1、整理ppt1合肥工业大学土木与水利工程学院道 路 桥 梁 工 程 系方诗圣 汪权 朱亚林Water and Waste Water Engineering Structure 整理ppt2引言：引言：结构设计所涉及的问题分为两类：结构设计所涉及的问题分为两类：第一类：共性的问题：是设计任何结构和构件都要加以解决的。是设计任何结构和构件都要加以解决的。作用在构件上的载荷：其大小如何确定作用在构件上的载荷：其大小如何确定?所用建材的强度如何确定所用建材的强度如何确定?结构安全可靠标准是什么？结构安全可靠标准是什么？属于基本计算原则属于基本计算原则 第二类第二类:具体问题：具体问题：应用这些基本原则
2、对各种不同的构件进行具体的设计和应用这些基本原则对各种不同的构件进行具体的设计和计算，并采取相应的构造措施使所设计的构件满足要求计算，并采取相应的构造措施使所设计的构件满足要求整理ppt3第二章 钢筋混凝土结构的基本计算原则 4h 任何一项结构设计都将面临可靠性和经济性两方面的问题，一般地说，结构的可靠性和经济性是相互矛盾的，科学的设计方法就是要使所设计的结构在可靠性和经济性两方面达到最佳的协调。度量结构可靠性的指标称为“可靠度”。使结构在可靠性和经济性两方面能够达到最佳协调的关键之一是要合理地选择结构必须达到的可靠度指标和采用科学的方法分析确定结构可能达到的可靠度；目前国际上已相当普遍地采用
3、以结构的失效概率为依据的概率极限状态设计法。整理ppt4 我国于1984年发布建筑结构设计统一标准GBJ 6884后(以后简称标准)(修订版为建筑结构可靠度设计统一标准GB 500682001)，1992年又颁发了工程结构可靠度设计统一标准GB 5015392。在这两本标准中，规定了结构设计均采用以概率理论为基础的极限状态设计方法，替代原规范采用的单一安全系数极限状态设计方法，并对极限状态设计原则和设计表达式等作出了统一规定。我国现行的混凝土结构设计规范GB50010-2002)和给水排水工程构筑物结构设计规范GB 50069-2002就是根据标准规定的原则制定的。本章将结合钢筋混凝土结构简要
4、地阐述以概率理论为基础的极限状态设计法。整理ppt5本章摘要本章摘要 本章主要介绍以本章主要介绍以概率理论为基础的极限状态设计方概率理论为基础的极限状态设计方法法的一些基本知识的一些基本知识,是学习本课程及其他结构设计类课是学习本课程及其他结构设计类课程的理论基础。由于内容涉及新的概念和名词术语较多程的理论基础。由于内容涉及新的概念和名词术语较多,又牵涉到数理统计和概率论方面的内容又牵涉到数理统计和概率论方面的内容,有一定的难度有一定的难度,需要逐渐克服需要逐渐克服.极限状态设计原则这一节极限状态设计原则这一节,讨论的是关于讨论的是关于建筑结构设计和安全度的基本内容和定义建筑结构设计和安全度的
5、基本内容和定义,也是砌体结也是砌体结构构,钢结构等其他建筑结构的设计原则钢结构等其他建筑结构的设计原则,要加以领会和理要加以领会和理解解.对于荷载和材料强度的取值对于荷载和材料强度的取值,要求能懂得要求能懂得,理解。对于理解。对于极限状态表达式极限状态表达式,要理解和掌握其内涵要理解和掌握其内涵,以便今后学习与以便今后学习与工作中能够正确运用工作中能够正确运用.整理ppt6给水排水工程构筑物结构设计规范GB 50069-2002 5 基本设计规定 5.1 一般规定 5.1.1 本规范采用以概率理论为基础的极限状态设计方法，以可靠指标度量结构构件的可靠度；按承载能力极限状态计算时，除对结构整体稳
6、定验算外均采用以分项系数的设计表达式进行设计。5.1.2 本规范采用的极限状态设计方法，对结构设计应计算下列两类极限状态:1 承载能力极限状态:应包括对结构构件的承载力(包括压曲失稳)计算、结构整体失稳(滑移及倾覆、上浮)验算。2 正常使用极限状态:应包括对需要控制变形的结构构件的变形验算，使用上要求不出现裂缝的抗裂度验算，使用上需要限制裂缝宽度的验算等。5.1.3 结构内力分析，均应按弹性体系计算，不考虑由非弹性变形所产生的塑性内力重分布。5.1.4 结构构件的截面承载力计算，应按我国现行设计规范混凝土结构设计规范GB 50010或砌体结构设计规范GB 50003、钢结构设计规范GB 500
