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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混凝土结构原理第3章按近似概率理论的极限状态设计法
ψ q Qk
Quasi-permanent Value
可变荷载的最大值并非长期作用于结构之上， 可变荷载的最大值并非长期作用于结构之上，在考虑荷载长期 最大值并非长期作用于结构之上 标准值进行折减。 效应组合时，应对其标准值进行折减 效应组合时，应对其标准值进行折减。荷载的准永久值指可变 荷载在结构设计基准期内经常作用的那部分荷载 经常作用的那部分荷载。 荷载在结构设计基准期内经常作用的那部分荷载。Ψq—准永久 准永久 值系数
ψ f Qk
对可变荷载，在设计基准期内， 对可变荷载，在设计基准期内，其超越的总时间为规定的较源自 比率或超越频率为规定频率的荷载值
二、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； ）确定原则：根据破坏后果的严重性； （2）等级标准：表3-1。 ）等级标准： 。
建筑结构的安全等级
1、结构的可靠性与可靠度
◆ 结构的可靠性 reliability
■
可靠性——安全性、适用性和耐久性的总称 安全性、 可靠性
指结构在规定的使用期限内，在规定的条件下（正常设 指结构在规定的使用期限内， 在规定的条件下（ 正常施工、正常使用和维护） 计、正常施工、正常使用和维护），完成预定结构功能的能 力。 ◆ 结构的可靠度 指结构在规定的使用期限内，在规定的条件下（正常设计、 指结构在规定的使用期限内，在规定的条件下（正常设计 、 正常施工、正常使用和维护） 完成预定结构功能的概率。 正常施工、正常使用和维护），完成预定结构功能的概率。
S = S GK + S Q1 K + ∑ ψ Ci S QiK
i=2
n
荷载的长期组合：持久状况下， 荷载的长期组合：持久状况下，可变荷载中长期作用的那部 分荷载（即荷载的准永久值）的效应与永久荷载的效应的组 分荷载（即荷载的准永久值） 合。
钢筋混凝土结构的设计方法—概率极限状态设计方法
极限状态的分类
欧洲混凝土协会
我
国
国 际 标 准 化 组 织
极限状态
承载能力
正常使用
的 可 靠 度 标 准 、 各
极限状态
极限状态
种
规
范
国际预应力混凝土协会
承载能力极限状态
——对应于结构或构件达到最大承载能力或不适于继续承载的变形。
结构或结构构件丧 失稳定（柱的压曲 4 失稳）
3 结构转变 成机动体系
结构可靠性
3.耐久性 结构在正常使用和正常维护的条件下，在规定的时间内，具有足够的耐久性。
例如，不发生由于混凝土保护层碳化或裂缝宽度过大而导致 的钢筋锈蚀过快或过度，从而致使结构的使用寿命缩短。
结构可靠性
结构的安全性、适用性和耐久性这三者总称为结构的可靠性。
可靠性
——结构在规定的时间（设计基准期）内，在规定的条件（结构设 计时所确定的正常设计、正常施工和正常使用条件）下，完成预定 功能的能力。
汶川地震震害
承载能力极限状态
支架压曲失稳
正常使用极限状态
——对应于结构或构件达到正常使用或耐久性能的某项规定限值。
影响正常使用或外观的变形
正
常
影响正常使用或耐久性能的局部损坏
使
用
影响正常使用的振动
极 限
状
影响正常使用的其它特定状态
态
使用寿命——为结构或构件在正常维护条件下，不需要大修即可按其设计规 定的目的正常使用的时间。
结构的使用年限超过设计基准期时，表明它的失效概率可能会增大，不能 保证其目标可靠指标，但不等于结构丧失所有要求功能甚至报废，通常使用寿 命大于设计基准期。
一般桥梁结构的设计基准期为100年 ；建筑结构的设计基准期为50年。
第三章-按近似概率理论的极限状态设计法
第3章 按近似概率理论的极限状态设计法知识点1．建筑结构的功能要求，结构的极限状态和概率极限状态设计方法；2．结构可靠度、失效概率和可靠指标；3．承载能力和正常使用两种极限状态及实用设计表达式；4．作用和作用效应，结构重要性系数，荷载和材料的分项系数，荷载组合；5．荷载分类及其标准值，钢筋和混凝土的强度标准值和设计值。
要点1．结构的可靠性：结构的可靠性是：结构在规定的时间内，在规定的条件下，完成预定功能的能力。
2．结构上的作用：凡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，均称为结构上的作用。
3．结构上的可变荷载：在结构使用期间，其值随时间而变化，且其变化与平均值相比不可以忽略不计的荷载称为可变荷载。
4．结构上的永久荷载：在结构使用期间，其值不随时间而变化，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于限值的荷载称为永久荷载。
5．建筑结构的安全性要求：能承受正常使用和施工产生的荷载和变形；在偶然事件发生时及发生后能保持整体稳定。
