第3章 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)基本原理

1、第3章 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)基本原理本章主要(zhyo)內(nèi)容結(jié)構(gòu)可靠度 荷載和材料強(qiáng)度(qingd)標(biāo)準(zhǔn)值概率極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法 共五十八頁(yè)要點(diǎn)作用于結(jié)構(gòu)上的荷載取值 結(jié)構(gòu)構(gòu)件自重； 外部作用（活荷載、風(fēng)荷載、雪荷載、地震作用等）材料強(qiáng)度取值 鋼筋強(qiáng)度；混凝土強(qiáng)度結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法 荷載值、材料強(qiáng)度值確定后 如何設(shè)計(jì)，保證結(jié)構(gòu)具有(jyu)適當(dāng)?shù)目煽慷鹊匚缓妥饔茫嚎傇瓌t（綱領(lǐng)）預(yù)期的可靠度（難點(diǎn)） 適用于所有結(jié)構(gòu)和構(gòu)件：建筑結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)共五十八頁(yè) 作用、作用效應(yīng)及結(jié)構(gòu)抗力(kn l) 結(jié)構(gòu)可靠度及安全等級(jí) 混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件設(shè)計(jì)計(jì)算方法的演變3.1 結(jié)構(gòu)(jigu)可靠度及結(jié)構(gòu)(jigu)設(shè)計(jì)方法共五十八頁(yè)3

2、.1.1結(jié)構(gòu)上的作用、作用效應(yīng)(xioyng)及結(jié)構(gòu)抗力1. 結(jié)構(gòu)上的作用(zuyng)和作用效應(yīng) 作用：使結(jié)構(gòu)或構(gòu)件產(chǎn)生內(nèi)力和變形的各種原因直接作用（荷載）：以力的形式直接作用于結(jié)構(gòu)上間接作用：以變形的形式作用在結(jié)構(gòu)上 作用按時(shí)間變異的分類 永久作用 G：其值不隨時(shí)間變化（恒載） 可變作用 Q：其值隨時(shí)間變化（活荷載） 偶然作用：量值很大且持續(xù)時(shí)間很短的作用作用效應(yīng) S（effect of an action） 由作用產(chǎn)生的內(nèi)力和變形（軸力、剪力、彎矩、扭矩、變形、裂縫等） 作用效應(yīng) S 是隨機(jī)變量或隨機(jī)過(guò)程共五十八頁(yè)3.1.1 結(jié)構(gòu)上的作用、作用效應(yīng)(xioyng)及結(jié)構(gòu)抗力2. 結(jié)構(gòu)抗力

3、 R（resistance） 整個(gè)結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件承受作用效應(yīng)（即內(nèi)力和變形）的能力，如構(gòu)件的承載能力、剛度及抗裂能力等。 影響因素 材料性能（強(qiáng)度(qingd)、變形模量等）幾何參數(shù)（構(gòu)件尺寸等）計(jì)算模式的精確性（構(gòu)件抗力計(jì)算模型）結(jié)構(gòu)抗力 R 是隨機(jī)變量3. 設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期 T （design reference period） 為確定可變作用及與時(shí)間有關(guān)的材料性能等取值而選用的時(shí)間參數(shù)，建筑結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定為50年. 共五十八頁(yè)3.1.2 結(jié)構(gòu)的預(yù)定(ydng)功能及結(jié)構(gòu)可靠度1. 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本要求滿足使用功能：結(jié)構(gòu)的預(yù)定功能要求 安全性（safety class）： 不發(fā)生構(gòu)件破

4、壞或結(jié)構(gòu)倒塌 適用性（serviceability）: 變形和裂縫寬度不超限 耐久性（durability）：結(jié)構(gòu)材料的風(fēng)化、腐蝕和老化不超過(guò)一定限度經(jīng)濟(jì)問(wèn)題在現(xiàn)有技術(shù)的基礎(chǔ)上，以最經(jīng)濟(jì)的手段獲得預(yù)定功能要求 合理地解決結(jié)構(gòu)可靠(kko)與經(jīng)濟(jì)之間的矛盾共五十八頁(yè)3.1.2 結(jié)構(gòu)的預(yù)定(ydng)功能及結(jié)構(gòu)可靠度2. 結(jié)構(gòu)的可靠度結(jié)構(gòu)的可靠性結(jié)構(gòu)的安全性、適用性和耐久性總稱結(jié)構(gòu)的可靠性。結(jié)構(gòu)在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)，在規(guī)定的條件下，完成預(yù)定功能的能力(nngl)。（定性描述）結(jié)構(gòu)可靠度結(jié)構(gòu)在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)，在規(guī)定的條件下，完成預(yù)定功能的概率。是可靠性的概率度量。 （定量描述）共五十八頁(yè) 規(guī)定的時(shí)間：設(shè)計(jì)(

