混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計原理課件第3章 結(jié)構(gòu)設(shè)計基本原理

1、河南工業(yè)大學土木建筑學院河南工業(yè)大學土木建筑學院河南工業(yè)大學土木建筑學院河南工業(yè)大學土木建筑學院p本章主要內(nèi)容本章主要內(nèi)容結(jié)構(gòu)可靠度結(jié)構(gòu)可靠度 荷載和材料強度標準值荷載和材料強度標準值概率極限狀態(tài)設(shè)計法概率極限狀態(tài)設(shè)計法 河南工業(yè)大學土木建筑學院河南工業(yè)大學土木建筑學院河南工業(yè)大學土木建筑學院河南工業(yè)大學土木建筑學院要點要點n作用于結(jié)構(gòu)上的荷載取值作用于結(jié)構(gòu)上的荷載取值 結(jié)構(gòu)構(gòu)件自重；結(jié)構(gòu)構(gòu)件自重； 外部作用（活荷載、風荷載、雪荷載、地震作用等）外部作用（活荷載、風荷載、雪荷載、地震作用等）n材料強度取值材料強度取值 鋼筋強度；混凝土強度鋼筋強度；混凝土強度n結(jié)構(gòu)設(shè)計方法結(jié)構(gòu)設(shè)計方法 荷載值、

2、材料強度值確定后荷載值、材料強度值確定后 如何設(shè)計，保證結(jié)構(gòu)具有如何設(shè)計，保證結(jié)構(gòu)具有適當?shù)目煽慷冗m當?shù)目煽慷萵地位和作用地位和作用：總原則總原則（綱領(lǐng)）（綱領(lǐng)）預期預期的可靠度的可靠度（難點）（難點） 適用于所有結(jié)構(gòu)和構(gòu)件：適用于所有結(jié)構(gòu)和構(gòu)件：建筑結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計統(tǒng)一標準建筑結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計統(tǒng)一標準河南工業(yè)大學土木建筑學院河南工業(yè)大學土木建筑學院p 作用、作用效應(yīng)及結(jié)構(gòu)抗力作用、作用效應(yīng)及結(jié)構(gòu)抗力p 結(jié)構(gòu)可靠度結(jié)構(gòu)可靠度及安全等級及安全等級p 混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件設(shè)計計算方法的演變混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件設(shè)計計算方法的演變河南工業(yè)大學土木建筑學院河南工業(yè)大學土木建筑學院3.1.1結(jié)構(gòu)上的作用、作用效應(yīng)及結(jié)構(gòu)抗

3、力1. 結(jié)構(gòu)上的作用結(jié)構(gòu)上的作用和作用效應(yīng)和作用效應(yīng) 作用：作用：使結(jié)構(gòu)或構(gòu)件產(chǎn)生內(nèi)力和變形的各種使結(jié)構(gòu)或構(gòu)件產(chǎn)生內(nèi)力和變形的各種原因原因p直接作用（直接作用（荷載）：以力的形式荷載）：以力的形式直接作用于結(jié)構(gòu)上直接作用于結(jié)構(gòu)上p間接作用：間接作用：以變形的形式以變形的形式作用在結(jié)構(gòu)上作用在結(jié)構(gòu)上 作用按時間變異的分類作用按時間變異的分類 永久作用永久作用 G：其值（作用位置位置）不隨時間變化（恒載）其值（作用位置位置）不隨時間變化（恒載） 可變作用可變作用 Q：其值隨時間變化（活荷載）其值隨時間變化（活荷載） 偶然作用：偶然作用：量值很大且持續(xù)時間很短的作用量值很大且持續(xù)時間很短的作用作用效

4、應(yīng)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、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）裂縫等） 作用效應(yīng)作用效應(yīng) S 是隨機變量或隨機過程是隨機變量或隨機過程河南工業(yè)大學土木建筑學院河南工業(yè)大學土木建筑學院3.1.1 結(jié)構(gòu)上的作用、作用效應(yīng)及結(jié)構(gòu)抗力2. 結(jié)構(gòu)抗力結(jié)構(gòu)抗力 R（resistance） 整個結(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，整個結(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。如構(gòu)件的承載能力、剛度及抗裂能力等。 影響因素影響因素 材料性能（

5、強度、變形模量等）材料性能（強度、變形模量等） 幾何參數(shù)（構(gòu)件尺寸等）幾何參數(shù)（構(gòu)件尺寸等） 計算模式的精確性（構(gòu)件抗力計算模型）計算模式的精確性（構(gòu)件抗力計算模型）結(jié)構(gòu)抗力結(jié)構(gòu)抗力 R 是隨機變量是隨機變量3. 設(shè)計基準期設(shè)計基準期 T （design reference period） 為確定可變作用及與時間有關(guān)的材料性能等取值而選用的時間為確定可變作用及與時間有關(guān)的材料性能等取值而選用的時間參數(shù)，參數(shù)，建筑結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計統(tǒng)一標準建筑結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計統(tǒng)一標準規(guī)定為規(guī)定為50年年. 河南工業(yè)大學土木建筑學院河南工業(yè)大學土木建筑學院3.1.2 結(jié)構(gòu)的預定功能及結(jié)構(gòu)可靠度1. 結(jié)構(gòu)設(shè)計的基本要求結(jié)

6、構(gòu)設(shè)計的基本要求p滿足使用功能：滿足使用功能：結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)的預定功能要求預定功能要求 安全性安全性（safety class）： 不發(fā)生構(gòu)件破壞或結(jié)構(gòu)倒塌不發(fā)生構(gòu)件破壞或結(jié)構(gòu)倒塌 適用性適用性（serviceability）: 變形和裂縫寬度不超限變形和裂縫寬度不超限 耐久性耐久性（durability）：結(jié)構(gòu)材料的風化、腐蝕和老化不：結(jié)構(gòu)材料的風化、腐蝕和老化不超過一定限度超過一定限度p經(jīng)濟問題經(jīng)濟問題在現(xiàn)有技術(shù)的基礎(chǔ)上，以最經(jīng)濟的手段獲得預定功能要求在現(xiàn)有技術(shù)的基礎(chǔ)上，以最經(jīng)濟的手段獲得預定功能要求 合理地解決結(jié)構(gòu)可靠與經(jīng)濟之間的矛盾合理地解決結(jié)構(gòu)可靠與經(jīng)濟之間的矛盾河南工業(yè)大學土木建筑學院

