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1、结构设计方法本讲稿第一页，共五十九页第七章 结构设计方法7.1 结构设计的要求第七章第七章 结构设计方法结构设计方法第一节第一节 结构设计的要求结构设计的要求一、结构的功能要求一、结构的功能要求 结构设计的目的结构设计的目的是使所设计的结构能完成全部的功能是使所设计的结构能完成全部的功能要求，并具有足够的可靠性要求，并具有足够的可靠性安全性功能安全性功能适用性功能适用性功能耐久性功能耐久性功能本讲稿第二页，共五十九页第七章 结构设计方法7.1 结构设计的要求第七章第七章 结构设计方法结构设计方法第一节第一节 结构设计的要求结构设计的要求一、结构的功能要求一、结构的功能要求1.1.安全性安全性安

2、全性安全性 建筑结构在其建筑结构在其建筑结构在其建筑结构在其设计使用年限设计使用年限设计使用年限设计使用年限内，在正常施工和正常使用内，在正常施工和正常使用内，在正常施工和正常使用内，在正常施工和正常使用时，能够承受可能出现的各种时，能够承受可能出现的各种时，能够承受可能出现的各种时，能够承受可能出现的各种作用作用作用作用。且在设计规定的。且在设计规定的。且在设计规定的。且在设计规定的偶然偶然偶然偶然事件事件事件事件发生时及发生后，结构应能保持必需的整体稳定性。发生时及发生后，结构应能保持必需的整体稳定性。发生时及发生后，结构应能保持必需的整体稳定性。发生时及发生后，结构应能保持必需的整体稳定

3、性。设计使用年限设计使用年限是指设计规定的结构或结构构件不需进是指设计规定的结构或结构构件不需进行大修即可按预定目的使用的时间行大修即可按预定目的使用的时间本讲稿第三页，共五十九页第七章 结构设计方法7.1 结构设计的要求第七章第七章 结构设计方法结构设计方法第一节第一节 结构设计的要求结构设计的要求一、结构的功能要求一、结构的功能要求2.2.适用性适用性适用性适用性 建筑结构在其设计使用年限内，建筑结构在其设计使用年限内，建筑结构在其设计使用年限内，建筑结构在其设计使用年限内，在正常使用时具有良在正常使用时具有良在正常使用时具有良在正常使用时具有良好的工作性能。好的工作性能。好的工作性能。好

4、的工作性能。例如其变形、裂缝或振动等性能均不超例如其变形、裂缝或振动等性能均不超例如其变形、裂缝或振动等性能均不超例如其变形、裂缝或振动等性能均不超过规定的限度等。过规定的限度等。过规定的限度等。过规定的限度等。3.3.耐久性耐久性耐久性耐久性 建筑结构在其设计使用年限内，建筑结构在其设计使用年限内，建筑结构在其设计使用年限内，建筑结构在其设计使用年限内，在正常维护条件下具在正常维护条件下具在正常维护条件下具在正常维护条件下具有足够的耐久性。有足够的耐久性。有足够的耐久性。有足够的耐久性。例如不发生由于混凝土保护层厚度过薄、裂例如不发生由于混凝土保护层厚度过薄、裂例如不发生由于混凝土保护层厚度

5、过薄、裂例如不发生由于混凝土保护层厚度过薄、裂缝过宽而引起钢筋锈蚀，不发生混凝土严重风化、腐蚀、老化缝过宽而引起钢筋锈蚀，不发生混凝土严重风化、腐蚀、老化缝过宽而引起钢筋锈蚀，不发生混凝土严重风化、腐蚀、老化缝过宽而引起钢筋锈蚀，不发生混凝土严重风化、腐蚀、老化而影响结构的使用寿命。而影响结构的使用寿命。而影响结构的使用寿命。而影响结构的使用寿命。本讲稿第四页，共五十九页第七章 结构设计方法7.1 结构设计的要求第七章第七章 结构设计方法结构设计方法第一节第一节 结构设计的要求结构设计的要求二、结构的极限状态二、结构的极限状态结构在使用期间的工作情况，称为结构的结构在使用期间的工作情况，称为结

