极限状态设计原则.ppt

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1、3.1 极限状极限状态设计原原则3.1.1 建筑建筑结构的功能要求构的功能要求 1.安全性安全性 建筑建筑结构在其构在其设计使用年限内使用年限内应能能够承承受可能出受可能出现的各种作用。且在的各种作用。且在设计规定的偶然事定的偶然事件件发生生时及及发生后，生后，结构构应能保持必需的整体能保持必需的整体稳定性，不致倒塌。定性，不致倒塌。2.适用性适用性 建筑建筑结构在其构在其设计使用年限内使用年限内应能能满足足预定的使用要求，有良好的工作性能，其定的使用要求，有良好的工作性能，其变形、形、裂裂缝或振或振动等性能均不超等性能均不超过规定的限度等。定的限度等。3.耐久性耐久性 建筑建筑结构在其构在其

2、设计使用年限内使用年限内应有足有足够的耐久性。例如保的耐久性。例如保护层厚度不得厚度不得过薄、裂薄、裂缝不得不得过宽而引起而引起钢筋筋锈蚀等。等。3.1.2 结构可靠度和安全等构可靠度和安全等级结构可靠性构可靠性是指是指结构在构在规定的定的时间内内(即即设计使使用年限用年限)，在，在规定的条件下定的条件下(结构正常的构正常的设计、施、施工、使用和工、使用和维修条件修条件)，完成，完成预定功能定功能(如承如承载力、力、刚度、度、稳定性、抗裂性、耐久性和定性、抗裂性、耐久性和动力性能等力性能等)的能力。的能力。结构可靠度构可靠度是指是指结构在构在规定的定的时间内，在内，在规定的定的条件下，完成条件

3、下，完成预定功能的概率，即定功能的概率，即结构可靠度是构可靠度是结构可靠性的概率度量。构可靠性的概率度量。结构的构的设计使用年限使用年限是指是指是指是指设计规设计规定的定的定的定的结结构或构或构或构或结结构构件构构件构构件构构件不需不需不需不需进进行大修即可按其行大修即可按其行大修即可按其行大修即可按其预预定目的使用的定目的使用的定目的使用的定目的使用的时时期期期期 。建筑建筑结构的安全等构的安全等级在在在在进进行建筑行建筑行建筑行建筑结结构的构的构的构的设计时设计时，应应根根根根据据据据结结构破坏可能构破坏可能构破坏可能构破坏可能产产生的各种后果生的各种后果生的各种后果生的各种后果(危及人的

4、生命、造成危及人的生命、造成危及人的生命、造成危及人的生命、造成经经济损济损失、失、失、失、产产生社会影响等生社会影响等生社会影响等生社会影响等)的的的的严严重性，采用不同的安全等重性，采用不同的安全等重性，采用不同的安全等重性，采用不同的安全等级级。3.1.3 结构的极限状构的极限状态结构的极限状构的极限状态是指整个是指整个结构或构或结构的一部分超构的一部分超过某一特定状某一特定状态就不能就不能满足足设计规定的某一功能定的某一功能要求，此特定状要求，此特定状态称称为该功能的极限状功能的极限状态。建筑建筑结构可靠度构可靠度设计统一一标准准将将结构的极限构的极限状状态分分为两两类：承承载能力极限

5、状能力极限状态及及正常使用极正常使用极限状限状态。承承载能力极限状能力极限状态 结构或构或结构构件达到最构构件达到最大承大承载能力或不适于能力或不适于继续承承载的的变形。形。(1)(1)整个整个整个整个结结构或构或构或构或结结构的一部分作构的一部分作构的一部分作构的一部分作为刚为刚体失去平衡体失去平衡体失去平衡体失去平衡，如雨，如雨，如雨，如雨篷篷篷篷压压重不足而重不足而重不足而重不足而倾倾覆、烟囱抗覆、烟囱抗覆、烟囱抗覆、烟囱抗风风不足而不足而不足而不足而倾倾倒、倒、倒、倒、挡挡土土土土墙墙抗滑抗滑抗滑抗滑不足在土不足在土不足在土不足在土压压力作用下而整体滑移等。力作用下而整体滑移等。力作用

