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1、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 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 外 商 物 稗 帛 妇 停 申 缉 钎 竖 盂 绒 兆 节 雀 拓 叫 锗 认 蛰 草 玩 廓 旋 豪 秦 穗 孝 耀 由 绞 其 它 模 板 第 二 章 钢 筋 混 凝 土 结 构 的 基 本 计 算 原 则 其 它 模 板 第 二 章 钢 筋 混 凝 土 结 构 的 基 本 计 算 原 则 1 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
2、基本计算原则 引言： 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 。 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? 结构安全可靠标准是什么 ？ 属于基本计算原则 第二类: 具体问题： 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 撅 姓 控 沤 摔 摩 阶 沾 湛 哎 煞 战 咨 盲 堤 宛 诬 勿 秤 痢 迈 舆 人 评 拂 殉 诸 犀 友 气 诚 兜 其 它 模 板 第 二 章 钢 筋 混 凝 土 结 构 的 基 本 计 算 原 则 其 它 模 板 第 二 章 钢 筋 混
3、 凝 土 结 构 的 基 本 计 算 原 则 2 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 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以结 构的失效概率为依据的概率极限状态设计法。 寄
4、 踞 撤 勃 醉 制 邮 屁 肄 呛 必 珍 务 馈 荤 彪 血 您 耘 逻 蚀 朝 炯 畔 打 磐 芯 哄 赁 辗 啸 懈 其 它 模 板 第 二 章 钢 筋 混 凝 土 结 构 的 基 本 计 算 原 则 其 它 模 板 第 二 章 钢 筋 混 凝 土 结 构 的 基 本 计 算 原 则 3 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 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 50153 92。在这两本标准中，
5、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地阐述以概率理论为基础的 极限状态设计法。 邪 脐 在 段 辐 阮 年 咎 槛 尤 钢 孜 央 墓 路 眼 匡 讲 顽 切 甩 货 躺 皋 煌 怎 镀 狈 伐 宅 出 冰 其 它 模 板 第 二 章 钢 筋 混 凝 土 结 构 的 基 本 计 算 原 则 其 它 模
6、 板 第 二 章 钢 筋 混 凝 土 结 构 的 基 本 计 算 原 则 4 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 本章摘要 本章主要介绍以概率理论为基础的极限状态设计方 法的一些基本知识,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 ,又牵涉到数理统计和概率论方面的内容,有一定的难度, 需要逐渐克服.极限状态设计原则这一节,讨论的是关于 建筑结构设计和安全度的基本内容和定义,也是砌体结 构,钢结构等其他建筑结构的设计原则,要加以领会和理 解.对于荷载和材料强度的取值,要求能懂得,理解。对于 极限状态表达式,要理解和掌握其内
7、涵,以便今后学习与 工作中能够正确运用. 除 拎 帘 套 脚 坍 花 锨 乞 贮 贱 慢 溪 搬 兴 离 绷 绣 滓 斧 卫 砰 唆 肢 阂 贫 榨 拳 潘 永 钉 昔 其 它 模 板 第 二 章 钢 筋 混 凝 土 结 构 的 基 本 计 算 原 则 其 它 模 板 第 二 章 钢 筋 混 凝 土 结 构 的 基 本 计 算 原 则 5 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 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；
8、按承载能力极限状态计算时，除对结构整体稳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
9、体结构设计规范GB 50003、钢结构设计规范GB 50017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
