建筑结构第二章课件

工程结构设计原理工程结构设计原理第二章第二章 结构基本计算原则结构基本计算原则 授课教师：许勇授课教师：许勇广州大学土木工程学院广州大学土木工程学院主要内容2.1 结构的作用2.2 结构的抗力2.3 结构的功能和极限状态2.4 结构可靠性设计的基本原理2.5 基于近似概率的设计表达式2.1 2.1 结构上的作用结构上的作用2.1.1 2.1.1 作用及作用效应作用及作用效应 使结构产生使结构产生内力内力和和变形变形的原因称为的原因称为“作用作用”。（1 1）直接作用）直接作用 直接以力的不同集结形式作用于结构，也称荷载；直接以力的不同集结形式作用于结构，也称荷载；（2 2）间接作用）间接作用 不不是是直直接接以以力力出出现现，但但是是对对结结构构产产生生内内力力。不不仅仅与与外界因素有关，还与结构本身的特性有关。外界因素有关，还与结构本身的特性有关。作用效应作用效应 作作用用在在结结构构上上产产生生的的内内力力、变变形形和和裂裂缝缝等等统统称称为作用效应（为作用效应（S S）。）。由直接作用由直接作用(荷载荷载)引起的效应称为引起的效应称为荷载效应荷载效应。荷载与荷载效应之间通常按荷载与荷载效应之间通常按某种关系某种关系相联系。相联系。2.1.2 2.1.2 作用的分类作用的分类 （1 1）按作用）按作用时间时间的长短和的长短和性质性质，可分为三类：，可分为三类：永久作用永久作用 在在结结构构设设计计基基准准期期内内，其其值值不不随随时时间间而而变变化化，或或其其变变化化与与平平均均值值相相比比可可以以忽忽略略不不计计，或或其其变变化化是是单单调调的并能趋于限值的荷载。的并能趋于限值的荷载。例例如如：结结构构的的自自身身重重力力、土土压压力力、预预应应力力等等荷荷载载，永久荷载又称恒荷载。永久荷载又称恒荷载。可变作用可变作用 在在结结构构设设计计基基准准期期内内其其值值随随时时间间而而变变化化，其其变化与平均值相比不可忽略的荷载。变化与平均值相比不可忽略的荷载。例例如如：楼楼面面活活荷荷载载、吊吊车车荷荷载载、风风荷荷载载、雪雪荷载等，可变荷载又称活荷载荷载等，可变荷载又称活荷载 ；偶然作用偶然作用 在在结结构构设设计计基基准准期期内内不不一一定定出出现现，一一旦旦出出现现，其值很大且持续时间很短的荷载。其值很大且持续时间很短的荷载。例如：爆炸力、撞击力等。例如：爆炸力、撞击力等。2.1.2 2.1.2 作用的分类作用的分类 （2 2）按空间）按空间作用位置作用位置的的变异性变异性，可分为两类：，可分为两类：固定作用固定作用 在在结结构构空空间间位位置置具具有有固固定定的的分分布布，但但其其量量值值是是随随机的机的。例如：恒荷载、固定的设备等。例如：恒荷载、固定的设备等。可动作用可动作用 在结构空间位置上在结构空间位置上一定范围内可以任意分布一定范围内可以任意分布，其出现的其出现的位置位置和和量值量值都是都是随机随机的。的。例如：行人、汽车和吊车荷载等。例如：行人、汽车和吊车荷载等。2.1.2 2.1.2 作用的分类作用的分类 （3 3）按结构的）按结构的反应反应，可分为两类：，可分为两类：静态作用静态作用 对对结结构构构构件件不不产产生生动动力力效效应应，或或其其动动力力效效应应与与静静态效应相比可以忽略不计态效应相比可以忽略不计。例如：结构自重、雪荷载、楼面活荷载等。例如：结构自重、雪荷载、楼面活荷载等。动态作用动态作用 对结构构件对结构构件产生动力效应产生动力效应，或其，或其动力效应与动力效应与静态效应相比不可以忽略不计静态效应相比不可以忽略不计。例如：风荷载、地震作用和设备振动等。例如：风荷载、地震作用和设备振动等。2.1.4 2.1.4 荷载的荷载的标准值标准值 实际作用在结构上的荷载的大小具有不定性，实际作用在结构上的荷载的大小具有不定性，应当按随机变量，采用数理统计的方法加以处理。