7、河南工業(yè)大學土木建筑學院3.1.2 結(jié)構(gòu)的預定功能及結(jié)構(gòu)可靠度2. 結(jié)構(gòu)的可靠度結(jié)構(gòu)的可靠度n結(jié)構(gòu)的可靠性結(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)的安全性、適用性和耐久性總稱結(jié)構(gòu)的可靠性。結(jié)構(gòu)的可靠性。 結(jié)構(gòu)在結(jié)構(gòu)在規(guī)定的時間規(guī)定的時間內(nèi)，在內(nèi)，在規(guī)定的條件規(guī)定的條件下，下，完成預定功能的完成預定功能的能力。能力。（定性描述）（定性描述）n結(jié)構(gòu)可靠度結(jié)構(gòu)可靠度 結(jié)構(gòu)在結(jié)構(gòu)在規(guī)定的時間規(guī)定的時間內(nèi)，在內(nèi)，在規(guī)定的條件規(guī)定的條件下，完成下，完成預定預定功能功能的的概率概率。 是可靠性的概率度量。是可靠性的概率度量。 （定量描述）（定量描述）河南工業(yè)大學土木建筑學院河南工業(yè)大學土木建筑學院

8、p 規(guī)定的時間規(guī)定的時間：設(shè)計使用年限設(shè)計使用年限（design working life） 設(shè)計規(guī)定的設(shè)計規(guī)定的結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件不需進行大修不需進行大修即可按其預定目的即可按其預定目的使用的時期使用的時期 設(shè)計使用年限、設(shè)計基準期、使用壽命等概念之間的區(qū)別。設(shè)計使用年限、設(shè)計基準期、使用壽命等概念之間的區(qū)別。紀念性建筑和特別重要的建筑物紀念性建筑和特別重要的建筑物1004普通房屋和構(gòu)筑物普通房屋和構(gòu)筑物503易于替換的結(jié)構(gòu)構(gòu)件易于替換的結(jié)構(gòu)構(gòu)件252臨時性結(jié)構(gòu)臨時性結(jié)構(gòu)51示示 例例設(shè)計使用年限（年）設(shè)計使用年限（年）類類 別別 p 規(guī)定的條件規(guī)定的條件 正常設(shè)計、正常施工、正常

9、使用正常設(shè)計、正常施工、正常使用3.1.2 結(jié)構(gòu)的預定功能及結(jié)構(gòu)可靠度河南工業(yè)大學土木建筑學院河南工業(yè)大學土木建筑學院3.1.3結(jié)構(gòu)的安全等級n 結(jié)構(gòu)的安全等級結(jié)構(gòu)的安全等級(safety class)p安全等級根據(jù)安全等級根據(jù)結(jié)構(gòu)破壞可能產(chǎn)生的后果結(jié)構(gòu)破壞可能產(chǎn)生的后果，即危及，即危及人的人的生命、生命、造成的經(jīng)濟損失、產(chǎn)生社會影響等的造成的經(jīng)濟損失、產(chǎn)生社會影響等的嚴重程度嚴重程度確定確定。安全等級安全等級破壞后果破壞后果建筑物類型建筑物類型一級一級很嚴重很嚴重重要的房屋重要的房屋二級二級嚴嚴 重重一般的房屋一般的房屋三級三級不嚴重不嚴重次要的房屋次要的房屋p 建筑物中建筑物中各類結(jié)構(gòu)構(gòu)件

10、各類結(jié)構(gòu)構(gòu)件的安全等級宜與的安全等級宜與整個結(jié)構(gòu)整個結(jié)構(gòu)的安全等的安全等級相同，但允許對部分結(jié)構(gòu)構(gòu)件根據(jù)其重要程度和綜合效級相同，但允許對部分結(jié)構(gòu)構(gòu)件根據(jù)其重要程度和綜合效益進行適當?shù)恼{(diào)整。益進行適當?shù)恼{(diào)整。p用安全等級用安全等級區(qū)分結(jié)構(gòu)的可靠度區(qū)分結(jié)構(gòu)的可靠度建筑結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計統(tǒng)一標準建筑結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計統(tǒng)一標準規(guī)定的建筑結(jié)構(gòu)安全等級規(guī)定的建筑結(jié)構(gòu)安全等級河南工業(yè)大學土木建筑學院河南工業(yè)大學土木建筑學院n 混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件設(shè)計計算方法的演變混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件設(shè)計計算方法的演變p 容許應(yīng)力法容許應(yīng)力法 特點特點：計算簡單；未考慮材料的塑性；經(jīng)驗的安全系數(shù)計算簡單；未考慮材料的塑性；經(jīng)驗的安全系數(shù)p 按

11、破壞階段的設(shè)計方法按破壞階段的設(shè)計方法 特點特點：考慮材料塑性，計算結(jié)果較準確；：考慮材料塑性，計算結(jié)果較準確；經(jīng)驗的安全系數(shù)經(jīng)驗的安全系數(shù)p多系數(shù)極限狀態(tài)設(shè)計法多系數(shù)極限狀態(tài)設(shè)計法 特點特點：較全面地考慮了主要因素；不能計算結(jié)構(gòu)的可靠度：較全面地考慮了主要因素；不能計算結(jié)構(gòu)的可靠度fkuMMK0()()ckskqiikuscsffMk qMAbhkk， ， ， ，3.1.4 混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件設(shè)計計算方法河南工業(yè)大學土木建筑學院河南工業(yè)大學土木建筑學院3.1.4 混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件設(shè)計計算方法n概率極限狀態(tài)設(shè)計法概率極限狀態(tài)設(shè)計法 水準水準I 半概率法半概率法把可以統(tǒng)計的因素（荷載值和材料強度值等）

12、用概率方法加把可以統(tǒng)計的因素（荷載值和材料強度值等）用概率方法加以處理，無統(tǒng)計資料的因素用經(jīng)驗系數(shù)處理。對結(jié)構(gòu)的可以處理，無統(tǒng)計資料的因素用經(jīng)驗系數(shù)處理。對結(jié)構(gòu)的可靠度還不能做出定量的估計?？慷冗€不能做出定量的估計。TJ10-74基本上屬于此法?；旧蠈儆诖朔?。 水準水準 近似概率法近似概率法將結(jié)構(gòu)抗力和荷載效應(yīng)作為隨機變量，按將結(jié)構(gòu)抗力和荷載效應(yīng)作為隨機變量，按給定的概率分布給定的概率分布估估算失效概率或可靠指標，采用算失效概率或可靠指標，采用平均值平均值和和標準差標準差兩個統(tǒng)計參兩個統(tǒng)計參數(shù)，對設(shè)計表達式進行線性化處理，稱為數(shù)，對設(shè)計表達式進行線性化處理，稱為“一次二階矩法一次二階矩法”，

13、是一種實用的近似概率計算法。，是一種實用的近似概率計算法。 水準水準 全概率法全概率法河南工業(yè)大學土木建筑學院河南工業(yè)大學土木建筑學院3.1 結(jié)構(gòu)可靠度及結(jié)構(gòu)設(shè)計方法小結(jié)n結(jié)構(gòu)上的結(jié)構(gòu)上的作用、作用效應(yīng)作用、作用效應(yīng)n結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)的抗力抗力n設(shè)計基準期設(shè)計基準期；設(shè)計使用年限設(shè)計使用年限；實際壽命實際壽命n結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)可靠性可靠性，結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)可靠度可靠度n結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)的安全等級安全等級n概率極限狀態(tài)設(shè)計法概率極限狀態(tài)設(shè)計法 影響結(jié)構(gòu)可靠度的主要因素（荷載值、材料強度值等）影響結(jié)構(gòu)可靠度的主要因素（荷載值、材料強度值等）用用概率的方法概率的方法確定；確定； 結(jié)構(gòu)的工作狀態(tài)取結(jié)構(gòu)的工作狀態(tài)取“極限狀態(tài)極限