6、构的“工作状态工作状态”结构能满足功能要求而良好地工作，称为结构结构能满足功能要求而良好地工作，称为结构“可靠可靠”或或“有效有效”，反之则结构，反之则结构“不可靠不可靠”或或“失效失效”。区分结构工作。区分结构工作状态的可靠与失效的标志是状态的可靠与失效的标志是“极限状态极限状态”。本讲稿第五页，共五十九页第七章 结构设计方法7.1 结构设计的要求第七章第七章 结构设计方法结构设计方法第一节第一节 结构设计的要求结构设计的要求二、结构的极限状态二、结构的极限状态 整个结构或结构的一部分超过某一特定状态整个结构或结构的一部分超过某一特定状态整个结构或结构的一部分超过某一特定状态整个结构或结构的

7、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，此特定状就不能满足设计规定的某一功能要求，此特定状就不能满足设计规定的某一功能要求，此特定状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。态称为该功能的极限状态。态称为该功能的极限状态。态称为该功能的极限状态。两类极限状态两类极限状态承载能力极限状态承载能力极限状态正常使用极限状态正常使用极限状态本讲稿第六页，共五十九页第七章 结构设计方法7.1 结构设计的要求第七章第七章 结构设计方法结构设计方法第一节第一节 结构设计的要求结构设计的要求二、结构的极限状态二、结构的极限状态承载能力极限状态承载能力极限状态承载能力极限

8、状态承载能力极限状态 结构或结构构件结构或结构构件结构或结构构件结构或结构构件达到最大承载达到最大承载达到最大承载达到最大承载 能力或不适于继续承载的变形能力或不适于继续承载的变形能力或不适于继续承载的变形能力或不适于继续承载的变形。(1)(1)整个结构或结构的一部分作为刚体失去平衡整个结构或结构的一部分作为刚体失去平衡整个结构或结构的一部分作为刚体失去平衡整个结构或结构的一部分作为刚体失去平衡 (2)(2)结构构件或其连接因超过材料强度而破坏结构构件或其连接因超过材料强度而破坏结构构件或其连接因超过材料强度而破坏结构构件或其连接因超过材料强度而破坏(包括包括包括包括 疲劳破疲劳破疲劳破疲劳破

9、坏坏坏坏)(3)(3)结构转变为机动体系结构转变为机动体系结构转变为机动体系结构转变为机动体系 (4)(4)结构或构件丧失稳定结构或构件丧失稳定结构或构件丧失稳定结构或构件丧失稳定本讲稿第七页，共五十九页第七章 结构设计方法7.1 结构设计的要求第七章第七章 结构设计方法结构设计方法第一节第一节 结构设计的要求结构设计的要求二、结构的极限状态二、结构的极限状态正常使用极限状态正常使用极限状态正常使用极限状态正常使用极限状态 结构或结构构件达到正常使用或结构或结构构件达到正常使用或结构或结构构件达到正常使用或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。耐久性能的某项规定限值。耐久性能的

10、某项规定限值。耐久性能的某项规定限值。(1)(1)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正常使用或外观的变形影响正常使用或外观的变形(2)(2)影响正常使用或耐久性能的局部损坏影响正常使用或耐久性能的局部损坏影响正常使用或耐久性能的局部损坏影响正常使用或耐久性能的局部损坏 (3)(3)影响正常使用的振动影响正常使用的振动影响正常使用的振动影响正常使用的振动(4)(4)影响正常使用的其它特定状态影响正常使用的其它特定状态影响正常使用的其它特定状态影响正常使用的其它特定状态本讲稿第八页，共五十九页第七章 结构设计方法7.1 结构设计的要求第七章第七章 结构设计方法结构设计方法第一节第

11、一节 结构设计的要求结构设计的要求三、结构上的作用三、结构上的作用F、作用效应、作用效应 S 和结构抗力和结构抗力 R结构上的作用结构上的作用结构上的作用结构上的作用F F施加在结构上的集中力或分布力（施加在结构上的集中力或分布力（施加在结构上的集中力或分布力（施加在结构上的集中力或分布力（直接作用，也称直接作用，也称直接作用，也称直接作用，也称为荷载为荷载为荷载为荷载）和引起结构外加变形或约束变形的原因（）和引起结构外加变形或约束变形的原因（）和引起结构外加变形或约束变形的原因（）和引起结构外加变形或约束变形的原因（间接作用间接作用间接作用间接作用）。）。）。）。作用效应作用效应作用效应作用