应当按随机变量，采用数理统计的方法加以处理。这样确定的荷载是具有一定概率的最大荷载值称为这样确定的荷载是具有一定概率的最大荷载值称为荷载标准值。荷载标准值。f(S)SSk 设计基准期设计基准期 结结构构设设计计采采用用的的荷荷载载统统计计参参数数、与与时时间间有有关关的的材材料料性性能能取取值值，都都需需要要一一个个时时间间参参数数，它它就就是是设计基准期。设计基准期。设计使用年限设计使用年限 是是指指设设计计规规定定的的一一个个时时期期，结结构构在在正正常常设设计计、正正常常施施工工、正正常常使使用用和和维维护护下下，不不需需要要进进行行大大修修就能按其预定目的使用。就能按其预定目的使用。结构的结构的设计基准期设计基准期与结构与结构使用寿命使用寿命有何异同？有何异同？设计使用年限不同于设计基准期设计使用年限不同于设计基准期 我国采用设计基准期我国采用设计基准期50年。年。设计使用年限分类设计使用年限分类类别类别1 12 23 34 4设计使用年设计使用年限（年）限（年）5 525255050100100示例示例临时性临时性建筑建筑易于替换的易于替换的结构构件结构构件普通房屋普通房屋和构筑物和构筑物纪念性建筑和纪念性建筑和特别重要的建特别重要的建筑结构筑结构 各类工程结构的设计使用年限是不统一的。各类工程结构的设计使用年限是不统一的。总体而言，桥总体而言，桥梁比房屋的设计使用年限长，大坝的设计使用年限更长。结构梁比房屋的设计使用年限长，大坝的设计使用年限更长。结构设计使用年限虽与其使用寿命有联系，但并不等同。超过设计设计使用年限虽与其使用寿命有联系，但并不等同。超过设计使用年限的结构并不是不能使用，而是指它的可靠度降低了。使用年限的结构并不是不能使用，而是指它的可靠度降低了。2.2 2.2 结构上的抗力结构上的抗力2.2.1 2.2.1 抗力及其不确定因素抗力及其不确定因素 抗力（抗力（抗力（抗力（R R R R）是结构构件抵抗作用效应的能力，）是结构构件抵抗作用效应的能力，）是结构构件抵抗作用效应的能力，）是结构构件抵抗作用效应的能力，如如如如承载能力承载能力承载能力承载能力和和和和抗变形能力抗变形能力抗变形能力抗变形能力等。等。等。等。结构的抗力是结构的抗力是结构的抗力是结构的抗力是随机变量。随机变量。随机变量。随机变量。材料性能材料性能材料性能材料性能的不确定性的不确定性的不确定性的不确定性 几何参数几何参数几何参数几何参数的不确定性的不确定性的不确定性的不确定性 计算模式计算模式计算模式计算模式的不确定性的不确定性的不确定性的不确定性2.2.2 2.2.2 材料强度标准值材料强度标准值 具有具有不小于不小于9595的保证率的保证率的材料强的材料强度值称为材料强度标准值度值称为材料强度标准值1.1.钢材的强度标准值钢材的强度标准值 规范规范将热轧钢筋的强度将热轧钢筋的强度标准值取为冶金部门颁布的屈服标准值取为冶金部门颁布的屈服强度废品限值，其保证率为强度废品限值，其保证率为97.7397.73。2.2.混凝土的强度标准值混凝土的强度标准值 取保证率为取保证率为95%95%的强度值为的强度值为混凝土强度标准值混凝土强度标准值 f(R)RRk2.3.1 2.3.1 结构的功能结构的功能 根根据据工工程程结结构构可可靠靠度度设设计计统统一一标标准准，结结构构应应该该满满足足的的功能要求可概括为功能要求可概括为:(1)(1)安全性安全性 结构在其结构在其设计使用年限设计使用年限设计使用年限设计使用年限内，应能承受在正常施工、正常使内，应能承受在正常施工、正常使用情况下可能出现的各种荷载、外加变形（如超静定结构的支用情况下可能出现的各种荷载、外加变形（如超静定结构的支座不均匀沉降）、约束变形（如温度和收缩变形受到约束时）座不均匀沉降）、约束变形（如温度和收缩变形受到约束时）等的作用。