混凝土结构设计的一般原则和方法课件.ppt

1、 1001 第第10章章 混凝土结构设计的一般原则和方法混凝土结构设计的一般原则和方法10.1建筑结构设计的一般原则建筑结构设计的一般原则第十章第十章 混凝土结构设计的一般原则和方法混凝土结构设计的一般原则和方法 本章说明本章说明 本章原标题本章原标题“按近似概率理论的极限状态设计法按近似概率理论的极限状态设计法”，第三版，第三版以前编为第三章，第四版编为第十章，并改名为以前编为第三章，第四版编为第十章，并改名为“混凝土结构设混凝土结构设计的一般原则和方法计的一般原则和方法”。本章重点本章重点 结构设计方法结构设计方法 荷载如何确定荷载如何确定材料的强度如何确定材料的强度如何确定10.1 建筑

2、结构设计的一般原则建筑结构设计的一般原则 10.1.1 建筑结构的组成和类型建筑结构的组成和类型概率极限状态设计法概率极限状态设计法结构设计的一般概念结构设计的一般概念结构设计的量化问题结构设计的量化问题 1002 地上部分地上部分上部结构上部结构地下部分地下部分下部结构下部结构地基、基础（包括地下室）地基、基础（包括地下室）第第10章章 混凝土结构设计的一般原则和方法混凝土结构设计的一般原则和方法10.1建筑结构设计的一般原则建筑结构设计的一般原则 1003 上部结构上部结构水平传力系统水平传力系统竖向传力系统竖向传力系统楼盖系统楼盖系统柱、墙柱、墙多层建筑设计问题多层建筑设计问题高层建筑设

3、计问题高层建筑设计问题主要以竖向荷载为主，主要以竖向荷载为主，困难：困难：大跨度。大跨度。除了竖向荷载外，还有水平荷载，而且水平除了竖向荷载外，还有水平荷载，而且水平荷载成为控制荷载。荷载成为控制荷载。困难：困难：抗侧力体系的构抗侧力体系的构成。成。第第10章章 混凝土结构设计的一般原则和方法混凝土结构设计的一般原则和方法10.1建筑结构设计的一般原则建筑结构设计的一般原则结构类型结构类型按材料分按材料分按结构体系分按结构体系分中册，中册，P.01 1004 第第10章章 混凝土结构设计的一般原则和方法混凝土结构设计的一般原则和方法10.2建筑结构设计阶段和内容建筑结构设计阶段和内容10.1.

4、2 建筑结构设计的阶段和内容建筑结构设计的阶段和内容工程建设的主工程建设的主要环节要环节工程勘察工程勘察工程设计工程设计工程施工工程施工 工程建设应当遵循：先勘察后设计，先设计后施工的程序。工程建设应当遵循：先勘察后设计，先设计后施工的程序。项目立项项目立项申报、立项申报、立项项目实施项目实施 加拿大谷仓加拿大谷仓地基失效导致建筑物倾倒，属于未勘查就设计地基失效导致建筑物倾倒，属于未勘查就设计概况：概况：该谷仓平面呈矩形，南北向长该谷仓平面呈矩形，南北向长59.44m，东西向宽，东西向宽23.47m，高，高31.00m，容积，容积36368立方米，容仓为圆筒仓，每排立方米，容仓为圆筒仓，每排1

5、3个圆仓，个圆仓，共共5排排65个圆筒仓。谷个圆筒仓。谷仓基础为钢筋混凝土筏板基础，厚度仓基础为钢筋混凝土筏板基础，厚度61cm，埋深，埋深3.66m。谷仓于。谷仓于1911年动工年动工，1913年完工，空仓自重年完工，空仓自重20000T，相当于装满谷物后满载总重量的，相当于装满谷物后满载总重量的42.5%。平面示意图平面示意图侧立面示意图侧立面示意图 1005 第第10章章 混凝土结构设计的一般原则和方法混凝土结构设计的一般原则和方法10.2建筑结构设计阶段和内容建筑结构设计阶段和内容 1913年年9月装谷物，月装谷物，10月月17日当日当谷仓装到谷仓装到87.5%的谷物时，发现的谷物时，

6、发现1小时小时内竖向沉降达内竖向沉降达30.5cm，结构物向西倾，结构物向西倾斜，并在斜，并在24小时内谷仓倾斜，倾斜度小时内谷仓倾斜，倾斜度离垂线达离垂线达2653，谷仓西端下沉，谷仓西端下沉7.32m，东端上抬，东端上抬1.52m，上部钢筋混，上部钢筋混凝土筒仓坚如磐石。凝土筒仓坚如磐石。事故原因：事故原因：谷仓地基土事先未进行调查研究，据邻近结构物基槽开挖试验谷仓地基土事先未进行调查研究，据邻近结构物基槽开挖试验结果计算地基承载力为结果计算地基承载力为352kPa，应用到此谷仓。，应用到此谷仓。1952年经勘察试验与计算，年经勘察试验与计算，谷仓地基实际承载力为（谷仓地基实际承载力为（1