5、shj)使用年限（design working life） 設(shè)計(jì)規(guī)定的結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件不需進(jìn)行大修即可按其預(yù)定目的使用的時(shí)期 設(shè)計(jì)使用年限、設(shè)計(jì)基準(zhǔn)(jzhn)期、使用壽命、耐久年限等概念之間的區(qū)別。紀(jì)念性建筑和特別重要的建筑物1004普通房屋和構(gòu)筑物503易于替換的結(jié)構(gòu)構(gòu)件252臨時(shí)性結(jié)構(gòu)51示 例設(shè)計(jì)使用年限（年）類 別 規(guī)定的條件 正常設(shè)計(jì)、正常施工、正常使用3.1.2 結(jié)構(gòu)的預(yù)定功能及結(jié)構(gòu)可靠度共五十八頁(yè)3.1.3結(jié)構(gòu)(jigu)的安全等級(jí) 結(jié)構(gòu)(jigu)的安全等級(jí)(safety class)安全等級(jí)根據(jù)結(jié)構(gòu)破壞可能產(chǎn)生的后果，即危及人的生命、造成的經(jīng)濟(jì)損失、產(chǎn)生社會(huì)影響等的嚴(yán)重程度確

6、定。安全等級(jí)破壞后果建筑物類型一級(jí)很嚴(yán)重重要的房屋二級(jí)嚴(yán) 重一般的房屋三級(jí)不嚴(yán)重次要的房屋 建筑物中各類結(jié)構(gòu)構(gòu)件的安全等級(jí)宜與整個(gè)結(jié)構(gòu)的安全等級(jí)相同，但允許對(duì)部分結(jié)構(gòu)構(gòu)件根據(jù)其重要程度和綜合效益進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。用安全等級(jí)區(qū)分結(jié)構(gòu)的可靠度建筑結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的建筑結(jié)構(gòu)安全等級(jí)共五十八頁(yè) 混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件設(shè)計(jì)(shj)計(jì)算方法的演變 容許應(yīng)力法 特點(diǎn)：計(jì)算簡(jiǎn)單；未考慮材料的塑性；經(jīng)驗(yàn)的安全系數(shù) 按破壞階段的設(shè)計(jì)方法 特點(diǎn)：考慮材料塑性，計(jì)算結(jié)果較準(zhǔn)確(zhnqu)；經(jīng)驗(yàn)的安全系數(shù)多系數(shù)極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法 特點(diǎn)：較全面地考慮了主要因素；不能計(jì)算結(jié)構(gòu)的可靠度3.1.4 混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件設(shè)計(jì)計(jì)算方法共

7、五十八頁(yè)3.1.4 混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件(gujin)設(shè)計(jì)計(jì)算方法概率極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法 水準(zhǔn)I 半概率法把可以統(tǒng)計(jì)的因素（荷載值和材料強(qiáng)度值等）用概率方法加以處理，無(wú)統(tǒng)計(jì)資料的因素用經(jīng)驗(yàn)系數(shù)處理。對(duì)結(jié)構(gòu)的可靠度還不能做出定量的估計(jì)。TJ10-74基本上屬于此法。 水準(zhǔn) 近似概率法將結(jié)構(gòu)抗力和荷載效應(yīng)作為隨機(jī)變量，按給定的概率分布估算失效概率或可靠指標(biāo)，采用平均值和標(biāo)準(zhǔn)差兩個(gè)統(tǒng)計(jì)參數(shù)(cnsh)，對(duì)設(shè)計(jì)表達(dá)式進(jìn)行線性化處理，稱為“一次二階矩法”，是一種實(shí)用的近似概率計(jì)算法。 水準(zhǔn) 全概率法共五十八頁(yè)3.1 結(jié)構(gòu)(jigu)可靠度及結(jié)構(gòu)(jigu)設(shè)計(jì)方法小結(jié)結(jié)構(gòu)上的作用、作用效應(yīng)結(jié)構(gòu)的抗力設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期；設(shè)

8、計(jì)使用年限；實(shí)際(shj)壽命結(jié)構(gòu)可靠性，結(jié)構(gòu)可靠度結(jié)構(gòu)的安全等級(jí)概率極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法 影響結(jié)構(gòu)可靠度的主要因素（荷載值、材料強(qiáng)度值等）用概率的方法確定； 結(jié)構(gòu)的工作狀態(tài)取“極限狀態(tài)”。 共五十八頁(yè) 荷載標(biāo)準(zhǔn)值的確定 材料(cilio)強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值的確定 各種強(qiáng)度值之間的關(guān)系3.2 荷載和材料(cilio)強(qiáng)度的取值共五十八頁(yè)3.2.1荷載(hzi)標(biāo)準(zhǔn)值的確定 荷載(hzi)的統(tǒng)計(jì)特性 永久荷載 G 是隨機(jī)變量；永久荷載 G 符合正態(tài)分布 可變荷載 Q 是隨機(jī)過(guò)程； 樓面活荷載、風(fēng)荷載和雪荷載符合極值 I 型分布 荷載標(biāo)準(zhǔn)值 結(jié)構(gòu)在使用期間，在正常情況下，可能出現(xiàn)的具有一定保證率（assuran