6．“作用”：通常是指使结构产生内力和变形的原因，分为直接作用和间接作用 。
7．正常使用极限状态的设计表达式，按不同的设计目的，分别考虑荷载的哪些组合。
正常使用极限状态的设计表达式，按不同的设计目的，分别考虑荷载的标准组合、荷载的准永久组合和荷载的频遇组合。
8．作用在结构上的荷载，按作用时间的长短如何分类。
作用在结构上的荷载，按作用时间的长短和性质，可分为永久荷载、可变荷载和偶然荷载。
9．写出功能函数的表达式，回答功能函数Z>0，Z<0，Z=0时结构所处的状态。
0),,(21==n x x x g Z 。
Z>0结构处于可靠状态；Z=0结构处于极限状态；Z<0结构处于失效状态。
10．可靠度：可靠度是指结构在规定的时间内和规定的条件下，完成预定功能的概率。
一般用失效概论（f P ）和可靠可标（β）来度量。
在承载能力极限状态设计表达式中，可靠度体现在o γ、G γ、o γ、C γ、S γ中。
混凝土结构极限状态详解
恒载 由施工偏差引起 确定随机变量大小的方法
活荷载
偶然荷载
（2）多荷载相遇——荷载组合 （3）计算、分析情况的复杂——例如强度计算和变形验算 荷载代表值的提出
荷载标准值 荷载组合值 永久荷载代表值 荷载标准值
10–10
可变荷载代表值
荷载准永久值 荷载频遇值
混凝土结构设计
荷载标准值： 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50年）可能出现的最大值。
R 和S 的概率密度分布曲线
在多数情况下，R 大于S 。但是，在它们概率密度曲线的重叠区（阴 影段内）仍有可能出现 R 小于S 的情况
11-06
混凝土结构设计
当 R 和 S 都服从正态分布 时，功能函数 Z 的概率密 度曲线如图所示： 结构失效概率
pf ：
0
p f P(Z 0) f (Z ) dZ
荷载效应组合的概念
恒荷载产生的效应 结构计算一般是 按单个荷载计算 的其效应 楼面活荷载产生的效应 风荷载产生的效应
采用的荷载值 恒荷载标准值 活荷载标准值 风荷载标准值
两类极限状态
第一类：承载能力极限状态——对应的是安全性功能。 第二类：正常使用极限状态——对应的是适用性功能和耐久 性功能。
结构或结构构件达到最大承载能力或者达到不适于继续承载的变 形状态，称为承载能力极限状态。 结构或构件达到正常使用或耐久性能的某项规定限度的能力，称 为正常使用极限状态。
11-06
11-06
混凝土结构设计
怎样满足功能要求？ 取极限状态函数判别： Z=R-S
R：抗力；S：荷载效应
Z＞0，能完成预定功能的状态，结构可靠 Z＝0，临界状态，极限状态 Z＜0，不能完成预定功能的状态，结构失效
活荷载
偶然荷载
（2）多荷载相遇——荷载组合 （3）计算、分析情况的复杂——例如强度计算和变形验算 荷载代表值的提出
荷载标准值 荷载组合值 永久荷载代表值 荷载标准值
10–10
可变荷载代表值
荷载准永久值 荷载频遇值
混凝土结构设计
荷载标准值： 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50年）可能出现的最大值。
R 和S 的概率密度分布曲线
在多数情况下，R 大于S 。但是，在它们概率密度曲线的重叠区（阴 影段内）仍有可能出现 R 小于S 的情况
11-06
混凝土结构设计
当 R 和 S 都服从正态分布 时，功能函数 Z 的概率密 度曲线如图所示： 结构失效概率
pf ：
0
p f P(Z 0) f (Z ) dZ
荷载效应组合的概念
恒荷载产生的效应 结构计算一般是 按单个荷载计算 的其效应 楼面活荷载产生的效应 风荷载产生的效应
采用的荷载值 恒荷载标准值 活荷载标准值 风荷载标准值
两类极限状态
第一类：承载能力极限状态——对应的是安全性功能。 第二类：正常使用极限状态——对应的是适用性功能和耐久 性功能。
结构或结构构件达到最大承载能力或者达到不适于继续承载的变 形状态，称为承载能力极限状态。 结构或构件达到正常使用或耐久性能的某项规定限度的能力，称 为正常使用极限状态。
11-06
11-06
混凝土结构设计
怎样满足功能要求？ 取极限状态函数判别： Z=R-S
R：抗力；S：荷载效应
Z＞0，能完成预定功能的状态，结构可靠 Z＝0，临界状态，极限状态 Z＜0，不能完成预定功能的状态，结构失效
混凝土结构设计原理(第五版)答案2
《混凝土结构设计原理》思考题及习题（参考答案）第3章 按近似概率理论的极限状态设计法思 考 题3.1 结构在规定的时间内，在规定的条件下，完成预定功能的能力称为结构的可靠性。
它包含安全性、适用性、耐久性三个功能要求。
结构超过承载能力极限状态后就不能满足安全性的要求；结构超过正常使用极限状态后就不能保证适用性和耐久性的功能要求。
建筑结构安全等级是根据建筑结构破坏时可能产生的后果严重与否来划分的。
3.2 所有能使结构产生内力或变形的原因统称为作用，荷载则为“作用”中的一种，属于直接作用，其特点是以力的形式出现的。
