混凝土结构设计一般原则和方法课件

第十章第十章 混凝土结构设计的一混凝土结构设计的一般原则与方法般原则与方法课件制作与审查：张卫东课件制作与审查：张卫东本章的主要内容本章的主要内容 1.1.建筑结构设计的一般原则；建筑结构设计的一般原则；2.2.建筑结构荷载；建筑结构荷载；3.3.结构的功能要求和极限状态；结构的功能要求和极限状态；4.4.按近似概率的极限状态设计法；按近似概率的极限状态设计法；5.5.实用设计表达式实用设计表达式10.1 10.1 建筑结构设计的一般原则建筑结构设计的一般原则一一建筑结构的组成和类型建筑结构的组成和类型 组成：组成：建筑结构是建筑物的受力主体，以室外地面建筑结构是建筑物的受力主体，以室外地面为界，分为上部结构和下部结构两部分。为界，分为上部结构和下部结构两部分。上部结构：水平结构体系和竖向结构体系组成。上部结构：水平结构体系和竖向结构体系组成。下部结构：主要由地下室和基础组成。下部结构：主要由地下室和基础组成。类型：类型：以上部结构的结构类型命名。以上部结构的结构类型命名。结构材料：砌体、混凝土、钢、组合和混合结构结构材料：砌体、混凝土、钢、组合和混合结构 竖向结构体系：排架、框架、剪力墙、框剪和筒体竖向结构体系：排架、框架、剪力墙、框剪和筒体结构等结构等二二 建筑结构设计的阶段和内容建筑结构设计的阶段和内容 1 1工程建设三环节工程建设三环节:工程勘察、工程设计和工程施工。工程勘察、工程设计和工程施工。2.2.建筑结构设计是工程设计的重要组成部分，一般分建筑结构设计是工程设计的重要组成部分，一般分为三个阶段：初步设计、技术设计和施工图设计。为三个阶段：初步设计、技术设计和施工图设计。10.1 10.1 建筑结构设计的一般原则建筑结构设计的一般原则三三 建筑结构设计的一般原则建筑结构设计的一般原则 安全、适用、耐久和经济合理安全、适用、耐久和经济合理 具体设计原则见具体设计原则见P2P2。一、作用：一、作用：作用是使结构产生内力、变形或应力、应变的所有原因。作用是使结构产生内力、变形或应力、应变的所有原因。直接作用：施加在结构上的集中和分布荷载，简称荷载直接作用：施加在结构上的集中和分布荷载，简称荷载 间接作用：引起结构外加变形和约束变形的其他作用（如间接作用：引起结构外加变形和约束变形的其他作用（如混凝土收缩，地基沉降，温度变化、地震等）。混凝土收缩，地基沉降，温度变化、地震等）。10.2 10.2 建筑结构荷载建筑结构荷载二、荷载的分类二、荷载的分类 按作用时间长短：永久荷载、可变荷载、偶然荷载按作用时间长短：永久荷载、可变荷载、偶然荷载 永久荷载永久荷载：在结构使用期间，其值不随时间变化，或其变：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、预应力等。限值的荷载。例如结构自重、土压力、预应力等。可变荷载可变荷载：在结构使用期间，其值随时间变化，且变化与：在结构使用期间，其值随时间变化，且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、屋面平均值相比不可以忽略不计的荷载。例如楼面活荷载、屋面活荷载和积灰荷载、吊车荷载、风荷载、雪荷载等。活荷载和积灰荷载、吊车荷载、风荷载、雪荷载等。偶然荷载偶然荷载：在结构使用期间不一定出现，一旦出现，其：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。例如爆炸力、撞击力等值很大且持续时间很短的荷载。