6、下而整体滑移等。力作用下而整体滑移等。(2)(2)结结构构件或其构构件或其构构件或其构构件或其连连接因超接因超接因超接因超过过材料材料材料材料强强度而破坏度而破坏度而破坏度而破坏(包括疲包括疲包括疲包括疲劳劳破坏破坏破坏破坏)，如，如，如，如轴轴心受心受心受心受压压构件中混凝土达到了构件中混凝土达到了构件中混凝土达到了构件中混凝土达到了轴轴心抗心抗心抗心抗压强压强度、构件的度、构件的度、构件的度、构件的钢钢筋因筋因筋因筋因锚锚固固固固长长度不足而被拔出等；或因度不足而被拔出等；或因度不足而被拔出等；或因度不足而被拔出等；或因变变形形形形过过大而不适于大而不适于大而不适于大而不适于继续继续承受荷

7、承受荷承受荷承受荷载载。(3)(3)结结构构构构转变为转变为机机机机动动体系体系体系体系，如构件，如构件，如构件，如构件发发生三生三生三生三铰铰共共共共线线而形成而形成而形成而形成机机机机动动体系，体系，体系，体系，丧丧失承失承失承失承载载能力。能力。能力。能力。(4)(4)结结构或构件构或构件构或构件构或构件丧丧失失失失稳稳定定定定，如，如，如，如细长细长柱到达柱到达柱到达柱到达临临界荷界荷界荷界荷载载后后后后压压屈失屈失屈失屈失稳稳而破坏而破坏而破坏而破坏。正常使用极限状正常使用极限状态 结构或构或结构构件达到正构构件达到正常使用或耐久性能的某常使用或耐久性能的某项规定限定限值。(1)(1

8、)影响正常使用或外影响正常使用或外影响正常使用或外影响正常使用或外观观的的的的变变形形形形，如吊，如吊，如吊，如吊车车梁梁梁梁变变形形形形过过大大大大导导致吊致吊致吊致吊车车不能正常行不能正常行不能正常行不能正常行驶驶、梁、梁、梁、梁挠挠度度度度过过大影响外大影响外大影响外大影响外观观等。等。等。等。(2)(2)影响正常使用或耐久性能的局部影响正常使用或耐久性能的局部影响正常使用或耐久性能的局部影响正常使用或耐久性能的局部损损坏坏坏坏，如水池池壁，如水池池壁，如水池池壁，如水池池壁开裂漏水不能正常使用、如裂开裂漏水不能正常使用、如裂开裂漏水不能正常使用、如裂开裂漏水不能正常使用、如裂缝过宽导缝

9、过宽导致致致致钢钢筋筋筋筋锈蚀锈蚀等。等。等。等。(3)(3)影响正常使用的振影响正常使用的振影响正常使用的振影响正常使用的振动动，如由于机器振，如由于机器振，如由于机器振，如由于机器振动动而而而而导导致致致致结结构构构构的振幅超的振幅超的振幅超的振幅超过过按正常使用要求所按正常使用要求所按正常使用要求所按正常使用要求所规规定的限位等。定的限位等。定的限位等。定的限位等。(4)(4)影响正常使用的其它特定状影响正常使用的其它特定状影响正常使用的其它特定状影响正常使用的其它特定状态态，如相，如相，如相，如相对对沉降量沉降量沉降量沉降量过过大大大大等。等。等。等。3.1.4 结构上的作用构上的作用

10、F、作用效作用效应S、结构抗力构抗力R结构上的作用构上的作用施加在施加在结构上的集中力或分布构上的集中力或分布力（力（直接作用，也称直接作用，也称为荷荷载）和引起）和引起结构外加构外加变形或形或约束束变形的原因（形的原因（间接作用接作用）。）。作用效作用效应由于直接作用或由于直接作用或间接作用作用于接作用作用于结构构件上，在构构件上，在结构内构内产生的生的内力和内力和变形形(如如轴力、力、弯矩、剪力、扭矩、弯矩、剪力、扭矩、挠度、度、转角和裂角和裂缝等等)。结构抗力构抗力结构或构或结构构件承受内力和构构件承受内力和变形的形的能力能力(如构件的如构件的承承载能力、能力、刚度度等等)。结结构上的作