7、93.8276.6）kPa，远小于谷仓破坏时发生的压力，远小于谷仓破坏时发生的压力329.4kPa，因此，谷仓地基因超载发生强度破坏而滑动。，因此，谷仓地基因超载发生强度破坏而滑动。事后处理：事后处理：事后在下面做了七十多个支撑于基岩上的混凝土墩，使用事后在下面做了七十多个支撑于基岩上的混凝土墩，使用388个个50t千斤顶以及支撑系统，才把仓体逐渐纠正过来，但其位置比原来降低了千斤顶以及支撑系统，才把仓体逐渐纠正过来，但其位置比原来降低了米。米。倾倒后的状况倾倒后的状况 1006 第第10章章 混凝土结构设计的一般原则和方法混凝土结构设计的一般原则和方法10.2建筑结构设计阶段和内容建筑结构设

8、计阶段和内容 建筑结构建筑结构设计阶段设计阶段初步设计初步设计施工图设计施工图设计技术设计技术设计初步设计初步设计 1007 第第10章章 混凝土结构设计的一般原则和方法混凝土结构设计的一般原则和方法10.2建筑结构设计阶段和内容建筑结构设计阶段和内容 未设计就施工未设计就施工（1）没有设计图纸就施工）没有设计图纸就施工（2）边设计边施工）边设计边施工10.1.3 建筑结构设计的一般原则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。建筑结构设计的一般原则：安全、适用、耐久和经济合理。在保证结构可靠的前提下，设计出经济的、技术先进的、施工方便在保证结构可靠的前提下，设

9、计出经济的、技术先进的、施工方便的结构。具体的结构设计原则：的结构。具体的结构设计原则：中册，中册，P.2 1008 第第10章章 混凝土结构设计的一般原则和方法混凝土结构设计的一般原则和方法10.2建筑结构荷载建筑结构荷载10.2 建筑结构荷载建筑结构荷载 10.2.1 结构上的作用与荷载结构上的作用与荷载 作用：作用：使结构产生内力与变形的原因；使结构产生内力与变形的原因；（1）直接原因：荷载、力）直接原因：荷载、力（2）间接原因：温度变形、收缩变形、基础的不均匀沉降、）间接原因：温度变形、收缩变形、基础的不均匀沉降、地震。地震。10.2.2 荷载的分类荷载的分类荷载分类荷载分类按作用时间

10、的长短和性质分按作用时间的长短和性质分按空间位置的变异按空间位置的变异按作用的方向分按作用的方向分按结构对荷载的反应性质按结构对荷载的反应性质水平、竖向荷载水平、竖向荷载固定、移动荷载固定、移动荷载静荷载、动荷载静荷载、动荷载 1009 第第10章章 混凝土结构设计的一般原则和方法混凝土结构设计的一般原则和方法10.2建筑结构荷载建筑结构荷载（1）永久荷载（又称恒载）永久荷载（又称恒载）按荷载作用时间的长短和性质分按荷载作用时间的长短和性质分 是指在设计使用期内，其值不随时间变化、或其变化与平均值相比是指在设计使用期内，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

11、于限值的荷载。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。例如：结构自重、土压力、预应力等。（2）可变荷载（又称活载）可变荷载（又称活载）是指在设计基准期内其值随时间变化，其变化与平均值相比不可忽是指在设计基准期内其值随时间变化，其变化与平均值相比不可忽略的荷载。略的荷载。例如：楼面活荷载、吊车荷载、预应力等。例如：楼面活荷载、吊车荷载、预应力等。（3）偶然荷载）偶然荷载 是指在设计基准期内不一定出现，一旦出现，其值很大且持续时间是指在设计基准期内不一定出现，一旦出现，其值很大且持续时间很短的荷载。很短的荷载。例如：爆炸力、撞击力。例如：爆炸力、撞击力。

12、1010 第第10章章 混凝土结构设计的一般原则和方法混凝土结构设计的一般原则和方法10.2建筑结构荷载建筑结构荷载10.2.3 荷载代表值荷载代表值 关于荷载的取值关于荷载的取值（1）荷载的不确定性）荷载的不确定性恒载恒载由施工偏差引起由施工偏差引起活荷载活荷载 偶然荷载偶然荷载（2）多荷载相遇）多荷载相遇荷载组合荷载组合确定随机变量大小的方法确定随机变量大小的方法（3）计算、分析情况的复杂）计算、分析情况的复杂例如强度计算和变形验算例如强度计算和变形验算 荷载代表值的提出荷载代表值的提出 荷载代表值荷载代表值荷载标准值荷载标准值荷载组合值荷载组合值荷载准永久值荷载准永久值荷载频遇值荷载频遇