影响结构可靠性的因素有：1）设计使用年限；2）设计、施工、使用及维护的条件；3）完成预定功能的能力。
结构构件的抗力与构件的几何尺寸、配筋情况、混凝土和钢筋的强度等级等因素有关。
由于材料强度的离散性、构件截面尺寸的施工误差及简化计算时由于近似处理某些系数的误差，使得结构构件的抗力具有不确定的性质，所以抗力是一个随机变量。
3.3 整个结构或构件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，这个特定状态称为该功能的极限状态。
结构的极限状态可分为两类，一类是承载能力极限状态，即结构或构件达到最大承载能力或者达到不适于继续承载的变形状态。
另一类是正常使用极限状态，即结构或构件达到正常使用或耐久性能中某项规定限值的状态。
3.4 建筑结构应该满足安全性、适用性和耐久性的功能要求。
结构的设计工作寿命是指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，它可按《建筑结构可靠度设计统一标准》确定，业主可提出要求，经主管部门批准，也可按业主的要求确定。
结构超过其设计工作寿命并不意味着不能再使用，只是其完成预定功能的能力越来越差了。
3.5 正态分布概率密度曲线主要有平均值μ和标准差σ两个数字特征。
μ越大，表示曲线离纵轴越远；σ越大，表示数据越分散，曲线扁而平；反之，则数据越集中，曲线高而窄。
砼结构按近似概率的极限状态设计法
四、结构的可靠度 p s
Ps = P (R-S 0)
=1- Pf
失效概率越小，表示结构可靠性越大。结构可靠性的概 率度量即为结构可靠度。
结构在规定时间内，在规定条件下，完成预定功能的概 率，称为结构的可靠度。
2020/5/8
1.2结构的可靠度与可靠度指标
第1章 按近似概率理论的极限状态设计法
1.2.3 结构的可靠指标
二、结构抗力的随机性 结构或构件承受荷载效应的能力，如承载能力、刚度等，
称为结构抗力，记作 R 。
材料强度的离散性是造成结构抗力随机性质的主要原因。
可见荷载效应 S 和结构抗力 R 都是具有各自分布规律
的随机变量。
2020/5/8
1.2结构的可靠度与可靠度指标
第1章 按近似概率理论的极限状态设计法
1.3 砼结构按近似概率的极限状态实 用设计表达式
一、结构的重要性系数
0 ––– 结构构件的重要性系数
对安全等级为一级或设计使用年限为100年级以上 的结构构件不应小于1.1
2020/5/8
1.1 极限状态
第1章 按近似概率理论的极限状态设计法
达到正常使用极限状态表现
过大变形、侧移（影响非结构构件、不安全感、 不能正常使用（吊车）等）； 过大的裂缝（钢筋锈蚀、不安全感、漏水等）
过大的振动（不舒适）；
其他正常使用要求。
2020/5/8
1.1 极限状态
第1章 按近似概率理论的极限状态设计法
第一章 混凝土结构按近似概率的极限状 态设计方法
2020/5/8
第1章 按近似概率理论的极限状态设计法
1.1 砼结构的极限状态
1.1.1 结构的功能要求与结构的可靠性 一、结构的功能要求
Ps = P (R-S 0)
=1- Pf
失效概率越小，表示结构可靠性越大。结构可靠性的概 率度量即为结构可靠度。
结构在规定时间内，在规定条件下，完成预定功能的概 率，称为结构的可靠度。
2020/5/8
1.2结构的可靠度与可靠度指标
第1章 按近似概率理论的极限状态设计法
1.2.3 结构的可靠指标
二、结构抗力的随机性 结构或构件承受荷载效应的能力，如承载能力、刚度等，
称为结构抗力，记作 R 。
材料强度的离散性是造成结构抗力随机性质的主要原因。
可见荷载效应 S 和结构抗力 R 都是具有各自分布规律
的随机变量。
2020/5/8
1.2结构的可靠度与可靠度指标
第1章 按近似概率理论的极限状态设计法
1.3 砼结构按近似概率的极限状态实 用设计表达式
一、结构的重要性系数
0 ––– 结构构件的重要性系数
对安全等级为一级或设计使用年限为100年级以上 的结构构件不应小于1.1
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1.1 极限状态
第1章 按近似概率理论的极限状态设计法
达到正常使用极限状态表现
过大变形、侧移（影响非结构构件、不安全感、 不能正常使用（吊车）等）； 过大的裂缝（钢筋锈蚀、不安全感、漏水等）
过大的振动（不舒适）；
其他正常使用要求。
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1.1 极限状态
第1章 按近似概率理论的极限状态设计法
第一章 混凝土结构按近似概率的极限状 态设计方法
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第1章 按近似概率理论的极限状态设计法
1.1 砼结构的极限状态
1.1.1 结构的功能要求与结构的可靠性 一、结构的功能要求
混凝土结构设计原理 第十章 混凝土结构设计的一般原则和方法
