结构设计原理_第二章__结构按极限状态法设计计算的原则(白底)
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第二章 结构按极限状态法设计 的原则
概率极限状态设计法的基本概念 我国公路桥涵设计规范的计算原则
作用的代表值和作用效应组合 材料强度的取值
结构设计原理
第二章 钢筋混凝土结构设计基本原则
设计的含义：
指在预定的作用和材料性能的条件下，确定构件 按功能要求所需要的截面尺寸、配筋和构造。 设计一个结构要考虑的内容很多。 假设有一栋房屋需要你设计，你需要思考哪些问 题呢？
结构设计原理
第二章 钢筋混凝土结构设计基本原则
2.1.1 结构功能要求和极限状态
2. 作用类型
永久作用：
是指在设计基准期内其量值不随时间变化，或其
变化与平均值相比可以忽略不计的作用，如结构自重、 土压力、预加应力等
可变作用：
作
是指在设计基准期内其量值随时间变化，且其变
化与平均值相比不可忽略的作用，如人群荷载、车辆
结构的功能
可靠
极限状态
失效
安全性 适用性
受弯承载力 挠度变形
M < Mu f < [f]
M =Mu f=[f]
M > Mu f > [f]
耐久性
结构设计原理
裂缝宽度
wmax< [wmax]
wmax= [wmax]
wmax> [wmax]
第二章 钢筋混凝土结构设计基本原则
设计使用年限≠实际寿命或耐久年限
福岛第一核电站
核反应堆的最大使用年 限在30到40年之间 2011年3月，日本福岛 第一核电站度过了40岁 的生日
日本福岛第一核电站还会继续服务10年 1号反应堆能正常运行60年之久
结构设计原理
第二章 钢筋混凝土结构设计基本原则
设计使用年限≠设计基准期
设计使用年限：设计规定的结构或结构构件 不需进行大修即可按其预定目的使用的时期， 即结构在规定的条件下所应达到的使用年限。
设计基准期：确定可变作用及与时间有关的 材料性能等取值而选用的时间参数。
设计使用年限≠设计基准期≠实际寿命或耐久年限
结构设计原理
第二章 钢筋混凝土结构设计基本原则
结构极限状态
• 承载能力极限状态
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 形状态称为承载能力极限状态。超过该极限状态，结构就不能满足预 定的安全性功能要求，主要包括：
，As，b，h0，)
结构设计原理
第二章 钢筋混凝土结构设计基本原则
2.1 概率极限状态设计法的基本概念
2.1.1 结构功能要求和极限状态
1. 作结用构：上的作用与作用效应
指施加在结构或构件上的力，以及引起结构外 加变形或约束变形的原因。
作用效应S：
是指由结构上的作用引起的结构或构件的内力 (如轴力、剪力、弯矩、扭矩等)和变形(如挠度、侧 移、裂缝等)。当作用为集中力或分布力时，其效 应可称为荷载效应。
2.1.1 结构功能要求和极限状态
4. 极限状态的分类
• 正常使用极限状态
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。超过该极限状态，结构就不能满足预定的适用性和 耐久性的功能要求。主要包括：
① 过大的变形、侧移，这往往会导致非结构构件受力破坏、会给 人不安全感或导致结构不能正常使用(如吊车梁)等。
结构设计原理
第二章 钢筋混凝土结构设计基本原则
2.0 结构设计理论的发展
•设计方法
半经验半概率法
允许应力 设计法
材料力学的方法
[ ] f
k
破坏阶段 设计法
按经验法确定安 全系数
M Mu K
极限状态 设计法
近似概率法
全概率法 生命全过程设 计法
M ( kqiqik )
Mu
(
fck kc
，f sk ks
② 过大的裂缝，这往往会导致钢筋锈蚀、给人不安全感或导致房 屋漏水等。
③ 过大的振动，这往往会给人不舒适感。 ④ 其他正常使用要求。
• “破坏——安全”极限状态
条件极限状态：偶然作用下允许结构局部损坏，但仍能部分承载。如桥 梁抗震或防撞要求。
结构设计原理
第二章 钢筋混凝土结构设计基本原则
问：结构达到哪种极限状态损失大？哪种极限状态被 超越的概率应该很低？