13、值 1011 第第10章章 混凝土结构设计的一般原则和方法混凝土结构设计的一般原则和方法10.2建筑结构荷载建筑结构荷载荷载标准值荷载标准值荷载组合值荷载组合值荷载频遇值荷载频遇值荷载准永久荷载准永久值值是荷载的基本代表值；是指在结构的使用期间（一般结构是荷载的基本代表值；是指在结构的使用期间（一般结构的设计基准期为的设计基准期为50年）可能出现的最大值。年）可能出现的最大值。是指对于有两种和两种以上可变荷载同时作用时，使组合是指对于有两种和两种以上可变荷载同时作用时，使组合后的荷载效应在设计基准期内的超越概率能与荷载单独作后的荷载效应在设计基准期内的超越概率能与荷载单独作用时相应超越概率趋于

14、一致的荷载值。用时相应超越概率趋于一致的荷载值。是指在设计基准期内，其超越的总时间为规定的较小比率，是指在设计基准期内，其超越的总时间为规定的较小比率，或超越概率为规定概率的荷载值。或超越概率为规定概率的荷载值。是指在设计基准期内，其超越的总时间约为设计基准期一是指在设计基准期内，其超越的总时间约为设计基准期一半的荷载值。半的荷载值。kccQQkqqQQkffQQkGkQ恒载标准值恒载标准值活荷载标准值活荷载标准值 1012 第第10章章 混凝土结构设计的一般原则和方法混凝土结构设计的一般原则和方法10.2建筑结构荷载建筑结构荷载10.2.4 竖向荷载竖向荷载1.楼面、屋面荷载楼面、屋面荷载

15、楼面楼面屋面屋面荷载荷载恒荷载恒荷载活荷载活荷载结构竖向恒荷载包括结构自重和附加在结构上的荷结构竖向恒荷载包括结构自重和附加在结构上的荷载。可以按构件的设计尺寸与材料表观密度计算确载。可以按构件的设计尺寸与材料表观密度计算确定。定。民用建筑楼面均布活荷载：民用建筑楼面均布活荷载：工业建筑楼面均布活荷载：工业建筑楼面均布活荷载：屋面活荷载：屋面活荷载：建筑结构荷载规范建筑结构荷载规范根据大量调查和统计分析，考虑根据大量调查和统计分析，考虑可能出现的短期荷载，按等效均布荷载方法给出一般各可能出现的短期荷载，按等效均布荷载方法给出一般各类民用建筑的楼面均布活荷载标准值及其有关代表值系类民用建筑的楼面

16、均布活荷载标准值及其有关代表值系数，见附录数，见附录5.房屋建筑屋面水平投影面上的均布活荷载，应按表房屋建筑屋面水平投影面上的均布活荷载，应按表10-2采用。屋面均布活荷载不应与雪荷载同时组合。采用。屋面均布活荷载不应与雪荷载同时组合。1013 第第10章章 混凝土结构设计的一般原则和方法混凝土结构设计的一般原则和方法10.2建筑结构荷载建筑结构荷载2.雪荷载雪荷载 屋面水平投影面上的雪荷载标准值：屋面水平投影面上的雪荷载标准值：0SSrk0S基本雪压（基本雪压（kN/m2），一般是根据年最大雪压进行统计分析确定。），一般是根据年最大雪压进行统计分析确定。在我国，是以一般空旷平坦地面上统计的在

17、我国，是以一般空旷平坦地面上统计的50年一遇重现期的最大年一遇重现期的最大积雪自重给出的。积雪自重给出的。r屋面积雪分布系数。它是屋面水平投影面积上的雪荷载与基本雪屋面积雪分布系数。它是屋面水平投影面积上的雪荷载与基本雪压的比值，它与屋面形式、朝向及风力等均有关。通常情况下，压的比值，它与屋面形式、朝向及风力等均有关。通常情况下，屋面积雪分布系数应根据不同类别的屋面形式确定。屋面积雪分布系数应根据不同类别的屋面形式确定。P.6 表表10-3 雪荷载组合值系数可取雪荷载组合值系数可取0.7；频遇值系数可取；频遇值系数可取0.6。准永久值系数按。准永久值系数按、和和分区不同，分别取分区不同，分别取

18、0.5、0.2、0。武汉属于。武汉属于分区。分区。设计建筑结构及屋面的承重构件时，可按下列规定采用积雪的分布设计建筑结构及屋面的承重构件时，可按下列规定采用积雪的分布情况。情况。P.7。对雪荷载敏感的结构，基本雪压应适当提高，并应由有关的结对雪荷载敏感的结构，基本雪压应适当提高，并应由有关的结构设计规范具体规定。构设计规范具体规定。10.2.5 风荷载风荷载1.风荷载的特点风荷载的特点 1014 第第10章章 混凝土结构设计的一般原则和方法混凝土结构设计的一般原则和方法10.2建筑结构荷载建筑结构荷载风荷载是风吹到建筑物表面所形成的压力或吸力。它具有如下特点：风荷载是风吹到建筑物表面所形成的压