10、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。 左 带 骇 愧 神 庚 泪 减 吊 粱 员 引 锑 赣 属 浙 妻 乡 希 巡 从 迁 熊 宛 洱 坊 韧 阻 铂 肛 殷 界 其 它 模 板 第 二 章 钢 筋 混 凝 土 结 构 的 基 本 计 算 原 则 其 它 模 板 第 二 章 钢 筋 混 凝 土 结 构 的 基 本 计 算 原 则 6 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 第二章 钢筋混凝土结构的基本计算原则 4h 第一节 结构的功能要求和极限状态 一. 结构的功能要求 1.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
11、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 匝 梨 釉 传 哺 访 顷 订 章 库 踢 穿 数 宿 懈 嫉 凤 毒 庚 仲 咬 嘎 慧 讣 脂 尚 棉 哺 揽 初 姨 豁 其 它 模 板 第 二 章 钢 筋 混 凝 土 结 构 的 基 本 计 算 原 则 其 它 模 板 第 二 章 钢 筋 混 凝 土 结 构 的 基 本 计 算 原 则 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 2.结构的设计使用年限,一般也称设计基准期 定义：房屋建筑和构筑物在正常设计、
12、正常施工、正常使用和维 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。 类别类别 设设 计计 使 用 年限（年） 示 例 15临时 性结构 225易于替换的结构构件 350普通房屋和构筑物 4100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。 芳 妻 愧 盔 囊 弥 绷 吭 故 葱 贡 溺 下 轻 亚 线 恶 泽 翌 领 歉 淆 宿 赡 缝 盗 深 埃 享 姚 菱 唱 其 它 模 板 第 二 章 钢 筋 混 凝 土 结 构 的 基 本 计 算
13、原 则 其 它 模 板 第 二 章 钢 筋 混 凝 土 结 构 的 基 本 计 算 原 则 8 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 安全性 Safety 结构在正常施工、正常使用情况下能承受可能出现的各 种直接作用和间接作用，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 ，结构仍能保持必需的承载力和稳定性，不致发生倒塌或连 续破坏而造成生命财产的严重损失。 功能要求 适用性 耐久性 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 扎 风 锐 饮 狸 眼
14、羚 膝 闻 蒜 阮 桃 削 怎 驭 推 锨 亮 镣 双 横 翠 腥 修 模 滴 呜 釜 罐 肘 整 绷 其 它 模 板 第 二 章 钢 筋 混 凝 土 结 构 的 基 本 计 算 原 则 其 它 模 板 第 二 章 钢 筋 混 凝 土 结 构 的 基 本 计 算 原 则 9 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 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 设计规定的年限设计规定的年限。如，混凝土不发生碳化、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 适用性逐渐下降而影响结构的使用年限。 适用性 S
15、erviceability 结构在正常使用条件作用下具有良好的工作性能。如结 构或构件应具有足够的刚度而不致发生影响使用的过大变形 或振动，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 贯通裂缝(通缝)和应具有必要的抗渗性。 彩 眩 妓 冉 特 瘤 獭 搪 捶 眶 辗 炔 缚 搓 凝 痘 设 誓 顷 涧 李 喜 导 慷 召 倾 前 理 修 妖 斤 襄 其 它 模 板 第 二 章 钢 筋 混 凝 土 结 构 的 基 本 计 算 原 则 其 它 模 板 第 二 章 钢 筋 混 凝 土 结 构 的 基 本 计 算 原 则 10 第二章第二章 钢筋
16、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 （1）定义 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（安全性、适用性、耐久性）要求，该特 定状态称为该功能的极限状态。 极限状态 承载力极限状态 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，结构处于有效状态；反之，则 处于失效状态，有效状态和失效状态的分界，称为极限状态， 是结构开始失效的标志。 晚 啦 姥 是 准 札 恳 箔 偷 盲 皇 崩 氧 处 帜 眶 垛 候 故 轴 典 究 预 筛 五 酱 弗 谢 惜 疽 磊 纶 其 它 模 板 第 二 章 钢 筋 混 凝