例如爆炸力、撞击力等 按空间位置变异：固定荷载、移动荷载按空间位置变异：固定荷载、移动荷载 按结构对荷载的反应性质：静力荷载、动力荷载按结构对荷载的反应性质：静力荷载、动力荷载 10.2 10.2 建筑结构荷载建筑结构荷载三、荷载的代表值三、荷载的代表值 建筑结构荷载规范建筑结构荷载规范给出了自重荷载代表值，即标准值、给出了自重荷载代表值，即标准值、组合值、频遇值和准永久值。组合值、频遇值和准永久值。荷载的标准值是荷载的基本代荷载的标准值是荷载的基本代表值。表值。指结构在使用期间可能出现的最大荷载值。荷载标准指结构在使用期间可能出现的最大荷载值。荷载标准值统一由设计基准期（值统一由设计基准期（5050年）最大荷载概率分布的某个分位年）最大荷载概率分布的某个分位值来确定，有永久荷载标准值（值来确定，有永久荷载标准值（G Gk k)和可变荷载标准值（和可变荷载标准值（Q Qk k）。荷载规范荷载规范规定：规定：对永久荷载应采用标准值作为代表值。对永久荷载应采用标准值作为代表值。对可变荷载应根据设计要求采用标准值、组合值、频遇对可变荷载应根据设计要求采用标准值、组合值、频遇值或准永久值作为代表值。值或准永久值作为代表值。对偶然荷载应按建筑结构使用的特点确定其代表值。对偶然荷载应按建筑结构使用的特点确定其代表值。10.2 10.2 建筑结构荷载建筑结构荷载可变荷载组合值：可变荷载组合值：当结构同时承受两种或两种以上的可变荷当结构同时承受两种或两种以上的可变荷载时，考虑到荷载同时达到最大值的可能性较小，因此除主载时，考虑到荷载同时达到最大值的可能性较小，因此除主导荷载（产生最大荷载效应的荷载）仍以其标准值为代表值导荷载（产生最大荷载效应的荷载）仍以其标准值为代表值外，外，对其它伴随荷载，可以将它们的标准值乘以一个小于对其它伴随荷载，可以将它们的标准值乘以一个小于或等于或等于1 1的荷载组合系数作为代表值，称为可变荷载组合值。的荷载组合系数作为代表值，称为可变荷载组合值。可变荷载频遇值：可变荷载频遇值：在设计基准期内，其超越的总时间为规定的在设计基准期内，其超越的总时间为规定的较小比率或超越频率为规定频率的荷载值。它相当于在结构上较小比率或超越频率为规定频率的荷载值。它相当于在结构上时而或多次出现的较大荷载，但总是小于荷载的标准值。时而或多次出现的较大荷载，但总是小于荷载的标准值。10.2 10.2 建筑结构荷载建筑结构荷载 其值等于可变荷载标准值乘以可变荷载频遇值系数：其值等于可变荷载标准值乘以可变荷载频遇值系数：可变荷载准永久值可变荷载准永久值在设计基准期内，其超越的总时间约为设计在设计基准期内，其超越的总时间约为设计基准值一半（可以理解为总持续时间不低于基准值一半（可以理解为总持续时间不低于2525年）的荷载值，年）的荷载值，也就是经常作用于结构上的可变荷载。也就是经常作用于结构上的可变荷载。其值等于可变荷载标准值乘以可变荷载准永久值系数：其值等于可变荷载标准值乘以可变荷载准永久值系数：10.2 10.2 建筑结构荷载建筑结构荷载四、竖向荷载：四、竖向荷载：1.1.楼、屋面荷载（恒荷载和活荷载）楼、屋面荷载（恒荷载和活荷载）1 1）、民用建筑楼面均布活荷载）、民用建筑楼面均布活荷载 楼面活荷载是指作用在楼面上的人员、家具、设备等荷载。楼面活荷载是指作用在楼面上的人员、家具、设备等荷载。按楼面等效均布活荷载的确定方法，将实际荷载换算成为按楼面等效均布活荷载的确定方法，将实际荷载换算成为等效均布活荷载，再经统计分析后，确定活荷载的标准值。等效均布活荷载，再经统计分析后，确定活荷载的标准值。