19、力或吸力。它具有如下特点：风风荷荷载载 风风 建筑物建筑物同一地面，离开地面的高度不同，风速不同同一地面，离开地面的高度不同，风速不同同一位置，地面的粗糙度不同，风速不同同一位置，地面的粗糙度不同，风速不同体型体型高度高度刚度刚度（近地风）（近地风）建筑物表面风压分布示意图，建筑物表面风压分布示意图，P.7，图，图10-1风荷载包括由顺风向的平均风引起的静力风荷风荷载包括由顺风向的平均风引起的静力风荷载和与平均风方向一致的的顺风向脉动风荷载载和与平均风方向一致的的顺风向脉动风荷载与平均风方向垂直的横风向脉动风荷载。与平均风方向垂直的横风向脉动风荷载。2.风荷载的标准值风荷载的标准值 1015

20、第第10章章 混凝土结构设计的一般原则和方法混凝土结构设计的一般原则和方法10.2建筑结构荷载建筑结构荷载 结构在风荷载作用下的瞬时响应最大值与风荷载时程有关。对一般工结构在风荷载作用下的瞬时响应最大值与风荷载时程有关。对一般工程设计，风荷载可近似按静力风荷载并用动力放大系数考虑脉动风的动力程设计，风荷载可近似按静力风荷载并用动力放大系数考虑脉动风的动力效应。对主要承重结构，垂直于建筑物表面上的风荷载标准值效应。对主要承重结构，垂直于建筑物表面上的风荷载标准值wk应按下式应按下式计算：计算：0wwzszkkw风荷载标准值（风荷载标准值（kN/m2）0w基本风压（基本风压（kN/m2）s风荷载体

21、型系数风荷载体型系数z风压高度变化系数风压高度变化系数z高度高度z处的风振系数处的风振系数 以当地空旷平坦地面上以当地空旷平坦地面上10m高处高处10min的平均风速观测数据，的平均风速观测数据，经概率统计得到的经概率统计得到的50年一遇的最年一遇的最大风速大风速v0，按下式计算：，按下式计算：基本风压：基本风压：202001600121vvw风荷载组合值、频遇值和准永久系数可分别取风荷载组合值、频遇值和准永久系数可分别取0.6、0.4和和0。3.风压高度变化系数风压高度变化系数 4.风荷载体型系数风荷载体型系数 5.风振系数风振系数 1016 第第10章章 混凝土结构设计的一般原则和方法混凝

22、土结构设计的一般原则和方法10.2建筑结构荷载建筑结构荷载z表表 10-4，查表注意区分地面粗糙度类别。，查表注意区分地面粗糙度类别。s建筑结构荷载规范建筑结构荷载规范列出了一般建筑物的列出了一般建筑物的sz 风振系数是考虑脉动风对结构产生动力效应的放大系数。风振系数是考虑脉动风对结构产生动力效应的放大系数。结构风振动力效应与房屋的自振周期、结构阻尼特性以及风脉动性能结构风振动力效应与房屋的自振周期、结构阻尼特性以及风脉动性能等因素有关。刚度较大的钢筋混凝土多层建筑，由风荷载引起的振动很小，等因素有关。刚度较大的钢筋混凝土多层建筑，由风荷载引起的振动很小，通常忽略不计。对较柔的高层建筑和大跨度

23、桥梁结构，当基本周期较长时，通常忽略不计。对较柔的高层建筑和大跨度桥梁结构，当基本周期较长时，在风荷载作用下发生的动力效应不能忽略。在风荷载作用下发生的动力效应不能忽略。1017 第第10章章 混凝土结构设计的一般原则和方法混凝土结构设计的一般原则和方法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 对于高耸结构以及高度大于对于高耸结构以及高度大于30m且高宽比大于且高宽比大于1.5的高柔房屋，在高度的高柔房屋，在高度z处的风振系数可按以下简化公式计算：处的风振系数可按以下简化公式计算：zzzv 110.3 结构的功能要求和极限状态结构的功能要求和极限状态 概率极限状态设计法的概念：

24、概率极限状态设计法的概念：结构结构：建筑物的骨架，在建筑物中起着承受荷载、支撑建建筑物的骨架，在建筑物中起着承受荷载、支撑建筑物的作用。筑物的作用。对结构的认识对结构的认识 1018 第第10章章 混凝土结构设计的一般原则和方法混凝土结构设计的一般原则和方法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 结构的结构的三个基本功能三个基本功能：1.1.安全性功能安全性功能 控制标准：控制标准：应能承受正常施工和正常使用条件下可能出现的各种荷载和变形；应能承受正常施工和正常使用条件下可能出现的各种荷载和变形；在偶然事件（如地震、爆炸等）发生时及发生后结构仍保持必需的整体在偶然事件（如地震