等的作用。在偶然事件（如地震、爆炸）发生时和发生后，结构应能在偶然事件（如地震、爆炸）发生时和发生后，结构应能保持整体稳定性，不应发生倒塌或连续破坏而造成生命财产的保持整体稳定性，不应发生倒塌或连续破坏而造成生命财产的严重损失。严重损失。2.3 2.3 结构的功能和极限状态结构的功能和极限状态电力系统的地震破坏（中国唐山电力系统的地震破坏（中国唐山,1976)输送机通廊破坏输送机通廊破坏电厂设备破坏电厂设备破坏电力系统的地震破坏（电力系统的地震破坏（North bridge,1994)母线破坏母线破坏支柱绝缘子破坏支柱绝缘子破坏断路器破坏断路器破坏供水系统的地震破坏（中国唐山供水系统的地震破坏（中国唐山,1976)水电系统的地震破坏水电系统的地震破坏(台湾集集地震，台湾集集地震，1999）石岗大坝石岗大坝交通系统的地震破坏交通系统的地震破坏19991999年台湾集集地震年台湾集集地震19951995年日本阪神地震年日本阪神地震交通系统的地震破坏交通系统的地震破坏（道路：道路：19951995年日本阪神地震年日本阪神地震）大楼倾倒、堵塞道路大楼倾倒、堵塞道路地铁破坏造成路面塌陷地铁破坏造成路面塌陷（长（长95m，宽，宽28m，最深处，最深处3m）交通系统的地震破坏交通系统的地震破坏（新干线：新干线：19951995年日本阪神地震年日本阪神地震）交通系统的地震破坏交通系统的地震破坏（桥梁：桥梁：19951995年日本阪神地震年日本阪神地震）地铁的地震破坏（地铁的地震破坏（1995年日本阪神地震）年日本阪神地震）洞顶塌陷洞顶塌陷地铁大开站地铁大开站码头建筑的地震破坏（码头建筑的地震破坏（1995年日本阪神地震）年日本阪神地震）重要工业设施的地震破坏重要工业设施的地震破坏（油罐：（油罐：19951995年日本阪神地震）年日本阪神地震）(2)(2)适用性适用性 结结构构在在其其其其设设设设计计计计使使使使用用用用年年年年限限限限内内内内，具具有有良良好好的的工工作作性性能能。如如不不发发生生影影响响正正常常使使用用的的过过大大的的变变形形（挠挠度度、侧侧移移）、振动（频率、振幅），或产生过大的裂缝宽度。振动（频率、振幅），或产生过大的裂缝宽度。(3)(3)耐久性耐久性 结结构构在在在在其其设设设设计计计计使使使使用用用用年年年年限限限限内内，在在正正常常使使用用和和正正常常维维护护条条件件下下，应应具具有有足足够够的的耐耐久久性性。即即在在各各种种因因素素的的影影响响下下（混混凝凝土土碳碳化化、钢钢筋筋锈锈蚀蚀），结结构构的的承承载载力力和和刚刚度度不不应应随随时时间间有有过过大大的的降降低低，而而导导致致结结构构在在其其预预定定使使用用期期间间内内丧丧失失安安全全性性和和适适用用性性，降降低低使使用寿命。用寿命。安全性安全性适用性适用性耐久性耐久性可靠性可靠性n n 结构可靠性越高，结构造价越大结构可靠性越高，结构造价越大结构可靠性越高，结构造价越大结构可靠性越高，结构造价越大n n 如如如如何何何何在在在在结结结结构构构构可可可可靠靠靠靠与与与与经经经经济济济济之之之之间间间间取取取取得得得得均均均均衡衡衡衡，是是是是设设设设计计计计方方方方法法法法要要要要解解解解决的问题。决的问题。决的问题。决的问题。n n可可可可靠靠靠靠与与与与经经经经济济济济的的的的均均均均衡衡衡衡受受受受多多多多方方方方面面面面的的的的影影影影响响响响，如如如如国国国国家家家家经经经经济济济济实实实实力力力力、设计工作寿命设计工作寿命设计工作寿命设计工作寿命、维护和修复维护和修复维护和修复维护和修复等。等。等。等。