7、17的规定执行。5.1.5 构筑物的地基计算(承载力、变形、稳定)，应按我国现行设计规范建筑地基基础设计规范GB 50007的规定执行。5.1.6 结构构件按承载能力极限状态进行强度计算时，结构上的各项作用均应采用作用设计值。作用设计值，应为作用分项系数与作用代表值的乘积。5.1.7 结构构件按正常使用极限状态验算时，结构上的各项作用均应采用作用代表值。5.1.8 对构筑物进行结构设计时，根据工程结构可靠度设计统一标准GB 50153的规定，应按结构破坏可能产生的后果的严重性确定安全等级，按二级执行。对重要工程的关键构筑物，其安全等级可提高一级执行，但应报有关主管部门批准或业主认可。整理ppt
8、7第二章第二章 钢筋混凝土结构的基本计算原则钢筋混凝土结构的基本计算原则 4h4h第一节 结构的功能要求和极限状态一.结构的功能要求1.1.结构安全级别结构安全级别 我国是根据建筑结构破坏时可能产生的后果严重与否，分为三个安全等级。见下表：安全等级一级二级三级 破坏后果建筑物的类型重要的建筑物一般的建筑物次要建筑物很严重严重不严重整理ppt82.2.结构的设计使用年限结构的设计使用年限,一般也称设计基准期一般也称设计基准期 定义：定义：房屋建筑和构筑物在正常设计、正常施工、正常使用和维房屋建筑和构筑物在正常设计、正常施工、正常使用和维 护护下所应达到的持久年限。结构的设计使用年限应按下表采用。
9、下所应达到的持久年限。结构的设计使用年限应按下表采用。类别类别 设设 计计 使使 用用 年限（年）年限（年）示示 例例 15 5临时性结构22525易于替换的结构构件35050普通房屋和构筑物4100100纪念性建筑和特别重要的建筑结构注意：结构的设计使用年限与使用寿命不等同。超过设计使用年限的注意：结构的设计使用年限与使用寿命不等同。超过设计使用年限的结构并不是一定不能继续使用，当需要继续使用时，根据结构的实际结构并不是一定不能继续使用，当需要继续使用时，根据结构的实际状态对其可靠度重新评估鉴定。状态对其可靠度重新评估鉴定。整理ppt9安全性安全性 Safety 结构在结构在正常施工、正常使
10、用情况下正常施工、正常使用情况下能承受可能出现的各能承受可能出现的各种种直接作用和间接作用直接作用和间接作用，如施加的荷载、外加变形、约束变，如施加的荷载、外加变形、约束变形，在偶然事件（如地震、校核洪水位等）发生时和发生后，形，在偶然事件（如地震、校核洪水位等）发生时和发生后，结构仍能结构仍能保持必需的承载力和稳定性保持必需的承载力和稳定性，不致发生倒塌或连续，不致发生倒塌或连续破坏而造成生命财产的严重损失。破坏而造成生命财产的严重损失。功能要求功能要求适用性适用性耐久性耐久性安全性安全性 设计任何一个建筑物或构筑物的结构时，在规定的使用期限内都应满足下述三方面的功能要求3.结构的功能要求整
11、理ppt10耐久性耐久性 Durability 结构在正常维护条件下应有足够的耐久性。完好使用到结构在正常维护条件下应有足够的耐久性。完好使用到。如，混凝土不发生碳化。如，混凝土不发生碳化、严重风化、腐蚀、严重风化、腐蚀、脱落，钢筋不发生锈蚀等。因为这些都将使结构的安全性和脱落，钢筋不发生锈蚀等。因为这些都将使结构的安全性和适用性逐渐下降而影响结构的使用年限。适用性逐渐下降而影响结构的使用年限。适用性适用性 Serviceability 结构在正常使用条件作用下具有结构在正常使用条件作用下具有良好的工作性能良好的工作性能。如结。如结构或构件应具有足够的刚度而不致发生影响使用的构或构件应具有足够
12、的刚度而不致发生影响使用的过大变形过大变形或振动或振动，不发生足以让使用者感到不安的过宽的裂缝等，贮，不发生足以让使用者感到不安的过宽的裂缝等，贮液构筑物如水池、水塔、管道及井筒等不应出现导致漏水的液构筑物如水池、水塔、管道及井筒等不应出现导致漏水的贯通贯通裂缝裂缝(通缝通缝)和应具有必要的和应具有必要的抗渗性抗渗性。整理ppt11（1 1）定义）定义整个结构或结构的一部分整个结构或结构的一部分，超过某一特定状态就，超过某一特定状态就不能满足不能满足设计规定的某一功能（安全性、适用性、耐久性）要求，该特设计规定的某一功能（安全性、适用性、耐久性）要求，该特定状态称为该定状态称为该功能的极限状态
13、功能的极限状态。极限状态极限状态承载力极限状态承载力极限状态正常使用极限状态正常使用极限状态二.结构功能的极限状态 Limit State 能完成预定的各项功能时，结构处于能完成预定的各项功能时，结构处于有效状态有效状态；反之，则；反之，则处于处于失效状态失效状态，有效状态和失效状态的分界有效状态和失效状态的分界，称为，称为极限状态极限状态，是结构开始失效的标志。是结构开始失效的标志。整理ppt12（2 2）分类）分类 1 1）承载力能力极限状态承载力能力极限状态 Ultimate Limit State 这种极限状态对应于结构或结构构件达到最大承载这种极限状态对应于结构或结构构件达到最大承载