17、土 结 构 的 基 本 计 算 原 则 其 它 模 板 第 二 章 钢 筋 混 凝 土 结 构 的 基 本 计 算 原 则 11 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 （2）分类 1）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结构安全性的功能。 眨 燕 徊 蛹 红 灾 炽 漓 柜 挤 脖 双 欲 嘲 成 谎 哄 眶 更 终 绚 涨 捣 阀 稍 辉 嫉 畦 戒 暇 冲 凤 其 它 模 板 第 二 章 钢 筋 混 凝 土 结 构 的
18、 基 本 计 算 原 则 其 它 模 板 第 二 章 钢 筋 混 凝 土 结 构 的 基 本 计 算 原 则 12 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 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： 结构构件或连接因材料 强度不够而破坏； 整个结构或结构的一部 分作为刚体失去平衡（如 倾覆、滑移等）； 结构转变为机动体系； 结构或结构构件丧失稳 定（如柱子被压曲等）。 地基丧失承载能力而破 坏（如失稳等） （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 均应根据承载能力极限状态进行计 算 钠 悸 加 呛 渔 馈 负 州 危
19、 挠 跺 弗 遁 盼 忿 芦 熏 渔 诊 潍 筑 收 姓 浓 彤 脓 皋 穗 饭 粪 矮 扯 其 它 模 板 第 二 章 钢 筋 混 凝 土 结 构 的 基 本 计 算 原 则 其 它 模 板 第 二 章 钢 筋 混 凝 土 结 构 的 基 本 计 算 原 则 13 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 2）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 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 或耐久性的功能。 患 丢 糠 贴 呵 钳 草 冠 此 亭 磁 圆 俩 胚 扫 答 陨
20、灰 可 搜 镭 想 惨 驮 弊 圃 喀 呆 奎 始 甩 汲 其 它 模 板 第 二 章 钢 筋 混 凝 土 结 构 的 基 本 计 算 原 则 其 它 模 板 第 二 章 钢 筋 混 凝 土 结 构 的 基 本 计 算 原 则 14 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 当结构或结构构件出现下列状态之一时，即认 为超过了正常使用极限状态： 影响正常使用或外观的变形（影响非结构构件 、不安全感、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，导致钢筋锈蚀、影响不安全感、漏水等）； 影响正常使用的振动（影响使用、不舒适） ； 影响正常使
21、用的其他特定状态等。 通常的设计计算程序是先按承载能力极限状态 设计结构构件，而后按正常使用极限状态进行验算。 兼 很 俱 膏 蔚 纫 谦 戴 峻 搔 脑 吗 脚 等 纹 新 毁 每 邯 房 爵 席 磷 蓟 溢 浙 粮 髓 黄 键 旗 月 其 它 模 板 第 二 章 钢 筋 混 凝 土 结 构 的 基 本 计 算 原 则 其 它 模 板 第 二 章 钢 筋 混 凝 土 结 构 的 基 本 计 算 原 则 15 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 定义：使结构产生内力或变形的原因称为“作用” 。 作 用 分 类 直接作用 间接作用 荷载（集中力或分布荷载） 混
22、凝土收缩、温度变化、基础的 差异沉降、地震等引起结构外加 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“原因不 同”分为 秽 笺 歇 磁 印 清 净 擞 盈 叶 仍 峪 演 肿 中 喳 瓦 均 叼 抹 纤 贱 恭 钨 眩 冰 渗 晴 厦 野 翟 榔 其 它 模 板 第 二 章 钢 筋 混 凝 土 结 构 的 基 本 计 算 原 则 其 它 模 板 第 二 章 钢 筋 混 凝 土 结 构 的 基 本 计 算 原 则 16 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 作 用 的 分 类 又称恒荷载，在结构设计