11、用、作用效构上的作用、作用效构上的作用、作用效构上的作用、作用效应应、结结构抗力均是随机构抗力均是随机构抗力均是随机构抗力均是随机变变量量量量 结构上的作用分构上的作用分类 1.1.按随按随按随按随时间时间的的的的变变异分异分异分异分类类：永久作用永久作用永久作用永久作用 在在在在设计设计基准期内其量基准期内其量基准期内其量基准期内其量值值不随不随不随不随时间变时间变化，或其化，或其化，或其化，或其变变化化化化与平均与平均与平均与平均值值相比可以忽略不相比可以忽略不相比可以忽略不相比可以忽略不计计的作用。的作用。的作用。的作用。可可可可变变作用作用作用作用在在在在设计设计基准期内其量基准期内其

12、量基准期内其量基准期内其量值值随随随随时间变时间变化，且其化，且其化，且其化，且其变变化与平化与平化与平化与平均均均均值值相比不可忽略的作用。相比不可忽略的作用。相比不可忽略的作用。相比不可忽略的作用。偶然作用偶然作用偶然作用偶然作用在在在在设计设计基准期内出基准期内出基准期内出基准期内出现现或不一定出或不一定出或不一定出或不一定出现现，而一旦出，而一旦出，而一旦出，而一旦出现现其量其量其量其量值值很大且持很大且持很大且持很大且持续时间续时间很短的作用。很短的作用。很短的作用。很短的作用。2.2.按随空按随空按随空按随空间间位置的位置的位置的位置的变变异分异分异分异分类类 固定作用固定作用固定

13、作用固定作用在在在在结结构空构空构空构空间间位置上具有固定分布的作用。位置上具有固定分布的作用。位置上具有固定分布的作用。位置上具有固定分布的作用。可可可可动动作用作用作用作用在在在在结结构空构空构空构空间间位置上的一定范位置上的一定范位置上的一定范位置上的一定范围围内可以任意分布的作内可以任意分布的作内可以任意分布的作内可以任意分布的作用用用用。3.3.按按按按结结构的反构的反构的反构的反应应分分分分类类 静静静静态态作用作用作用作用使使使使结结构构构构产产生的加速度可忽略不生的加速度可忽略不生的加速度可忽略不生的加速度可忽略不计计的作用。的作用。的作用。的作用。动态动态作用作用作用作用使使

14、使使结结构构构构产产生的加速度不可忽略的作用。生的加速度不可忽略的作用。生的加速度不可忽略的作用。生的加速度不可忽略的作用。3.1.5 结构的极限状构的极限状态方程方程结结构极限状构极限状构极限状构极限状态态方程可写方程可写方程可写方程可写为为：Z=RS=0 Z=RS=0 当当当当Z Z0 0时时，结结构构构构处处于可于可于可于可靠状靠状靠状靠状态态，当当当当Z Z0 0时时，结结构构构构处处于极于极于极于极限状限状限状限状态态，当当当当Z Z0 0时时，结结构构构构处处于失于失于失于失效状效状效状效状态态。3.2 荷荷载和材料和材料强度的取度的取值3.2.1 荷荷载 结构上的荷构上的荷载可分

15、成三可分成三类：永久荷永久荷载在在结构使用期内，其构使用期内，其值随随时间因素因素的的变化不大，或其化不大，或其变化与其平均化与其平均值相比可以忽略相比可以忽略的荷的荷载。可可变荷荷载在在结构使用期内，其构使用期内，其值随随时间变化，化，且其且其变化与其平均化与其平均值相比不可以忽略的荷相比不可以忽略的荷载。偶然荷偶然荷载在在设计使用期内不一定出使用期内不一定出现，一旦，一旦出出现其其值很大且持很大且持续时间很短的荷很短的荷载。3.2.2 荷荷载代表代表值建筑建筑结构构设计时，对不同荷不同荷载应采用不同的采用不同的设计值。对永久荷永久荷载应采用采用标准准值作作为代表代表值；对可可变荷荷载应根据

16、根据设计要求采用要求采用标准准值、组合合值、频遇遇值或准永久或准永久值作作为代表代表值；对偶然荷偶然荷载应按建筑按建筑结构使用的特点确定其代表构使用的特点确定其代表值。1.荷荷载标准准值 荷荷载的基本代表的基本代表值，是指，是指结构在构在其使用期其使用期间,正常情况下可能出正常情况下可能出现的最大荷的最大荷载值。2.荷荷载频遇遇值 是正常使用极限状是正常使用极限状态按按频遇遇组合合设计采用的一种可采用的一种可 变荷荷载代表代表值。3.荷荷载准永久准永久值 是正常使用极限状是正常使用极限状态按准永久按准永久组合和合和频遇遇组合合设计采用的一种可采用的一种可变荷荷载代表代表值。4.荷荷载组合合值