14、能力或其变形达到不适于继续承载的变形。承载能力极限能力或其变形达到不适于继续承载的变形。承载能力极限状态主要考虑关于状态主要考虑关于结构安全性结构安全性的功能。的功能。整理ppt13当结构或结构构件出现下列状态之一时，即认为超过了当结构或结构构件出现下列状态之一时，即认为超过了承载能力极限状态承载能力极限状态：结构构件或连接因材料结构构件或连接因材料强度不够而破坏；强度不够而破坏；整个结构或结构的一部整个结构或结构的一部分作为刚体失去平衡（如分作为刚体失去平衡（如倾覆、倾覆、滑移滑移等）；等）；结构转变为机动体系；结构转变为机动体系；结构或结构构件丧失稳结构或结构构件丧失稳定（如柱子被压曲等）
15、。定（如柱子被压曲等）。地基丧失承载能力而破地基丧失承载能力而破坏（如失稳等）坏（如失稳等）（超静定结构中出现足够多塑性铰）（超静定结构中出现足够多塑性铰）在设计中，对所有结构或构件均应在设计中，对所有结构或构件均应根据根据承载能力极限状态承载能力极限状态进行计算进行计算整理ppt142 2）正常使用极限状态正常使用极限状态 Serviceability Limit State 正常使用极限状态对应于结构或结构构件达到正正常使用极限状态对应于结构或结构构件达到正常使用或耐久性能的某项规定限值。这一状态对应于常使用或耐久性能的某项规定限值。这一状态对应于适用性适用性或耐久性或耐久性的功能。的功能
16、。整理ppt15 当结构或结构构件出现下列状态之一时，即认为超当结构或结构构件出现下列状态之一时，即认为超过了过了正常使用极限状态正常使用极限状态：影响正常使用或外观的变形影响正常使用或外观的变形（影响非结构构件、不（影响非结构构件、不安全感、不能正常使用（吊车）等）安全感、不能正常使用（吊车）等）；影响正常使用或耐久性能的局部损坏（包括裂缝，影响正常使用或耐久性能的局部损坏（包括裂缝，导致导致钢筋锈蚀、影响不安全感、漏水等钢筋锈蚀、影响不安全感、漏水等）；）；影响正常使用的振动影响正常使用的振动（影响使用、不舒适）（影响使用、不舒适）；影响正常使用的其他特定状态等。影响正常使用的其他特定状态
17、等。通常的设计计算程序是先按通常的设计计算程序是先按承载能力极限状态承载能力极限状态设计设计结构构件，而后按结构构件，而后按正常使用极限状态正常使用极限状态进行验算进行验算。整理ppt16定义：使结构产生内力或变形的原因称为“作用”。作作用用分分类类直接作用直接作用间接作用间接作用荷载（集中力或分布荷载）荷载（集中力或分布荷载）混凝土收缩、温度变化、基础的混凝土收缩、温度变化、基础的差异沉降、地震等引起结构外加差异沉降、地震等引起结构外加变形或约束的原因。变形或约束的原因。第二节 结构上的作用、作用效应及结构抗力和功能函数一.结构上的作用和作用效应按按“原因不原因不同同”分为分为整理ppt17
18、作作用用的的分分类类又称恒荷载，在结构设计使用期间，其值不又称恒荷载，在结构设计使用期间，其值不随时间而变化，或其变化与平均值相比可以随时间而变化，或其变化与平均值相比可以忽略的荷载，忽略的荷载，如结构的自重、土压力，固定如结构的自重、土压力，固定设备，设备，构筑物内部的盛水压力、结构的预加应力、地基的不均匀沉降等；等；又称活荷载，在结构设计使用期间其值随时又称活荷载，在结构设计使用期间其值随时间而变化，间而变化，如楼面堆放荷载、吊车荷载、静如楼面堆放荷载、吊车荷载、静水压力、风荷载、雪荷载、水压力、风荷载、雪荷载、地表或地下水的压力(侧压力、浮托力)、流水压力、融冰压力、结构构件的温、湿度变
19、化作用等；等；在结构设计基准期内不一定出现，一旦出现，在结构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，其值很大且持续时间很短的荷载，如爆炸力、如爆炸力、撞击力等；撞击力等；按随时间的变异性和出现的可能性（按随时间的变异性和出现的可能性（按作用时间的长短和性质，按作用时间的长短和性质，作用分为三类）作用分为三类）：永久作用永久作用GPermanent load可变作用可变作用QVariable load偶然作用偶然作用Accidental load整理ppt184 结构上的作用 4.1 作用分类和作用代表值 4.1.1 结构上的作用可分为三类:永久作用、可变作用和偶然作用。
