混凝土结构设计方法近似概率的极限状态设计法
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a.整个结构或结构的一部分作为刚体失去平衡；
b.结构构件或连接因材料强度被超过而破坏（包括疲劳
破坏，或因过度的塑性变形不适于继续承载等）； 11
c.结构转变为机动体系； d.结构或结构构件丧失稳定（如压屈等）； e.结构因局部破坏而发生连续倒塌 （2）正常使用极限状态：结构或构件达到正常使用的某
◎ 荷载系数 kqi ，材料强度系数 kc 和 ks 仍按经验确 定，但对于不同荷载的变异大小，可取不同的荷载系数。
水准II-近似概率法：建立结构可靠度与结构极限状态 方程之间数学关系，截面设计时采用实用的分项系数设4
表达式。GBJ10-89、GB50010-2002、 GB50010-2010
水准III-全概率法：对基本变量采用随机变量和随机过 程描述，采用精确的概率分析，求得结构最优的失效概 率作为可靠度的直接度量。
§3.1极限状态设计法的基本概念
*结构设计方法的发展
（1）经验承载力法：根据实践得到尺寸规定
（2）容许应力法：随材力、弹力、试验科学的发展产生
=f/k 特点：影响结构安全的不利因素用大于1的安全系数反映， 简单、实用。
缺点：◎钢筋混凝土结构的受力性能不是弹性的；
◎结构中一点达到容许应力，结构即认为失效；
b.动态作用：对结构或构件产生不可忽略的加速度的作用
。如吊车荷载、地震、设备振动、风载等。
3.作用效应：结构上的作用使结构产生的内力（如弯矩、
剪力、轴力、扭矩等）、变形（如挠度、侧移、转角等）
、裂缝等的统称。
4.结构抗力：结构构件的截面形式、尺寸以及材料等级确
定后，各截面将具有一定的抵抗作用效应的能力。
20世纪50年代提出，20世纪70年代采用概率理论为基础的 极限状态设计法。
分为三个水准：
水准I-半经验半概率法：基本变量部分进行了统计分析， 引入经验系数，但对可靠概率还不能作出定量计算。 TJ10-74
除要求对承载力极限状态进行设计外，还包括的挠 度和裂缝宽度（适用性）的极限状态的设计。对于承载 力极限状态，针对荷载、材料的不同变异性，不再采用 单一的安全系数，而采用的多系数表达：
M (
k qi qik
)
Mu(
fck kc
，f sk ks
，As，b，h0，)
3
M (
k qi qik
)
Mu(
fck kc
，f sk ks
，As，b，h0，)
◎ 材料强度 fck 和 fsk 是根据统计后按一定保证率取 其下限分位值，反映的材料强度的变异性。
◎ 荷载值 qik 也尽可能根据各种荷载的统计资料，按 一定保证率取其上限分位值。
3.1.1结构上的作用
1.概念：使结构或构件产生效应（内力、应力、位移等） 的因素，即施加在结构上的集中或分布荷载以及引起结构 外加变形或约束变形的原因。
直接作用：集中或分布荷载；
间接作用：地震、地基沉降、混凝土收缩、温度变化、焊 接等因素。
2.作用的分类：
5
（1）按时间的变异分类 a.永久作用：在设计基准期内，其值不随时间变化或其变 化与平均值相比可以忽略不计的作用。如结构自重、土压 力、预加应力、基础沉降、焊接等。 b.可变作用：在设计基准期内，其值随时间变化且其变化 与平均值相比不可忽略的作用。如安装荷载、楼面上人群 及家具等产生的活载、风荷载、雪荷载、吊车荷载、温度 变化等。 c.偶然作用：在结构设计基准期内不一定出现，但一旦出 现其值很大且持续时间很短的作用。如地震、爆炸、撞击 等。
（2）按空间位置的变异分类 a.固定作用：结构上具有固定分布的作用。如固定设备荷 载、结构构件的自重等。 b.可动作用：在结构上一定范围内可以任意分布的作用6 。
如人群荷载、吊车荷载等。
（3）按结构的反应分类
a.静态作用：对结构或构件不产生加速度或其加速度很小
可以忽略不计的作用。如自重、楼面活荷载、雪载等。
3.1.3结构的功能要求
1.结构的安全等级
（1）确定原则：根据破坏后果的严重性；
（2）等级标准：三级
7
安全等级 一级 二级 三级
破坏后的影响 程度
很严重
建筑物的类型 重要的建筑物
严重
一般的建筑物
不严重
次要的建筑物
纪念性建筑物及其他有特殊要求的建筑，其安全等级可按 具体情况另行确定。
2.结构的设计使用年限
10
3.1.3结构功能的极限状态