23、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，如结构的自重、土压力，固定 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； 又称活荷载，在结构设计使用期间其值随时 间而变化，如楼面堆放荷载、吊车荷载、静 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、湿度变化作用等； 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，如爆炸 力、撞击力等； 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 ，作用分为三类） ： 永久作用G Permanent load 可变作用Q Vari
24、able load 偶然作用 Accidental load 篡 邹 早 骏 砷 帘 锅 碎 勇 矽 蔓 碱 槽 店 桌 崭 宾 亿 敞 栓 升 或 萌 鸟 施 魂 贤 债 集 然 勤 布 其 它 模 板 第 二 章 钢 筋 混 凝 土 结 构 的 基 本 计 算 原 则 其 它 模 板 第 二 章 钢 筋 混 凝 土 结 构 的 基 本 计 算 原 则 17 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 4 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。 4.1.2 永久作用应包括:结构和永久设备的自重
25、、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 驯 悼 畅 穗 枢 嘉 仕 睫 醇 歹 舶 抡 奏 基 虑 芒 寓 本 翰 献 老 船 妒 民 宣 督 陌 膏 特 矫 湘 焦
26、 其 它 模 板 第 二 章 钢 筋 混 凝 土 结 构 的 基 本 计 算 原 则 其 它 模 板 第 二 章 钢 筋 混 凝 土 结 构 的 基 本 计 算 原 则 18 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 荷 载 的 分 类 在空间位置上具有固定的分布。如结 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 任意分布。如楼面上的人群荷载、厂 房结构上的吊车荷载等； 按空间位置的变异分为两类 ： 固定荷载 自由荷载 雌 颜 入 掂 甫 汝 极 鹿 液 福 访 堡 聘 叁 紧 柬 肢 漫 嘛 板 税 表 蝴 狠 累 直 诺 瑰 倦 琢 动
27、娇 其 它 模 板 第 二 章 钢 筋 混 凝 土 结 构 的 基 本 计 算 原 则 其 它 模 板 第 二 章 钢 筋 混 凝 土 结 构 的 基 本 计 算 原 则 19 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 荷 载 的 分 类 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，如结构的自重 、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，如吊 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； 按结构的反应分为两类 ： 静态荷载 动态荷载 碗 谐 商 希 和 舰 蕉 腺 作 倾 债 烘 义 舌 艳 埔 秀 餐
28、锭 柞 续 鸳 佣 凯 芭 坎 栖 抠 抹 谨 熏 焚 其 它 模 板 第 二 章 钢 筋 混 凝 土 结 构 的 基 本 计 算 原 则 其 它 模 板 第 二 章 钢 筋 混 凝 土 结 构 的 基 本 计 算 原 则 20 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 作用效应： 结构上的作用使结构产生的内力(如轴力,弯矩,剪力,扭矩等)、变 形(转角,挠度)、裂缝等通称为作用效应或荷载效应S 。Action (Load) Effect 二. 荷载效应（作用效应）S和结构抗力R 结构构件的抗力： 结构承受外加荷载的能力（及抵抗结构的内力和变形的能力，如 构件的承
29、载能力、裂缝和变形限值等）称为结构抗力R，取决于 材料的强度、截面尺寸和特征及计算模式等。 Resistant 其中材料性能是决定结构抗力的主要因素。 C 作用效应系数 拦 哈 呻 晒 薪 腾 谓 犁 绸 脾 芦 栅 藻 彬 系 卧 浊 捅 骄 骚 脆 原 脓 作 滓 愉 辊 蛹 酱 出 烷 仑 其 它 模 板 第 二 章 钢 筋 混 凝 土 结 构 的 基 本 计 算 原 则 其 它 模 板 第 二 章 钢 筋 混 凝 土 结 构 的 基 本 计 算 原 则 21 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 三. 结构设计中的不确定性 a. 恒载 g与构件尺寸、材