计的作用。在结构分析时一般均 —— 作用、高耸结构上的
应考虑其动力效应。
风荷载等。
设计基准期：《建筑结构荷载规范》统一采用一般结构的设 计使用年限50年作为规定荷载最大值的时域，称为~。即荷载的 统计参数都是按设计基准期为50年确定的。
由于设计基准期是为确定可变作用及时间有关材料性能而选 用的时间参数，所以它不等同于建筑结构的设计使用年限。
示例
L
1
5
临时性建筑结构
0.9
2
25
易于替换的结构构件
3
50
普通房屋和构筑物
1.0
4
100
标志性建筑和特别重要的建筑
1.1
结物
3、建筑结构的功能 建筑结构应满足下列三个方面的功能要求：
1）安全性 ♣ 如（M ≤[ Mu ]） ♣ 结构在预定的使用期间内（一般为50年），应能承受在正
常施工、正常使用情况下可能出现的各种荷载、外加变形 （如超静定结构的支座不均匀沉降）、约束变形（如温度 和收缩变形受到约束时）等的作用。
速观测数据，经概率统计得到50年一遇最大风 0速。
基本风压不得小于0.3kN/m2
wo
1 2
02
1
1600
2 0
风荷载组合值、频遇值和准永久系数分别取0.6、0.4和0
10.2.5
风荷载
3、风压高度变化系数 z
风速随高度的增大而增大，风速增大规律主要取决于地面 粗糙度。
当离地面高度超过300~500m，风速不再受地面粗糙度有关，地 面至该高度范围的风称为“梯度风”，在梯度高度范围内：
6）可变荷载组合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 荷载单独作用相应超越概率趋于一致的荷载值
第三章极限状态设计法介绍
高耸结构上的风荷载等。
上述各种作用作用在结构或结构构件上，由此在结构内产生的内力和 变形（如轴力、剪力、弯矩以及挠度、转角和裂缝等）称为作用效应。
3.1 极限状态
第3章按近似概率理论的极限状态设计法
3.1.2 结构抗力(resistance)
结构抗力是指整个结构或结构构件承受作用效应（即内力和变形）的 能力。
3.1极限状态
第3章按近似概率理论的极限状态设计法
2 设计使用年限(design working life)和设计基准期 （design reference period)
设计使用年限是指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。
设计使用年限的概念不同于实际寿命、耐久年限或设计基准期。《建 筑结构可靠度设计统一标准》规定了各类建筑结构的设计使用年限。
3.1.4 结构功能的极限状态(limit state)
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，此特定状态称为该功能的极限状态。极限状态实质上是区分结构 可靠与失效的界限。
极限状态分为两类： 承载能力极限状态 —— 安全性 正常使用极限状态 —— 适用性、耐久性 通常对结构构件先按承载能力极限状态进行承载能力计算，然后根据使 用要求按正常使用极限状态进行变形、裂缝宽度或抗裂等验算。
—— 功能函数
Z g(X1, X2,L , Xn ) 0
—— 极限状态方程
当功能函数中仅包括作用效应 R 和结构抗力S 两个基本变量时，可得
Z g(R, S) R S
当 Z 0 时，结构处于可靠状态
当 Z 0 时，结构处于失效状态
当 Z 0 时，结构处于极限状态
上述各种作用作用在结构或结构构件上，由此在结构内产生的内力和 变形（如轴力、剪力、弯矩以及挠度、转角和裂缝等）称为作用效应。
3.1 极限状态
第3章按近似概率理论的极限状态设计法
3.1.2 结构抗力(resistance)
结构抗力是指整个结构或结构构件承受作用效应（即内力和变形）的 能力。
3.1极限状态
第3章按近似概率理论的极限状态设计法
2 设计使用年限(design working life)和设计基准期 （design reference period)
设计使用年限是指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。
设计使用年限的概念不同于实际寿命、耐久年限或设计基准期。《建 筑结构可靠度设计统一标准》规定了各类建筑结构的设计使用年限。
3.1.4 结构功能的极限状态(limit state)
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，此特定状态称为该功能的极限状态。极限状态实质上是区分结构 可靠与失效的界限。
极限状态分为两类： 承载能力极限状态 —— 安全性 正常使用极限状态 —— 适用性、耐久性 通常对结构构件先按承载能力极限状态进行承载能力计算，然后根据使 用要求按正常使用极限状态进行变形、裂缝宽度或抗裂等验算。
—— 功能函数
Z g(X1, X2,L , Xn ) 0
—— 极限状态方程
当功能函数中仅包括作用效应 R 和结构抗力S 两个基本变量时，可得
Z g(R, S) R S