25、、爆炸等）发生时及发生后结构仍保持必需的整体稳定性，不致发生倒塌。稳定性，不致发生倒塌。2.2.适用性功能适用性功能 结构在正常使用过程中应具有良好的工作性能。结构在正常使用过程中应具有良好的工作性能。例如：吊车梁、装饰材料。例如：吊车梁、装饰材料。3.3.耐久性耐久性功能功能 在正常维护条件下，达到设计所规定的年限（一般为在正常维护条件下，达到设计所规定的年限（一般为5050年）。年）。国家的技术经济政策：国家的技术经济政策：安全适用；经济合理；技术先进；确保质量。安全适用；经济合理；技术先进；确保质量。怎样满足功能要求？怎样满足功能要求？取极限状态函数判别：取极限状态函数判别：Z=R-S

26、Z=R-S Z Z0 0，能完成预定功能的状态，结构可靠，能完成预定功能的状态，结构可靠Z Z0 0，临界状态，临界状态，极限状态极限状态Z Z0 0，不能完成预定功能的状态，结构失效，不能完成预定功能的状态，结构失效R：抗力；：抗力；S：荷载效应：荷载效应 1019 第第10章章 混凝土结构设计的一般原则和方法混凝土结构设计的一般原则和方法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对应对应3 3种功能提出了两类极限状态：种功能提出了两类极限状态：第一类：第一类：承载能力极限状态承载能力极限状态；第二类：第二类：正常使用极限状态正常使用极限状态。概率论实现的方法：概率论实现的方法

27、：密度函数密度函数计算概率计算概率 怎样保证公式的可靠性？怎样保证公式的可靠性？半经验半概率，半经验半概率，近似概率法近似概率法，全概率法全概率法。1.非概率论的方法非概率论的方法经验系数法：单一系数，多系数法经验系数法：单一系数，多系数法2.概率论的方法概率论的方法定义：详教材中册定义：详教材中册P.12 1020 第第10章章 混凝土结构设计的一般原则和方法混凝土结构设计的一般原则和方法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 建筑结构的功能建筑结构的功能 设计的结构和结构构件在规定的设计使用年限内，在正常维护条设计的结构和结构构件在规定的设计使用年限内，在正常维护条件下，

28、应能保持其使用功能，而不需要进行大修加固。件下，应能保持其使用功能，而不需要进行大修加固。10.3.1 结构的功能要求结构的功能要求建筑结构的三个建筑结构的三个基本功能基本功能安全性安全性适用性适用性耐久性耐久性。结构可能还会有其它附加功能要求，例如考虑突发事件对结构提出的抗结构可能还会有其它附加功能要求，例如考虑突发事件对结构提出的抗倒塌性功能要求。倒塌性功能要求。结构安全等级结构安全等级 虽然结构都必须具备三个基本功能，但是不同用途的建筑物，其虽然结构都必须具备三个基本功能，但是不同用途的建筑物，其要求的程度可能不同，例如：电信大楼、普通民宅。要求的程度可能不同，例如：电信大楼、普通民宅。

29、1021 第第10章章 混凝土结构设计的一般原则和方法混凝土结构设计的一般原则和方法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我国，按照建筑结构破坏时可能产生的后果严重与否，将建筑结构分我国，按照建筑结构破坏时可能产生的后果严重与否，将建筑结构分为三个等级：为三个等级：安全等级安全等级破坏后果的影响程度破坏后果的影响程度建筑物的类型建筑物的类型一级一级很严重很严重重要的建筑物重要的建筑物二级二级严重严重一般的建筑物一般的建筑物三级三级不严重不严重次要建筑物次要建筑物在近似概率极限状态设计法中，结构安全等级是用结构重要性系数在近似概率极限状态设计法中，结构安全等级是用结构重要性系数

30、0来体现的。来体现的。结构设计使用年限结构设计使用年限 是指设计规定的结构或构件不需要进行大修即可按其预定目的使是指设计规定的结构或构件不需要进行大修即可按其预定目的使用的年限。用的年限。设计基准期设计基准期结构设计使用年限结构设计使用年限结构使用寿命结构使用寿命注意区分注意区分这三个名这三个名词的含义词的含义为确定可变荷载代表值而选用的时间参数为确定可变荷载代表值而选用的时间参数 或者：或者：结构设计使用年限是指计结构设计使用年限是指计算结构可靠度所依据的年限。算结构可靠度所依据的年限。1022 第第10章章 混凝土结构设计的一般原则和方法混凝土结构设计的一般原则和方法10.3结构的功能要求

31、和极限状态结构的功能要求和极限状态10.3.2 结构功能的极限状态结构功能的极限状态传统观点：。传统观点：。现在的观点：应当理解为最低限度，即允许业主提出超过规范现在的观点：应当理解为最低限度，即允许业主提出超过规范规定的设计使用年限。规定的设计使用年限。极限状态的引出极限状态的引出 设：设：S S为荷载效应，为荷载效应，R R为结构构件的抗力，则为结构构件的抗力，则 R RS S，能完成预定功能的状态，结构可靠。，能完成预定功能的状态，结构可靠。R RS S，临界状态，临界状态，极限状态极限状态。R RS S，不能完成预定功能的状态，结构失效。，不能完成预定功能的状态，结构失效。两类极限状态