20、4.1.2 永久作用应包括:结构和永久设备的自重、土的竖向压力和侧向压力、构筑物内部的盛水压力、结构的预加应力、地基的不均匀沉降。4.1.3 可变作用应包括:楼面和屋面上的活荷载、吊车荷载、雪荷载、风荷载、地表或地下水的压力(侧压力、浮托力)、流水压力、融冰压力、结构构件的温、湿度变化作用。4.1.4 偶然作用，系指在使用期间不一定出现，但发生时其值很大且持续时间较短，例如高压容器的爆炸力等，应根据工程实际情况确定需要计入的偶然发生的作用。给水排水工程构筑物结构设计规范：GB 50069-2002 整理ppt19荷荷载载的的分分类类在空间位置上具有固定的分布。在空间位置上具有固定的分布。如结如
21、结构构件自重、楼面上的固定设备；构构件自重、楼面上的固定设备；在结构空间位置上的一定范围内可以在结构空间位置上的一定范围内可以任意分布。任意分布。如楼面上的人群荷载、厂如楼面上的人群荷载、厂房结构上的吊车荷载等；房结构上的吊车荷载等；按空间位置的变异按空间位置的变异分为两类分为两类：固定荷载固定荷载自由荷载自由荷载整理ppt20荷荷载载的的分分类类不使结构或构件产生加速度或产生的不使结构或构件产生加速度或产生的加速度可以忽略不计，加速度可以忽略不计，如结构的自重、如结构的自重、一般民用建筑的楼面活荷载等；一般民用建筑的楼面活荷载等；使结构或构件产生不可忽略的加速度，使结构或构件产生不可忽略的加
22、速度，如吊如吊车荷载、设备振动、作用在高耸结构如高层车荷载、设备振动、作用在高耸结构如高层建筑、烟囱或水塔上的风荷载等；建筑、烟囱或水塔上的风荷载等；按结构的反应按结构的反应分为两类分为两类：静态荷载静态荷载动态荷载动态荷载整理ppt21作用效应：作用效应：结构上的作用结构上的作用使结构产生的内力使结构产生的内力(如轴力如轴力,弯矩弯矩,剪力剪力,扭矩等扭矩等)、变、变形形(转角转角,挠度挠度)、裂缝等通称为、裂缝等通称为作用效应或荷载效应作用效应或荷载效应S。Action(Load)Effect 二二.荷载效应（荷载效应（作用效应）作用效应）S和结构抗力和结构抗力R 结构构件的抗力：结构构件
23、的抗力：结构结构承受外加荷载的能力承受外加荷载的能力（及抵抗结构的内力和变形的能力，如（及抵抗结构的内力和变形的能力，如构件的承载能力、裂缝和变形限值等）称为构件的承载能力、裂缝和变形限值等）称为结构抗力结构抗力R，取决于，取决于材料的强度、截面尺寸和特征材料的强度、截面尺寸和特征及及计算模式计算模式等等。Resistant其中材料性能是决定结构抗力的主要因素。其中材料性能是决定结构抗力的主要因素。qCqlqlM 228181C 作用效应系数整理ppt22三三.结构设计中的不确定性结构设计中的不确定性 2)(81lqgMa.恒载恒载 g与构件尺寸、材料容重等有关与构件尺寸、材料容重等有关b.活
24、载活载 q的数值是随时在变化的的数值是随时在变化的c.计算跨度计算跨度 l 的不准确的不准确 bfAfhAfMcsysyu5001.a.材料强度材料强度 fy 和和 fc 的离散的离散b.截面尺寸截面尺寸h0和和 b 的施工误差的施工误差c.1 1 的随机性的随机性uMM 结构不一定安全（可靠）结构不一定安全（可靠）!g+q虽然设计保证虽然设计保证Undetermined Factors in Design整理ppt23结构或构件能否完成预定功能与结构的作用效应S与结构的抗力R有关。Z=R S由此可采用结构的功能函数 来描述结构完成预定功能的状况。因抗力R和S均具有随机性，所以只能用功能函数Z
25、的概率来描述。四、结构的功能函数四、结构的功能函数整理ppt24可靠概率有多大？Z 0，即RS 结构可靠Z=0，即R=S 结构处于极限状态。即RS 结构失效Z 0,或或S R 可靠可靠 Z=R-S=0,或或S=R 极限状态极限状态Z=R-S R 失效失效极限状态方程极限状态方程Z=0或或R-S=0RSZ0可靠区功能函数功能函数 Z =R -S),(21nXXXgZ时当,),(021 nXXXgZ结构已达极限状态，称为结构已达极限状态，称为极限状态方程极限状态方程。Z=R-S=g(R,S)0 称为称为“极限状态方程极限状态方程”,它是结构失效的标准它是结构失效的标准.结构功能函数的一般表达式为结