具体数值查阅具体数值查阅建筑结构荷载规范建筑结构荷载规范，由于活荷载不可能，由于活荷载不可能满布（同时），故在设计梁、墙、柱和基础时会做一些折满布（同时），故在设计梁、墙、柱和基础时会做一些折减，具体见下表：减，具体见下表：10.2 10.2 建筑结构荷载建筑结构荷载10.2 10.2 建筑结构荷载建筑结构荷载表表1.21.2楼面活荷载折减系数楼面活荷载折减系数 10.2 10.2 建筑结构荷载建筑结构荷载表表1.31.3活荷载按楼层数的折减系数活荷载按楼层数的折减系数 墙、柱、基础计算墙、柱、基础计算截面以上的层数截面以上的层数 1 12-32-34-54-56-86-89-209-202020计算截面以上各楼计算截面以上各楼层活荷载总和的折层活荷载总和的折减系数减系数 1.001.00(0.90(0.90）0.850.850.700.700.650.650.600.600.550.55四、竖向荷载：四、竖向荷载：2 2）、工业建筑楼面均布活荷载）、工业建筑楼面均布活荷载 具体数值查阅具体数值查阅建筑结构荷载规范建筑结构荷载规范，局部荷载可按，局部荷载可按实际情况考虑，一般采用等效均布活荷载的形式进行处理。实际情况考虑，一般采用等效均布活荷载的形式进行处理。3 3）、屋面活荷载）、屋面活荷载 屋面上的活荷载因屋面上的活荷载因“上人上人”和和“不上人不上人”而不同。上而不同。上人的屋面承受人群和施工检修等荷载；不上人的屋面只承人的屋面承受人群和施工检修等荷载；不上人的屋面只承受施工检修时施工、检修人员以及堆料等重力。具体见受施工检修时施工、检修人员以及堆料等重力。具体见表表10-210-2，注意表注、屋面均布活荷载不与雪荷载同时组合。注意表注、屋面均布活荷载不与雪荷载同时组合。10.2 10.2 建筑结构荷载建筑结构荷载四、竖向荷载：四、竖向荷载：2.2.雪荷载雪荷载 雪荷载是指房屋上由积雪而产生的荷载。雪荷载是指房屋上由积雪而产生的荷载。雪荷载是作用在屋面上的。雪荷载是作用在屋面上的。荷载规范荷载规范规定，规定，屋面水平屋面水平投影面上投影面上的雪荷载标准值，应按下式计算：的雪荷载标准值，应按下式计算：基本雪压是雪荷载的基准压力，一般按当地空旷平坦地面基本雪压是雪荷载的基准压力，一般按当地空旷平坦地面上积雪自重的观测数据，经概率统计得出上积雪自重的观测数据，经概率统计得出5050年一遇最大值确定。年一遇最大值确定。屋面上的雪荷载标准值不等于基本雪压屋面上的雪荷载标准值不等于基本雪压，而应将基本雪压，而应将基本雪压乘以屋面积雪分布系数乘以屋面积雪分布系数r r。屋面积雪分布系数。屋面积雪分布系数r r的意义是基本的意义是基本雪压换算为屋面水平投影面上的雪荷载的换算系数。雪压换算为屋面水平投影面上的雪荷载的换算系数。10.2 10.2 建筑结构荷载建筑结构荷载屋面积雪分布系数屋面积雪分布系数10.2 10.2 建筑结构荷载建筑结构荷载 雪荷载的组合值系数可取雪荷载的组合值系数可取0.70.7；频遇值系数可取；频遇值系数可取0.60.6；准；准永久值系数应按雪荷载分区永久值系数应按雪荷载分区、和和的不同，分别取的不同，分别取0.50.5、0.20.2、0 0；雪荷载分区应按规范中的规定采用。；雪荷载分区应按规范中的规定采用。设计建筑结构及屋面的承重构件时，可按下列规定考虑设计建筑结构及屋面的承重构件时，可按下列规定考虑积雪的分布情况：积雪的分布情况：屋面板和檩条按积雪不均匀分布的最不利情况考虑；屋面板和檩条按积雪不均匀分布的最不利情况考虑；屋架和拱壳可分别按积雪全跨均匀分布、不均匀分布屋架和拱壳可分别按积雪全跨均匀分布、不均匀分布和半跨均匀分布的情况考虑；和半跨均匀分布的情况考虑；框架和柱可按积雪全跨均匀分布情况考虑。