当 Z 0 时，结构处于可靠状态
当 Z 0 时，结构处于失效状态
当 Z 0 时，结构处于极限状态
混凝土结构设计原理(第五版)课后习题答案
《混凝土结构设计原理》思考题及习题（参考答案）第1章绪论思考题1.1钢筋混凝土梁破坏时的特点是：受拉钢筋屈服，受压区混凝土被压碎，破坏前变形较大，有明显预兆，属于延性破坏类型。
在钢筋混凝土结构中，利用混凝土的抗压能力较强而抗拉能力很弱，钢筋的抗拉能力很强的特点，用混凝土主要承受梁中和轴以上受压区的压力，钢筋主要承受中和轴以下受拉区的拉力，即使受拉区的混凝土开裂后梁还能继续承受相当大的荷载，直到受拉钢筋达到屈服强度以后，荷载再略有增加，受压区混凝土被压碎，梁才破坏。
由于混凝土硬化后钢筋与混凝土之间产生了良好的粘结力，且钢筋与混凝土两种材料的温度线膨胀系数十分接近，当温度变化时，不致产生较大的温度应力而破坏二者之间的粘结，从而保证了钢筋和混凝土的协同工作。
1.2钢筋混凝土结构的优点有：1）经济性好，材料性能得到合理利用；2）可模性好；3）耐久性和耐火性好，维护费用低；4）整体性好，且通过合适的配筋，可获得较好的延性；5）刚度大，阻尼大；6）就地取材。
缺点有：1）自重大；2）抗裂性差；3）承载力有限；4）施工复杂；5）加固困难。
1.3本课程主要内容分为“混凝土结构设计原理”和“混凝土结构设计”两部分。
前者主要讲述各种混凝土基本构件的受力性能、截面设计计算方法和构造等混凝土结构的基本理论，属于专业基础课内容；后者主要讲述梁板结构、单层厂房、多层和高层房屋、公路桥梁等的结构设计，属于专业课内容。
学习本课程要注意以下问题：1）加强实验、实践性教学环节并注意扩大知识面；2）突出重点，并注意难点的学习；3）深刻理解重要的概念，熟练掌握设计计算的基本功，切忌死记硬背。
第2章混凝土结构材料的物理力学性能思考题2.1①混凝土的立方体抗压强度标准值f cu,k是根据以边长为150mm的立方体为标准试件，在(20±3)℃的温度和相对湿度为90％以上的潮湿空气中养护28d，按照标准试验方法测得的具有95％保证率的立方体抗压强度确定的。
第三章 近似概率极限状态设计方法
学历只是一个受到教育的时间证明，不等于证明了一个人有实际才干。
第三章 近似概率极限状态设计方法
提 要 了解结构上的作用、作用效应、结构抗力、结构的可靠度、结构 的可靠概率和失效概率、结构的可靠指标和材料的设计参数的 基本概念； 了解荷载的分类、荷载的分项系数、荷载的组合方法； 了解极限状态的定义及分类； 掌握按承载力极限状态和按正常使用极限状态进行混凝土结构设 计计算的方法。
正常使用极限状态
正常使用极限状态是指结构或构件达到正常使用或耐久 性的某项规定限值的状态。当结构或结构构件出现下 列状态之一时，应认为超过了正常使用极限状态： 1）影响正常使用或外观的变形； 2）影响正常使用或耐久性能的局部损坏（包括裂缝） 3）影响正常使用的振动； 4）影响正常使用的其他特定状态。 建筑结构设计应根据使用过程总在结构上可能同时出现 的荷载，按承载能力极限状态和正常使用极限状态分 别进行荷载（效应）组合（load combination），并应 取各自最不利的效应组合进行设计
1.
2. 3. 4.
简要复习
结构的功能要求
1. 结构的安全等级 结构的功能是由结构的用途所决定的。结构的 用途决定建筑物的重要性。重要性不同的建筑 物应该有不同的安全等级。我国根据建筑结构 破坏时可能产生的后果（危及人的生命、造成 经济损失、产生社会影响等）的严重，分为三 个安全等级如右表所示。
结构的功能要求
类别 1 2 3
设计使用年限 5 25 50
示例 临时结构 易于替换的结构构件 普通房屋和构筑物 纪念性建筑和特别重要的建筑结 构
4
100
.建筑结构的功能
在规定的使用年限内建筑结构应满足如下的功能要求： （1）安全性； 安全性包含两层意思，即在正常施工和正常使用时，能承受可能 出现的各种作用； 在设计规定的偶然事件发生时和发生后，仍能保持必要的整体稳 定性如图3－1所示。
第三章 近似概率极限状态设计方法
提 要 了解结构上的作用、作用效应、结构抗力、结构的可靠度、结构 的可靠概率和失效概率、结构的可靠指标和材料的设计参数的 基本概念； 了解荷载的分类、荷载的分项系数、荷载的组合方法； 了解极限状态的定义及分类； 掌握按承载力极限状态和按正常使用极限状态进行混凝土结构设 计计算的方法。
正常使用极限状态
正常使用极限状态是指结构或构件达到正常使用或耐久 性的某项规定限值的状态。当结构或结构构件出现下 列状态之一时，应认为超过了正常使用极限状态： 1）影响正常使用或外观的变形； 2）影响正常使用或耐久性能的局部损坏（包括裂缝） 3）影响正常使用的振动； 4）影响正常使用的其他特定状态。 建筑结构设计应根据使用过程总在结构上可能同时出现 的荷载，按承载能力极限状态和正常使用极限状态分 别进行荷载（效应）组合（load combination），并应 取各自最不利的效应组合进行设计
1.