26、构功能函数的一般表达式为整理ppt26 结构的可靠性结构的可靠性 reliability结构可靠性的定义是：结结构可靠性的定义是：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。构在规定的时间内，在规定的条件下，完成预定功能的能力。可见结构可靠性实质上是关于结构安全性，适用性和耐久性的可见结构可靠性实质上是关于结构安全性，适用性和耐久性的概称（总概称（总 称）。称）。结构可靠度结构可靠度结构在规定时间内，在结构在规定时间内，在规定条件规定条件下，完成下，完成预定功能的概率。预定功能的概率。规定条件规定条件指正常设计、正常施工、正常使用和正常维护指正常设计、正常施工、正常使用和正常维护，
27、不包括错误设计、错误施工和违反原来规定的使用情况。不包括错误设计、错误施工和违反原来规定的使用情况。一、结构的可靠性和可靠度的概念第三节 结构的可靠度和可靠指标整理ppt27结构的可靠度是结构可靠性的概率度量，即对结构可靠结构的可靠度是结构可靠性的概率度量，即对结构可靠性的定量描述。性的定量描述。注意注意1 1：结构可靠度与结构使用年限长短有关。结构可靠度与结构使用年限长短有关。统一统一标准标准以结构的设计使用年限为计算结构可靠度的时间基准。以结构的设计使用年限为计算结构可靠度的时间基准。注意注意2 2：结构的设计使用年限虽与结构使用寿命有联系，结构的设计使用年限虽与结构使用寿命有联系，但不等
28、同。当结构的使用年限超过设计使用年限后，并不意但不等同。当结构的使用年限超过设计使用年限后，并不意味着结构就要报废，但其可靠度将逐渐降低。味着结构就要报废，但其可靠度将逐渐降低。结构可靠性越高，建设造价投资越大。如何在结构可靠与经济之间取得均衡，就是设计方法要解决的问题。整理ppt28承载力能力极限状态承载力能力极限状态结构的安全性结构的安全性正常使用极限状态正常使用极限状态结构的适用性和耐久性结构的适用性和耐久性可靠水平高可靠水平高可靠水平低可靠水平低结构设计程序整理ppt29以概率理论为基础的极限状态设计法：以概率理论为基础的极限状态设计法：本质是将本质是将荷载效应荷载效应S及及结构抗力结
29、构抗力R看作是看作是两个随机变量两个随机变量应用应用概率论和数理统计概率论和数理统计的理论去研究结构的可靠度。的理论去研究结构的可靠度。0 0 SR SR以概率论为基础的设计方法分为三个水准：以概率论为基础的设计方法分为三个水准：水准水准半经验半概率法；半经验半概率法；水准水准近似概率法；近似概率法；水准水准全概率法。全概率法。整理ppt30二二.失效概率失效概率 失效失效指指结构或结构的一部分结构或结构的一部分不能满足不能满足设计所规定设计所规定的的某一功能要求某一功能要求，即，即达到或超过了达到或超过了承载能力极限状态承载能力极限状态或或正常使用极限状态正常使用极限状态中的某一极限。中的某
30、一极限。失效概率失效概率指指结构结构处于失效状态下的概率结构结构处于失效状态下的概率pf。Probability of failure整理ppt31重叠区的大小反映了抗力重叠区的大小反映了抗力R和荷载效应和荷载效应S之间的概率关之间的概率关系，即结构的失效概率系，即结构的失效概率 从结构安全的角度，从结构安全的角度，提高提高结构构件的结构构件的抗力抗力R，减小减小抗力抗力R和荷载效应和荷载效应S的的离散程度离散程度，可以，可以提高提高结构的结构的可靠程度可靠程度，即，即提高提高R S，减小减小R、S可使可使失效概率降低失效概率降低。f(r,s)S，RSRSRmR-mS 标准差标准差S、R 平均
31、值分别平均值分别为为S、R 结构的效应结构的效应S 及 结 构 的及 结 构 的抗力抗力R均 符均 符合正态分布合正态分布整理ppt32 f(Z)bszmzpfZ=R-SZ0则则pf=P(Z0)=P(R S)0)(dzZf设设S、R都服从正态分布，平均值为都服从正态分布，平均值为S、R，标准差，标准差S、R。令令 Z=R-S因此结构的功能函因此结构的功能函数数Z也是符合正态也是符合正态分布的随机变量分布的随机变量结构处于可靠状态下的概率，称为可靠概率结构处于可靠状态下的概率，称为可靠概率ps，ps=1-pf。图中图中Z0部分部分(阴影阴影)面积即为失效概率面积即为失效概率pf f(Z)概率密度