9、ce factor）的偏大荷載值 。共五十八頁(yè)2223242526272800.050.10.150.20.250.30.350.4 正態(tài)分布永久(yngji)荷載x (kN/m3)概率密度 p(x) 概率密度函數(shù)p(x) 概率密度函數(shù)的性質(zhì)(xngzh)3.2.1荷載標(biāo)準(zhǔn)值的確定共五十八頁(yè) 極值(j zh)I型分布3.2.1荷載(hzi)標(biāo)準(zhǔn)值的確定 概率密度函數(shù)p(x) 概率密度函數(shù)的性質(zhì)活荷載x 概率密度 p(x)-4-20246800.050.10.150.20.250.30.350.4共五十八頁(yè)3.2.1荷載(hzi)標(biāo)準(zhǔn)值的確定 荷載(hzi)標(biāo)準(zhǔn)值荷載標(biāo)準(zhǔn)值是建筑結(jié)構(gòu)按極限狀態(tài)設(shè)

10、計(jì)時(shí)采用的荷載基本代表值。如果荷載符合正態(tài)分布，且具有95%的保證率，則標(biāo)準(zhǔn)值Pk為mPPk232426282200.050.10.150.20.250.30.350.4永久荷載x概率密度 p(x)Pk=mP+1.645sP共五十八頁(yè)3.2.1 荷載(hzi)標(biāo)準(zhǔn)值的確定 荷載(hzi)標(biāo)準(zhǔn)值永久荷載標(biāo)準(zhǔn)值Gk：可按結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)定的尺寸和荷載規(guī)范規(guī)定的材料容重平均值確定，一般相當(dāng)于永久荷載概率分布的平均值。辦公樓、住宅樓面均布活荷載標(biāo)準(zhǔn)值Qk均為2.0kN/m2。風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值是由基本風(fēng)壓乘以風(fēng)壓高度變化系數(shù)、風(fēng)載體型系數(shù)和風(fēng)振系數(shù)確定的。雪荷載標(biāo)準(zhǔn)值是由建筑物所在地的基本雪壓乘以屋面積雪分布系數(shù)

11、確定的。注：上述荷載標(biāo)準(zhǔn)值可由建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范查??； 各種可變荷載標(biāo)準(zhǔn)值的保證率不同。共五十八頁(yè)3.2.2 材料強(qiáng)度(qingd)標(biāo)準(zhǔn)值的確定 材料強(qiáng)度的變異性及統(tǒng)計(jì)(tngj)特性 鋼筋屈服強(qiáng)度的概率分布基本符合正態(tài)分布。 混凝土立方體抗壓強(qiáng)度的實(shí)測(cè)值也符合正態(tài)分布。 材料強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值 鋼筋和混凝土的強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值 fk= mf - asf 。偏低值mf2426282200.050.10.150.20.250.30.350.4材料強(qiáng)度x概率密度 p(x)fk a為與材料實(shí)際強(qiáng)度 f 低于fK的概率有關(guān)的保證率系數(shù)。共五十八頁(yè)3.2.2 材料強(qiáng)度(qingd)標(biāo)準(zhǔn)值的確定 鋼筋(gngjn)的強(qiáng)度標(biāo)

12、準(zhǔn)值對(duì)于熱軋鋼筋，廢品限值相當(dāng)于屈服強(qiáng)度平均值減去2倍標(biāo)準(zhǔn)差，即a = 2，保證率為97.73%?；炷烈?guī)范規(guī)定的鋼筋強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值具有不小于95%保證率。熱軋鋼筋強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值(N/mm2)種 類符號(hào)d/mmfyK熱軋鋼筋HPB 300A622300HRB 335/HRBF 335 B/BF650335HRB 400/HRBF400/RRB400C/CF/CR650400HRB 500/HRBF500C/CR 650500共五十八頁(yè)3.2.2 材料(cilio)強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值的確定 混凝土的強(qiáng)度(qingd)標(biāo)準(zhǔn)值混凝土規(guī)范規(guī)定的混凝土的強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值為具有95% 保證率的強(qiáng)度值。立方體抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值 fc