① 结构或构件达到最大承载力(包括疲劳)。 ② 结构整体或其中一部分作为刚体失去平衡(如倾覆、滑移)。 ③ 结构塑性变形过大而不适于继续使用。 ④ 结构形成几何可变体系(超静定结构中出现足够多的塑性铰)。 ⑤ 结构或构件丧失稳定(如细长受压构件的压曲失稳)。
结构设计原理
第二章 钢筋混凝土结构设计基本原则
用 活荷载、风荷载、雪荷载、和温度变化等。
偶然作用：
是指在设计基准期内不一定出现，而一旦出现
其量很大且持续时间很短，如地震、爆炸、船只撞 击等。
结构设计原理
第二章 钢筋混凝土结构设计基本原则
作用、作用代表值和作用效应组合
结构设计原理
第二章 钢筋混凝土结构设计基本原则
结构设计原理
第二章 钢筋混凝土结构设计基本原则
3. 结构极限状态的概念
结构能够满足功能要求而良好地工作，则称结构为“可靠”或“有效”。
反之，则结构为“不可靠”或“失效”。区分结构“可靠”与“失效”的
临界工作状态称为“极限状态”，即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，此特定状态即为该功能的极
限状态。举例如下表。
结构设计原理
第二章 钢筋混凝土结构设计基本原则
可变作用组合注意事项
结构设计原理
第二章 钢筋混凝土结构设计基本原则
2.1.1 结构功能要求和极限状态 2. 结构的功能要求
① 安全性
② 适用性
③ 耐久性
三项统称为 可靠性
• 设计基准期：在进行结构可靠性分析时， 考虑持久设计状况下
各项基本变量与时间关系所采用的基准时间参数。
超过结构承载能力极限状态将导致人身伤亡和经 济损失，为此，在设计时应控制出现承载能力极限状 态的概率，使其处于很低的水平。
当结构超过正常使用极限状态时，虽然它已不能 满足适用性和耐久性功能要求，但结构并没有破坏， 不会导致人身伤亡。因此，出现正常使用极限状态的 概率允许大于承载能力极限状态出现率的概率。
湘西凤凰拱桥垮塌前照片
结构设计原理
第二章 钢筋混凝土结构设计基本原则
湘西凤凰拱桥 垮塌ຫໍສະໝຸດ Baidu片
结构设计原理
第二章 钢筋混凝土结构设计基本原则
2001年9月11日纽约世贸中 心北楼遭客机撞击后，另 一架联航175航班撞向南楼
前的瞬间
110层的双子塔从被撞到倒塌仅1小时43分
南楼倒塌瞬间
结构设计原理
熊熊燃烧的纽约世贸大厦 第二章 钢筋混凝土结构设计基本原则
概率极限状态设计法的基本概念 我国公路桥涵设计规范的计算原则
作用的代表值和作用效应组合 材料强度的取值
结构设计原理
第二章 钢筋混凝土结构设计基本原则
设计的含义：
指在预定的作用和材料性能的条件下，确定构件 按功能要求所需要的截面尺寸、配筋和构造。 设计一个结构要考虑的内容很多。 假设有一栋房屋需要你设计，你需要思考哪些问 题呢？
结构设计原理
第二章 钢筋混凝土结构设计基本原则
2.1.1 结构功能要求和极限状态
2. 作用类型
永久作用：
是指在设计基准期内其量值不随时间变化，或其
变化与平均值相比可以忽略不计的作用，如结构自重、 土压力、预加应力等
可变作用：
作
是指在设计基准期内其量值随时间变化，且其变
化与平均值相比不可忽略的作用，如人群荷载、车辆
结构的功能
可靠
极限状态
失效
安全性 适用性
受弯承载力 挠度变形
M < Mu f < [f]
M =Mu f=[f]
M > Mu f > [f]
耐久性
结构设计原理
裂缝宽度
wmax< [wmax]
wmax= [wmax]
wmax> [wmax]
第二章 钢筋混凝土结构设计基本原则
设计使用年限≠实际寿命或耐久年限
福岛第一核电站
核反应堆的最大使用年 限在30到40年之间 2011年3月，日本福岛 第一核电站度过了40岁 的生日
日本福岛第一核电站还会继续服务10年 1号反应堆能正常运行60年之久
结构设计原理
第二章 钢筋混凝土结构设计基本原则
设计使用年限≠设计基准期
设计使用年限：设计规定的结构或结构构件 不需进行大修即可按其预定目的使用的时期， 即结构在规定的条件下所应达到的使用年限。
设计基准期：确定可变作用及与时间有关的 材料性能等取值而选用的时间参数。
设计使用年限≠设计基准期≠实际寿命或耐久年限
结构设计原理
第二章 钢筋混凝土结构设计基本原则
结构极限状态
• 承载能力极限状态
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 形状态称为承载能力极限状态。超过该极限状态，结构就不能满足预 定的安全性功能要求，主要包括：