32、函数概率密度函数整理ppt33图2-1fz(Z)pfszbsbszmzZ pf 计算复杂，但(由图看出)均值mZ向右移pf减小，可靠度加大。令ZZsmbb 越大，Pf 越小，结构越可靠。故称 为可靠度指标。b b三、可靠指标22SRZSRZsssmmmZZfpsmb22SRSRssmmreliability index整理ppt34在确定结构的可靠指标在确定结构的可靠指标b b 时，应该使结构的失效概率降低时，应该使结构的失效概率降低到人们可以接受的程度，做到既安全可靠又经济合理。到人们可以接受的程度，做到既安全可靠又经济合理。统一标准规定：b 的取值与构件的破坏类型及结构的重要性有关。b b
33、 四、结构目标可靠指标b b 称为可靠指标，与失效概率称为可靠指标，与失效概率pf之间有一一对应的关系。之间有一一对应的关系。结构按极限状态设计时，要保证其完成预定功能的概率不结构按极限状态设计时，要保证其完成预定功能的概率不低于某一允许水平而要求设计所达到的可靠指标，称为低于某一允许水平而要求设计所达到的可靠指标，称为目标可目标可靠指标靠指标b。整理ppt35前面已定义过前面已定义过 结构安全级别结构安全级别 我国是根据建筑结构破坏时可能产生的后果严重与否，分为三个安全等级。见下表：安全等级一级二级三级破坏后果的影响程度 建筑物的类型重要的建筑物一般的建筑物次要建筑物很严重严重不严重整理pp
34、t363、与破坏性质有关；由于结构与破坏性质有关；由于结构延性破坏延性破坏和和脆性破坏脆性破坏的性质的性质不同，前者有不同，前者有明显预兆明显预兆，可及时采取补救措施，目标可靠指标，可及时采取补救措施，目标可靠指标可定的可定的稍低一些稍低一些；后者为突发性破坏，破坏前；后者为突发性破坏，破坏前无明显预兆无明显预兆，目，目标可靠指标应标可靠指标应定的高一些定的高一些。破坏类型破坏类型安全等级安全等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结构构件承载力极限状态的目标可靠指标结构构件承载力极限状态的目标可靠指标
35、 确定确定 的原则的原则1、建立在对原规范校准的基础上；、建立在对原规范校准的基础上；2、与结构安全级别有关；与结构安全级别有关；4、与不同的极限状态有关。与不同的极限状态有关。整理ppt37第四节 荷载的代表值和材料强度的标准值及设计值 结构设计时，对不同的作用应采用不同的代表值结构设计时，对不同的作用应采用不同的代表值:对永久作用，应采用标准值作为代表值；对永久作用，应采用标准值作为代表值；对可变作用，应根据设计要求采用标准值、组合值或准对可变作用，应根据设计要求采用标准值、组合值或准永久值作为代表值。永久值作为代表值。作用的标准值，应为设计采用的基本代表值。作用的标准值，应为设计采用的基
36、本代表值。又称恒荷载，在结构设计使用期间，其值不随时间而又称恒荷载，在结构设计使用期间，其值不随时间而变化，或其变化与平均值相比可以忽略的荷载。变化，或其变化与平均值相比可以忽略的荷载。又称活荷载，在结构设计使用期间其值随时间而变化。又称活荷载，在结构设计使用期间其值随时间而变化。在结构设计基准期内不一定出现，一旦出现，其值很大且在结构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。持续时间很短的荷载。按随时间的变异性和出现的可能性（按随时间的变异性和出现的可能性（按作用时间的长短和性质，按作用时间的长短和性质，作用分为三类）作用分为三类）：永久作用永久作用G、可变作用可变作用
37、Q、偶然作用偶然作用永久作用永久作用G可变作用可变作用Q偶然作用偶然作用整理ppt381.定义定义 作用标准值是作用的作用标准值是作用的基本代表值基本代表值。将将作用（作用（荷载）视荷载）视为随机变量，采用数理统计的方法加以处理而得到的为随机变量，采用数理统计的方法加以处理而得到的具有一定具有一定概率概率的的最大作用值最大作用值称为作用的标准值称为作用的标准值S Sk k。可理解为结构构件在。可理解为结构构件在使用期间的正常情况下可能出现的最大作用值。使用期间的正常情况下可能出现的最大作用值。f(S)SSkv1vsss)1(sssssskSmsm数。作用标准值的保证率系；作用的变异系数，作用的
38、统计标准差；作用的统计平均值；sssssss m ms s s sm m分位值。保证率的于具有，此时作用标准值相当950956451.%.s（一）.作用作用的标准值SkCharacteristic Value一一、荷载的代表值、荷载的代表值sm整理ppt392.2.确定确定.结构自重的标准值，可按结构构件的设计尺寸与相应结构自重的标准值，可按结构构件的设计尺寸与相应材料的重力密度计算确定。对常用材料和构件，其重力密材料的重力密度计算确定。对常用材料和构件，其重力密度可按现行度可按现行建筑结构荷载规范建筑结构荷载规范GB 50009GB 5000920012001的规定采用。永久性设备的自重标准