2. 3. 4.
简要复习
结构的功能要求
1. 结构的安全等级 结构的功能是由结构的用途所决定的。结构的 用途决定建筑物的重要性。重要性不同的建筑 物应该有不同的安全等级。我国根据建筑结构 破坏时可能产生的后果（危及人的生命、造成 经济损失、产生社会影响等）的严重，分为三 个安全等级如右表所示。
结构的功能要求
类别 1 2 3
设计使用年限 5 25 50
示例 临时结构 易于替换的结构构件 普通房屋和构筑物 纪念性建筑和特别重要的建筑结 构
4
100
.建筑结构的功能
在规定的使用年限内建筑结构应满足如下的功能要求： （1）安全性； 安全性包含两层意思，即在正常施工和正常使用时，能承受可能 出现的各种作用； 在设计规定的偶然事件发生时和发生后，仍能保持必要的整体稳 定性如图3－1所示。
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
《钢筋混凝土结构》
概论极限状态设计法的 基本概念
• 结构功能要求； • 结构可靠性与可靠度； • 极限状态； • 作用与作用效应、抗力； • 功能函数； • 失效概率与可靠指标。
安全性（safety）
指能承受正常出现的荷载不破坏，在偶然荷载时能 保持整体稳定，不出现倒塌或连续破坏。如 M≤Mu。 适用性（Serviceability）
目标可靠指标[β]： 指设计规范所规定的作为设计结构或构件时所应
达到的可靠指标。规范确定时要考虑结构破坏类型 和安全等级。
公路桥梁结构构件的目标可靠指标
可靠概率：
ps p(z 0)
f (z)dz
0
0
失效概率： p f
p(z 0)
f (z)dz
失效概率可靠概率与失效概率之和为 ：
ps p f 1
若假定R、S均服从正态分布，且都用内力表示，则 将其分布曲线并列于同一坐标内进行分析。
横坐标：作用效应（S）和结构抗力（R） 纵坐标：出现的概率密度f ； 概率分布曲线示意图见图（2-1）。
指在正常工作条件下没有过大的变形（挠度、侧 移）、振动（振幅和频率）、裂缝和局部损坏。 耐久性（Durability）
在规定的使用环境和条件下，在设计使用年限内，结 构不需要加固和大修，就能满足结构功能要求的性能。
《钢筋混凝土结构》
概论极限状态设计法的 基本概念
• 结构功能要求； • 结构可靠性与可靠度； • 极限状态； • 作用与作用效应、抗力； • 功能函数； • 失效概率与可靠指标。
（1）作用：指结构产生内力、变形、应力、
应变的所有原因。
分为：直接作用和间接作用。 直接作用指：直接施加在结构上的荷载，
也叫荷载，我们本书只讨论直接作用即荷载。 荷载是随机变量。
概论极限状态设计法的 基本概念
• 结构功能要求； • 结构可靠性与可靠度； • 极限状态； • 作用与作用效应、抗力； • 功能函数； • 失效概率与可靠指标。
安全性（safety）
指能承受正常出现的荷载不破坏，在偶然荷载时能 保持整体稳定，不出现倒塌或连续破坏。如 M≤Mu。 适用性（Serviceability）
目标可靠指标[β]： 指设计规范所规定的作为设计结构或构件时所应
达到的可靠指标。规范确定时要考虑结构破坏类型 和安全等级。
公路桥梁结构构件的目标可靠指标
可靠概率：
ps p(z 0)
f (z)dz
0
0
失效概率： p f
p(z 0)
f (z)dz
失效概率可靠概率与失效概率之和为 ：
ps p f 1
若假定R、S均服从正态分布，且都用内力表示，则 将其分布曲线并列于同一坐标内进行分析。
横坐标：作用效应（S）和结构抗力（R） 纵坐标：出现的概率密度f ； 概率分布曲线示意图见图（2-1）。
指在正常工作条件下没有过大的变形（挠度、侧 移）、振动（振幅和频率）、裂缝和局部损坏。 耐久性（Durability）
在规定的使用环境和条件下，在设计使用年限内，结 构不需要加固和大修，就能满足结构功能要求的性能。
《钢筋混凝土结构》
概论极限状态设计法的 基本概念
• 结构功能要求； • 结构可靠性与可靠度； • 极限状态； • 作用与作用效应、抗力； • 功能函数； • 失效概率与可靠指标。
（1）作用：指结构产生内力、变形、应力、
应变的所有原因。
分为：直接作用和间接作用。 直接作用指：直接施加在结构上的荷载，
也叫荷载，我们本书只讨论直接作用即荷载。 荷载是随机变量。
混凝土结构按近似概率的极限状态设计法
通过蒙特卡洛模拟计算结构的可靠性。
混凝土结构极限状态设计的步骤
1
确定设计参数和设计概要
明确设计参数和要求，制定设计方案。
分析构件的极限状态
2
使用相关方法计算结构极限状态的可
靠性。
3
校核设计条件
检查设计条件是否满足要求，如变形
优化设计
4
约束、荷载承受能力等。
通过调整结构参数和设计方案以提高 可靠性。
混凝土结构极限状态设计的理论基础
强度理论
基于材料的强度和荷载的概率分布。如极限状态设计（LRFD）。
可靠性理论
在设计中考虑不确定性。如概率有限元法。
常用的极限状态设计方法
1
最不利条件设计法
按预先设定的最不利条件计算结构的
寿命设计法
2
极限状态。
考虑结构在使用寿命内可能遭受的荷
载和环境作用。
3
概率有限元法
混凝土结构按近似概率的 极限状态设计法
在混凝土结构设计中，了解极限状态设计法是非常重要的。本演示将介绍概 率设计与确定性设计的区别，以及混凝土结构极限状态设计的常用方法和步 骤。
确定性设计 vs. 概率设计
1 确定性设计
以固定参数进行设计，忽略随机性。可靠性较低。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ2 概率设计
考虑参数的统计分布，通过概率计算设计可靠性。可靠性更高。
混凝土结构按近似概率的极限状态设计 法的应用