14、狀態(tài)”。 河南工業(yè)大學土木建筑學院河南工業(yè)大學土木建筑學院p 荷載標準值的確定荷載標準值的確定p 材料強度標準值的確定材料強度標準值的確定p 各種強度值之間的關(guān)系各種強度值之間的關(guān)系河南工業(yè)大學土木建筑學院河南工業(yè)大學土木建筑學院3.2.1荷載標準值的確定n 荷載的統(tǒng)計特性荷載的統(tǒng)計特性p 永久荷載永久荷載 G 是是隨機變量；隨機變量；永久荷載永久荷載 G 符合符合正態(tài)分布正態(tài)分布p 可變荷載可變荷載 Q 是是隨機過程；隨機過程； 樓面活荷載、風荷載和雪荷載符合樓面活荷載、風荷載和雪荷載符合極值極值 I 型分布型分布n 荷載標準值荷載標準值 結(jié)構(gòu)在使用期間，在正常結(jié)構(gòu)在使用期間，在正常情況下，

15、可能出現(xiàn)的具有一情況下，可能出現(xiàn)的具有一定保證率（定保證率（assurance factor）的的偏大荷載值偏大荷載值 。河南工業(yè)大學土木建筑學院河南工業(yè)大學土木建筑學院2223242526272800.050.10.150.20.250.30.350.4n 正態(tài)分布正態(tài)分布221()21( )20,0 xp xex 永久荷載永久荷載x (kN/m3)概率密度概率密度 p(x)0( )1p x dx 概率密度函數(shù)概率密度函數(shù)p(x) 概率密度函數(shù)的性質(zhì)概率密度函數(shù)的性質(zhì)3.2.1荷載標準值的確定河南工業(yè)大學土木建筑學院河南工業(yè)大學土木建筑學院n 極值極值I型分布型分布3.2.1荷載標準值的確定

16、1( )0, ,0a xba xebp xebxa b 0( )1p x dx 概率密度函數(shù)概率密度函數(shù)p(x) 概率密度函數(shù)的性質(zhì)概率密度函數(shù)的性質(zhì)活荷載活荷載x 概率密度概率密度 p(x)-4-20246800.050.10.150.20.250.30.350.4河南工業(yè)大學土木建筑學院河南工業(yè)大學土木建筑學院3.2.1荷載標準值的確定n 荷載標準值荷載標準值p荷載標準值是荷載標準值是建筑結(jié)構(gòu)按極建筑結(jié)構(gòu)按極限狀態(tài)設(shè)計時限狀態(tài)設(shè)計時采用的采用的荷載基荷載基本代表值本代表值。p如果荷載符合如果荷載符合正態(tài)分布正態(tài)分布，且，且具有具有95%的保的保證率，則標準證率，則標準值值Pk為為 PPk2

17、32426282200.050.10.150.20.250.30.350.4荷載荷載P概率密度概率密度 f(P)Pk P+1.645+1.645 P河南工業(yè)大學土木建筑學院河南工業(yè)大學土木建筑學院3.2.1 荷載標準值的確定n 荷載標準值荷載標準值p永久荷載標準值永久荷載標準值Gk：可按結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)定的尺寸和可按結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)定的尺寸和荷載規(guī)荷載規(guī)范范規(guī)定的規(guī)定的材料容重平均值材料容重平均值確定，一般相當于永久荷載概確定，一般相當于永久荷載概率分布的平均值。率分布的平均值。p辦公樓、住宅樓面均布活荷載標準值辦公樓、住宅樓面均布活荷載標準值Qk均為均為2.0kN/m2。p風荷載標準值風荷載標準值是由是

18、由基本風壓基本風壓乘以風壓高度變化系數(shù)、風載乘以風壓高度變化系數(shù)、風載體型系數(shù)和風振系數(shù)確定的。體型系數(shù)和風振系數(shù)確定的。p雪荷載標準值雪荷載標準值是由建筑物所在地的是由建筑物所在地的基本雪壓基本雪壓乘以屋面積雪乘以屋面積雪分布系數(shù)確定的。分布系數(shù)確定的。注注：上述：上述荷載標準值荷載標準值可由可由建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范查取。查取。河南工業(yè)大學土木建筑學院河南工業(yè)大學土木建筑學院3.2.2 材料強度標準值的確定n 材料強度的變異性及統(tǒng)計特性材料強度的變異性及統(tǒng)計特性p 鋼筋屈服強度的概率分布基本符合鋼筋屈服強度的概率分布基本符合正態(tài)分布正態(tài)分布。p 混凝土立方體抗壓強度的實測值也符合

19、混凝土立方體抗壓強度的實測值也符合正態(tài)分布正態(tài)分布。n 材料強度標準值材料強度標準值p 鋼筋和混凝土的強度標準值鋼筋和混凝土的強度標準值 fk f aaf 。偏低值偏低值 f2426282200.050.10.150.20.250.30.350.4材料強度材料強度x概率密度概率密度 p(x)fkp a a為與材料為與材料實際強度實際強度 f 低于低于fK的概的概率有關(guān)的率有關(guān)的保保證率系數(shù)證率系數(shù)。河南工業(yè)大學土木建筑學院河南工業(yè)大學土木建筑學院3.2.2 材料強度標準值的確定p 鋼筋的強度標準值鋼筋的強度標準值n對于熱軋鋼筋，對于熱軋鋼筋，廢品限值廢品限值相當于屈服強度平均值減去相當于屈服強

20、度平均值減去2倍倍標準差，即標準差，即a a 2 2，保證率為保證率為97.73%。n混凝土規(guī)范混凝土規(guī)范規(guī)定的鋼筋強度標準值具有不小于規(guī)定的鋼筋強度標準值具有不小于95%保證率。保證率。n熱軋鋼筋強度標準值熱軋鋼筋強度標準值(N/mm2)河南工業(yè)大學土木建筑學院河南工業(yè)大學土木建筑學院3.2.2 材料強度標準值的確定p 混凝土的強度標準值混凝土的強度標準值n混凝土規(guī)范混凝土規(guī)范規(guī)定的混凝土的強度標準值為具有規(guī)定的混凝土的強度標準值為具有95% 保證保證率的強度值。率的強度值。n立方體抗壓強度標準值立方體抗壓強度標準值 fcu,kn軸心抗壓強度標準值軸心抗壓強度標準值 fckcucucucuc

21、u,kffff1.6451 1.645fckc1c2cu,k0.88ffa acccccucckffffc1c2f1.6451 1.645 0.881 1.645ffa a ccuc1c20.88ffa a 河南工業(yè)大學土木建筑學院河南工業(yè)大學土木建筑學院3.2.2 材料強度標準值的確定p混凝土規(guī)范混凝土規(guī)范中的混凝土強度標準值規(guī)定中的混凝土強度標準值規(guī)定混凝土強度標準值混凝土強度標準值(N/mm2)強度強度種類種類混凝土強度等級混凝土強度等級C15C20C25C30C35C40C45C50C55C60C65C70C75C80fck10.013.416.720.123.426.829.632.