n n 规规规规范范范范规规规规定定定定的的的的设设设设计计计计方方方方法法法法是是是是这这这这种种种种均均均均衡衡衡衡的的的的最最最最低低低低限限限限度度度度，也也也也是是是是国国国国家家家家法律法律法律法律。n n 设设设设计计计计人人人人员员员员可可可可根根根根据据据据具具具具体体体体工工工工程程程程的的的的重重重重要要要要程程程程度度度度、使使使使用用用用环环环环境境境境以以以以及及及及业业业业主的要求，提高设计水准，主的要求，提高设计水准，主的要求，提高设计水准，主的要求，提高设计水准，增加增加增加增加结构的结构的结构的结构的可靠度可靠度可靠度可靠度。n n 经经经经济济济济的的的的概概概概念念念念不不不不仅仅仅仅包包包包括括括括第第第第一一一一次次次次建建建建设设设设费费费费用用用用，还还还还应应应应考考考考虑虑虑虑维维维维护护护护和和和和维修、损失及修复的费用。维修、损失及修复的费用。维修、损失及修复的费用。维修、损失及修复的费用。n n 全生命周期全生命周期全生命周期全生命周期n n 只只只只重重重重视视视视初初初初始始始始投投投投资资资资、注注注注重重重重眼眼眼眼前前前前政政政政绩绩绩绩的的的的领领领领导导导导，所所所所带带带带来来来来的的的的遗遗遗遗患患患患无穷。无穷。无穷。无穷。n n 维护和修复已成为当今土木工程研究的重要方向。维护和修复已成为当今土木工程研究的重要方向。维护和修复已成为当今土木工程研究的重要方向。维护和修复已成为当今土木工程研究的重要方向。n n 要要要要顾顾顾顾及及及及可可可可能能能能造造造造成成成成环环环环境境境境影影影影响响响响、社社社社会会会会影影影影响响响响等等等等次次次次生生生生经经经经济济济济损损损损失失失失，这种损失往往超过工程本身。这种损失往往超过工程本身。这种损失往往超过工程本身。这种损失往往超过工程本身。2.3.2 2.3.2 结构功能的极限状态结构功能的极限状态 在设计使用年限内，整个结构或结构的一部分在设计使用年限内，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指定的某一功能超过某一特定状态就不能满足设计指定的某一功能要求，这个特定状态称为该功能的极限状态，有效要求，这个特定状态称为该功能的极限状态，有效状态和失效状态的分界，称为状态和失效状态的分界，称为极限状态极限状态，是结构开，是结构开始失效的标志。始失效的标志。1 1承载能力极限状态承载能力极限状态 结构或结构构件达到结构或结构构件达到最大承载力最大承载力、出现疲劳破坏出现疲劳破坏或或不适不适于继续承载的变形于继续承载的变形，不适于继续承载的变形状态不适于继续承载的变形状态，或结构的，或结构的连续倒塌连续倒塌 ，称为承载能力极限状态。，称为承载能力极限状态。当结构或构件由于材料强度不够而破坏，或因疲劳而破当结构或构件由于材料强度不够而破坏，或因疲劳而破坏，或产生过大的塑性变形而不能继续承载，结构或构件丧坏，或产生过大的塑性变形而不能继续承载，结构或构件丧失稳定；结构转变为机动体系时，结构或构件就超过了承载失稳定；结构转变为机动体系时，结构或构件就超过了承载能力极限状态。超过承载能力极限状态后，结构或构件就不能力极限状态。超过承载能力极限状态后，结构或构件就不能满足安全性的要求。能满足安全性的要求。加拿大魁北桥加拿大魁北桥Quebee Bridge该桥位于加拿大该桥位于加拿大Quebee City Quebee City，建于，建于19171917年。桥型钢桁架（年。桥型钢桁架（steel truss steel truss bridge),bridge),跨度跨度549m,549m,已超过了英国的福斯桥，在该类型桥梁中主跨居世界第一。已超过了英国的福斯桥，在该类型桥梁中主跨居世界第一。