工程实例
演示具体工程案例，展示按近似概率的极限状态 设计法可以如何应用于混凝土结构设计。
成功案例
分享成功实施该设计方法的案例，如高层建筑、 桥梁等。
总结与展望
1 极限状态设计法的优势
2 未来发展方向
按近似概率理论的极限状态设计法
03
当仅有作用效应和结构抗力两个基本变量且均按正态分布时，结构构件的可靠指标可按上式计算。
04
破坏类型
安 全 等 级
一 级
二 级
三 级
延性破坏
3.7
3.2
2.7
脆性破坏
4.2
3.7
3.2
设计规范所规定的、作为设计结构或结构构件时所应达到的可靠指标，称为设计可靠指标，它是根据设计所要求达到的结构可靠度而取定的，所以又称为目标可靠指标[β]。 目标可靠指标，理论上应根据各种结构构件的重要性、破坏性质（延性、脆性）及失效后果，用优化方法分析确定。限于目前统计资料不够完备，并考虑到标准规范的现实继承性，一般采用“校准法”确定。所谓“校准法”，就是通过对原有规范可靠度的反演计算和综合分析，确定以后设计时所采用的结构构件的可靠指标。 结构构件承载能力极限状态的设计可靠指标
风荷载
一、风作用的类型 (1)顺风向力——由与风向一致的风力作用 (2)横风向力——结构物背后的旋涡引起结构物的横风向(与风向垂直)力 (3)风力扭矩——由横风向力、顺风向力引起 二、风作用效应 (1)使结构物或结构构件受到过大的风力或不稳定； (2)使结构物或结构构件产生过大的挠度或变形，引起外墙、外装修材料的损坏； (3)由反复的风振动作用，引起结构或结构构件的疲劳损坏； (4)气动弹性的不稳定，致使结构物在风运动中产生加剧的气动力； (5)由于过大的动态运动，使建筑物的居住者或有关人员产生不舒适感。
下列破坏分别属于超出了什么出现了很大的裂缝
02
结构变成了机动体系
03
发生了失稳破坏
04
出现了很大的振动
05
超过了构件强度而破坏
06
极限状态方程
S = S(Q)
当仅有作用效应和结构抗力两个基本变量且均按正态分布时，结构构件的可靠指标可按上式计算。
04
破坏类型
安 全 等 级
一 级
二 级
三 级
延性破坏
3.7
3.2
2.7
脆性破坏
4.2
3.7
3.2
设计规范所规定的、作为设计结构或结构构件时所应达到的可靠指标，称为设计可靠指标，它是根据设计所要求达到的结构可靠度而取定的，所以又称为目标可靠指标[β]。 目标可靠指标，理论上应根据各种结构构件的重要性、破坏性质（延性、脆性）及失效后果，用优化方法分析确定。限于目前统计资料不够完备，并考虑到标准规范的现实继承性，一般采用“校准法”确定。所谓“校准法”，就是通过对原有规范可靠度的反演计算和综合分析，确定以后设计时所采用的结构构件的可靠指标。 结构构件承载能力极限状态的设计可靠指标
风荷载
一、风作用的类型 (1)顺风向力——由与风向一致的风力作用 (2)横风向力——结构物背后的旋涡引起结构物的横风向(与风向垂直)力 (3)风力扭矩——由横风向力、顺风向力引起 二、风作用效应 (1)使结构物或结构构件受到过大的风力或不稳定； (2)使结构物或结构构件产生过大的挠度或变形，引起外墙、外装修材料的损坏； (3)由反复的风振动作用，引起结构或结构构件的疲劳损坏； (4)气动弹性的不稳定，致使结构物在风运动中产生加剧的气动力； (5)由于过大的动态运动，使建筑物的居住者或有关人员产生不舒适感。
下列破坏分别属于超出了什么出现了很大的裂缝
02
结构变成了机动体系
03
发生了失稳破坏
04
出现了很大的振动
05
超过了构件强度而破坏
06
极限状态方程
S = S(Q)
[精选]2第二章 结构设计方法—概率极限状态设计法--资料
![[精选]2第二章 结构设计方法—概率极限状态设计法--资料](https://img.taocdn.com/s3/m/a73470b6e53a580216fcfe64.png)
其中，g 是函数记号，在这里称为功能函数。它由所研究的结构功能而定，
可以是承载能力，也可以是变形或裂缝宽度等。x1, x2 , , xn 为影响该结构功
能的各种荷载效应以及材料强度、构件几何尺寸等。结构功能则为上述各变量
的函数。
5/8/2019
第二章 概率极限状态设计法
15
2.2 概率极限状态设计方法
结构的可靠性
结构在规定的时间内（如设计基准期为50年），在规定的条件下（正常设计、 正常施工、正常使用和正常维修）完成预定功能的能力。
5/8/2019
第二章 概率极限状态设计法
6
2、结构的安全等级
建筑物的重要程度和安全等级，是根据其用途决定的。
安全等级
破坏后果
建筑物类型
一级
很严重
重要的建筑物
二级
严重
《建筑结构荷载规范》（GBJ5009-2001）规定： 永久荷载标推值：可以根据结构的设计尺寸和材料的重力密 度确定。 可变荷载标推值：是一个随机变量，原则上可用它的统计分 布来描述，由设计使用年限内最大荷载概率分布的某个分位 值确定。《建筑结构荷载规范》采用的是经验值。
5/8/2019
第二章 概率极限状态设计法
标准差（或称均方差）越小，则数据越集中，曲线高而窄。
5/8/2019
第二章 概率极限状态设计法
18
概率密度函数曲线与横坐标之间所包围的面积为100%。如果要求区间 a, b
内事件发生的概率，可由 x1 a 和 x2 b 两条直线 以及概率密度函数曲线和
横坐标所包围的面积来确定，即
a
Pa x b f x dx
“极限状态方程”，它是结构失效的标准。
可以是承载能力，也可以是变形或裂缝宽度等。x1, x2 , , xn 为影响该结构功
能的各种荷载效应以及材料强度、构件几何尺寸等。结构功能则为上述各变量
的函数。
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第二章 概率极限状态设计法