12、效应S S由于直接作用或间接作用作用于结构构件上，在结构内由于直接作用或间接作用作用于结构构件上，在结构内由于直接作用或间接作用作用于结构构件上，在结构内由于直接作用或间接作用作用于结构构件上，在结构内产生的产生的产生的产生的内力和变形内力和变形内力和变形内力和变形(如轴力、弯矩、剪力、扭矩、挠度、转角和裂缝如轴力、弯矩、剪力、扭矩、挠度、转角和裂缝如轴力、弯矩、剪力、扭矩、挠度、转角和裂缝如轴力、弯矩、剪力、扭矩、挠度、转角和裂缝等等等等)。当。当。当。当“作用作用作用作用”为为为为“荷载荷载荷载荷载”时，其效应也可称为荷载效应。时，其效应也可称为荷载效应。时，其效应也可称为荷载效应。时，其

13、效应也可称为荷载效应。结构抗力结构抗力结构抗力结构抗力R R结构或结构构件结构或结构构件结构或结构构件结构或结构构件承受内力和变形的能力承受内力和变形的能力承受内力和变形的能力承受内力和变形的能力(如构如构如构如构件的件的件的件的承载能力、刚度承载能力、刚度承载能力、刚度承载能力、刚度等等等等)。本讲稿第九页，共五十九页第七章 结构设计方法7.1 结构设计的要求第七章第七章 结构设计方法结构设计方法第一节第一节 结构设计的要求结构设计的要求*结构上的作用结构上的作用结构上的作用结构上的作用F F是随机变量，作用效应是随机变量，作用效应是随机变量，作用效应是随机变量，作用效应S S也是随机变量。

14、也是随机变量。也是随机变量。也是随机变量。荷载荷载荷载荷载QQ与荷载效应与荷载效应与荷载效应与荷载效应S S之间，一般可近似按线性关系考虑之间，一般可近似按线性关系考虑之间，一般可近似按线性关系考虑之间，一般可近似按线性关系考虑:S=CQ S=CQ 常数常数常数常数C C为荷载效应系数为荷载效应系数为荷载效应系数为荷载效应系数故荷载效应故荷载效应故荷载效应故荷载效应S S的统计规律与荷载的统计规律与荷载的统计规律与荷载的统计规律与荷载QQ的统计规律是一致的。的统计规律是一致的。的统计规律是一致的。的统计规律是一致的。*结构抗力结构抗力结构抗力结构抗力R R也是随机变量。也是随机变量。也是随机变

15、量。也是随机变量。三、结构上的作用三、结构上的作用F、作用效应、作用效应 S 和结构抗力和结构抗力 R 对于具有多种可能发生的结果，而究竟对于具有多种可能发生的结果，而究竟对于具有多种可能发生的结果，而究竟对于具有多种可能发生的结果，而究竟发生那一种结果又是不能肯定的现象，称为发生那一种结果又是不能肯定的现象，称为发生那一种结果又是不能肯定的现象，称为发生那一种结果又是不能肯定的现象，称为随机现象随机现象随机现象随机现象，表示随机现象各种结果的变量称，表示随机现象各种结果的变量称，表示随机现象各种结果的变量称，表示随机现象各种结果的变量称随随随随机变量机变量机变量机变量。本讲稿第十页，共五十九

16、页第七章 结构设计方法7.1 结构设计的要求第七章第七章 结构设计方法结构设计方法第一节第一节 结构设计的要求结构设计的要求四、结构的功能函数及极限状态方程四、结构的功能函数及极限状态方程 结构构件的工作状态可以用作用效应结构构件的工作状态可以用作用效应结构构件的工作状态可以用作用效应结构构件的工作状态可以用作用效应S S与结构抗力与结构抗力与结构抗力与结构抗力R R的关系式来描述，这种表达式称为结构的的关系式来描述，这种表达式称为结构的的关系式来描述，这种表达式称为结构的的关系式来描述，这种表达式称为结构的功能函数功能函数功能函数功能函数，以以以以Z Z表示这个函数。表示这个函数。表示这个函