13、u,k軸心抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值 fck共五十八頁(yè)3.2.2 材料(cilio)強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值的確定混凝土規(guī)范(gufn)中的混凝土強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值規(guī)定混凝土強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值(N/mm2)強(qiáng)度種類混凝土強(qiáng)度等級(jí)C15C20C25C30C35C40C45C50C55C60C65C70C75C80fck10.013.416.720.123.426.829.632.435.538.541.544.547.450.2ftk1.271.541.782.012.202.392.512.642.742.852.932.993.053.11軸心抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值 ftk混凝土強(qiáng)度的基本代表值為 fcu,k。共五十八頁(yè)3.2 荷載(hzi

14、)和材料強(qiáng)度取值小結(jié)重要思想：荷載取具有一定(ydng)保證率的偏大荷載值（不取最大值） 材料強(qiáng)度取具有一定保證率的偏小強(qiáng)度值（不取最小值）。 安全與經(jīng)濟(jì)的統(tǒng)一；適當(dāng)?shù)目煽慷群奢d標(biāo)準(zhǔn)值：按荷載規(guī)范查?。?各種荷載的保證率不一致（統(tǒng)計(jì)資料不完備，工程經(jīng)驗(yàn)）材料強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值：均具有大于或等95%的保證率（鋼筋強(qiáng)度保證率為97.78%；混凝土強(qiáng)度保證率95%） 根據(jù)混凝土強(qiáng)度等級(jí)（立方體抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值:基本代表值）查規(guī)范。材料強(qiáng)度平均值（結(jié)構(gòu)分析設(shè)計(jì)） 共五十八頁(yè) 承載能力與正常使用極限狀態(tài)(zhungti) 結(jié)構(gòu)可靠度的計(jì)算 概率極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法3.3 概率極限狀態(tài)設(shè)計(jì)(shj)方法共五十八頁(yè)3.3

15、概率極限狀態(tài)(zhungti)設(shè)計(jì)法提要結(jié)構(gòu)的極限狀態(tài) 定義；兩類極限狀態(tài)（安全性，適用性和耐久性）結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)(shj)狀況 結(jié)構(gòu)物在建造和使用過(guò)程中所承受的作用、所處環(huán)境條件、經(jīng)歷時(shí)間長(zhǎng)短等都是不同的，設(shè)計(jì)時(shí)所采用的結(jié)構(gòu)體系、可靠度水準(zhǔn)、設(shè)計(jì)方法等也應(yīng)有所區(qū)別。結(jié)構(gòu)的功能函數(shù)和極限狀態(tài)方程 作用效應(yīng)S與結(jié)構(gòu)抗力R的關(guān)系式；S = R結(jié)構(gòu)可靠度計(jì)算 失效概率；可靠指標(biāo) 概率極限狀態(tài)設(shè)計(jì)的一般方法（少數(shù)重要結(jié)構(gòu)采用）共五十八頁(yè)3.3.1 結(jié)構(gòu)的極限(jxin)狀態(tài) 結(jié)構(gòu)的極限狀態(tài)(zhungti)整個(gè)結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)的一部分超過(guò)某一特定狀態(tài)就不能滿足設(shè)計(jì)規(guī)定的某一功能要求，此特定狀態(tài)稱為該功能的極限狀

16、態(tài)。極限狀態(tài)實(shí)質(zhì)上是區(qū)分結(jié)構(gòu)可靠與失效的界限。 結(jié)構(gòu)的極限狀態(tài)分類 承載能力極限狀態(tài)安全性極限狀態(tài)。主要是破壞（強(qiáng)度）極限狀態(tài) 正常使用極限狀態(tài)適用性和耐久性極限狀態(tài)。主要是變形和裂縫寬度極限狀態(tài)共五十八頁(yè)3.3.1 結(jié)構(gòu)的極限(jxin)狀態(tài)承載能力極限狀態(tài)（安全性） 3點(diǎn)：結(jié)構(gòu)或構(gòu)件達(dá)到最大承載能力（強(qiáng)度破壞）； 達(dá)到不適于繼續(xù)(jx)承載的變形（失穩(wěn)、滑移、傾覆等）；或因結(jié)構(gòu)局部破壞而引發(fā)的連續(xù)倒塌。 標(biāo)志和限值結(jié)構(gòu)構(gòu)件出現(xiàn)強(qiáng)度破壞（最主要的承載能力問(wèn)題）結(jié)構(gòu)或構(gòu)件作為剛體失去平衡（如傾覆等） 結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)動(dòng)體系 結(jié)構(gòu)或構(gòu)件喪失穩(wěn)定（如壓屈等） 地基喪失承載能力而破壞（如失穩(wěn)等） 對(duì)于任

