【精品课件】荷载与结构设计方法

结构设计的目标
二、目标可靠指标
为了使结构设计既安全又经济合理，因此必须确定一个公众所能接受的建筑结构的失效概
率或可靠指标，这个失效概率或可靠指标就称为目标失效概率(允许失效概率)或目标可靠指标 (允许可靠指标)，它代表了设计所要预期达到的结构可靠度，是预先给定作为结构设计依据的 可靠指标。
建筑结构或构件在设计基准期内，在规定的条件下，不能完成预定功能的概率P低于目标失 效概率(允许失效概率)[P]，则有：
目标可靠指标[β]的确定应遵循下面几个原则。 (1) 建立在对原规范类比法或校准的基础上，运用近似概率法对原有各类结构设计规范所设 计的各种构件进行分析，反算出原规范在各种情况下相应的可靠指标 β。然后，在统计分析的 基础上，针对不同情况作适当调整，确定合理且统一的目标可靠指标[β]。 (2) [β]与结构安全等级有关。安全等级要求愈高，目标可靠指标就应该愈大。 (3) [β]与结构破坏性质有关。延性破坏结构的目标可靠指标可稍低于脆性破坏结构的目标可 靠指标。因为延性破坏的构件在破坏前有明显的预兆，如构件的裂缝过宽，变形较大等，破坏 过程较缓慢。属于延性破坏的有钢筋混凝土受拉、受弯等构件，而脆性破坏则带有突发的性质。 构件在破坏前无明显的预兆，一旦破坏，其承载力急剧降低甚至断裂，例如轴心受压、受剪、 受扭等构件。 (4) [β]与不同的极限状态有关。承载能力极限状态下的目标可靠指标应高于正常使用极限状 态下的目标可靠指标。因为承载能力极限状态是关系到结构构件是否安全的根本问题，而正常 使用极限状态的验算则是在满足承载能力极限状态的前提下进行的，只影响到结构构件的正常 适用性。
结构设计的目标
设计使用年限指结构在正常设计、正常施工、正常使用和维护下所应达到的使 用年限，在这个年限内，结构只需要进行正常的维护而不需要进行大修就能够按预 期目的使用。如果达不到这个年限，则意味着在设计、施工、使用和维护的某一环 节上出现了不正常情况，应查找原因。
结构的可靠度或失效概率与结构的使用年限长短有关。当结构的实际使用年限 超过设计使用年限后，结构失效概率将会比设计时的预期值增大，但并不意味着该 结构立即丧失功能或报废。《建筑结构可靠度设计统一标准》规定的各类建筑结构 设计使用年限见表10-3。
表10-3 建筑结构设计使用年限分类
类别
设计使用年限/年
示例
1
5 临时性结构
2
25 易于替换的结构构件
3
50 普通房屋和构造物
4
100 纪念性建筑和特别重要的建筑结构
结构设计的目标
4. 设计方法和设计状况 结构目前普遍采用的设计方法是概率论的极限状态设计法。我国的标准将极限 状态分为承载能力极限状态和正常使用极限状态两种。对于结构的各种极限状态， 均应规定明确的标志及限值。 由于结构物在建造和使用过程中所承受的作用和所处环境不同，设计时所采用 的结构体系、可靠度水准、设计方法等也应有所区别。因此，建筑结构设计时，应 根据结构在施工和使用中的环境条件和影响，区分下列3种设计状况。 (1) 持久状况：在结构使用过程中一定出现、其持续期很长的状况。持续期一般 与设计使用年限为同一数量级，如房屋结构承受家具和正常人员荷载的状况。 (2) 短暂情况：在结构施工和使用过程中出现概率较大，而与设计使用年限相比 持续时间很短的状况，如结构施工和维修时承受堆料和施工荷载的状况。 (3) 偶然状况：在结构使用过程中出现的概率很小，且持续期很短的状况，如结 构遭受火灾、爆炸、撞击、罕遇地震等作用的状况。
靠指标定得较高，则相应的工程造价增大，而维修费用降低，风险损失减小；反之，目标可靠 指标定得较低，工程造价降低，但维修费用及风险损失就会提高。因此，结构设计的目标可靠 指标应综合考虑社会公众对事故的接受程度、可能的投资水平、结构重要性、结构破坏性质及 其失效后果等因素，以优化方法确定。
结构设计的目标
第10章 概率极限状态设计法
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本章内容
• 结构设计的目标 • 直接概率设计法 • 概率极限状态的实用设计表达式 • 思考题 • 习题
结构设计的目标
一、设计要求
1.安全性要求 《建筑结构可靠度设计统一标准》用结构的安全等级来表示房屋的重要性，将建 筑结构安全等级划分为三级，如表10-1所示。而《高耸结构设计规范》(GBJ139— 1990)则将高耸结构安全等级划分为两级，如表10-2所示。
P≤[P ] 式中，P ——失效概率；
[P]——目标失效概率(允许失效概率)。 由于可靠指标与失效概率是一一对应的关系，则有：
(10-1)
β≥[β]
(Hale Waihona Puke 0-2)式中，β——可靠指标；
[β]——目标可靠指标(允许可靠指标)。
目前可靠指标与工程造价、使用维护费用以及投资风险、工程破坏后果等有关。如目标可
安全等级 一级 二级 三级
安全等级 一级 二级
很严重 严重 不严重
破坏后果
建筑物类型 重要建筑 一般工业与民用建筑 次要建筑物
表10-1 建筑结构安全等级 高耸结构类型
重要的高耸结构类型 一般的高耸结构类型
结构破坏后果 很严重 严重
表10-2 高耸结构的安全等级
结构设计的目标
2.适用性要求 设计的适用性要求指的是结构在正常使用时应具有良好的工作性能，如不发生 过大的变形或过宽的裂缝等，以及不产生影响正常使用的振动等。 3. 耐久性要求 所谓耐久性要求指的是结构在正常维护下，具有足够的耐久性能，不发生钢筋 锈蚀和混凝土严重风化等现象。而耐久性设计就是根据结构的环境类别和设计使用 年限进行设计，主要解决环境作用与材料抵抗环境作用能力的问题。要求在规定的 设计使用年限内，结构能够在自然和人为环境的化学和物理作用下，不出现无法接 受的承载力减小、使用功能降低和不能接受的外观破损等耐久性问题，所以还要掌 握设计基准期和设计使用年限的概念。 设计基准期就是指结构设计时，为确定可变作用及与时间有关的材料性能等取 值而选用的时间参数。例如：现行的建筑结构设计规范中的荷载统计参数是按设计 基准期为50年确定的，桥梁结构为100年，水泥混凝土路面结构不大于30年，沥青混 凝土路面结构不大于15年。