该桥从该桥从18971897年设计和施工差不多用了年设计和施工差不多用了2020多年的时间，在建造过程中于多年的时间，在建造过程中于1907.8.291907.8.29、1916.9.111916.9.11分别出现了两次倒塌事故，分别出现了两次倒塌事故，1917.31917.3建成通车。建成通车。跨度跨度549mThe Collapse of August 29,1907The Collapse of September 11,19162 2正常使用极限状态正常使用极限状态 结结构构或或构构件件达达到到正正常常使使用用或或耐耐久久性性能能中中某某项项规规定定限限度度的状态称为正常使用极限状态。的状态称为正常使用极限状态。例例如如，当当结结构构或或构构件件出出现现影影响响正正常常使使用用的的过过大大变变形形、裂裂缝缝过过宽宽、局局部部损损坏坏和和振振动动时时，可可认认为为结结构构或或构构件件超超过过了了正正常常使使用用极极限限状状态态。超超过过了了正正常常使使用用极极限限状状态态，结结构构或或构构件件就就不不能保证适用性和耐久性的功能要求。能保证适用性和耐久性的功能要求。结构或构件按承载能力极限状态进行计算后，还应该按结构或构件按承载能力极限状态进行计算后，还应该按正常使用极限状态进行验算。正常使用极限状态进行验算。Malcolm MillaisMalcolm MillaisMalcolm MillaisMalcolm Millais的结构两问：的结构两问：的结构两问：的结构两问：结构结构结构结构强度强度强度强度够吗？够吗？够吗？够吗？对应结构设计对应结构设计对应结构设计对应结构设计结构结构结构结构刚度刚度刚度刚度够吗？够吗？够吗？够吗？承载能力承载能力承载能力承载能力极限状态极限状态极限状态极限状态正常使用正常使用正常使用正常使用极限状态极限状态极限状态极限状态2.4 2.4 结构可靠性设计的基本原理结构可靠性设计的基本原理 容许应力设计法容许应力设计法容许应力法研究的是：单一材料、线弹性、简单结构；容许应力法研究的是：单一材料、线弹性、简单结构；结构中一点达到容许应力，结构即认为失效；结构中一点达到容许应力，结构即认为失效；没有考虑结构功能的多样性（安全性、适用性和耐久性）没有考虑结构功能的多样性（安全性、适用性和耐久性）要求；要求；安全系数安全系数是凭经验确定的，缺乏科学依据。是凭经验确定的，缺乏科学依据。破损阶段设计法破损阶段设计法 整个截面达到极限承载力才认为失效，考虑了材料塑性和整个截面达到极限承载力才认为失效，考虑了材料塑性和强度的充分发挥，极限荷载可以直接由试验验证，构件的总安强度的充分发挥，极限荷载可以直接由试验验证，构件的总安全度较为明确。全度较为明确。但但安全系数安全系数K K仍然凭经验确定；仍然凭经验确定；没有考虑结构功能的多样性要求的问题。没有考虑结构功能的多样性要求的问题。极限状态设计法极限状态设计法 承载力极限状态、包括挠度和裂缝宽度（适用性）的正常承载力极限状态、包括挠度和裂缝宽度（适用性）的正常使用极限状态的设计。使用极限状态的设计。对于承载力极限状态，采用对于承载力极限状态，采用多系数多系数表达，表达，材料材料材料材料强度强度强度强度 f fck ck 和和和和 f fsksk 是根据统计后按一定保证率取其下限分是根据统计后按一定保证率取其下限分是根据统计后按一定保证率取其下限分是根据统计后按一定保证率取其下限分位值，反映的材料强度的变异性。位值，反映的材料强度的变异性。位值，反映的材料强度的变异性。位值，反映的材料强度的变异性。荷载值荷载值荷载值荷载值 q qik ik 也尽可能根据各种荷载的统计资料，按一定保也尽可能根据各种荷载的统计资料，按一定保也尽可能根据各种荷载的统计资料，按一定保也尽可能根据各种荷载的统计资料，按一定保证率取其上限分位值。