17、何承載的結(jié)構(gòu)或構(gòu)件，都需要按承載能力極限狀態(tài)進(jìn)行設(shè)計(jì)。 共五十八頁(yè)3.3.1結(jié)構(gòu)(jigu)的極限狀態(tài)正常使用極限狀態(tài)（適用性和耐久性）兩點(diǎn)：結(jié)構(gòu)或構(gòu)件達(dá)到適用性和耐久性極限狀態(tài)標(biāo)志和限值結(jié)構(gòu)變形或振幅達(dá)到某一限值；不允許出現(xiàn)裂縫的構(gòu)件，混凝土應(yīng)力超過(guò)混凝土的抗拉強(qiáng)度；允許出現(xiàn)裂縫的構(gòu)件，裂縫寬度超過(guò)某一限值；其他特定狀態(tài)，如相對(duì)沉降量過(guò)大等。注意：兩類極限狀態(tài)中，承載能力極限狀態(tài)最重要(zhngyo)，對(duì)所有結(jié)構(gòu)均應(yīng)考慮兩類極限狀態(tài)中，均有變形限值，但量值不同，應(yīng)注意區(qū)分。共五十八頁(yè)3.3.2 結(jié)構(gòu)(jigu)的設(shè)計(jì)狀況 結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)狀況 持久設(shè)計(jì)狀況：在結(jié)構(gòu)使用(shyng)過(guò)程中一定出現(xiàn)，

18、其持續(xù)期很長(zhǎng)的狀況。房屋結(jié)構(gòu)承受家具和正常人員荷載的狀況 短暫設(shè)計(jì)狀況：出現(xiàn)概率較大，而與設(shè)計(jì)使用年限相比，持續(xù)時(shí)間很短的狀況。結(jié)構(gòu)施工和維修時(shí)承受堆料和施工荷載的狀況 偶然設(shè)計(jì)狀況：在結(jié)構(gòu)使用過(guò)程中出現(xiàn)概率很小，且持續(xù)期很短的狀況。結(jié)構(gòu)遭受火災(zāi)、爆炸、撞擊、罕遇地震等作用的狀況 地震設(shè)計(jì)狀況：結(jié)構(gòu)遭受地震時(shí)的情況。 共五十八頁(yè)以上4種狀況均應(yīng)進(jìn)行承載能力極限(jxin)狀態(tài)設(shè)計(jì)對(duì)偶然設(shè)計(jì)狀況，允許主要承重結(jié)構(gòu)因出現(xiàn)設(shè)計(jì)規(guī)定的偶然事件而局部破壞，但其剩余部分具有在一段時(shí)間內(nèi)不發(fā)生連續(xù)倒塌的可靠度，可不進(jìn)行正常使用極限狀態(tài)設(shè)計(jì)；對(duì)持久設(shè)計(jì)狀況，尚應(yīng)進(jìn)行正常使用極限狀態(tài)設(shè)計(jì)；對(duì)短暫設(shè)計(jì)狀況和地震設(shè)

19、計(jì)狀況，可根據(jù)需要進(jìn)行正常使用極限狀態(tài)設(shè)計(jì)。共五十八頁(yè)3.3.3 結(jié)構(gòu)的功能(gngnng)函數(shù)和極限狀態(tài)方程 結(jié)構(gòu)(jigu)的“工作狀態(tài)” 結(jié)構(gòu)在使用期間的工作情況稱為“工作狀態(tài)”，可用功能函數(shù)描述。結(jié)構(gòu)的功能函數(shù) Z的一般表達(dá)式 Z = g ( X1, X2 , , Xn )隨機(jī)性基本變量 結(jié)構(gòu)極限狀態(tài)方程的一般表達(dá)式 Z = g ( X1, X2 , , Xn ) = 0 只包含兩個(gè)變量的功能函數(shù) Z = g ( R, S )=R S 只包含兩個(gè)變量的結(jié)構(gòu)極限狀態(tài)方程 Z = g ( R, S )=R S = 0共五十八頁(yè)3.3.3 結(jié)構(gòu)的功能(gngnng)函數(shù)和極限狀態(tài)方程用功能函

20、數(shù)Z判別結(jié)構(gòu)的工作狀態(tài) 當(dāng)Z0時(shí)，結(jié)構(gòu)處于可靠狀態(tài)； 當(dāng)Z0時(shí)，結(jié)構(gòu)處于失效狀態(tài)； 當(dāng)Z=0時(shí)，結(jié)構(gòu)處于極限狀態(tài)。結(jié)構(gòu)的失效概率 結(jié)構(gòu)功能函數(shù)Z= R-S0的概率稱為結(jié)構(gòu)構(gòu)件的失效概率 。 功能函數(shù)Z=R-S服從(fcng)正態(tài)分布， ， 。結(jié)構(gòu)的失效概率可直接通過(guò) Z 0 的概率來(lái)表達(dá)： 共五十八頁(yè)3.3.4 結(jié)構(gòu)可靠(kko)度的計(jì)算 結(jié)構(gòu)(jigu)的失效概率 pf0隨機(jī)變量 R, S概率密度 pm Sm Rm R m spf = P( Z=R-S 0)共五十八頁(yè)3.3.4 結(jié)構(gòu)(jigu)可靠度的計(jì)算 結(jié)構(gòu)(jigu)的失效概率 pf ( R,S 均服從正態(tài)分布 )bsZ0隨機(jī)變量 Z