框架和柱可按积雪全跨均匀分布情况考虑。10.2 10.2 建筑结构荷载建筑结构荷载五、风荷载五、风荷载 风荷载包括由顺风向得平均风引起的静力风荷载、与平风荷载包括由顺风向得平均风引起的静力风荷载、与平均风方向一致的顺风向脉动风荷载和与平均风方向垂直的横均风方向一致的顺风向脉动风荷载和与平均风方向垂直的横风向脉动风荷载。风向脉动风荷载。风荷载的大小与基本风压、风压高度变化系数、风荷载风荷载的大小与基本风压、风压高度变化系数、风荷载体型系数和风振系数有关。体型系数和风振系数有关。荷载规范荷载规范规定，垂直于建筑规定，垂直于建筑物表面上的风荷载标准值，应按下述公式计算：物表面上的风荷载标准值，应按下述公式计算：（1 1）当计算主要承重结构时当计算主要承重结构时 （2 2）当计算围护结构时当计算围护结构时10.2 10.2 建筑结构荷载建筑结构荷载 基本风压基本风压是风荷载的基准压力，一般按当地空旷平坦是风荷载的基准压力，一般按当地空旷平坦地面上地面上10m10m高度处高度处10min10min平均的风速观测数据，经概率统平均的风速观测数据，经概率统计得出计得出5050年一遇最大值确定的风速，再考虑相应的空气年一遇最大值确定的风速，再考虑相应的空气密度，按公式密度，按公式w w0 0=pv=pv0 02 2/2/2确定的风压值。确定的风压值。基本风压可从基本风压可从荷载规范荷载规范附录中查得，注意基本附录中查得，注意基本风压不得小于风压不得小于0.3kN/m0.3kN/m2 2。风荷载的组合值、频遇值和准永久值系数可分别取风荷载的组合值、频遇值和准永久值系数可分别取0.60.6、0.40.4、0 0。10.2 10.2 建筑结构荷载建筑结构荷载风压高度变化系数风压高度变化系数 风速是随距地面的高度增加而增加的，故风压也是随离地风速是随距地面的高度增加而增加的，故风压也是随离地面高度增加而增加的。风速随高度的变化规律主要取决于面高度增加而增加的。风速随高度的变化规律主要取决于地面地面的粗糙程度的粗糙程度。但当离地面。但当离地面450m450m以上时，风速即不受地面粗糙程以上时，风速即不受地面粗糙程度的影响，风压高度变化系数为常数。度的影响，风压高度变化系数为常数。地面粗糙度是指风在到达结构物以前吹越过地面粗糙度是指风在到达结构物以前吹越过2km2km范围内的地范围内的地面时，描述该地面上不规则障碍物分布状况的等级。规范将地面时，描述该地面上不规则障碍物分布状况的等级。规范将地面粗糙度分为面粗糙度分为A A、B B、C C、D D四类。四类。A A类类指近海海面和海岛、海岸、湖岸及沙漠地区；指近海海面和海岛、海岸、湖岸及沙漠地区；10.2 10.2 建筑结构荷载建筑结构荷载 B B类类指田野、乡村、丛林、丘陵以及房屋比较稀疏的指田野、乡村、丛林、丘陵以及房屋比较稀疏的乡镇和城市郊区乡镇和城市郊区 C C类类指有密集建筑群的城市市区；指有密集建筑群的城市市区；D D类类指有密集建筑群且房屋较高的城市市区。指有密集建筑群且房屋较高的城市市区。风荷载体型系数风荷载体型系数是指风作用在建筑物表面上所引起的实际是指风作用在建筑物表面上所引起的实际压力（或吸力）与基本风压的比值，它描述的是建筑物表面压力（或吸力）与基本风压的比值，它描述的是建筑物表面在稳定风压作用下的静态压力的分布规律，主要与建筑物的在稳定风压作用下的静态压力的分布规律，主要与建筑物的体型和尺度有关，也与周围环境和地面粗糙度有关。