证率取其上限分位值。证率取其上限分位值。证率取其上限分位值。荷载系数荷载系数荷载系数荷载系数 k kqi qi，材料强度系数材料强度系数材料强度系数材料强度系数 k kc c 和和和和 k ks s 仍按经验确定，但对仍按经验确定，但对仍按经验确定，但对仍按经验确定，但对于不同荷载的变异大小，可取不同的荷载系数。于不同荷载的变异大小，可取不同的荷载系数。于不同荷载的变异大小，可取不同的荷载系数。于不同荷载的变异大小，可取不同的荷载系数。以概率理论为基础的极限状态设计法以概率理论为基础的极限状态设计法 实际结构的不确定性决定了无论如何设计结构，都会有失实际结构的不确定性决定了无论如何设计结构，都会有失效的可能性。效的可能性。采用概率方法定量表示结构可靠性的大小是比较合理的。采用概率方法定量表示结构可靠性的大小是比较合理的。结构在规定的时间内，在规定的条件下，完成预定的功能结构在规定的时间内，在规定的条件下，完成预定的功能的概率，称为结构的概率，称为结构可靠度可靠度，用，用Ps表示。表示。结构不能完成预定功能，即结构不能完成预定功能，即R RS S的概率即为的概率即为失效概率失效概率。用。用Pf表示。表示。Ps+Pf=1=1 失效概率越小结构可靠性越大。可以用失效概率来定量表失效概率越小结构可靠性越大。可以用失效概率来定量表示结构可靠性的大小。示结构可靠性的大小。当失效概率当失效概率Pf小于某个值时，即可认为结构设计是可靠的。小于某个值时，即可认为结构设计是可靠的。该失效概率限值称为该失效概率限值称为容许失效概率容许失效概率Pf。2.4.1 2.4.1 功能函数和极限状态方程功能函数和极限状态方程 当有当有n个随机变量个随机变量(X1,X2,.Xn)影响结构的可靠影响结构的可靠度时，如结构的功能函数又度时，如结构的功能函数又可表示为荷载效应可表示为荷载效应S和结构抗和结构抗力力R的函数的函数。则：。则：式中：式中：R结构抗力；结构抗力；S作用效应作用效应功能函数功能函数Z Z Z Z结构所处状态 S SRR1R2R=SZ1Z2S2R2(失效)S1R1（可靠）S S1 1S S2 2结构极限状态方程结构极限状态方程S R 失效失效结构力学的主要内容结构力学的主要内容本课程的主要内容本课程的主要内容结构功能的表达结构功能的表达Z=R-S=0结构功能函数结构功能函数 Z=R-SPf=P(S R)=P(Z 0)b b 可靠指标可靠指标2.4.3 2.4.3 可靠指标与失效概率可靠指标与失效概率Z结论：结论：用可靠指标用可靠指标 来描来描述结构可靠度，计述结构可靠度，计算方便，几何表示算方便，几何表示直观，明确。直观，明确。为什么常用为什么常用可靠指标可靠指标 来描述结构可靠度？来描述结构可靠度？根据统计，触电的年死亡率为根据统计，触电的年死亡率为根据统计，触电的年死亡率为根据统计，触电的年死亡率为610610-6-6 b b b b=3.7=3.7时，时，时，时，P Pf f=1.110=1.110-4-4，按设计基准期，按设计基准期，按设计基准期，按设计基准期5050年考虑，年失效年考虑，年失效年考虑，年失效年考虑，年失效概率为概率为概率为概率为1.1101.110-4-4/50=2.210/50=2.210-6-6 50 50年后并不是结构就失效，而是失效概率增加。同时，年后并不是结构就失效，而是失效概率增加。同时，年后并不是结构就失效，而是失效概率增加。同时，年后并不是结构就失效，而是失效概率增加。同时，结构失效也并不表示结构倒塌，结构倒塌也不一定造成人结构失效也并不表示结构倒塌，结构倒塌也不一定造成人结构失效也并不表示结构倒塌，结构倒塌也不一定造成人结构失效也并不表示结构倒塌，结构倒塌也不一定造成人员伤亡。员伤亡。员伤亡。员伤亡。