21、概率密度 pm Zpf = P( Z 0)m Z =m R m S共五十八頁(yè)3.3.4 結(jié)構(gòu)(jigu)可靠度的計(jì)算 結(jié)構(gòu)構(gòu)件的可靠指標(biāo)b 失效(sh xio)概率計(jì)算復(fù)雜，故引入可靠指標(biāo)b 來(lái)評(píng)價(jià)結(jié)構(gòu)的可靠性。 b 越大，失效概率就越小，即結(jié)構(gòu)越可靠，故b 稱為可靠指標(biāo)。當(dāng)基本變量為非正態(tài)分布時(shí)，結(jié)構(gòu)構(gòu)件的可靠指標(biāo)應(yīng)以結(jié)構(gòu)構(gòu)件作用效應(yīng)和抗力當(dāng)量正態(tài)分布的平均值和標(biāo)準(zhǔn)差按上式計(jì)算。共五十八頁(yè)3.3.4 結(jié)構(gòu)(jigu)可靠度的計(jì)算結(jié)構(gòu)(jigu)構(gòu)件的可靠指標(biāo) 當(dāng)僅有作用效應(yīng)和結(jié)構(gòu)抗力兩個(gè)基本變量且均按正態(tài)分布時(shí) 當(dāng)基本變量不按正態(tài)分布時(shí)，用當(dāng)量正態(tài)分布的平均值和標(biāo)準(zhǔn)差代入上式計(jì)算。例如，當(dāng)荷

22、載效應(yīng)和結(jié)構(gòu)抗力均服從對(duì)數(shù)正態(tài)分布時(shí) 共五十八頁(yè)3.3.4 結(jié)構(gòu)可靠(kko)度的計(jì)算 可靠(kko)指標(biāo)與失效概率的對(duì)應(yīng)關(guān)系 計(jì)算可靠指標(biāo) b 的一般方法使用原因 變量不一定服從正態(tài)分布 極限狀態(tài)方程是非線性的 變量通常多于二個(gè)國(guó)際結(jié)構(gòu)安全度聯(lián)合委員會(huì)JCSS推薦的方法: 一次二階矩法（JC法）b1.01.52.02.5pf1.5910-16.6810-22.2810-26.2110-3b2.73.23.74.2pf3.5010-36.9010-41.1010-41.3010-5共五十八頁(yè)3.3.4 結(jié)構(gòu)(jigu)可靠度的計(jì)算 設(shè)計(jì)(shj)可靠指標(biāo) b 定義: 設(shè)計(jì)規(guī)范所規(guī)定的、作為設(shè)計(jì)

23、結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件時(shí)所應(yīng)達(dá)到的可靠指標(biāo)，稱為設(shè)計(jì)可靠指標(biāo)，它是根據(jù)設(shè)計(jì)所要求達(dá)到的結(jié)構(gòu)可靠度而取定的，所以又稱為目標(biāo)可靠指標(biāo)（target reliability index）。確定方法: 校準(zhǔn)法（工程經(jīng)驗(yàn)；可靠與經(jīng)濟(jì)的統(tǒng)一）建筑結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的可靠指標(biāo)結(jié)構(gòu)構(gòu)件承載能力極限狀態(tài)的設(shè)計(jì)可靠指標(biāo) 破壞類型安全等級(jí)一級(jí)二級(jí)三級(jí)延性破壞3.73.22.7脆性破壞4.23.73.2共五十八頁(yè)3.3.4 結(jié)構(gòu)(jigu)可靠度的計(jì)算承載能力極限狀態(tài)的可靠指標(biāo) 延性破壞：結(jié)構(gòu)破壞前有明顯的變形或其他預(yù)兆。其危害小， 相對(duì)低一些。 脆性破壞：結(jié)構(gòu)破壞前沒(méi)有明顯的變形或其他預(yù)兆。其危害大， 相對(duì)高一些。