1.概念：整个结构或结构的一部分超过某一特定状态就 不能满足设计指定的某一功能要求（安全、适用、耐 久），此特定状态称为该功能的极限状态。
2.极限状态的物理意义：未达到极限状态则处于有效状 态；超过极限状态则处于失效状态。
3.分类：
（1）承载能力极限状态：结构或构件达到最大承载能 力、出现疲劳破坏、发生不适于继续承载的变形或因结 构局部破坏而引发的连续倒塌。
◎没有考虑结构功能的多样性要求；
◎安全系数是凭经验确定的，缺乏科学依据。
1
（3）破损阶段法
K.SR
R-考虑塑性性能截面极限承载力 S-最大荷载产生的内力 K-安全系数 特点：采用单一安全系数，形式简单、直观，考虑材料 塑性性质。 缺点：仍缺乏明确可靠度概念，没有考虑正常使用条件。
2
（4）极限状态设计法
设计规定的结构或结构构件不需进行大修即可按其目 的使用的时期。
8
设计年限可按《工程结构可靠性设计统一标准》确定， 也可经过主管部门的批准按业主的要求确定。
类别 设计使用年限（年）
示例
1
5
临时性结构பைடு நூலகம்
2
25
易于替换的结构构件
3
50
普通房屋和构筑物
4
100
纪念性建筑和特别重要的建筑结构
注意：设计使用年限与使用寿命的区别
3.结构的功能要求
工程结构设计的基本目的：在一定的经济条件下，结 构在预定的使用期限内满足设计所预期的各项功能。
（1）安全性：
9
结构应能承受正常施工和使用时可能出现的各种荷 载和变形，在偶然事件发生时及发生后能保持必需的整 体稳定性，不致发生倒塌。如M≤Mu （2）适用性；结构在正常使用时有良好的工作性能，不 产生过大的变形或振幅、过宽的裂缝等。如f ≤[ f ] （3）耐久性：结构在正常使用和正常维护条件下，应具 有足够的耐久性。即在各种因素的影响下（混凝土碳化、 钢筋锈蚀），结构的承载力和刚度不应随时间有过大的 降低，而导致结构在其预定使用期间内丧失安全性和适 用性，降低使用寿命。 如wmax≤[ wmax]
b.结构构件或连接因材料强度被超过而破坏（包括疲劳
破坏，或因过度的塑性变形不适于继续承载等）； 11
c.结构转变为机动体系； d.结构或结构构件丧失稳定（如压屈等）； e.结构因局部破坏而发生连续倒塌 （2）正常使用极限状态：结构或构件达到正常使用的某
◎ 荷载系数 kqi ，材料强度系数 kc 和 ks 仍按经验确 定，但对于不同荷载的变异大小，可取不同的荷载系数。
水准II-近似概率法：建立结构可靠度与结构极限状态 方程之间数学关系，截面设计时采用实用的分项系数设4
表达式。GBJ10-89、GB50010-2002、 GB50010-2010
水准III-全概率法：对基本变量采用随机变量和随机过 程描述，采用精确的概率分析，求得结构最优的失效概 率作为可靠度的直接度量。
§3.1极限状态设计法的基本概念
*结构设计方法的发展
（1）经验承载力法：根据实践得到尺寸规定
（2）容许应力法：随材力、弹力、试验科学的发展产生
=f/k 特点：影响结构安全的不利因素用大于1的安全系数反映， 简单、实用。
缺点：◎钢筋混凝土结构的受力性能不是弹性的；
◎结构中一点达到容许应力，结构即认为失效；
b.动态作用：对结构或构件产生不可忽略的加速度的作用
。如吊车荷载、地震、设备振动、风载等。
3.作用效应：结构上的作用使结构产生的内力（如弯矩、
剪力、轴力、扭矩等）、变形（如挠度、侧移、转角等）
、裂缝等的统称。
4.结构抗力：结构构件的截面形式、尺寸以及材料等级确
定后，各截面将具有一定的抵抗作用效应的能力。
20世纪50年代提出，20世纪70年代采用概率理论为基础的 极限状态设计法。
分为三个水准：
水准I-半经验半概率法：基本变量部分进行了统计分析， 引入经验系数，但对可靠概率还不能作出定量计算。 TJ10-74
除要求对承载力极限状态进行设计外，还包括的挠 度和裂缝宽度（适用性）的极限状态的设计。对于承载 力极限状态，针对荷载、材料的不同变异性，不再采用 单一的安全系数，而采用的多系数表达：
M (
k qi qik
)
Mu(
fck kc
，f sk ks
，As，b，h0，)
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M (
k qi qik
)
Mu(
fck kc
，f sk ks
，As，b，h0，)
◎ 材料强度 fck 和 fsk 是根据统计后按一定保证率取 其下限分位值，反映的材料强度的变异性。