，As，b，h0，)
结构设计原理
第二章 钢筋混凝土结构设计基本原则
2.1 概率极限状态设计法的基本概念
2.1.1 结构功能要求和极限状态
1. 作结用构：上的作用与作用效应
指施加在结构或构件上的力，以及引起结构外 加变形或约束变形的原因。
作用效应S：
是指由结构上的作用引起的结构或构件的内力 (如轴力、剪力、弯矩、扭矩等)和变形(如挠度、侧 移、裂缝等)。当作用为集中力或分布力时，其效 应可称为荷载效应。
2.1.1 结构功能要求和极限状态
4. 极限状态的分类
• 正常使用极限状态
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。超过该极限状态，结构就不能满足预定的适用性和 耐久性的功能要求。主要包括：
① 过大的变形、侧移，这往往会导致非结构构件受力破坏、会给 人不安全感或导致结构不能正常使用(如吊车梁)等。
结构设计原理
第二章 钢筋混凝土结构设计基本原则
2.0 结构设计理论的发展
•设计方法
半经验半概率法
允许应力 设计法
材料力学的方法
[ ] f
k
破坏阶段 设计法
按经验法确定安 全系数
M Mu K
极限状态 设计法
近似概率法
全概率法 生命全过程设 计法
M ( kqiqik )
Mu
(
fck kc
，f sk ks
② 过大的裂缝，这往往会导致钢筋锈蚀、给人不安全感或导致房 屋漏水等。
③ 过大的振动，这往往会给人不舒适感。 ④ 其他正常使用要求。
• “破坏——安全”极限状态
条件极限状态：偶然作用下允许结构局部损坏，但仍能部分承载。如桥 梁抗震或防撞要求。
结构设计原理
第二章 钢筋混凝土结构设计基本原则
问：结构达到哪种极限状态损失大？哪种极限状态被 超越的概率应该很低？
① 结构或构件达到最大承载力(包括疲劳)。 ② 结构整体或其中一部分作为刚体失去平衡(如倾覆、滑移)。 ③ 结构塑性变形过大而不适于继续使用。 ④ 结构形成几何可变体系(超静定结构中出现足够多的塑性铰)。 ⑤ 结构或构件丧失稳定(如细长受压构件的压曲失稳)。
结构设计原理
第二章 钢筋混凝土结构设计基本原则
用 活荷载、风荷载、雪荷载、和温度变化等。
偶然作用：
是指在设计基准期内不一定出现，而一旦出现
其量很大且持续时间很短，如地震、爆炸、船只撞 击等。
结构设计原理
第二章 钢筋混凝土结构设计基本原则
作用、作用代表值和作用效应组合
结构设计原理
第二章 钢筋混凝土结构设计基本原则
结构设计原理
第二章 钢筋混凝土结构设计基本原则
3. 结构极限状态的概念
结构能够满足功能要求而良好地工作，则称结构为“可靠”或“有效”。
反之，则结构为“不可靠”或“失效”。区分结构“可靠”与“失效”的
临界工作状态称为“极限状态”，即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，此特定状态即为该功能的极
限状态。举例如下表。
结构设计原理
第二章 钢筋混凝土结构设计基本原则
可变作用组合注意事项
结构设计原理
第二章 钢筋混凝土结构设计基本原则
2.1.1 结构功能要求和极限状态 2. 结构的功能要求
① 安全性
② 适用性
③ 耐久性
三项统称为 可靠性
• 设计基准期：在进行结构可靠性分析时， 考虑持久设计状况下
各项基本变量与时间关系所采用的基准时间参数。
超过结构承载能力极限状态将导致人身伤亡和经 济损失，为此，在设计时应控制出现承载能力极限状 态的概率，使其处于很低的水平。
当结构超过正常使用极限状态时，虽然它已不能 满足适用性和耐久性功能要求，但结构并没有破坏， 不会导致人身伤亡。因此，出现正常使用极限状态的 概率允许大于承载能力极限状态出现率的概率。
湘西凤凰拱桥垮塌前照片
结构设计原理
第二章 钢筋混凝土结构设计基本原则
湘西凤凰拱桥 垮塌ຫໍສະໝຸດ Baidu片
结构设计原理
第二章 钢筋混凝土结构设计基本原则
2001年9月11日纽约世贸中 心北楼遭客机撞击后，另 一架联航175航班撞向南楼
前的瞬间
110层的双子塔从被撞到倒塌仅1小时43分
南楼倒塌瞬间
结构设计原理
熊熊燃烧的纽约世贸大厦 第二章 钢筋混凝土结构设计基本原则