我国对于一般建筑结构，当为延性破坏时，其可靠指标我国对于一般建筑结构，当为延性破坏时，其可靠指标我国对于一般建筑结构，当为延性破坏时，其可靠指标我国对于一般建筑结构，当为延性破坏时，其可靠指标取取取取b b b b=3.2=3.2，对脆性破坏取，对脆性破坏取，对脆性破坏取，对脆性破坏取b b b b=3.7=3.7。对于重要的工程结构，应提高可靠指标。对于重要的工程结构，应提高可靠指标。对于重要的工程结构，应提高可靠指标。对于重要的工程结构，应提高可靠指标。目标可靠度指标目标可靠度指标为结构设计时预先给定的可为结构设计时预先给定的可靠指标，用于工程结构设计的依据。根据结构的靠指标，用于工程结构设计的依据。根据结构的安全安全等级等级和和破坏类型破坏类型确定。确定。结构的安全等级结构的安全等级 工程结构的重要程度是根据其用途决定的。工程结构的重要程度是根据其用途决定的。进行工程结构设计时应按不同的安全等级进行进行工程结构设计时应按不同的安全等级进行设计。根据破坏时可能产生的后果严重程度，将工设计。根据破坏时可能产生的后果严重程度，将工程结构分为三个安全等级。程结构分为三个安全等级。表2-2 结构安全等级 安全等级安全等级破坏后果的影响破坏后果的影响程度程度结构类型结构类型一级一级很严重很严重重要的结构重要的结构二级二级严重严重一般的结构一般的结构三级三级不严重不严重次要的结构次要的结构2.5 2.5 基于近似概率法的设计表达式基于近似概率法的设计表达式作用效应标准值作用效应标准值Sk 按荷载标准值确定的荷载效应，称为荷载效应标准值按荷载标准值确定的荷载效应，称为荷载效应标准值Sk当荷载与荷载作用效应呈线性关系时当荷载与荷载作用效应呈线性关系时Sd Rd 可靠可靠 多个可变荷载多个可变荷载同时达到标准值的可能性较小同时达到标准值的可能性较小永久荷载永久荷载Gj可变荷载可变荷载Qi 偶然荷载偶然荷载 有多个可变荷载同时作用时有多个可变荷载同时作用时结构抗力标准值结构抗力标准值Rkfck、fsk分别为混凝土和钢筋的强度标准值，截面尺寸分别为混凝土和钢筋的强度标准值，截面尺寸b、h0和配筋和配筋As取设计值。取设计值。f(S)SSk f(R)RRkSk f(S)，f(R)S，RRk实用设计表达式实用设计表达式实用设计表达式实用设计表达式Sk f(S)，f(R)S，RRk实用设计表达式实用设计表达式Sk f(S)，f(R)S，RRk设计验算点设计验算点Sd=Rd实用设计表达式实用设计表达式Pf=PfSk f(S)，f(R)S，RRk作用效应设计值，作用效应设计值，g gS作用效应分项系数作用效应分项系数结构抗力设计值，结构抗力设计值，g gR结构抗力分项系数结构抗力分项系数材料强度设计值材料强度设计值分项系数分项系数 考虑到多年来的设计习惯和实用上的简便，考虑到多年来的设计习惯和实用上的简便，工工程结构设计统一标准程结构设计统一标准提出了便于实际使用的设计表提出了便于实际使用的设计表达式，称为实用设计表达式。达式，称为实用设计表达式。实用设计表达式中不用单一安全系数的表达形式，实用设计表达式中不用单一安全系数的表达形式，而是将影响结构安全的因素而是将影响结构安全的因素(如荷载、材料、截面尺寸、如荷载、材料、截面尺寸、等等)视为随机变量，视为随机变量，应用数理统计的概率方法应用数理统计的概率方法进行分析，进行分析，采用以荷载和材料强度的标准值以及相应的采用以荷载和材料强度的标准值以及相应的“分项系分项系数数”来表达的方式来表达的方式。这样，即考虑了结构设计的传统。这样，即考虑了结构设计的传统方式，又避免设计时直接进方式，又避免设计时直接进行概率方面的计算。行概率方面的计算。