22、435.538.541.544.547.450.2ftk1.271.541.782.012.202.392.512.642.742.852.932.993.053.11n軸心抗拉強度標準值軸心抗拉強度標準值 ftk混凝土強度的混凝土強度的基本代表值基本代表值為為 fcu,k。cu,kcu0.450.55tkc2f0.88 0.3951 1.645ffatttttkffff1.6451 1.645ftcu0.55ff0.395ckc1c2cu,k0.88ffa a河南工業(yè)大學土木建筑學院河南工業(yè)大學土木建筑學院3.2 荷載和材料強度取值小結(jié)n重要思想重要思想：荷載取具有一定保證率的荷載取具有一定

23、保證率的偏大荷載值偏大荷載值（不是最大值）（不是最大值） 材料強度取具有一定保證率的材料強度取具有一定保證率的偏小強度值偏小強度值（不是最小值）（不是最小值）。 安全與經(jīng)濟的統(tǒng)一；適當?shù)目煽慷劝踩c經(jīng)濟的統(tǒng)一；適當?shù)目煽慷萵荷載標準值荷載標準值：按按荷載規(guī)范荷載規(guī)范查??；查??； 各種荷載的保證率不一致（統(tǒng)計資料不完備，工程經(jīng)驗）各種荷載的保證率不一致（統(tǒng)計資料不完備，工程經(jīng)驗）n材料強度標準值材料強度標準值：均具有大于或等：均具有大于或等95%的保證率（鋼筋強度保證率為的保證率（鋼筋強度保證率為97.78%；混凝土強度保證率；混凝土強度保證率95%） 根據(jù)根據(jù)混凝土強度等級混凝土強度等級（立方

24、體抗壓強度標準值（立方體抗壓強度標準值:基本代表值基本代表值）查規(guī)范。）查規(guī)范。n材料強度平均值（結(jié)構(gòu)分析材料強度平均值（結(jié)構(gòu)分析設(shè)計設(shè)計） ckc1c2cu,k0.88ffa accckff1 1.645ftttkff1 1.645fcu,kcu0.450.55tkc2f0.88 0.3951 1.645ffa河南工業(yè)大學土木建筑學院河南工業(yè)大學土木建筑學院p 承承載能力與正常使用極限狀態(tài)載能力與正常使用極限狀態(tài)p 結(jié)構(gòu)可靠度的計算結(jié)構(gòu)可靠度的計算p 概率極限狀態(tài)設(shè)計法概率極限狀態(tài)設(shè)計法河南工業(yè)大學土木建筑學院河南工業(yè)大學土木建筑學院3.3 概率極限狀態(tài)設(shè)計法提要n結(jié)構(gòu)的極限狀態(tài)結(jié)構(gòu)的極限狀

25、態(tài) 定義；兩類極限狀態(tài)（安全性，適用性和耐久性）定義；兩類極限狀態(tài)（安全性，適用性和耐久性）n結(jié)構(gòu)的設(shè)計狀況結(jié)構(gòu)的設(shè)計狀況 結(jié)構(gòu)物在建造和使用過程中結(jié)構(gòu)物在建造和使用過程中所承受的作用、所處環(huán)境條件、所承受的作用、所處環(huán)境條件、經(jīng)歷時間長短等都是不同的經(jīng)歷時間長短等都是不同的，設(shè)計時所采用的結(jié)構(gòu)體系、，設(shè)計時所采用的結(jié)構(gòu)體系、可可靠度水準靠度水準、設(shè)計方法等也應(yīng)有所區(qū)別。、設(shè)計方法等也應(yīng)有所區(qū)別。n結(jié)構(gòu)的功能函數(shù)和極限狀態(tài)方程結(jié)構(gòu)的功能函數(shù)和極限狀態(tài)方程 作用效應(yīng)作用效應(yīng)S與結(jié)構(gòu)抗力與結(jié)構(gòu)抗力R的關(guān)系式；的關(guān)系式；S = Rn結(jié)構(gòu)可靠度計算結(jié)構(gòu)可靠度計算 失效概率；可靠指標失效概率；可靠指標

26、n概率極限狀態(tài)設(shè)計的一般方法（概率極限狀態(tài)設(shè)計的一般方法（少數(shù)重要結(jié)構(gòu)采用少數(shù)重要結(jié)構(gòu)采用）河南工業(yè)大學土木建筑學院河南工業(yè)大學土木建筑學院3.3.1 結(jié)構(gòu)的極限狀態(tài)p 結(jié)構(gòu)的極限狀態(tài)結(jié)構(gòu)的極限狀態(tài)n整個結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)的一部分超過整個結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)的一部分超過某一特定狀態(tài)某一特定狀態(tài)就不能滿足就不能滿足設(shè)計規(guī)定的設(shè)計規(guī)定的某一功能要求某一功能要求，此特定狀態(tài)稱為，此特定狀態(tài)稱為該功能的該功能的極極限狀態(tài)限狀態(tài)。n極限狀態(tài)實質(zhì)上是極限狀態(tài)實質(zhì)上是區(qū)分結(jié)構(gòu)可靠與失效的界限區(qū)分結(jié)構(gòu)可靠與失效的界限。p 結(jié)構(gòu)的極限狀態(tài)分類結(jié)構(gòu)的極限狀態(tài)分類n 承載能力極限狀態(tài)承載能力極限狀態(tài)安全性安全性極限狀態(tài)。主要是破壞（

27、強度）極限狀態(tài)極限狀態(tài)。主要是破壞（強度）極限狀態(tài)n 正常使用極限狀態(tài)正常使用極限狀態(tài)適用性和耐久性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極限狀態(tài)。主要是變形和裂縫寬度極限狀態(tài)態(tài)河南工業(yè)大學土木建筑學院河南工業(yè)大學土木建筑學院3.3.1 結(jié)構(gòu)的極限狀態(tài)n承載能力極限狀態(tài)（承載能力極限狀態(tài)（安全性安全性） 3點：結(jié)構(gòu)或構(gòu)件達到結(jié)構(gòu)或構(gòu)件達到最大承載能力（強度破壞）最大承載能力（強度破壞）； 達到達到不適于繼續(xù)承載的變形（失穩(wěn)、滑移、傾覆等）；或因不適于繼續(xù)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。結(jié)構(gòu)局部破壞而引發(fā)的連續(xù)倒塌。 標志和限值n結(jié)構(gòu)構(gòu)件出現(xiàn)結(jié)構(gòu)構(gòu)