39、值、可按该设备的样本提供的永久性设备的自重标准值、可按该设备的样本提供的数据采用。数据采用。.可变作用常与时间有关，在缺少大量统计材料的条件可变作用常与时间有关，在缺少大量统计材料的条件下，下，可变作用标准值可变作用标准值可近似按随机变量来考虑；可近似按随机变量来考虑；给水排水工程构筑物结构设计规范 GB 50069-2002 中规定 4.3.1 构筑物楼面和屋面的活荷载及其准永久值系数，应按表4.3.1采用。4.3.2 吊车荷载、雪荷载、风荷载的标准值及其准永久值系数，应按建筑结构荷载规范GB 50009的规定采用。整理ppt404.3.1 构筑物楼面和屋面的活荷载及其准永久值系数，应按表4
40、.3.1采用。4.3.2 吊车荷载、雪荷载、风荷载的标准值及其准永久值系数，应按建筑结构荷载规范GB 50009的规定采用。整理ppt41 可变作用的可变作用的最大值并非长期作用于结构最大值并非长期作用于结构之上，在考虑作用之上，在考虑作用长期效应组合时，应对其长期效应组合时，应对其标准值进行折减标准值进行折减。可变作用的准永久。可变作用的准永久值指可变作用在结构设计基准期内值指可变作用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。q准永久值系数。准永久值系数。准永久值主要用于考虑荷载长期效应的影响。准永久值主要用于考虑荷载长期效应的影响。（三）.可变作用作用准永久值Quasi-
41、permanent ValuekqQ 当结构构件承受当结构构件承受两种或两种以上两种或两种以上的可变作用时，各种可变的可变作用时，各种可变作用作用不可能同时以其最大值（标准值）出现不可能同时以其最大值（标准值）出现，除一个主要可变除一个主要可变作用外，作用外，其余可变其余可变作用应在标准值作用应在标准值上乘以小于上乘以小于1的组合值系数的组合值系数对对可变作用标准值进行折减可变作用标准值进行折减(组合值系数组合值系数 c=0.9)。（二）.可变作用组合值kcQCombination Value整理ppt42 频遇值主要用于正常使用极限状态的频遇组合中。频遇值主要用于正常使用极限状态的频遇组合中
42、。可变作用在设计基准期内被超越的总时间仅为设计基准期可变作用在设计基准期内被超越的总时间仅为设计基准期一小部分的作用值；或在设计基准期内其超越频率为某一给定一小部分的作用值；或在设计基准期内其超越频率为某一给定频率的作用值。频率的作用值。频遇值系数频遇值系数 f。（四）.可变作用频遇值kfQFrequent value 整理ppt43)1(ffffkfmsm ff5fk1.645sf。材料强度的保证率系数；材料强度的变异系数，差；材料强度的统计标准；材料强度的统计平均值mssmffffff分位值。保证率的相当于具有，此时材料强度标准值050956451.%.二二.材料强度的标准值材料强度的标准
43、值f fk kfm整理ppt44（一）.混凝土的强度标准值1、混凝土立方体抗压强度标准值、混凝土立方体抗压强度标准值fcuk)645.11(645.1cucucucuffffcukfmsm.cucucucucucuffffffmssm的变异系数，混凝土立方体抗压强度度的统计标准差；混凝土立方体抗压强的统计平均值；混凝土立方体抗压强度例如：平均值例如：平均值2/39mmNcufm变异系数变异系数 则则14.0cuf立方体抗压强度标准值为立方体抗压强度标准值为2/30)14.0645.11(39)645.11(mmNfcucuffcukm整理ppt452、混凝土轴心抗压强度标准值、混凝土轴心抗压强
44、度标准值fckcucffmm76.0试验结果试验结果cucucfffmmm67.076.088.0实际构件实际构件轴心抗压强度标准值轴心抗压强度标准值fck)645.11(645.1167.0)645.11(67.0)645.11(ccuccuccffcukffffckffmm假定假定ccuffcukckff67.0kcuccckff,2188.0整理ppt463、混凝土轴心抗拉强度标准值、混凝土轴心抗拉强度标准值ftk（二）.钢筋强度标准值 热轧钢筋抗拉强度标准值用热轧钢筋抗拉强度标准值用fyk表示。表示。规范规范取国家冶取国家冶金局标准规定的钢筋出厂检验的金局标准规定的钢筋出厂检验的废品限