正常使用极限状态正常使用极限状态，可靠度要求可适当降低，所有分项系，可靠度要求可适当降低，所有分项系数取数取1.0规范设计表达式规范设计表达式g g0 结构重要性系数结构重要性系数1 1 承载能力极限状态设计表达式承载能力极限状态设计表达式 S Sd d 承载能力极限状态的荷载效应组合设承载能力极限状态的荷载效应组合设计值计值式中式中RdRd结构构件的抗力模型不定性系数：结构构件的抗力模型不定性系数：结构构件的抗力模型不定性系数：结构构件的抗力模型不定性系数：对对对对静力设计静力设计静力设计静力设计，一般结构构件取，一般结构构件取，一般结构构件取，一般结构构件取1.01.01.01.0；重要重要重要重要结构构件或结构构件或结构构件或结构构件或不确定性较大不确定性较大不确定性较大不确定性较大的结构构件，根的结构构件，根的结构构件，根的结构构件，根据具体情况取据具体情况取据具体情况取据具体情况取大于大于大于大于1.01.01.01.0的数值；的数值；的数值；的数值；抗震抗震抗震抗震设计，采用承载力抗震调整系数设计，采用承载力抗震调整系数设计，采用承载力抗震调整系数设计，采用承载力抗震调整系数RERERERE代替代替代替代替RdRdRdRd的表达形式；的表达形式；的表达形式；的表达形式；对荷载效应组合设计值应按荷载效应的对荷载效应组合设计值应按荷载效应的对荷载效应组合设计值应按荷载效应的对荷载效应组合设计值应按荷载效应的基本基本基本基本组合组合组合组合进行计算。进行计算。进行计算。进行计算。基本组合基本组合基本组合基本组合值取从下列组合值中较值取从下列组合值中较值取从下列组合值中较值取从下列组合值中较不利值确定：不利值确定：不利值确定：不利值确定：(1)(1)由可变荷载效应控制的组合由可变荷载效应控制的组合(2)(2)由永久荷载效应控制的组合由永久荷载效应控制的组合可变荷载考虑设计使用年限的调整系数结构设计结构设计使用年限使用年限（年）（年）5 550501001000.90.91.01.01.11.12 2 正常使用极限状态设计表达式正常使用极限状态设计表达式Sd正常使用极限状态的荷载组合效应值。正常使用极限状态的荷载组合效应值。标准组合、频遇组合、准永久组合标准组合、频遇组合、准永久组合考虑长期作用的影响考虑长期作用的影响C结构或结构构件达到正常使用要求的规定限结构或结构构件达到正常使用要求的规定限值，例如变形、裂缝、振幅、加速度、应力等的限值，例如变形、裂缝、振幅、加速度、应力等的限值，应按各有关结构设计规范的规定采用。值，应按各有关结构设计规范的规定采用。荷载效应组合值按下列情况确定荷载效应组合值按下列情况确定（1 1）标准组合）标准组合（2 2）频遇组合）频遇组合（3 3）准永久组合）准永久组合目前我国建筑目前我国建筑目前我国建筑目前我国建筑结构设计规范结构设计规范结构设计规范结构设计规范中大多采用中大多采用中大多采用中大多采用目前我国桥梁目前我国桥梁目前我国桥梁目前我国桥梁结构设计规范结构设计规范结构设计规范结构设计规范中采用中采用中采用中采用对一些可放松要求的对一些可放松要求的对一些可放松要求的对一些可放松要求的正常使用功能采用正常使用功能采用正常使用功能采用正常使用功能采用例题：某办公楼楼面板采用预应力砼空心板，安全等例题：某办公楼楼面板采用预应力砼空心板，安全等级为二级，板长级为二级，板长3.3m3.3m，计算跨度，计算跨度3.18m3.18m，板宽，板宽0.9m0.9m，板自重板自重2.04 kN/m2.04 kN/m2 2，后浇混凝土层厚，后浇混凝土层厚40mm40mm，板底抹灰，板底抹灰20mm20mm，可变荷载取，可变荷载取1.5kN/m1.5kN/m2 2，准永久值系数为，准永久值系数为0.40.4。试。试计算按承载能力极限状态和正常使用极限状态设计时计算按承载能力极限状态和正常使用极限状态设计时的截面弯矩设计值。的截面弯矩设计值。谢谢 谢！谢！