17、数。表示这个函数。Z ZR-SR-Sg g（R,SR,S）结构处于极限状态时的表达式称为结构处于极限状态时的表达式称为结构处于极限状态时的表达式称为结构处于极限状态时的表达式称为极限状态方程。极限状态方程。极限状态方程。极限状态方程。Z ZR-SR-S0 0 或或或或 R RS S本讲稿第十一页，共五十九页第七章 结构设计方法7.1 结构设计的要求第七章第七章 结构设计方法结构设计方法第一节第一节 结构设计的要求结构设计的要求四、结构的功能函数及极限状态方程四、结构的功能函数及极限状态方程例例：拉杆拱中的拉杆：拉杆拱中的拉杆：作用效应：作用效应：抗力：抗力：极限状态方程：极限状态方程：本讲稿第

18、十二页，共五十九页第七章 结构设计方法7.1 结构设计的要求第七章第七章 结构设计方法结构设计方法第一节第一节 结构设计的要求结构设计的要求四、结构的功能函数及极限状态方程四、结构的功能函数及极限状态方程例例：简支梁跨中截面：简支梁跨中截面：作用效应：作用效应：抗力：抗力：极限状态方程：极限状态方程：本讲稿第十三页，共五十九页第七章 结构设计方法7.1 结构设计的要求第七章第七章 结构设计方法结构设计方法第一节第一节 结构设计的要求结构设计的要求四、结构的功能函数及极限状态方程四、结构的功能函数及极限状态方程功能函数功能函数功能函数功能函数Z Z可以表示结构的三种工作状态：可以表示结构的三种工

19、作状态：可以表示结构的三种工作状态：可以表示结构的三种工作状态：Z ZR-S0 R-S0 结构处于可靠状态结构处于可靠状态结构处于可靠状态结构处于可靠状态 Z ZR-S0 R-SSRS，但，但，但，但R R、S S都是随机变量，故都是随机变量，故都是随机变量，故都是随机变量，故RSRS是是是是非确定性问题。非确定性问题。非确定性问题。非确定性问题。本讲稿第十四页，共五十九页第七章 结构设计方法7.2 随机变量及其概率分布第七章第七章 结构设计方法结构设计方法第二节第二节 随机变量的基本统计性能随机变量的基本统计性能一、随机变量及其概率分布一、随机变量及其概率分布 对于具有多种可能发生的结果，而

20、究竟发生哪一种对于具有多种可能发生的结果，而究竟发生哪一种对于具有多种可能发生的结果，而究竟发生哪一种对于具有多种可能发生的结果，而究竟发生哪一种结果又是不能肯定的现象，称为结果又是不能肯定的现象，称为结果又是不能肯定的现象，称为结果又是不能肯定的现象，称为随机现象随机现象随机现象随机现象，表示随机现，表示随机现，表示随机现，表示随机现象各种结果的变量称象各种结果的变量称象各种结果的变量称象各种结果的变量称随机变量随机变量随机变量随机变量。本讲稿第十五页，共五十九页第七章 结构设计方法7.2 随机变量及其概率分布第七章第七章 结构设计方法结构设计方法第二节第二节 随机变量的基本统计性能随机变量

21、的基本统计性能一、随机变量及其概率分布一、随机变量及其概率分布本讲稿第十六页，共五十九页第七章 结构设计方法7.2 随机变量及其概率分布第七章第七章 结构设计方法结构设计方法第二节第二节 随机变量的基本统计性能随机变量的基本统计性能一、随机变量及其概率分布一、随机变量及其概率分布本讲稿第十七页，共五十九页第七章 结构设计方法7.2 随机变量及其概率分布第七章第七章 结构设计方法结构设计方法本讲稿第十八页，共五十九页第七章 结构设计方法7.2 随机变量及其概率分布第七章第七章 结构设计方法结构设计方法第二节第二节 随机变量的基本统计性能随机变量的基本统计性能一、随机变量及其概率分布一、随机变量及