28、件出現(xiàn)強度破壞強度破壞（最主要的承載能力問題）（最主要的承載能力問題）n結(jié)構(gòu)或構(gòu)件作為結(jié)構(gòu)或構(gòu)件作為剛體失去平衡剛體失去平衡（如傾覆等）（如傾覆等） n結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)榻Y(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)闄C動體系機動體系 n結(jié)構(gòu)或構(gòu)件結(jié)構(gòu)或構(gòu)件喪失穩(wěn)定喪失穩(wěn)定（如壓屈等）（如壓屈等） n地基喪失承載能力而破壞（如失穩(wěn)等）地基喪失承載能力而破壞（如失穩(wěn)等） 對于任何承載的結(jié)構(gòu)或構(gòu)件，都需要按承載能力極限狀態(tài)進對于任何承載的結(jié)構(gòu)或構(gòu)件，都需要按承載能力極限狀態(tài)進行設(shè)計。行設(shè)計。 河南工業(yè)大學土木建筑學院河南工業(yè)大學土木建筑學院3.3.1結(jié)構(gòu)的極限狀態(tài)n正常使用極限狀態(tài)（正常使用極限狀態(tài)（適用性和耐久性適用性和耐久性）兩點：結(jié)構(gòu)或

29、構(gòu)件達到結(jié)構(gòu)或構(gòu)件達到適用性適用性和和耐久性耐久性極限狀態(tài)極限狀態(tài)標志和限值n結(jié)構(gòu)變形或振幅達到某一限值；結(jié)構(gòu)變形或振幅達到某一限值；n不允許出現(xiàn)裂縫的構(gòu)件，混凝土應(yīng)力超過混凝土的抗拉強度；不允許出現(xiàn)裂縫的構(gòu)件，混凝土應(yīng)力超過混凝土的抗拉強度；n允許出現(xiàn)裂縫的構(gòu)件，裂縫寬度超過某一限值；允許出現(xiàn)裂縫的構(gòu)件，裂縫寬度超過某一限值；n其他特定狀態(tài)，如相對沉降量過大等其他特定狀態(tài)，如相對沉降量過大等。注意：注意：n兩類極限狀態(tài)中，兩類極限狀態(tài)中，承載能力極限狀態(tài)最重要承載能力極限狀態(tài)最重要，對所有結(jié)構(gòu)均應(yīng)，對所有結(jié)構(gòu)均應(yīng)考慮考慮n兩類極限狀態(tài)中，兩類極限狀態(tài)中，均有變形限值均有變形限值，但量值不同，

30、應(yīng)注意區(qū)分。，但量值不同，應(yīng)注意區(qū)分。河南工業(yè)大學土木建筑學院河南工業(yè)大學土木建筑學院3.3.2 結(jié)構(gòu)的設(shè)計狀況p 結(jié)構(gòu)的設(shè)計狀況結(jié)構(gòu)的設(shè)計狀況n 持久設(shè)計狀況：持久設(shè)計狀況：在結(jié)構(gòu)使用過程中一定出現(xiàn)，其持續(xù)期很長的狀況。在結(jié)構(gòu)使用過程中一定出現(xiàn)，其持續(xù)期很長的狀況。房房屋結(jié)構(gòu)承受家具和正常人員荷載的狀況屋結(jié)構(gòu)承受家具和正常人員荷載的狀況 n 短暫設(shè)計狀況：短暫設(shè)計狀況：出現(xiàn)概率較大，而與設(shè)計使用年限相比，持續(xù)時間很短出現(xiàn)概率較大，而與設(shè)計使用年限相比，持續(xù)時間很短的狀況。的狀況。結(jié)構(gòu)施工和維修時承受堆料和施工荷載的狀況結(jié)構(gòu)施工和維修時承受堆料和施工荷載的狀況 n 偶然設(shè)計狀況：偶然設(shè)計狀況：

31、在結(jié)構(gòu)使用過程中出現(xiàn)概率很小，且持續(xù)期很短的狀況。在結(jié)構(gòu)使用過程中出現(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結(jié)構(gòu)遭受火災(zāi)、爆炸、撞擊、罕遇地震等作用的狀況 n地震設(shè)計狀況：結(jié)構(gòu)遭受地震時的情況。 p 以上以上4種狀況均應(yīng)進行承載能力極限狀態(tài)設(shè)計種狀況均應(yīng)進行承載能力極限狀態(tài)設(shè)計n對對偶然設(shè)計狀況偶然設(shè)計狀況，允許主要承重結(jié)構(gòu)因出現(xiàn)設(shè)計規(guī)定的偶然事件而局，允許主要承重結(jié)構(gòu)因出現(xiàn)設(shè)計規(guī)定的偶然事件而局部破壞，但其剩余部分具有在一段時間內(nèi)部破壞，但其剩余部分具有在一段時間內(nèi)不發(fā)生連續(xù)倒塌不發(fā)生連續(xù)倒塌的可靠度；可的可靠度；可不不進行正常使用極限狀態(tài)設(shè)計；進行正常

32、使用極限狀態(tài)設(shè)計；n對對持久設(shè)計狀況持久設(shè)計狀況，尚應(yīng)進行正常使用極限狀態(tài)設(shè)計；，尚應(yīng)進行正常使用極限狀態(tài)設(shè)計；n對對短暫設(shè)計狀況和短暫設(shè)計狀況和地震設(shè)計狀況地震設(shè)計狀況，可根據(jù)需要進行正常使用極限狀態(tài)，可根據(jù)需要進行正常使用極限狀態(tài)設(shè)計。設(shè)計。河南工業(yè)大學土木建筑學院河南工業(yè)大學土木建筑學院3.3.3 結(jié)構(gòu)的功能函數(shù)和極限狀態(tài)方程p 結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)的“工作狀態(tài)工作狀態(tài)” 結(jié)構(gòu)在使用期間的工作情況稱為結(jié)構(gòu)在使用期間的工作情況稱為“工作狀態(tài)工作狀態(tài)”，可用功能，可用功能函數(shù)描述。函數(shù)描述。p結(jié)構(gòu)的功能函數(shù)結(jié)構(gòu)的功能函數(shù) Z的一般表達式的一般表達式n Z = g ( X1, X2 , , Xn )隨機