32、两类极限状态 第一类：承载能力极限状态第一类：承载能力极限状态对应的是安全性功能。对应的是安全性功能。第二类：正常使用极限状态第二类：正常使用极限状态对应的是适用性功能和耐久对应的是适用性功能和耐久性功能。性功能。1023 第第10章章 混凝土结构设计的一般原则和方法混凝土结构设计的一般原则和方法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10.3.3 极限状态方程极限状态方程 可以根据极限状态函数可以根据极限状态函数Z的取值，判别结构所处的状态：的取值，判别结构所处的状态：Z0，结构可靠，结构可靠Z=0，结构处于极限状态，结构处于极限状态Z0,结构失效结构失效Z=R-S10.

33、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 10.4.1 结构的可靠度结构的可靠度结构可靠性结构可靠性：结构在规定的时间内、规定的条件下，完成预定功能：结构在规定的时间内、规定的条件下，完成预定功能的能力称为结构的可靠性。的能力称为结构的可靠性。结构可靠度结构可靠度：是结构可靠性的概率度量，即结构在设计工作寿命内，：是结构可靠性的概率度量，即结构在设计工作寿命内，在正常条件下，完成预定功能的概率。在正常条件下，完成预定功能的概率。R 和和S 的概率密度分布曲线的概率密度分布曲线这里，规定的时间是指结构的这里，规定的时间是指结构的设计使用年限，设计使用年限，所有的统计分析

34、均以该所有的统计分析均以该时间区段为准。时间区段为准。规定的条件是指规定的条件是指正常设计、正常施工、正常使用和维正常设计、正常施工、正常使用和维护的条件护的条件，不包括非正常的，例如人为的错误。，不包括非正常的，例如人为的错误。1024 第第10章章 混凝土结构设计的一般原则和方法混凝土结构设计的一般原则和方法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 由于作用效应由于作用效应 S S 和结构抗力和结构抗力 R R 都是随机变量或随机过程，因此都是随机变量或随机过程，因此要绝对地保证要绝对地保证 R R 总是大于总是大于S S 是不可能的。是不可能的。10.4.2 10.4

35、.2 可靠指标与失效概率可靠指标与失效概率 由图可见，在多数情况下，由图可见，在多数情况下，R R 大于大于S S 。但是，由于。但是，由于 R R 和和 S S 的离散的离散性，在它们概率密度曲线的重叠区（阴影段内）仍有可能出现性，在它们概率密度曲线的重叠区（阴影段内）仍有可能出现 R R 小于小于S S 的情况，这种可能性的大小用概率来表示就是失效概率的情况，这种可能性的大小用概率来表示就是失效概率 。fp 1025 第第10章章 混凝土结构设计的一般原则和方法混凝土结构设计的一般原则和方法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结构失效概率结构失效概率 ：fpdZZf

36、ZPpf0)()0(引入可靠指标引入可靠指标 ：ZZ当当 R 和和 S 都服从正态分布都服从正态分布时，功能函数时，功能函数 Z 的概率密的概率密度曲线如图所示：度曲线如图所示：22SRSRzz；当；当Z为线性时，且符合正态分布时：为线性时，且符合正态分布时：了了 fpfpfp。可靠指标。可靠指标与失效概率与失效概率可靠指标可靠指标和失效概率和失效概率有一有一 一对应关系，计算了一对应关系，计算了的对应关系，的对应关系，P.38，表，表3-2：就相当于计算就相当于计算 1.01.5910-13.71.0810-52.73.4710-34.21.3310-63.26.8710-4fpfp所以比较

37、方便的方法是用所以比较方便的方法是用来进行结构设计，并以此来来进行结构设计，并以此来判断结构判断结构的可靠度。的可靠度。表表3-2 可靠指标可靠指标与失效概率与失效概率pf 的对应关系的对应关系 我国规范规定的结构构件承载能力极限状态的目标可靠指标我国规范规定的结构构件承载能力极限状态的目标可靠指标 ，P.39P.39，表，表3-33-3。破坏类型破坏类型安安 全全 等等 级级一级一级二级二级三级三级延性破坏延性破坏3.73.73.23.22.72.7脆性破坏脆性破坏4.24.23.73.73.23.2 1026 第第10章章 混凝土结构设计的一般原则和方法混凝土结构设计的一般原则和方法10.