22、其概率分布平均值：平均值：标准差：标准差：变异系数：变异系数：本讲稿第十九页，共五十九页第七章 结构设计方法7.2 随机变量及其概率分布第七章第七章 结构设计方法结构设计方法第二节第二节 随机变量的基本统计性能随机变量的基本统计性能一、随机变量及其概率分布一、随机变量及其概率分布 当所取的样本很多，当所取的样本很多，组距分得很细时，则每组距分得很细时，则每组样本值的频率趋于一组样本值的频率趋于一个稳定的值，这时，直个稳定的值，这时，直方图的形状逐渐趋向于方图的形状逐渐趋向于一条曲线，这就是一条曲线，这就是频频率分布曲线率分布曲线。若以。若以 表示此曲线，则表示此曲线，则 称为随机变量称为随机变

23、量X的的分布分布密度函数密度函数。本讲稿第二十页，共五十九页第七章 结构设计方法7.2 随机变量及其概率分布第七章第七章 结构设计方法结构设计方法第二节第二节 随机变量的基本统计性能随机变量的基本统计性能二、正态分布曲线二、正态分布曲线特点：特点：一条单峰对称曲线一条单峰对称曲线有一个最高点，对应有一个最高点，对应 的横坐标为平均值的横坐标为平均值最高点两侧各一倍标最高点两侧各一倍标 准差处有一拐点准差处有一拐点以横坐标为渐近线趋以横坐标为渐近线趋 向于正负无穷大向于正负无穷大本讲稿第二十一页，共五十九页第七章 结构设计方法7.2 随机变量及其概率分布第七章第七章 结构设计方法结构设计方法第二

24、节第二节 随机变量的基本统计性能随机变量的基本统计性能二、正态分布曲线二、正态分布曲线位于任意区间位于任意区间（a,b）内的事）内的事件出现的概率件出现的概率p为：为：本讲稿第二十二页，共五十九页第七章 结构设计方法7.2 随机变量及其概率分布第七章第七章 结构设计方法结构设计方法第二节第二节 随机变量的基本统计性能随机变量的基本统计性能二、正态分布曲线二、正态分布曲线5015.872.28595事件事件 的保证率为的保证率为95本讲稿第二十三页，共五十九页第七章 结构设计方法7.2 随机变量及其概率分布第七章第七章 结构设计方法结构设计方法第二节第二节 随机变量的基本统计性能随机变量的基本统

25、计性能二、正态分布曲线二、正态分布曲线标准正态分布标准正态分布本讲稿第二十四页，共五十九页第七章 结构设计方法7.2 随机变量及其概率分布第七章第七章 结构设计方法结构设计方法第二节第二节 随机变量的基本统计性能随机变量的基本统计性能三、特征值三、特征值 要求出现的事件不大于或不要求出现的事件不大于或不小于某一数值，这个数值就称为小于某一数值，这个数值就称为特征值特征值 如果允许超过特征值的概如果允许超过特征值的概率确定为某一数值，那么特征率确定为某一数值，那么特征值就可用数理统计方法计算出值就可用数理统计方法计算出来：来：特征值特征值与特征值取值保证与特征值取值保证 率相应的系数率相应的系数

26、本讲稿第二十五页，共五十九页第七章 结构设计方法7.2 随机变量及其概率分布第七章第七章 结构设计方法结构设计方法第二节第二节 随机变量的基本统计性能随机变量的基本统计性能四、随机变量函数的基本运算法则四、随机变量函数的基本运算法则设随机变量设随机变量X1，X2，X3相互独立，并已知其统计参数时：相互独立，并已知其统计参数时：如：如：则：则：如：如：则：则：本讲稿第二十六页，共五十九页第七章 结构设计方法7.2 随机变量及其概率分布第七章第七章 结构设计方法结构设计方法第二节第二节 随机变量的基本统计性能随机变量的基本统计性能四、随机变量函数的基本运算法则四、随机变量函数的基本运算法则如：如：