◎ 荷载值 qik 也尽可能根据各种荷载的统计资料，按 一定保证率取其上限分位值。
3.1.1结构上的作用
1.概念：使结构或构件产生效应（内力、应力、位移等） 的因素，即施加在结构上的集中或分布荷载以及引起结构 外加变形或约束变形的原因。
直接作用：集中或分布荷载；
间接作用：地震、地基沉降、混凝土收缩、温度变化、焊 接等因素。
2.作用的分类：
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（1）按时间的变异分类 a.永久作用：在设计基准期内，其值不随时间变化或其变 化与平均值相比可以忽略不计的作用。如结构自重、土压 力、预加应力、基础沉降、焊接等。 b.可变作用：在设计基准期内，其值随时间变化且其变化 与平均值相比不可忽略的作用。如安装荷载、楼面上人群 及家具等产生的活载、风荷载、雪荷载、吊车荷载、温度 变化等。 c.偶然作用：在结构设计基准期内不一定出现，但一旦出 现其值很大且持续时间很短的作用。如地震、爆炸、撞击 等。
（2）按空间位置的变异分类 a.固定作用：结构上具有固定分布的作用。如固定设备荷 载、结构构件的自重等。 b.可动作用：在结构上一定范围内可以任意分布的作用6 。
如人群荷载、吊车荷载等。
（3）按结构的反应分类
a.静态作用：对结构或构件不产生加速度或其加速度很小
可以忽略不计的作用。如自重、楼面活荷载、雪载等。
3.1.3结构的功能要求
1.结构的安全等级
（1）确定原则：根据破坏后果的严重性；
（2）等级标准：三级
7
安全等级 一级 二级 三级
破坏后的影响 程度
很严重
建筑物的类型 重要的建筑物
严重
一般的建筑物
不严重
次要的建筑物
纪念性建筑物及其他有特殊要求的建筑，其安全等级可按 具体情况另行确定。
2.结构的设计使用年限
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3.1.3结构功能的极限状态
1.概念：整个结构或结构的一部分超过某一特定状态就 不能满足设计指定的某一功能要求（安全、适用、耐 久），此特定状态称为该功能的极限状态。
2.极限状态的物理意义：未达到极限状态则处于有效状 态；超过极限状态则处于失效状态。
3.分类：
（1）承载能力极限状态：结构或构件达到最大承载能 力、出现疲劳破坏、发生不适于继续承载的变形或因结 构局部破坏而引发的连续倒塌。
◎没有考虑结构功能的多样性要求；
◎安全系数是凭经验确定的，缺乏科学依据。
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（3）破损阶段法
K.SR
R-考虑塑性性能截面极限承载力 S-最大荷载产生的内力 K-安全系数 特点：采用单一安全系数，形式简单、直观，考虑材料 塑性性质。 缺点：仍缺乏明确可靠度概念，没有考虑正常使用条件。
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（4）极限状态设计法
设计规定的结构或结构构件不需进行大修即可按其目 的使用的时期。
8
设计年限可按《工程结构可靠性设计统一标准》确定， 也可经过主管部门的批准按业主的要求确定。
类别 设计使用年限（年）
示例
1
5
临时性结构பைடு நூலகம்
2
25
易于替换的结构构件
3
50
普通房屋和构筑物
4
100
纪念性建筑和特别重要的建筑结构
注意：设计使用年限与使用寿命的区别
3.结构的功能要求
工程结构设计的基本目的：在一定的经济条件下，结 构在预定的使用期限内满足设计所预期的各项功能。
（1）安全性：
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结构应能承受正常施工和使用时可能出现的各种荷 载和变形，在偶然事件发生时及发生后能保持必需的整 体稳定性，不致发生倒塌。如M≤Mu （2）适用性；结构在正常使用时有良好的工作性能，不 产生过大的变形或振幅、过宽的裂缝等。如f ≤[ f ] （3）耐久性：结构在正常使用和正常维护条件下，应具 有足够的耐久性。即在各种因素的影响下（混凝土碳化、 钢筋锈蚀），结构的承载力和刚度不应随时间有过大的 降低，而导致结构在其预定使用期间内丧失安全性和适 用性，降低使用寿命。 如wmax≤[ wmax]