38、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10.5 实用设计表达式实用设计表达式 10.5.1 分项系数分项系数 用用 计算的难度计算的难度 缺乏直观性，一般的工程技术人员难缺乏直观性，一般的工程技术人员难以接受。以接受。引入分项系数，取得和力学计算相一致的表达式形式引入分项系数，取得和力学计算相一致的表达式形式 力学计算的一般表达式：力学计算的一般表达式：1027 第第10章章 混凝土结构设计的一般原则和方法混凝土结构设计的一般原则和方法10.5实用设计表达式实用设计表达式kSSS例如，对于例如，对于承载能力极限状态承载能力极限状态：荷载标准值荷载标准值SRRkRR荷载分项系数。

39、荷载分项系数。抗力标准值抗力标准值抗力分项系数。抗力分项系数。承载能力极限状态承载能力极限状态的通式（一般表达式）的通式（一般表达式）RkkSRS 1028 第第10章章 混凝土结构设计的一般原则和方法混凝土结构设计的一般原则和方法10.5实用设计表达式实用设计表达式 按极限状态按极限状态 Z=RS 0 设计，但要求超过极限状态的概率不超设计，但要求超过极限状态的概率不超过允许值，即过允许值，即pfpf，或，或。而取荷载和材料强度的标准值计算而取荷载和材料强度的标准值计算时是满足不了这一要求的。因此，为了满足目标可靠指标的要求，必时是满足不了这一要求的。因此，为了满足目标可靠指标的要求，必须对

40、荷载和材料强度取值在以标准值作为基本代表值的基础上分别予须对荷载和材料强度取值在以标准值作为基本代表值的基础上分别予以放大和折减。这种放大或折减的系数就称之为分项系数。其大小则以放大和折减。这种放大或折减的系数就称之为分项系数。其大小则按照目标可靠指标按照目标可靠指标通过反算来确定。通过反算来确定。荷载的分项系数荷载的分项系数。“GB50068-2019GB50068-2019，将荷载分成永久荷载和可，将荷载分成永久荷载和可变荷载两类，相应给出两个规定的系数变荷载两类，相应给出两个规定的系数G G、Q Q。这两个分项系数是在。这两个分项系数是在荷载标准值已给定的前提下，使按极限状态设计表达式设

41、计所得的各类荷载标准值已给定的前提下，使按极限状态设计表达式设计所得的各类结构构件的可靠指标，与规定的目标可靠指标之间，在总体上误差最小结构构件的可靠指标，与规定的目标可靠指标之间，在总体上误差最小为原则，经优化后选定的。为原则，经优化后选定的。”（荷载规范说明，（荷载规范说明，P.134P.134）。）。S 上式中的分项系数是按照上式中的分项系数是按照目标可靠指标目标可靠指标值（或确定的值（或确定的结构失效结构失效概率概率pfpf值），并考虑工程经验经优选后确定。教材中册值），并考虑工程经验经优选后确定。教材中册P.16P.16给出了一个给出了一个如何计算如何计算R R、S S的过程。的过程

42、。上式已经包含了结构可靠度的概念。上式已经包含了结构可靠度的概念。1029 第第10章章 混凝土结构设计的一般原则和方法混凝土结构设计的一般原则和方法10.5实用设计表达式实用设计表达式 需要指出的是：在目前的概率极限状态分析中，只用到统计平均值需要指出的是：在目前的概率极限状态分析中，只用到统计平均值和均方差，并非实际的概率分布，并且在分离导出分项系数时还作了一和均方差，并非实际的概率分布，并且在分离导出分项系数时还作了一些假定，运算中采用了一些近似的处理方法，因而计算结果是近似的，些假定，运算中采用了一些近似的处理方法，因而计算结果是近似的，所以只能称为所以只能称为近似概率设计方法近似概率

43、设计方法。10.5.2 荷载效应组合荷载效应组合 结构计算一般是结构计算一般是按单个荷载计算按单个荷载计算的其效应的其效应 荷载效应组合的概念荷载效应组合的概念 恒荷载产生的效应恒荷载产生的效应楼面活荷载产生的效应楼面活荷载产生的效应风荷载产生的效应风荷载产生的效应采用的荷载值采用的荷载值恒荷载标准值恒荷载标准值活荷载标准值活荷载标准值风荷载标准值风荷载标准值而实际结构或结构构件是同时承受这些荷载作用的，这就产生了荷载效而实际结构或结构构件是同时承受这些荷载作用的，这就产生了荷载效应的组合问题。应的组合问题。1030 第第10章章 混凝土结构设计的一般原则和方法混凝土结构设计的一般原则和方法1

44、0.5实用设计表达式实用设计表达式 我国荷载规范给出的几种荷载效应组合我国荷载规范给出的几种荷载效应组合 基本组合、偶然组合、标准组合、频遇组合、准永久组合基本组合、偶然组合、标准组合、频遇组合、准永久组合 各极限状态对应的荷载效应组合与一般表达式各极限状态对应的荷载效应组合与一般表达式 对于对于承载能力极限状态承载能力极限状态，应采用：，应采用：基本组合基本组合偶然组合偶然组合0SR考虑到结构安全等级或结构设计使考虑到结构安全等级或结构设计使用年限的差异，其目标可靠指标应用年限的差异，其目标可靠指标应相应提高或降低，故引入相应提高或降低，故引入0结结构重要性系数构重要性系数。对于对于正常使用