45、制废品限制作为钢筋强度的标作为钢筋强度的标准值，其准值，其保证率不小于保证率不小于95%，实为，实为97.73%。0.450.55,20.88 0.3951 1.645tkcu kff).(yyyyffffykf m m s sm m021 预应力钢绞线、钢丝和热处理钢筋的强度标准值根据预应力钢绞线、钢丝和热处理钢筋的强度标准值根据极极限抗拉强度限抗拉强度 用用fptk表示。表示。bs整理ppt47（三）（三）.材料强度的设计值材料强度的设计值混凝土和钢筋强度分项系数混凝土和钢筋强度分项系数 c、s则则 材料强度设计值材料强度设计值sykyctktcckcffffff钢筋混凝土,混凝土：混凝土
46、：c=1.4HPB235级钢筋：级钢筋：s1.10HRB335，HRB400，RRB400级钢筋：级钢筋：s1.10整理ppt48整理ppt49整理ppt50第五节第五节 给水排水工程构筑物结构设计规范给水排水工程构筑物结构设计规范实用设计表达式实用设计表达式 针对直接采用可靠指标针对直接采用可靠指标 进行设计的复杂性和进行设计的复杂性和困难性，提出了困难性，提出了实用设计表达式实用设计表达式。该方法。该方法不用单一的安全不用单一的安全系数系数的表达式，而是将影响结构安全的因素（荷载、材料的表达式，而是将影响结构安全的因素（荷载、材料、截面尺寸、计算方法等）视为、截面尺寸、计算方法等）视为随机
47、变量随机变量，应用数量统计，应用数量统计的概率方法进行分析，采用以的概率方法进行分析，采用以荷载和材料强度的标准值荷载和材料强度的标准值以以及相应的及相应的“分项系数分项系数”来表达的方式。来表达的方式。原因：原因：概率极限状态设计法计算繁复，某些统计数据也不齐全。概率极限状态设计法计算繁复，某些统计数据也不齐全。对于一般常见的工程结构，直接采用可靠指标进行设计有难对于一般常见的工程结构，直接采用可靠指标进行设计有难度，而且眼下也没必要。度，而且眼下也没必要。由于设计人员以往已习惯于采用安全系数这种形式来进由于设计人员以往已习惯于采用安全系数这种形式来进行计算，因此，行计算，因此，建筑结构设计
48、统一标准建筑结构设计统一标准提出了一种便提出了一种便于实际使用的设计表达式，即实用设计表达式。于实际使用的设计表达式，即实用设计表达式。整理ppt51实用设计基本表达式 采用概率极限状态方法用可靠指标进行设计，需要大量的统计数据，且当随机变量不服从正态分布、极限状态方程是非线性时，计算可靠指标比较复杂。对于一般常见的工程结构，直接采用可靠指标进行设计工作量大，有时会遇到统计资料不足而无法进行的困难。考虑到多年来的设计习惯和实用上的简便，建筑结构设计统一标准提出了便于实际使用的设计表达式，称为实用设计表达式。实用设计表达式把荷载、材料、截面尺寸、计算方法等视为随机变量，应用数理统计的概率方法进行
49、分析，采用了以荷载和材料强度的标准值分别与荷载分项系数和材料分项系数相联系的荷载设计值、材料强度设计值来表达的方式。这样，既考虑了结构设计的传统方式，又避免设计时直接进行概率方面的计算。分项系数按照目标可靠指标 值(或确定的结构失效概率 pf值)，并考虑工程经验优选确定后，将其隐含在设计表达式中。所以，分项系数已起着考虑目标可靠指标的等价作用。1,1 ,00RsRkksRRSS整理ppt52根据极限状态设计法，用结构的失效概率根据极限状态设计法，用结构的失效概率Pf 来衡量结构的可靠度概念十分明确，用可靠指标来衡量结构的可靠度概念十分明确，用可靠指标b b 表示与表示与Pf一一对应关系更容易为
50、人们接受。在实一一对应关系更容易为人们接受。在实用表达式中，是由结构的破坏形态和安全等级与用表达式中，是由结构的破坏形态和安全等级与工程经验校准确定的分项等效来满足可靠度指标工程经验校准确定的分项等效来满足可靠度指标要求的。要求的。G,Q,s,c,中隐含着可靠度指标中隐含着可靠度指标b b。整理ppt53前述内容带入RS ffpp SkSS 作用效应设计值，作用效应设计值，S作用效应分项系数作用效应分项系数kRRR 结构抗力设计值，结构抗力设计值，R结构抗力分项系数结构抗力分项系数考虑到结构安全等级的差异，其目标可靠指标应作相应提高或降低，故引入结构重要性系数 0，由此可得0SR 0kskRR