17、是当是当结构承受两种或两种以上可构承受两种或两种以上可变荷荷载时，承，承载能力极限状能力极限状态按基本按基本组合合设计和和正常使用极限状正常使用极限状态按按标准准组合合设计采用的可采用的可变荷荷载代表代表值。3.2.3 材料材料强度度标准准值具有不小于具有不小于95的保的保证率的材料率的材料强度度值称称为材料材料强度度标准准值 1.钢材的材的强度度标准准值 规范范将将热轧钢筋的筋的强度度标准准值取取为冶金部冶金部门颁布的屈服布的屈服强度度废品限品限值，其保，其保证率率为97.73。2.混凝土的混凝土的强度度标准准值 取保取保证率率为95%的的强度度值为混凝土混凝土强度度标准准值 3.3 概率概

18、率统计极限状极限状态设计方法方法3.3.1 可靠度、失效概率、可靠指可靠度、失效概率、可靠指标 结构在构在规定的定的时间内，在内，在规定的条件下，完成定的条件下，完成预定的功能的概率，称定的功能的概率，称为结构构可靠度可靠度。用。用Ps表示。表示。结构不能完成构不能完成预定功能，即定功能，即Z0或或RS的概率的概率即即为失效概率失效概率。用。用Pf表示。表示。Ps+Pf=1 称称为为可靠指可靠指标标3.3.2 目目标可靠指可靠指标标准准对一般工一般工业与民用建筑与民用建筑结构所构所规定的、作定的、作为设计依据的可靠指依据的可靠指标，称，称为目目标可靠指可靠指标 3.3.3 极限状极限状态设计表

19、达式表达式1承承载能力极限状能力极限状态设计表达式表达式 SS承承承承载载能力极限状能力极限状能力极限状能力极限状态态的荷的荷的荷的荷载载效效效效应应(内力内力内力内力)组组合的合的合的合的设计值设计值 。n n对对于承于承于承于承载载能力极限状能力极限状能力极限状能力极限状态态，结结构构件构构件构构件构构件应应按荷按荷按荷按荷载载效效效效应应的基本的基本的基本的基本组组合合合合进进行行行行计计算，必要算，必要算，必要算，必要时时尚尚尚尚应应按荷按荷按荷按荷载载效效效效应应的偶然的偶然的偶然的偶然组组合合合合进进行行行行计计算。算。算。算。n n对对于基本于基本于基本于基本组组合，其内力合，其

20、内力合，其内力合，其内力组组合合合合设计值设计值可按以下两公式中最不利可按以下两公式中最不利可按以下两公式中最不利可按以下两公式中最不利值值确定：确定：确定：确定：对于一般排架和框架结构，可采用下列简化公式：2 正常使用极限状正常使用极限状态设计表达式表达式S Sd dC C C设计对变形、裂形、裂缝等等规定的相定的相应限限值。Sd变形、裂形、裂缝等荷等荷载效效应设计值。标准准组合合：准永久准永久组合合:频遇遇组合合：3.荷荷载分分项系数和材料系数和材料强度分度分项系数系数永久荷永久荷载分分项系数系数rG 当永久荷当永久荷载效效应对结构构件的承构构件的承载能力不利且可能力不利且可变荷荷载起控制作用起控制作用时,取取1.2;当永久荷当永久荷载效效应对结构构件的承构构件的承载能力不利且永能力不利且永久荷久荷载起控制作用起控制作用时,取取1.35;当永久荷当永久荷载效效应对结构构件的承构构件的承载能力有利能力有利时,不不应大于大于1.0。可可变荷荷载分分项系数系数rQ 一般情况取一般情况取1.4，当可，当可变荷荷载效效应对结构构件承构构件承载能力有利能力有利时，取，取0。混凝土材料混凝土材料强度分度分项系数系数rCrC=1.4钢筋材料筋材料强度分度分项系数系数rSrS=1.1 1.2