24、 結(jié)構(gòu)安全等級(jí)高， 相對(duì)高一些。正常使用極限狀態(tài)的可靠指標(biāo) 可逆極限狀態(tài)：產(chǎn)生超越狀態(tài)的作用被移去后，將不再(b zi)保持超越狀態(tài)； = 0 不可逆極限狀態(tài)：產(chǎn)生超越狀態(tài)的作用被移去后，仍將永久保持超越狀態(tài)。 = 1.5 當(dāng)結(jié)構(gòu)可逆程度處于二者之間時(shí)，取 01.5 之間的值。 共五十八頁(yè)3.3.4 結(jié)構(gòu)可靠(kko)度的計(jì)算概率極限狀態(tài)(zhungti)設(shè)計(jì)法 荷載的概率模型及統(tǒng)計(jì)參數(shù) 材料性能、幾何尺寸的統(tǒng)計(jì)參數(shù) 計(jì)算可靠指標(biāo)值 （或用一次二階矩法）檢驗(yàn)現(xiàn)有結(jié)構(gòu)的可靠度直接按可靠指標(biāo)進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)共五十八頁(yè) 承載能力極限狀態(tài)(zhungti)設(shè)計(jì)表達(dá)式 正常使用極限狀態(tài)設(shè)計(jì)表達(dá)式 荷載與材料

25、分項(xiàng)系數(shù)及設(shè)計(jì)值3.4 結(jié)構(gòu)極限(jxin)狀態(tài)設(shè)計(jì)表達(dá)式共五十八頁(yè)3.4 結(jié)構(gòu)(jigu)極限狀態(tài)設(shè)計(jì)表達(dá)式提要直接按概率極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法進(jìn)行設(shè)計(jì)，需進(jìn)行迭代計(jì)算，計(jì)算工作量大。對(duì)于大量的一般結(jié)構(gòu)，沒(méi)有必要(byo)，需尋求簡(jiǎn)化方法。承載能力極限狀態(tài)設(shè)計(jì)表達(dá)式 通過(guò)調(diào)整作用效應(yīng)分項(xiàng)系數(shù)、材料分項(xiàng)系數(shù)等，使按設(shè)計(jì)表達(dá)式設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)或構(gòu)件，其可靠指標(biāo)與設(shè)計(jì)可靠指標(biāo)最接近正常使用極限狀態(tài)設(shè)計(jì)表達(dá)式 按作用效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)值（頻遇值、準(zhǔn)永久值）、材料強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值計(jì)算重要思想方法：復(fù)雜問(wèn)題復(fù)雜（精細(xì)）方法 簡(jiǎn)化表達(dá)式 目標(biāo)可靠指標(biāo)共五十八頁(yè)3.4.1 承載能力極限(jxin)狀態(tài)設(shè)計(jì)表達(dá)式 基本(jbn)表達(dá)式 按

26、荷載效應(yīng)的基本組合或偶然組合，采用下列極限狀態(tài)設(shè)計(jì)表達(dá)式： ：結(jié)構(gòu)構(gòu)件的抗力模型不定性系數(shù)：對(duì)靜力設(shè)計(jì)取1.0，不確定性較大的結(jié)構(gòu)構(gòu)件根據(jù)具體情況取大于1.0的數(shù)值；對(duì)于抗震設(shè)計(jì)，采用承載力抗震調(diào)整系數(shù) 代替 的表達(dá)形式； 共五十八頁(yè)基本組合 由可變荷載效應(yīng)控制的組合 由永久(yngji)荷載效應(yīng)控制的組合偶然組合共五十八頁(yè)3.4.1 承載能力極限狀態(tài)(zhungti)設(shè)計(jì)表達(dá)式荷載分項(xiàng)系數(shù) 理由：荷載標(biāo)準(zhǔn)值是偏大值，仍有可能超載。 確定原則：給定荷載標(biāo)準(zhǔn)值，找出一組荷載分項(xiàng)系數(shù) ，按 設(shè)計(jì)構(gòu)件，計(jì)算相應(yīng)的可靠指標(biāo)，其中按 所得的可靠指標(biāo)與目標(biāo)(mbio)可靠指標(biāo)最接近。 取值： :當(dāng)永久荷載

27、效應(yīng)對(duì)結(jié)構(gòu)不利時(shí)：可變荷載效應(yīng)控制，取1.2；永久荷載效應(yīng)控制的組合取1.35。 當(dāng)永久荷載效應(yīng)對(duì)結(jié)構(gòu)有利時(shí)，取1.0。 :一般取1.4；對(duì)工業(yè)建筑樓面結(jié)構(gòu)，當(dāng)活荷載標(biāo)準(zhǔn)值大于4kN/m2時(shí)，取1.3。 共五十八頁(yè)3.4.1承載能力極限(jxin)狀態(tài)設(shè)計(jì)表達(dá)式 荷載(hzi)設(shè)計(jì)值 荷載分項(xiàng)系數(shù)與荷載標(biāo)準(zhǔn)值的乘積。 荷載組合值系數(shù)yci考慮各可變荷載最大值在同一時(shí)刻出現(xiàn)的概率很小，若設(shè)計(jì)中仍采用各荷載效應(yīng)設(shè)計(jì)值疊加，則可能造成結(jié)構(gòu)可靠度不一致，因而必須對(duì)可變荷載設(shè)計(jì)值再乘以調(diào)整系數(shù)，即荷載組合值系數(shù)。 荷載組合值yci Qik 可變荷載標(biāo)準(zhǔn)值乘以荷載組合值系數(shù)。共五十八頁(yè)3.4.1承載能力極

