
2.3.2正常使用极限状态 Serviceability Limit State
超过该极限状态，结构就不能满足预定的适用性和耐久性的 功能要求。 当结构或结构构件出现下列状态之一时，应认为超过了正常 使用极限状态：
2.1 结构上的作用、作用效应、结构抗力
2 混凝土结构的基本设计原则
2.1.1结构上的作用F：所有使结构产生内力和变形 的原因。
2.1.2作用效应S：结构上的作用在结构内产生的内力和变形。
例如弯矩M、轴力N、剪力V、扭矩T、 挠度 f、裂缝宽度 w 等，若作用为直接作用， 则其效应也可称为荷载效应。
《建筑结构可靠度设计统一标准》GB50068－2001规定：
对建筑物、构筑物作结构设计时，采用以 概率理论为基础的极限状态设计方法。
2 混凝土结构的基本设计原则
◆ ◆ ◆
材料力学研究的是：单一材料、线弹性、简单结构 实际工程结构远比它复杂 如钢筋混凝土梁的受弯、受剪，从安全角度考虑， 需要确定其极限受弯承载力和受剪承载力；
◎ 如（wmax≤wlim）
◎ 结构在规定的设计使用年限内，在正常维护条件下具有
足够的耐久性能。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 降低，而导致结构在其规定的设计使用年限内丧失安全 性和适用性，降低使用寿命。
2.2结构的功能要求
2 混凝土结构的基本设计原则
2.4 以概率理论为基础的极限状态设计法
2 混凝土结构的基本设计原则
2.4 以概率理论为基础的极限状态设计法
结构功能函数 Z = R - S
Pf =P (S >R) =P(Z< 0)
Z Pf b Z
2.4 以概率理论为基础的极限状态设计法
2 混凝土结构的基本设计原则
2.4 以概率理论为基础的极限状态设计法
失效概率
failure probability
Pf = P (S > R)
失效概率越小，表示结构可靠性越大。因此，可以用失效 概率来定量表示结构可靠性的大小。 结构可靠性的概率度量称为结构可靠度reliability degree。 当失效概率Pf小于某个值时，人们因结构失效的可能性很 小而不再担心，即可认为结构设计是可靠的。 该失效概率限值称为容许失效概率[Pf]。
2.1 结构上的作用、作用效应、结构抗力
2 混凝土结构的基本设计原则
2.1.1结构上的作用F
◆荷载按时间的变异分类：永久荷载、可变荷载、偶然荷载