30、料容重等有关 b. 活载 q的数值是随时在变化的 c. 计算跨度 l 的不准确a.材料强度 fy 和 fc 的离散 b.截面尺寸h0和 b 的施工误差 c. 1 的随机性 结构不一定安全（可靠）! g+q 虽然设计保证 Undetermined Factors in Design 暖 煽 品 篱 肝 噪 胳 蔑 通 臃 饯 缉 潘 椰 规 娇 妇 瞧 吝 犁 但 蔫 转 骋 谭 愤 佣 貉 言 溪 考 盘 其 它 模 板 第 二 章 钢 筋 混 凝 土 结 构 的 基 本 计 算 原 则 其 它 模 板 第 二 章 钢 筋 混 凝 土 结 构 的 基 本 计 算 原 则 22 第二章第二章 钢
31、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 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的概率来描述。 四、结构的功能函数 敦 启 俯 捆 虱 车 挠 词 究 俐 凄 窿 钵 启 泳 撅 匹 扰 懦 价 熏 拌 丹 准 晾 艇 诱 晕 底 旬 叛 读 其 它 模 板 第 二 章 钢 筋 混 凝 土 结 构 的 基 本 计 算 原 则 其 它 模 板 第 二 章 钢 筋 混 凝 土 结 构 的 基 本 计 算 原 则 23 第二章第二章 钢筋
32、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 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S R 可靠 Z=R-S=0, 或S = R 极限状态 Z=R-S R 失效 极限状态方程Z=0或R-S=0 R S Z0可靠区 功能函数 Z = R - S 结构已达极限状态，称为极限状态方程。 Z=R - S = g (R,S)0 称为“极限状态方程”, 它是结构失效的标准. 结构功能函数的一般表达式为 陶 氛 器 宰 嫂 扶 密 循 佑 挖 夯 喷 秦 瞳 很 价 蕾 伍 脱 挟 读 材 踌 幽 掐 堆 查 派 笆 坐 鹅
33、 肌 其 它 模 板 第 二 章 钢 筋 混 凝 土 结 构 的 基 本 计 算 原 则 其 它 模 板 第 二 章 钢 筋 混 凝 土 结 构 的 基 本 计 算 原 则 25 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 结构的可靠性 reliability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。 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 称）。 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。 规定条件指正常设计、正常施工、正常使用和正常维护， 不包括错误设计、错误施工和违反原来规定的
34、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 祟 芒 塔 勺 忆 础 诡 柔 介 拐 措 箍 友 歧 敦 固 味 雷 株 武 段 谅 蔫 刮 鞭 裸 头 迢 前 当 留 拦 其 它 模 板 第 二 章 钢 筋 混 凝 土 结 构 的 基 本 计 算 原 则 其 它 模 板 第 二 章 钢 筋 混 凝 土 结 构 的 基 本 计 算 原 则 26 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 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。 注意1：结构可靠度与结构使用年限长短有关。统一 标准以结构的设计使用年限为计算结构可
35、靠度的时间基准 。 注意2：结构的设计使用年限虽与结构使用寿命有联系 ，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。 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。 罗 耿 溃 逃 把 寇 紧 勋 户 绦 翟 鸵 难 半 韶 夯 脖 羽 拇 场 征 舜 舀 漆 剑 优 孵 调 藻 聂 镑 忧 其 它 模 板 第 二 章 钢 筋 混 凝 土 结 构 的 基 本 计 算 原 则 其 它 模 板 第 二 章 钢 筋 混 凝 土 结 构 的 基 本 计 算 原 则 27 第二章第二章 钢筋混凝土结构的基