33、性基本變量隨機性基本變量p 結(jié)構(gòu)極限狀態(tài)方程的結(jié)構(gòu)極限狀態(tài)方程的一般表達式一般表達式n Z = g ( X1, X2 , , Xn ) = 0p 只包含兩個變量的功能函數(shù)只包含兩個變量的功能函數(shù) n Z = g ( R, S )=R Sp 只包含兩個變量只包含兩個變量的結(jié)構(gòu)極限狀態(tài)方程的結(jié)構(gòu)極限狀態(tài)方程 n Z = g ( R, S )=R S = 0河南工業(yè)大學土木建筑學院河南工業(yè)大學土木建筑學院3.3.3 結(jié)構(gòu)的功能函數(shù)和極限狀態(tài)方程n用功能函數(shù)用功能函數(shù)Z判別結(jié)構(gòu)的工作狀態(tài)判別結(jié)構(gòu)的工作狀態(tài) 當當Z0時，結(jié)構(gòu)處于時，結(jié)構(gòu)處于可靠狀態(tài)可靠狀態(tài)； 當當Z0時，結(jié)構(gòu)處于時，結(jié)構(gòu)處于失效狀態(tài)失效

34、狀態(tài)； 當當Z=0時，結(jié)構(gòu)處于時，結(jié)構(gòu)處于極限狀態(tài)極限狀態(tài)。n結(jié)構(gòu)的失效概率結(jié)構(gòu)的失效概率 結(jié)構(gòu)功能函數(shù)結(jié)構(gòu)功能函數(shù)Z= R-S0的概率的概率稱為結(jié)構(gòu)構(gòu)件的失效概率稱為結(jié)構(gòu)構(gòu)件的失效概率 。 功能函數(shù)功能函數(shù)Z=R-S服從正態(tài)分布，服從正態(tài)分布， ， 。結(jié)構(gòu)的失效概率可直接通過結(jié)構(gòu)的失效概率可直接通過 Z 0 的概率來表達：的概率來表達： fpzRS22zRS+河南工業(yè)大學土木建筑學院河南工業(yè)大學土木建筑學院3.3.4 結(jié)構(gòu)可靠度的計算p 結(jié)構(gòu)的失效概率結(jié)構(gòu)的失效概率 pf0隨機變量隨機變量 R, S概率密度概率密度 p S R R spf = P( Z=R-S 0)河南工業(yè)大學土木建筑學院河

35、南工業(yè)大學土木建筑學院3.3.4 結(jié)構(gòu)可靠度的計算p 結(jié)構(gòu)的失效概率結(jié)構(gòu)的失效概率 pf ( R,S 均服從正態(tài)分布均服從正態(tài)分布 )bbZ0隨機變量隨機變量 Z概率密度概率密度 p Zpf = P( Z 0)22ZRS+ Z = R S 200110exp22ZfZZZpP Zf Z dZdZ22RSZZRSb+河南工業(yè)大學土木建筑學院河南工業(yè)大學土木建筑學院3.3.4 結(jié)構(gòu)可靠度的計算p 結(jié)構(gòu)構(gòu)件的可靠指標結(jié)構(gòu)構(gòu)件的可靠指標b bn 失效概率計算復雜，故引入失效概率計算復雜，故引入可靠指標可靠指標b b 來評價結(jié)構(gòu)的可靠性來評價結(jié)構(gòu)的可靠性。 200110exp22ZfZZZpP Zf Z

36、 dZdZ21exp22ZZZZfZZtpPdtt ZfZpb ,ZZN0,1NZZZt22RSZZRSb+n b b 越大，失效概率就越小，即結(jié)構(gòu)越可靠，故越大，失效概率就越小，即結(jié)構(gòu)越可靠，故b b 稱為稱為可靠指標可靠指標。n當基本變量為當基本變量為非正態(tài)分布非正態(tài)分布時，結(jié)構(gòu)構(gòu)件的可靠指標應(yīng)以結(jié)構(gòu)構(gòu)件作用時，結(jié)構(gòu)構(gòu)件的可靠指標應(yīng)以結(jié)構(gòu)構(gòu)件作用效應(yīng)和抗力效應(yīng)和抗力當量正態(tài)分布當量正態(tài)分布的平均值和標準差按上式計算。的平均值和標準差按上式計算。zzz, 0dZdtZt+河南工業(yè)大學土木建筑學院河南工業(yè)大學土木建筑學院3.3.4 結(jié)構(gòu)可靠度的計算p結(jié)構(gòu)構(gòu)件的可靠指標結(jié)構(gòu)構(gòu)件的可靠指標 當僅有

37、作用效應(yīng)和結(jié)構(gòu)抗力兩個基本變量且均當僅有作用效應(yīng)和結(jié)構(gòu)抗力兩個基本變量且均按正態(tài)分布按正態(tài)分布時時 當基本變量當基本變量不按正態(tài)分布不按正態(tài)分布時，用當量正態(tài)分布的平均值和標時，用當量正態(tài)分布的平均值和標準差代入上式計算。例如，當荷載效應(yīng)和結(jié)構(gòu)抗力均服從準差代入上式計算。例如，當荷載效應(yīng)和結(jié)構(gòu)抗力均服從對對數(shù)正態(tài)分布數(shù)正態(tài)分布時時 22RSZZRSb+2SR2SR22RS1ln1+ln1+1b+河南工業(yè)大學土木建筑學院河南工業(yè)大學土木建筑學院3.3.4 結(jié)構(gòu)可靠度的計算p 可靠指標與失效概率的對應(yīng)關(guān)系可靠指標與失效概率的對應(yīng)關(guān)系p 計算可靠指標計算可靠指標 b b 的一般方法的一般方法n使用原

38、因使用原因n 變量不一定服從正態(tài)分布變量不一定服從正態(tài)分布n 極限狀態(tài)方程是非線性的極限狀態(tài)方程是非線性的n 變量通常多于二個變量通常多于二個n國際結(jié)構(gòu)安全度聯(lián)合委員會國際結(jié)構(gòu)安全度聯(lián)合委員會JCSS推薦的方法推薦的方法: 一次二階一次二階矩法（矩法（JC法法）河南工業(yè)大學土木建筑學院河南工業(yè)大學土木建筑學院3.3.4 結(jié)構(gòu)可靠度的計算p 設(shè)計可靠指標設(shè)計可靠指標 b b n定義定義: 設(shè)計規(guī)范所規(guī)定的、作為設(shè)計結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件時所設(shè)計規(guī)范所規(guī)定的、作為設(shè)計結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件時所應(yīng)達到的可靠指標，稱為應(yīng)達到的可靠指標，稱為設(shè)計可靠指標設(shè)計可靠指標，它是根據(jù)設(shè)計所，它是根據(jù)設(shè)計所要求達到的結(jié)構(gòu)可靠度而

39、取定的，所以又稱為要求達到的結(jié)構(gòu)可靠度而取定的，所以又稱為目標可靠指目標可靠指標（標（target reliability index）。n確定方法確定方法: 校準法（校準法（工程經(jīng)驗；可靠與經(jīng)濟的統(tǒng)一工程經(jīng)驗；可靠與經(jīng)濟的統(tǒng)一）n建筑結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計統(tǒng)一標準建筑結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計統(tǒng)一標準規(guī)定的可靠指標規(guī)定的可靠指標結(jié)構(gòu)構(gòu)件承載能力極限狀態(tài)的設(shè)計可靠指標結(jié)構(gòu)構(gòu)件承載能力極限狀態(tài)的設(shè)計可靠指標 破壞類型破壞類型安全等級安全等級一級一級二級二級三級三級延性破壞延性破壞3.73.22.7脆性破壞脆性破壞4.23.73.2河南工業(yè)大學土木建筑學院河南工業(yè)大學土木建筑學院3.3.4 結(jié)構(gòu)可靠度的計算n承載能力