体型和尺度有关，也与周围环境和地面粗糙度有关。几种常见体型建筑物的风荷载体型系数见下表：几种常见体型建筑物的风荷载体型系数见下表：10.2 10.2 建筑结构荷载建筑结构荷载 荷载规范荷载规范规定，以风振系数规定，以风振系数z z来描述动力反应的来描述动力反应的影响。影响。规定对于高度大于规定对于高度大于30m30m且高宽比大于且高宽比大于1.51.5的房屋结构，的房屋结构，以及基本自振周期以及基本自振周期T T1 1大于大于0.25s0.25s的塔架、桅杆、烟囱等高耸结的塔架、桅杆、烟囱等高耸结构，应采用风振系数来描述风压脉动的影响，具体计算方法构，应采用风振系数来描述风压脉动的影响，具体计算方法见规范。见规范。对于高度低于对于高度低于30m30m或高宽比小于或高宽比小于1.51.5的房屋以及自振周的房屋以及自振周期期T T1 10.25s0.25s的塔架、桅杆、烟囱等高耸结构，取的塔架、桅杆、烟囱等高耸结构，取z z=1.0=1.0。10.2 10.2 建筑结构荷载建筑结构荷载一、结构的功能要求一、结构的功能要求 1 1、结构的安全等级、结构的安全等级 根据结构破坏可能产生后果的严重性来划分。根据结构破坏可能产生后果的严重性来划分。10.3 10.3 结构的功能要求和极限状态结构的功能要求和极限状态一、结构的功能要求一、结构的功能要求 2 2、结构的设计使用年限、结构的设计使用年限 设计使用年限是指设计规定的结构或结构构件设计使用年限是指设计规定的结构或结构构件不需进行不需进行大大大大修修修修即可按其预定目的使用的时期。即可按其预定目的使用的时期。10.3 10.3 结构的功能要求和极限状态结构的功能要求和极限状态3 3、建筑结构的功能、建筑结构的功能：可靠性问题：可靠性问题 建筑结构在规定的期限内（设计基准期建筑结构在规定的期限内（设计基准期5050年），在规年），在规定的条件下预期完成的功能。分为三项：定的条件下预期完成的功能。分为三项：（1 1）安全性安全性：结构能够承受正常施工，正常使用过程中可：结构能够承受正常施工，正常使用过程中可能出现的各种荷载和变形，并在偶然事件发生时，仍能保持整体能出现的各种荷载和变形，并在偶然事件发生时，仍能保持整体稳定性。稳定性。（2 2）适用性适用性：正常使用期间具有良好的工作性能，不产生：正常使用期间具有良好的工作性能，不产生过大变形、振幅，不发生足以让使用者不安的过宽的裂缝等。过大变形、振幅，不发生足以让使用者不安的过宽的裂缝等。（3 3）耐久性耐久性：结构在正常使用和正常维护条件下具有足够：结构在正常使用和正常维护条件下具有足够的耐久性。如：混凝土严重风化、腐蚀、钢筋锈蚀等。的耐久性。如：混凝土严重风化、腐蚀、钢筋锈蚀等。10.3 10.3 结构的功能要求和极限状态结构的功能要求和极限状态1 1 1 1、极限状态定义、极限状态定义、极限状态定义、极限状态定义 整个结构或结构的一部分超过某一特定状态就不能满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，此特定状态为该功能的极限足设计规定的某一功能要求，此特定状态为该功能的极限状态。状态。结构能够满足功能要求而良好地工作，则称结构是结构能够满足功能要求而良好地工作，则称结构是“可可靠靠”的或的或“有效有效”的。反之，则结构为的。反之，则结构为“不可靠不可靠”或或“失失效效”。区分结构区分结构“可靠可靠”与与“失效失效”的临界工作状态称为的临界工作状态称为“极极限状态限状态”。