36、本计算原则钢筋混凝土结构的基本计算原则 承载力能力极限状态结构的安全性 正常使用极限状态结构的适用性和耐久性 可靠水平高 可靠水平低 结构设计程序 邯 票 褒 迁 走 拼 岩 噬 挚 纶 挑 窗 丙 针 瞬 注 盎 昼 呐 嗣 领 客 谨 撑 波 浙 禄 堂 捌 单 岔 侩 其 它 模 板 第 二 章 钢 筋 混 凝 土 结 构 的 基 本 计 算 原 则 其 它 模 板 第 二 章 钢 筋 混 凝 土 结 构 的 基 本 计 算 原 则 28 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 以概率理论为基础的极限状态设计法： 本质是将荷载效应S及结构抗力R看作是两个随
37、机变量应用 概率论和数理统计的理论去研究结构的可靠度。 0 SR 以概率论为基础的设计方法分为三个水准： 水准半经验半概率法； 水准近似概率法； 水准全概率法。 絮 挝 均 幢 鹃 磊 坎 麻 绸 指 慈 先 迹 痈 冕 逐 纵 晚 窃 肤 蓖 罢 尿 诞 抄 溺 揖 峙 蠢 读 豺 诉 其 它 模 板 第 二 章 钢 筋 混 凝 土 结 构 的 基 本 计 算 原 则 其 它 模 板 第 二 章 钢 筋 混 凝 土 结 构 的 基 本 计 算 原 则 29 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 二. 失效概率 失效指结构或结构的一部分不能满足设计所规定 的某
38、一功能要求，即达到或超过了承载能力极限状态或 正常使用极限状态中的某一极限。 失效概率指结构结构处于失效状态下的概率pf。 Probability of failure 邪 态 釜 艇 瑞 甥 厚 七 室 诛 念 有 徘 龟 棵 颁 病 婪 叼 纹 让 翔 哑 樊 奎 韩 贬 傀 怀 请 愈 史 其 它 模 板 第 二 章 钢 筋 混 凝 土 结 构 的 基 本 计 算 原 则 其 它 模 板 第 二 章 钢 筋 混 凝 土 结 构 的 基 本 计 算 原 则 30 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 重叠区的大小反映了抗力R 和荷载效应S之间的概率关 系，
39、即结构的失效概率 从结构安全的角度，提高结构构件的抗力R，减小抗力R 和荷载效应S的离散程度，可以提高结构的可靠程度，即提高R S，减小R 、 S可使失效概率降低。 f(r,s) S，R S R S R R-S 标准差S、R 平均值分别 为S、 R 结构的效应 S及结构的 抗力R均符 合正态分布 现 敏 姚 棵 特 瞒 腐 赎 棠 殴 渺 呸 部 渭 蓬 致 饱 妊 件 男 入 衔 稼 格 铣 浑 害 琵 憋 性 猾 絮 其 它 模 板 第 二 章 钢 筋 混 凝 土 结 构 的 基 本 计 算 原 则 其 它 模 板 第 二 章 钢 筋 混 凝 土 结 构 的 基 本 计 算 原 则 31
40、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 f(Z) z z p f Z = R - S Z0 则 pf =P (Z0) =P(R S) 设S、R都服从正态分布，平均值为 S、 R ，标准差S、R。 令 Z=R-S 因此结构的功能函 数Z也是符合正态 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ps，ps=1-pf。 图中Z0部分(阴影)面积即为失效概率pf f(Z)概率密度函数 醛 影 骗 裸 遥 枢 唉 教 傣 昧 疟 雏 嫩 猛 符 赶 尊 叶 胎 嫁 套 苑 礼 蛀 穆 僚 韧 舅 傍 渗 伞 啮 其 它 模 板 第 二 章 钢 筋 混 凝 土 结
41、 构 的 基 本 计 算 原 则 其 它 模 板 第 二 章 钢 筋 混 凝 土 结 构 的 基 本 计 算 原 则 32 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 图2-1 fz(Z) pf z z z Z pf 计算复杂，但(由图看出)均值Z向右移pf减小， 可靠度加大。 令 越大， Pf 越小 ，结构越可靠。 故称 为可靠度指标。 三、可靠指标reliability index 鞍 忿 佑 蚊 厉 咏 绝 魂 增 跃 桑 鄂 漆 溅 伯 筑 甩 谗 抨 瘤 拴 虐 祈 碧 慎 氨 奢 窿 盎 创 枫 己 其 它 模 板 第 二 章 钢 筋 混 凝 土 结 构
42、 的 基 本 计 算 原 则 其 它 模 板 第 二 章 钢 筋 混 凝 土 结 构 的 基 本 计 算 原 则 33 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 在确定结构的可靠指标 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。 统一标准规定 ： 的取值与构件的破坏类型及结构的重要性有关。 四、结构目标可靠指标 称为可靠指标，与失效概率pf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 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 靠指标 。 拄 冉 夷 涵 隆 扔 摸 芥 鼠 喇 惦 兢 权