28、限狀態(tài)(zhungti)設(shè)計(jì)表達(dá)式小結(jié)荷載效應(yīng)組合的設(shè)計(jì)值 S 考慮各種荷載同時(shí)(tngsh)作用且同時(shí)(tngsh)達(dá)到最大的可能性。永久荷載效應(yīng)控制的組合，可變荷載效應(yīng)控制的組合 兩種情況下的可靠度一致永久荷載分項(xiàng)系數(shù)取1.2或1.0，考慮不利或有利荷載組合值系數(shù)， 各種可變荷載同時(shí)達(dá)到最大值的概率較小共五十八頁(yè)3.4.1承載能力極限狀態(tài)(zhungti)設(shè)計(jì)表達(dá)式 材料(cilio)分項(xiàng)系數(shù) gc，gs為了考慮材料的離散性和施工中不可避免的偏差帶來(lái)的不利影響，再將材料強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值除以一個(gè)大于1的系數(shù)，這個(gè)系數(shù)叫材料分項(xiàng)系數(shù)。確定鋼筋和混凝土材料分項(xiàng)系數(shù)時(shí)，對(duì)于具有統(tǒng)計(jì)資料的材料，按設(shè)計(jì)可靠

29、指標(biāo)b通過(guò)可靠度分析確定；對(duì)統(tǒng)計(jì)資料不足的情況，則以工程經(jīng)驗(yàn)為主要依據(jù)，通過(guò)對(duì)規(guī)范(TJ10-74）結(jié)構(gòu)構(gòu)件的校準(zhǔn)計(jì)算確定?；炷恋牟牧戏猪?xiàng)系數(shù) gc=1.4熱軋鋼筋的材料分項(xiàng)系數(shù) gs=1.1預(yù)應(yīng)力鋼筋的材料分項(xiàng)系數(shù) =1.2共五十八頁(yè)3.4.1承載能力極限狀態(tài)(zhungti)設(shè)計(jì)表達(dá)式 材料(cilio)強(qiáng)度設(shè)計(jì)值 材料強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值除以材料分項(xiàng)系數(shù)，即材料強(qiáng)度設(shè)計(jì)值： 共五十八頁(yè)3.4.2 正常使用極限(jxin)狀態(tài)設(shè)計(jì)表達(dá)式 可變荷載(hzi)的頻遇值和準(zhǔn)永久值 可變荷載的一個(gè)樣本QxTt1t2titntQO 荷載超過(guò)某水平Qx的表示方式可用總持續(xù)時(shí)間ti與設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期T的比率mx= t

30、i / T 來(lái)表示。 可變荷載的四種代表值 標(biāo)準(zhǔn)值 組合值 頻遇值 準(zhǔn)永久值共五十八頁(yè)3.4.2 正常(zhngchng)使用極限狀態(tài)設(shè)計(jì)表達(dá)式 可變荷載(hzi)的頻遇值和準(zhǔn)永久值 可變荷載的頻遇值在設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)，其超越的總時(shí)間為規(guī)定的較小比率(mx= ti / T 0.1)或超越頻率為規(guī)定頻率的荷載值。在結(jié)構(gòu)上較頻繁出現(xiàn)且量值較大的荷載值，但小于荷載標(biāo)準(zhǔn)值。 由可變荷載的頻遇值系數(shù)乘以可變荷載標(biāo)準(zhǔn)值求得 頻遇值系數(shù)： 辦公樓：0.5； 教室：0.6； 書庫(kù)：0.9共五十八頁(yè)3.4.2 正常(zhngchng)使用極限狀態(tài)設(shè)計(jì)表達(dá)式可變荷載的準(zhǔn)永久值 在設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)，其超越(choyu)的總時(shí)間約為設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期一半(mx 0.5)的荷載值。 由可變荷載的準(zhǔn)永久值系數(shù)乘以可變荷載標(biāo)準(zhǔn)值求得。準(zhǔn)永久值系數(shù)辦公樓：0.4； 教室：0.5； 書庫(kù)：0.8共五十八頁(yè)3.4.2 正常使用(shyng)極限狀態(tài)設(shè)計(jì)表達(dá)式 正常使用(shyng)