10.3 10.3 结构功能的极限状态结构功能的极限状态1.1.承载能力极限状态承载能力极限状态(the Ultimate Limit State)(the Ultimate Limit State)结构或构件达到最大承载力，疲劳破坏或不适于继续承载结构或构件达到最大承载力，疲劳破坏或不适于继续承载的变形称为承载能力极限状态。的变形称为承载能力极限状态。整个结构或一部分失去平衡；整个结构或一部分失去平衡；（如阳台、雨蓬倾覆，挡土墙滑移）（如阳台、雨蓬倾覆，挡土墙滑移）结构构件及连接用超过材料强度而破坏或同过度的塑性变结构构件及连接用超过材料强度而破坏或同过度的塑性变形而不适于继续承载（如材料被压碎，锚固筋被拔出）；形而不适于继续承载（如材料被压碎，锚固筋被拔出）；结构变为机动体系。（梁出现塑性铰）；结构变为机动体系。（梁出现塑性铰）；结构或构件丧失稳定性。（细长柱被压屈）；结构或构件丧失稳定性。（细长柱被压屈）；地基丧失承载能力而破坏。地基丧失承载能力而破坏。10.3 10.3 结构功能的极限状态结构功能的极限状态2.2.正常使用极限状态正常使用极限状态(the Serviceability Limit State)(the Serviceability Limit State)结构或构件达到正常使用或耐久性的某项限值规定，称为正结构或构件达到正常使用或耐久性的某项限值规定，称为正常使用极限状态。常使用极限状态。结构的变形达到使用和外观要求的限值；结构的变形达到使用和外观要求的限值；结构产生影响正常使用载耐久性的局部损坏；结构产生影响正常使用载耐久性的局部损坏；结构发生影响正常使用的振动；结构发生影响正常使用的振动；影响结构正常使用的其它特定状态。影响结构正常使用的其它特定状态。10.3 10.3 结构功能的极限状态结构功能的极限状态极限状态方程极限状态方程 结构功能函数：用作用效应结构功能函数：用作用效应S S和结构抗力和结构抗力R R关系式描述结构关系式描述结构构件工作状态的函数。构件工作状态的函数。Z=R-SZ=R-S（随机变量）（随机变量）Z=R-SZ=R-S0 0 结构可靠结构可靠 Z=R-SZ=R-S0 0 结构的极限状态方程（极限状态）结构的极限状态方程（极限状态）Z=R-SZ=R-S0 0 结构失效结构失效 在结构设计中，不仅仅只考虑结构的承载能力，有时还要考在结构设计中，不仅仅只考虑结构的承载能力，有时还要考虑结构的适用性和耐久性，则极限状态方程可推广为：虑结构的适用性和耐久性，则极限状态方程可推广为：Z=gZ=g（x1,x2,x3,x1,x2,x3,），），g g（）功能函数）功能函数 以后各章进一步具体化。以后各章进一步具体化。由于结构抗力和荷载效应的随机性，安全可靠应该属于由于结构抗力和荷载效应的随机性，安全可靠应该属于概率的范畴，而不是一个定值来衡量。概率的范畴，而不是一个定值来衡量。10.3 10.3 结构功能的极限状态结构功能的极限状态一、结构的可靠度一、结构的可靠度 单一安全系数法不能反映结构的实际失效情况。单一安全系数法不能反映结构的实际失效情况。结构可靠度结构可靠度是结构可靠性的定量指标，指结构在规定时是结构可靠性的定量指标，指结构在规定时间（设计使用年限间（设计使用年限=50=50年）内，在规定的条件下（正常设计、正年）内，在规定的条件下（正常设计、正常施工、正常使用和维护），完成预定功能的概率。常施工、正常使用和维护），完成预定功能的概率。结构可靠性越高，建设造价投资越大。结构可靠性越高，建设造价投资越大。