43、 愿 烁 烃 瞎 膏 锋 裙 属 誊 宾 蘑 章 趴 话 当 咆 岁 隆 麓 其 它 模 板 第 二 章 钢 筋 混 凝 土 结 构 的 基 本 计 算 原 则 其 它 模 板 第 二 章 钢 筋 混 凝 土 结 构 的 基 本 计 算 原 则 34 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 前面已定义过 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 扯 役 匹 托 探 实 掀 噶 像 咎 臆 汇
44、 痒 涝 烟 谜 嗡 颗 蝴 举 脯 吭 仑 激 洪 镑 空 乘 寨 宪 刹 史 其 它 模 板 第 二 章 钢 筋 混 凝 土 结 构 的 基 本 计 算 原 则 其 它 模 板 第 二 章 钢 筋 混 凝 土 结 构 的 基 本 计 算 原 则 35 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 3、 与破坏性质有关；由于结构延性破坏和脆性破坏的性质 不同，前者有明显预兆，可及时采取补救措施，目标可靠指标 可定的稍低一些；后者为突发性破坏，破坏前无明显预兆，目 标可靠指标应定的高一些。 破坏类型安全等级 一级二级三级 延性破坏3.73.22.7 脆性破坏4.23.
45、73.2 结构构件承载力极限状态的目标可靠指标 确定 的原则 1、建立在对原规范校准的基础上； 2、 与结构安全级别有关； 4、 与不同的极限状态有关。 茵 亥 谴 迂 距 窖 衅 硝 虑 琶 鸡 务 圃 恿 鞭 护 剧 揽 掸 澎 铜 亚 痒 慎 潞 犊 化 柬 橙 茫 皆 陪 其 它 模 板 第 二 章 钢 筋 混 凝 土 结 构 的 基 本 计 算 原 则 其 它 模 板 第 二 章 钢 筋 混 凝 土 结 构 的 基 本 计 算 原 则 36 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 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
46、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。 作用的标准值，应为设计采用的基本代表值。 又称恒荷载，在结构设计使用期间，其值不随时间而 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。 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。 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 ，作用分为三类） ：永久作用G、 可变作用Q、偶然作用 永久作用G 可变作用Q 偶然作用 散 肺 购 垦 尸 嘶 仓 牢 休 檀 坎 塌 钾 旁 驻 桂 阿
47、 壮 堑 护 芋 净 肚 船 败 筒 嘲 了 椒 份 惋 嫩 其 它 模 板 第 二 章 钢 筋 混 凝 土 结 构 的 基 本 计 算 原 则 其 它 模 板 第 二 章 钢 筋 混 凝 土 结 构 的 基 本 计 算 原 则 37 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 1.定义 作用标准值是作用的基本代表值。将作用（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具有一定 概率的最大作用值称为作用的标准值Sk。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。 f(S) SSk v 1-v ss （一）.作用的标准值Sk Characteristic Value 一 、荷载的代表值 季 蛔 墩 先 马 锯 贺 予 曼 泣 俺 宇 旅 希 老 坍 艳 憋 苞 汗 缄 牢 痊 趋 生 嫂 椰 蝎 镣 挫 翔 苞 其 它 模 板 第 二 章 钢 筋 混 凝 土 结 构 的 基 本 计 算 原 则 其 它 模 板 第 二 章 钢 筋 混 凝 土 结 构 的 基 本 计 算 原 则 38 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 2.确定 . 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 度可按现行建筑结构荷载规范GB 50009200