27、则：则：如：如：则：则：本讲稿第二十七页，共五十九页第七章 结构设计方法7.3 概率极限状态设计法第七章第七章 结构设计方法结构设计方法第三节第三节 概率极限状态设计法概率极限状态设计法一、可靠度、失效概率、可靠指标一、可靠度、失效概率、可靠指标结构可靠度结构可靠度结构可靠度结构可靠度是指结构在规定的时间内，在规定的条件下，完成预定功能的概是指结构在规定的时间内，在规定的条件下，完成预定功能的概是指结构在规定的时间内，在规定的条件下，完成预定功能的概是指结构在规定的时间内，在规定的条件下，完成预定功能的概率，即结构可靠度是结构可靠性的概率度量。率，即结构可靠度是结构可靠性的概率度量。率，即结构

28、可靠度是结构可靠性的概率度量。率，即结构可靠度是结构可靠性的概率度量。结构可靠性结构可靠性结构可靠性结构可靠性是指结构在规定的时间内是指结构在规定的时间内是指结构在规定的时间内是指结构在规定的时间内(即即即即结构设计基准期结构设计基准期结构设计基准期结构设计基准期)，在规定的条件下，在规定的条件下，在规定的条件下，在规定的条件下(结构正常的设计、施工、使用和维修条件结构正常的设计、施工、使用和维修条件结构正常的设计、施工、使用和维修条件结构正常的设计、施工、使用和维修条件)，完成预定功能，完成预定功能，完成预定功能，完成预定功能(如承载力、如承载力、如承载力、如承载力、刚度、稳定性、抗裂性、耐

29、久性和动力性能等刚度、稳定性、抗裂性、耐久性和动力性能等刚度、稳定性、抗裂性、耐久性和动力性能等刚度、稳定性、抗裂性、耐久性和动力性能等)的能力。的能力。的能力。的能力。结构能完成预定功能，即结构能完成预定功能，即Z0或或RS的概率即为的概率即为可靠概率可靠概率，用，用Ps表示。表示。结构不能完成预定功能，即结构不能完成预定功能，即Z0或或RS的概率即为的概率即为失效概率失效概率,用用Pf表示。表示。Ps+Pf=1结构设计基准期是指为确定可变作用结构设计基准期是指为确定可变作用及与时间有关的材料性能取值而选用及与时间有关的材料性能取值而选用的时间参数。的时间参数。标准标准采用的设计基准采用的设

30、计基准期为期为50年。年。本讲稿第二十八页，共五十九页第七章 结构设计方法7.3 概率极限状态设计法第七章第七章 结构设计方法结构设计方法第三节第三节 概率极限状态设计法概率极限状态设计法一、可靠度、失效概率、可靠指标一、可靠度、失效概率、可靠指标本讲稿第二十九页，共五十九页第七章 结构设计方法7.3 概率极限状态设计法第七章第七章 结构设计方法结构设计方法第三节第三节 概率极限状态设计法概率极限状态设计法一、可靠度、失效概率、可靠指标一、可靠度、失效概率、可靠指标本讲稿第三十页，共五十九页第七章 结构设计方法7.3 概率极限状态设计法第七章第七章 结构设计方法结构设计方法第三节第三节 概率极

31、限状态设计法概率极限状态设计法一、可靠度、失效概率、可靠指标一、可靠度、失效概率、可靠指标可靠指标可靠指标越大，越大，P Pf f越小。正态分布时，越小。正态分布时，为标准正态分布函数为标准正态分布函数本讲稿第三十一页，共五十九页第七章 结构设计方法7.3 概率极限状态设计法第七章第七章 结构设计方法结构设计方法第三节第三节 概率极限状态设计法概率极限状态设计法一、可靠度、失效概率、可靠指标一、可靠度、失效概率、可靠指标可靠指标可靠指标与失效概率与失效概率P Pf f有一定的对应关系有一定的对应关系2.73.23.74.23.5x10-36.9x10-41.1x10-41.3x10-5的计算较

32、的计算较 方便，故通常通过求方便，故通常通过求 来判断结构的可靠度大小来判断结构的可靠度大小本讲稿第三十二页，共五十九页第七章 结构设计方法7.3 概率极限状态设计法第七章第七章 结构设计方法结构设计方法第三节第三节 概率极限状态设计法概率极限状态设计法二、可靠指标的算例二、可靠指标的算例本讲稿第三十三页，共五十九页第七章 结构设计方法7.3 概率极限状态设计法第七章第七章 结构设计方法结构设计方法第三节第三节 概率极限状态设计法概率极限状态设计法二、可靠指标的算例二、可靠指标的算例本讲稿第三十四页，共五十九页第七章 结构设计方法7.3 概率极限状态设计法第七章第七章 结构设计方法结构设计方法