40、極限狀態(tài)的可靠指標承載能力極限狀態(tài)的可靠指標 延性破壞：結(jié)構(gòu)破壞前延性破壞：結(jié)構(gòu)破壞前有明顯的變形或其他預兆。有明顯的變形或其他預兆。其危害小其危害小，其危害小，其危害小， 相對低一些。相對低一些。 脆性破壞：結(jié)構(gòu)破壞前脆性破壞：結(jié)構(gòu)破壞前沒有明顯的變形或其他預兆。沒有明顯的變形或其他預兆。其危害其危害大，大， 相對高一些。相對高一些。 結(jié)構(gòu)安全等級高，結(jié)構(gòu)安全等級高， 相對高一些。相對高一些。n正常使用極限狀態(tài)的可靠指標正常使用極限狀態(tài)的可靠指標 可逆極限狀態(tài)可逆極限狀態(tài)：產(chǎn)生超越狀態(tài)的作用被移去后，將不再保持：產(chǎn)生超越狀態(tài)的作用被移去后，將不再保持超越狀態(tài)；超越狀態(tài)； = 0 不可逆極限狀

41、態(tài)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：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)持超越狀態(tài)。 = 1.5 當結(jié)構(gòu)可逆程度處于二者之間時，取當結(jié)構(gòu)可逆程度處于二者之間時，取 01.5 之間的值。之間的值。 bbbbb河南工業(yè)大學土木建筑學院河南工業(yè)大學土木建筑學院3.3.4 結(jié)構(gòu)可靠度的計算n概率極限狀態(tài)設(shè)計法 荷載的概率模型及統(tǒng)計參數(shù)荷載的概率模型及統(tǒng)計參數(shù) 材料性能、幾何尺寸的統(tǒng)計參數(shù)材料性能、幾何尺寸的統(tǒng)計參數(shù) 計算計算可靠指標值可靠指標值 （或用一次二階矩法）（或用一次二階矩法）n檢驗現(xiàn)有結(jié)構(gòu)的可靠度檢驗現(xiàn)有結(jié)構(gòu)的可靠度n直接按可靠指標進行結(jié)構(gòu)設(shè)計直接按可靠指標

42、進行結(jié)構(gòu)設(shè)計Rs22RSb+ 22RsRSkRRkR /RRRba+ bb河南工業(yè)大學土木建筑學院河南工業(yè)大學土木建筑學院p 承承載能力極限狀態(tài)設(shè)計表達式載能力極限狀態(tài)設(shè)計表達式p 正常使用極限狀態(tài)設(shè)計表達式正常使用極限狀態(tài)設(shè)計表達式p 荷載與材料分項系數(shù)及設(shè)計值荷載與材料分項系數(shù)及設(shè)計值河南工業(yè)大學土木建筑學院河南工業(yè)大學土木建筑學院3.4 結(jié)構(gòu)極限狀態(tài)設(shè)計表達式提要n直接按概率極限狀態(tài)設(shè)計法進行設(shè)計，需進行迭代計算，計直接按概率極限狀態(tài)設(shè)計法進行設(shè)計，需進行迭代計算，計算工作量大。對于大量的一般結(jié)構(gòu)，沒有必要，需尋求簡化算工作量大。對于大量的一般結(jié)構(gòu)，沒有必要，需尋求簡化方法。方法。n承載

43、能力極限狀態(tài)設(shè)計表達式承載能力極限狀態(tài)設(shè)計表達式 通過調(diào)整作用效應(yīng)分項系數(shù)、材料分項系數(shù)等，使按設(shè)計表通過調(diào)整作用效應(yīng)分項系數(shù)、材料分項系數(shù)等，使按設(shè)計表達式設(shè)計的結(jié)構(gòu)或構(gòu)件，其可靠指標與設(shè)計可靠指標最接近達式設(shè)計的結(jié)構(gòu)或構(gòu)件，其可靠指標與設(shè)計可靠指標最接近n正常使用極限狀態(tài)設(shè)計表達式正常使用極限狀態(tài)設(shè)計表達式 按作用效應(yīng)標準值（頻遇值、準永久值）、材料強度標準值按作用效應(yīng)標準值（頻遇值、準永久值）、材料強度標準值計算計算重要思想方法重要思想方法：復雜問題：復雜問題復雜（精細）方法復雜（精細）方法 簡化表達式簡化表達式 目標可靠指標目標可靠指標河南工業(yè)大學土木建筑學院河南工業(yè)大學土木建筑學院3

44、.4.1 承載能力極限狀態(tài)設(shè)計表達式p 基本表達式基本表達式n 按荷載效應(yīng)的按荷載效應(yīng)的基本組合基本組合或或偶然組合偶然組合，采用下列極限狀態(tài)設(shè)計表達式：，采用下列極限狀態(tài)設(shè)計表達式：0RScckskcskkdsR(,),/ffRRffaRap ：結(jié)構(gòu)構(gòu)件的抗力模型不定性系數(shù)：對靜力設(shè)計取結(jié)構(gòu)構(gòu)件的抗力模型不定性系數(shù)：對靜力設(shè)計取1.01.0，不確定性，不確定性較大的結(jié)構(gòu)構(gòu)件根據(jù)具體情況取大于較大的結(jié)構(gòu)構(gòu)件根據(jù)具體情況取大于1.01.0的數(shù)值；對于抗震設(shè)計，采用承的數(shù)值；對于抗震設(shè)計，采用承載力抗震調(diào)整系數(shù)載力抗震調(diào)整系數(shù) 代替代替 的表達形式；的表達形式； RdRERd河南工業(yè)大學土木建筑學

45、院河南工業(yè)大學土木建筑學院n基本組合 由由可變荷載效應(yīng)可變荷載效應(yīng)控制的組合控制的組合 由由永久荷載效應(yīng)永久荷載效應(yīng)控制的組合控制的組合n偶然組合k11kkGGPPQL1QQcLQ11iijjjjijSSSSS +kkGGPPLQcQ11iijjjijSSSS +kd1kkGPAf1q1QqQ11(ijjijSSSSSS+或）河南工業(yè)大學土木建筑學院河南工業(yè)大學土木建筑學院3.4.1 承載能力極限狀態(tài)設(shè)計表達式p荷載分項系數(shù)荷載分項系數(shù) 理由：理由：荷載標準值是偏大值，仍有可能超載。荷載標準值是偏大值，仍有可能超載。 確定原則：確定原則：給定荷載標準值，找出一組荷載分項系數(shù)給定荷載標準值，找出