如何在结构可靠与经济之间取得均衡，就是设计方法要如何在结构可靠与经济之间取得均衡，就是设计方法要解决的问题解决的问题(经济的概念不仅包括第一次建设费用，还应考虑维经济的概念不仅包括第一次建设费用，还应考虑维修，损失及修复的费用修，损失及修复的费用)。显然这种可靠与经济的均衡受到多方面的影响，如国家经显然这种可靠与经济的均衡受到多方面的影响，如国家经济实力、设计工作寿命、维护和修复等。济实力、设计工作寿命、维护和修复等。10.4 10.4 按近似概率的极限状态设计法按近似概率的极限状态设计法二、可靠指标与失效概率二、可靠指标与失效概率 1.1.失效概率失效概率 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。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。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。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。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。失效概率失效概率Pf=P(S R)当失效概率当失效概率P Pf f小于某个值时，人们因结构失效的可能性很小而不再担心，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 P Pf f。Ps=P(S R)=P(Z 0)b 值2.73.23.74.2失效概率Pf3.4710-36.8710-41.0810-41.3310-5与与P Pf f关系：关系：1)1)R R与与S S相差愈大，相差愈大，也愈大，结构愈可靠；也愈大，结构愈可靠；2)2)R R与与S S愈小，即离散性愈小，即离散性愈小，愈小，也愈大，结构愈可靠。也愈大，结构愈可靠。10.4 10.4 按近似概率的极限状态设计法按近似概率的极限状态设计法 直接采用可靠指标进行设计计算繁杂、统计数据不全，采用直接采用可靠指标进行设计计算繁杂、统计数据不全，采用该设计方法没有必要，该设计方法没有必要，建筑结构设计统一标准建筑结构设计统一标准提出了一种便于提出了一种便于实际使用的设计表达式，把荷载、材料、截面尺寸、计算方法等运实际使用的设计表达式，把荷载、材料、截面尺寸、计算方法等运用概率方法分析，以荷载和材料强度标准值和其分项系数相联系来用概率方法分析，以荷载和材料强度标准值和其分项系数相联系来表达方式，其中的分项系数根据目标可靠指标表达方式，其中的分项系数根据目标可靠指标，并考虑工程实，并考虑工程实际经验而确定的。际经验而确定的。一、分项系数一、分项系数 设抗力的标准值设抗力的标准值R RK K，（尽可能小的抗力），设荷载效应的标，（尽可能小的抗力），设荷载效应的标准值准值S SK K，（尽可能大的荷载）。，（尽可能大的荷载）。定义定义R R，S S分别为承载力分项系数和荷载分项系数分别为承载力分项系数和荷载分项系数（主要主要是通过对可靠指标的分析及工程经验校准确定是通过对可靠指标的分析及工程经验校准确定），则有：，则有：荷载效应荷载效应S S结构抗力结构抗力R R可靠指标可靠指标分项系数分项系数10.5 10.5 实用设计表达式实用设计表达式二、荷载效应组合二、荷载效应组合 荷载规范荷载规范：分为基本组合、偶然组合、标准组合、频遇：分为基本组合、偶然组合、标准组合、频遇组合和准永久组合。