第三章极限状态设计法介绍

高耸结构上的风荷载等。
上述各种作用作用在结构或结构构件上，由此在结构内产生的内力和 变形（如轴力、剪力、弯矩以及挠度、转角和裂缝等）称为作用效应。
3.1 极限状态
第3章按近似概率理论的极限状态设计法
3.1.2 结构抗力(resistance)
结构抗力是指整个结构或结构构件承受作用效应（即内力和变形）的 能力。
3.1极限状态
第3章按近似概率理论的极限状态设计法
2 设计使用年限(design working life)和设计基准期 （design reference period)
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，即结构在规定的条件下所应达到的使用年限。
设计使用年限的概念不同于实际寿命、耐久年限或设计基准期。《建 筑结构可靠度设计统一标准》规定了各类建筑结构的设计使用年限。
3.1.4 结构功能的极限状态(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。极限状态实质上是区分结构 可靠与失效的界限。
极限状态分为两类： 承载能力极限状态 —— 安全性 正常使用极限状态 —— 适用性、耐久性 通常对结构构件先按承载能力极限状态进行承载能力计算，然后根据使 用要求按正常使用极限状态进行变形、裂缝宽度或抗裂等验算。
—— 功能函数
Z g(X1, X2,L , Xn ) 0
—— 极限状态方程
当功能函数中仅包括作用效应 R 和结构抗力S 两个基本变量时，可得
Z g(R, S) R S
当 Z 0 时，结构处于可靠状态
当 Z 0 时，结构处于失效状态
当 Z 0 时，结构处于极限状态
混凝土结构构件设计计算方法(calculation method for design)
容 许 应 力 法：最早的计算理论，沿用弹性理论假设。
破 坏 阶 段 法：与容许应力法的主要区别是在考虑材料塑性性能 的基础上，按破坏阶段计算构件截面的承载能力。
极 限 状 态 设 计 法：明确规定结构按三种极限状态进行设计，是工程 结构设计理论的重大发展。
影响抗力的主要因素有： 材料性能的不确定性 —— 强度、变形模量等 几何参数的不确定性 —— 构件尺寸等 计算模式的不确定性 —— 抗力计算所采用的基本假设 和计算公式不够精确等
3.1极限状态
第3章按近似概率理论的极限状态设计法
3.1.3结构的功能要求
1.结构的安全等级(safety class)
概率极限状态设计法：在极限状态设计法的基础上考虑结构的可靠 概率，按发展阶段，该法可分为三个水准。
水准Ⅰ — 半概率法
水准Ⅱ — 近似概率法
水准Ⅲ — 全概率法
3.1 结构可靠度及结构设计方法
第3章按近似概率理论的极限状态设计法
3.1.1 结构上的作用(action)和作用效应(effect of an action)
设计使用年限分类
类别 1 2 3 4
设计使用年限（年） 5 25 50
100
示例 临时性结构 易于替换的结构构件 普通房屋和构筑物 纪念性建筑和特别重要的建筑物
设计基准期指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。《统一标准》规定设计基准期为50年。
3.1极限状态
第3章按近似概率理论的极限状态设计法
第3章按近似概率理论的极限状态设计法
（3）按结构的反应特点可分为二类：
静态作用 ——
使结构产生的加速度可以忽略不计的 作用。
如结构自重、住宅或办
—— 公楼的楼面活荷载
使结构产生的加速度不可忽略不计的
动态作用 —— 作用。在结构分析时一般均应考虑其
动力效应。
如吊车荷载、地震作用、
—— 大型动力设备的作用、
3.1极限状态
第3章按近似概率理论的极限状态设计法
3.1.5 结构的功能函数(performance function)和极限状态方程 (limit state equation)
按极限状态方法设计建筑结构时，要求所设计的结构具有一定的预定功 能，这可用包括各有关变量在内的结构功能函数来表达，即
Z g(X1, X2,L , X n )
接等。
在设计基准期内其量值不随时间
可变作用 —— 变化，或其变化与平均值相比可
以忽略不计的作用。
如楼面活荷载、吊车荷
—— 载、风荷载、雪荷载、
温度变化等。
在设计基准期内其量值随时间变
偶然作用 —— 化，且其变化与平均值相比不可
忽略的作用。
如爆炸力、撞击力、罕
—— 遇的地震等。
3.1 极限状态
第3章按近似概率理论的极限状态设计法
（2）按随空间位置的变异可分为二类：
固定作用 ——
在结构上具有固定分布的作 用。其特点是在结构上出现 的空间位置固定不变，但其 量值可能具有随机性。
如房屋建筑楼面上位置
—— 固定的设备荷载、屋盖
上的水箱等。
在结构上一定范围内可以任
如楼面的人员荷载、吊
自由作用 —— 意分布的作用。
—— 车荷载等。
3.1 极限状态
结构上的作用是指施加在结构上的集中力或分布力，以及引起结构外加 变形或约束变形的原因（地震、基础差异沉降、温度变化、混凝土收缩等）。
结构上的作用可按下列性质分类：
（1）按随时间的变异可分为三类：
在设计基准期内不一定出现，而
永久作用 —— 一旦出现其量值很大且持续时间
很短的作用。
如结构自重、土压力、
—— 预应力、地基沉降、焊
结构的安全等级根据结构破坏可能产生的后果，即危及人的生命、造成的经 济损失、产生社会影响等的严重程度确定。
建筑结构的安全等级
安全等级 一级 二级 三级
破坏后果 很严重 严重 不严重
建筑物类型 重要的房屋 一般的与整个结构的安全等级相同，但允许对 部分结构构件根据其重要程度和综合效益进行适当的调整。
混凝土结构设计原理
第 3 章 按近似概率理论的 极限状态设计法
第3章按近似概率理论的极限状态设计法
主要内容：
结构可靠度及结构设计方法 荷载和材料强度的取值 概率极限状态设计法 极限状态设计表达式
重点：
结构可靠度及结构设计方法 荷载和材料强度的取值 概率极限状态设计法
本章主要内容与重点
第3章按近似概率理论的极限状态设计法