46、一組荷載分項系數(shù) ，按按 設(shè)計構(gòu)件，計算相應(yīng)的可靠指標，其中按設(shè)計構(gòu)件，計算相應(yīng)的可靠指標，其中按 所得的可靠指標與目標可靠指標最接近。所得的可靠指標與目標可靠指標最接近。 取值取值：n :當永久荷載效應(yīng)當永久荷載效應(yīng)對結(jié)構(gòu)不利時對結(jié)構(gòu)不利時：可變荷載效應(yīng)控制，取：可變荷載效應(yīng)控制，取1.2；永久荷載效應(yīng)控制的組合??；永久荷載效應(yīng)控制的組合取1.35。 當永久荷載效應(yīng)當永久荷載效應(yīng)對結(jié)構(gòu)有利時對結(jié)構(gòu)有利時，取，取1.0。n :一般取一般取1.4；對工業(yè)建筑樓面結(jié)構(gòu)，當活荷載標準值大于；對工業(yè)建筑樓面結(jié)構(gòu)，當活荷載標準值大于4kN/m2時，取時，取1.3。 QGQ,GQ, ii0SRGQ,G河南

47、工業(yè)大學土木建筑學院河南工業(yè)大學土木建筑學院3.4.1承載能力極限狀態(tài)設(shè)計表達式p 荷載設(shè)計值荷載設(shè)計值n 荷載分項系數(shù)與荷載標準值的乘積荷載分項系數(shù)與荷載標準值的乘積。p 荷載組合值系數(shù)荷載組合值系數(shù)cin考慮各可變荷載最大值在考慮各可變荷載最大值在同一時刻同一時刻出現(xiàn)的概率很小，若設(shè)計出現(xiàn)的概率很小，若設(shè)計中仍采用各荷載效應(yīng)設(shè)計值疊加，則可能造成結(jié)構(gòu)可靠度不中仍采用各荷載效應(yīng)設(shè)計值疊加，則可能造成結(jié)構(gòu)可靠度不一致，因而必須對可變荷載設(shè)計值再乘以調(diào)整系數(shù)，即荷載一致，因而必須對可變荷載設(shè)計值再乘以調(diào)整系數(shù)，即荷載組合值系數(shù)。組合值系數(shù)。p 荷載組合值荷載組合值ci Qikn 可變荷載標準值乘

48、以荷載組合值系數(shù)可變荷載標準值乘以荷載組合值系數(shù)。GkQ1kGQ1QciQik2iniSSSS+河南工業(yè)大學土木建筑學院河南工業(yè)大學土木建筑學院3.4.1承載能力極限狀態(tài)設(shè)計表達式小結(jié)小結(jié)p荷載效應(yīng)荷載效應(yīng)組合的設(shè)計值組合的設(shè)計值 S 考慮各種荷載同時作用且同時達到最大的可能性考慮各種荷載同時作用且同時達到最大的可能性。n永久荷載效應(yīng)控制的組合，可變荷載效應(yīng)控制的組合永久荷載效應(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兩種情況下的可靠度一致n永久荷載分項系數(shù)取永久荷載分項系數(shù)取1.2或或1.0，考慮不利或有利考慮不利或有利n荷載組合值系數(shù)荷載組合值系數(shù)， 各種可變荷載同時達到

49、最大值的概率較小各種可變荷載同時達到最大值的概率較小k11kkGGPPQL1QQcLQ11iijjjjijSSSSS +河南工業(yè)大學土木建筑學院河南工業(yè)大學土木建筑學院3.4.1承載能力極限狀態(tài)設(shè)計表達式p 材料分項系數(shù)材料分項系數(shù) c， sn為了考慮材料的離散性和施工中不可避免的偏差帶來的不利為了考慮材料的離散性和施工中不可避免的偏差帶來的不利影響，再將材料強度標準值除以影響，再將材料強度標準值除以一個大于一個大于1的系數(shù)，這個系的系數(shù)，這個系數(shù)叫材料分項系數(shù)。數(shù)叫材料分項系數(shù)。n確定鋼筋和混凝土材料分項系數(shù)時，對于具有統(tǒng)計資料的材確定鋼筋和混凝土材料分項系數(shù)時，對于具有統(tǒng)計資料的材料，按設(shè)

50、計可靠指標料，按設(shè)計可靠指標b b通過可靠度分析確定；對統(tǒng)計資料通過可靠度分析確定；對統(tǒng)計資料不足的情況，則以工程經(jīng)驗為主要依據(jù)，通過對規(guī)范不足的情況，則以工程經(jīng)驗為主要依據(jù)，通過對規(guī)范(TJ10-74）結(jié)構(gòu)構(gòu)件的校準計算確定。）結(jié)構(gòu)構(gòu)件的校準計算確定。n混凝土的材料分項系數(shù)混凝土的材料分項系數(shù) c=1.4n熱軋鋼筋的材料分項系數(shù)熱軋鋼筋的材料分項系數(shù) s=1.1n預應(yīng)力鋼筋的材料分項系數(shù)預應(yīng)力鋼筋的材料分項系數(shù) =1.2s河南工業(yè)大學土木建筑學院河南工業(yè)大學土木建筑學院3.4.1承載能力極限狀態(tài)設(shè)計表達式n 材料強度設(shè)計值材料強度設(shè)計值 材料強度標準值除以材料分項系數(shù)，即材料強度設(shè)材料強度標

51、準值除以材料分項系數(shù)，即材料強度設(shè)計值計值： cckcssks/ /ffff河南工業(yè)大學土木建筑學院河南工業(yè)大學土木建筑學院3.4.2 正常使用極限狀態(tài)設(shè)計表達式p 可變荷載的頻遇值和準永久值可變荷載的頻遇值和準永久值n 可變荷載的一個樣本可變荷載的一個樣本QxTt1t2titntQO 荷載超過某水平荷載超過某水平Qx的表示的表示方式可用總持續(xù)時間方式可用總持續(xù)時間ti與設(shè)計與設(shè)計基準期基準期T的比率的比率 x ti / T 來來表示。表示。n 可變荷載的四種代表值可變荷載的四種代表值n 標準值標準值n 組合值組合值n 頻遇值頻遇值n 準永久值準永久值河南工業(yè)大學土木建筑學院河南工業(yè)大學土木建筑學院3.4.2 正常使用極限狀態(tài)設(shè)計表達式p 可變荷載的頻遇值和準永久值可變荷載的頻遇值和準永久值n 可變荷載的可變荷載的頻遇值頻遇值在設(shè)計基準期內(nèi)，其超越的總時間為規(guī)定的在設(shè)計基準期內(nèi)，其超越的總時間為規(guī)定的較小比率較小比率(mx= ti / T 0.1)或超越頻率為規(guī)定頻率的荷載值或超越頻率為規(guī)定頻率的荷載值。