15
2.2 概率极限状态设计方法
结构的可靠性
结构在规定的时间内（如设计基准期为50年），在规定的条件下（正常设计、 正常施工、正常使用和正常维修）完成预定功能的能力。
5/8/2019
第二章 概率极限状态设计法
6
2、结构的安全等级
建筑物的重要程度和安全等级，是根据其用途决定的。
安全等级
破坏后果
建筑物类型
一级
很严重
重要的建筑物
二级
严重
《建筑结构荷载规范》（GBJ5009-2001）规定： 永久荷载标推值：可以根据结构的设计尺寸和材料的重力密 度确定。 可变荷载标推值：是一个随机变量，原则上可用它的统计分 布来描述，由设计使用年限内最大荷载概率分布的某个分位 值确定。《建筑结构荷载规范》采用的是经验值。
5/8/2019
第二章 概率极限状态设计法
标准差（或称均方差）越小，则数据越集中，曲线高而窄。
5/8/2019
第二章 概率极限状态设计法
18
概率密度函数曲线与横坐标之间所包围的面积为100%。如果要求区间 a, b
内事件发生的概率，可由 x1 a 和 x2 b 两条直线 以及概率密度函数曲线和
横坐标所包围的面积来确定，即
a
Pa x b f x dx
“极限状态方程”，它是结构失效的标准。
混凝土结构03 极限状态设计法34页PPT
•
29、在一切能够接受法律支配的人类 的状态 中，哪 里没有 法律， 那里就 没有自 由Байду номын сангаас— —洛克
•
30、风俗可以造就法律，也可以废除 法律。 ——塞·约翰逊
谢谢你的阅读
❖ 知识就是财富 ❖ 丰富你的人生
71、既然我已经踏上这条道路，那么，任何东西都不应妨碍我沿着这条路走下去。——康德 72、家庭成为快乐的种子在外也不致成为障碍物但在旅行之际却是夜间的伴侣。——西塞罗 73、坚持意志伟大的事业需要始终不渝的精神。——伏尔泰 74、路漫漫其修道远，吾将上下而求索。——屈原 75、内外相应，言行相称。——韩非
混凝土结构03 极限状态设计法
•
26、我们像鹰一样，生来就是自由的 ，但是 为了生 存，我 们不得 不为自 己编织 一个笼 子，然 后把自 己关在 里面。 ——博 莱索
•
27、法律如果不讲道理，即使延续时 间再长 ，也还 是没有 制约力 的。— —爱·科 克
•
28、好法律是由坏风俗创造出来的。 ——马 克罗维 乌斯
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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
2
25
易于替换的结构构件
பைடு நூலகம்
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
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。
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。
◎ 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。
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
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
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]
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：
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。
◎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
§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；
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
2
25
易于替换的结构构件
பைடு நூலகம்
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
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。
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。
◎ 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。
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
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
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]
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：
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。
◎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
§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；