45、极限状态正常使用极限状态，应根据不同的设计要求，采用：，应根据不同的设计要求，采用：标准组合标准组合频遇组合频遇组合准永久组合准永久组合SkCC为结构或结构构件达到正常使用为结构或结构构件达到正常使用要求的规定限值，例如：变形、裂要求的规定限值，例如：变形、裂缝、振幅、加速度、应力等。缝、振幅、加速度、应力等。1031 第第10章章 混凝土结构设计的一般原则和方法混凝土结构设计的一般原则和方法10.5实用设计表达式实用设计表达式10.5.3 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 荷载规范的有关规定荷载规范的有关规定 1.1.按承载能力极限状态设计时，应考虑作用效应的按承载能力极

46、限状态设计时，应考虑作用效应的基本组合基本组合，必，必要时尚应考虑作用效应的要时尚应考虑作用效应的偶然组合偶然组合。2.2.对于基本组合，荷载效应组合的设计值应从由可变荷载效应控对于基本组合，荷载效应组合的设计值应从由可变荷载效应控制的组合和由永久荷载效应控制的两组组合中取最不利值确定。制的组合和由永久荷载效应控制的两组组合中取最不利值确定。按承载能力极限状态设计时：按承载能力极限状态设计时：应考虑作用应考虑作用效应的效应的基本组合基本组合偶然组合（必要时）偶然组合（必要时）基本组合基本组合由永久荷载效应控制的组合由永久荷载效应控制的组合由可变荷载效应控制的组合由可变荷载效应控制的组合设计中应

47、取最不利值。设计中应取最不利值。RS 0 荷载效应的基本组合计算公式荷载效应的基本组合计算公式 简单表达式：简单表达式：（1 1）对由可变荷载效应控制的组合）对由可变荷载效应控制的组合 kccksskQikciniQikQQGkGffRSSS,)(2110（2 2）对由永久荷载效应控制的组合）对由永久荷载效应控制的组合 kCSQikciniQikGGffRSS,)(10（1028）（1029）结构重要性系数，和结构的安全等级有关。结构重要性系数，和结构的安全等级有关。0安全等级安全等级 结构重要性系数结构重要性系数 设计使用年限（年）设计使用年限（年）一级一级1.11.1100100二级二级1

48、.01.05050三级三级0.90.955 1032 第第10章章 混凝土结构设计的一般原则和方法混凝土结构设计的一般原则和方法10.5实用设计表达式实用设计表达式注意：在抗震设计中，不考虑结构构件的重要性系数注意：在抗震设计中，不考虑结构构件的重要性系数 分别表示永久荷载标准值产生的荷载效应、可变分别表示永久荷载标准值产生的荷载效应、可变荷载标准值产生的荷载效应。荷载标准值产生的荷载效应。和和 ，一般取，一般取1.41.4。永久荷载、可变荷载永久荷载、可变荷载1 1、i i的分项系数。的分项系数。这里这里G G、Q Q分分别代表永久荷载和可变荷载别代表永久荷载和可变荷载。且。且QiQG,12

49、.1G35.1G0.1G1QQiQikQkGkSSS,对由可变荷载效应控制的组合，取对由可变荷载效应控制的组合，取对由永久荷载效应控制的组合，取对由永久荷载效应控制的组合，取当永久荷载效应对结构有利时，取当永久荷载效应对结构有利时，取可变荷载组合系数。可变荷载组合系数。iC钢材的设计强度；钢材的设计强度；ssskff混凝土的设计强度。混凝土的设计强度。ccckff 1033 第第10章章 混凝土结构设计的一般原则和方法混凝土结构设计的一般原则和方法10.5实用设计表达式实用设计表达式10.5.4 10.5.4 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 确定正常使用极限状态设计表达式

50、所考虑的问题确定正常使用极限状态设计表达式所考虑的问题 按正常使用极限状态设计时，变形过大或裂缝过宽虽影响正常使用，按正常使用极限状态设计时，变形过大或裂缝过宽虽影响正常使用，但危害的程度不及承载能力引起的结构破坏造成的损失那么大，所以可适但危害的程度不及承载能力引起的结构破坏造成的损失那么大，所以可适当降低对可靠度的要求。当降低对可靠度的要求。方法方法：计算时取标准值，也不考虑：计算时取标准值，也不考虑0（1 1）承载能力极限状态）承载能力极限状态与正常使用极限状态在可靠度要求上的差别与正常使用极限状态在可靠度要求上的差别（2 2）怎样考虑可变荷载的影响怎样考虑可变荷载的影响 可变荷载的最大