组合和准永久组合。承载能力极限状态：基本组合和偶然组合承载能力极限状态：基本组合和偶然组合 正常使用极限状态：标准组合、频遇组合和准永久组合正常使用极限状态：标准组合、频遇组合和准永久组合10.5 10.5 实用设计表达式实用设计表达式三、承载能力极限状态设计表达式三、承载能力极限状态设计表达式 可变荷载效应控制可变荷载效应控制 永久荷载效应控制永久荷载效应控制 一般排架框架结构表达式（可变荷载控制）可简化表示为：一般排架框架结构表达式（可变荷载控制）可简化表示为：永久荷载控制不可简化。永久荷载控制不可简化。10.5 10.5 实用设计表达式实用设计表达式四、正常使用极限状态设计表达式四、正常使用极限状态设计表达式 验算内容：结构构件的变形、抗裂度或裂缝宽度。验算内容：结构构件的变形、抗裂度或裂缝宽度。与承载力极限状态比较：与承载力极限状态比较：(1)(1)可靠度的要求可适当降低，不需再乘以荷载分项系数；可靠度的要求可适当降低，不需再乘以荷载分项系数；(2)(2)采用荷载组合值；采用荷载组合值；(3)(3)不考虑结构的重要性系数不考虑结构的重要性系数0 0。(4)(4)应根据不同的设计目的，分别按荷载效应的标准组合、应根据不同的设计目的，分别按荷载效应的标准组合、频遇组合和准永久组合，采用下列极限状态表达式：频遇组合和准永久组合，采用下列极限状态表达式：标准组合标准组合:10.5 10.5 实用设计表达式实用设计表达式三、正常使用极限状态设计表达式三、正常使用极限状态设计表达式 频遇组合频遇组合 准永久组合准永久组合 10.5 10.5 实用设计表达式实用设计表达式一、材料强度取值一、材料强度取值 1.1.材料强度标准值材料强度标准值 材料强度的标准值是一种特征值，其取值原则：在符合规材料强度的标准值是一种特征值，其取值原则：在符合规定质量的材料强度实测总体中，强度标准值取具有定质量的材料强度实测总体中，强度标准值取具有9595保证率的保证率的强度值。强度值。式中：式中：f f材料强度的平均值材料强度的平均值;f f材料强度的标准差材料强度的标准差 (1)(1)钢筋抗拉强度标准值钢筋抗拉强度标准值：混凝土结构设计规范混凝土结构设计规范中取国家冶金局标准规定的钢材废品限值作为钢筋强度的标准中取国家冶金局标准规定的钢材废品限值作为钢筋强度的标准值。这个废品限值大体能满足保证率值。这个废品限值大体能满足保证率97.7397.73，即：，即：10.5 10.5 实用设计表达式实用设计表达式注意：热轧钢筋的废品限值取屈服强度；注意：热轧钢筋的废品限值取屈服强度；预应力钢绞线、钢丝和热处理钢筋根据极限抗拉强度预应力钢绞线、钢丝和热处理钢筋根据极限抗拉强度b确定；但是在进行承载力设计时，按确定；但是在进行承载力设计时，按0.850.85b取用。取用。(2)(2)混凝土强度标准值混凝土强度标准值 建筑结构设计统一标准建筑结构设计统一标准规定，混凝土立方体抗压强度规定，混凝土立方体抗压强度按下式采用，其具有按下式采用，其具有9595保证率：保证率：10.5 10.5 实用设计表达式实用设计表达式2.2.材料强度设计值材料强度设计值 材料强度设计值由材料强度标准值除以材料的分项系数确定。材料强度设计值由材料强度标准值除以材料的分项系数确定。即：即：预应力钢丝预应力钢丝f fpypy确定：确定：10.5 10.5 实用设计表达式实用设计表达式3.3.荷载设计值：荷载标准值荷载设计值：荷载标准值荷载分项系数荷载分项系数10.5 10.5 实用设计表达式实用设计表达式