33、第三节第三节 概率极限状态设计法概率极限状态设计法三、目标可靠指标及安全等级三、目标可靠指标及安全等级 结构设计的目标可靠度的确定应以达到结构设计的目标可靠度的确定应以达到结构可靠与结构可靠与经济上的最佳平衡经济上的最佳平衡为原则。为原则。一般需考虑四个因素：一般需考虑四个因素：公众心理；公众心理；结构重要性；结构重要性；结构破坏性质；结构破坏性质；社会经济承受力社会经济承受力本讲稿第三十五页，共五十九页第七章 结构设计方法7.3 概率极限状态设计法第七章第七章 结构设计方法结构设计方法第三节第三节 概率极限状态设计法概率极限状态设计法三、目标可靠指标及安全等级三、目标可靠指标及安全等级 建筑

34、结构设计统一标准建筑结构设计统一标准对一般工业与民用建筑结构所规对一般工业与民用建筑结构所规定的、作为设计依据的可靠指标，称为定的、作为设计依据的可靠指标，称为目标可靠指标目标可靠指标破坏类型破坏类型延性延性脆性脆性安全等级安全等级一级一级二级二级三级三级3.74.23.23.72.73.2本讲稿第三十六页，共五十九页第七章 结构设计方法7.3 概率极限状态设计法第七章第七章 结构设计方法结构设计方法第三节第三节 概率极限状态设计法概率极限状态设计法三、目标可靠指标及安全等级三、目标可靠指标及安全等级 建筑结构设计统一标准建筑结构设计统一标准将建筑结构划分为三个安全将建筑结构划分为三个安全等级

35、。等级。破坏后果很严重的重要建筑物安全等级为一级；破坏后果很严重的重要建筑物安全等级为一级；破坏后果严重的一般工业与民用建筑为二级；破坏后果严重的一般工业与民用建筑为二级；破坏后果不严重的次要建筑为三级。破坏后果不严重的次要建筑为三级。本讲稿第三十七页，共五十九页第七章 结构设计方法7.3 概率极限状态设计法第七章第七章 结构设计方法结构设计方法第三节第三节 概率极限状态设计法概率极限状态设计法四、直接按目标可靠指标进行设计四、直接按目标可靠指标进行设计 当荷载的概率模型及统计参数以及材料性能、几何尺寸的当荷载的概率模型及统计参数以及材料性能、几何尺寸的统计参数为已知时，根据规定的目标可靠度指

36、标可按照结构可统计参数为已知时，根据规定的目标可靠度指标可按照结构可靠度的概率分析方法进行设计。如靠度的概率分析方法进行设计。如R、S为两个正态分布的随为两个正态分布的随机变量，且极限状态方程为线性的，可直接应用机变量，且极限状态方程为线性的，可直接应用的计算公式的计算公式进行结构设计，这时的进行结构设计，这时的 R R可按下式计算可按下式计算本讲稿第三十八页，共五十九页第七章 结构设计方法7.3 概率极限状态设计法第七章第七章 结构设计方法结构设计方法第三节第三节 概率极限状态设计法概率极限状态设计法四、直接按目标可靠指标进行设计四、直接按目标可靠指标进行设计本讲稿第三十九页，共五十九页第七

37、章 结构设计方法7.3 概率极限状态设计法第七章第七章 结构设计方法结构设计方法第三节第三节 概率极限状态设计法概率极限状态设计法四、直接按目标可靠指标进行设计四、直接按目标可靠指标进行设计本讲稿第四十页，共五十九页第七章 结构设计方法7.3 概率极限状态设计法第七章第七章 结构设计方法结构设计方法第三节第三节 概率极限状态设计法概率极限状态设计法四、直接按目标可靠指标进行设计四、直接按目标可靠指标进行设计本讲稿第四十一页，共五十九页第七章 结构设计方法7.4 实用表达式第七章第七章 结构设计方法结构设计方法第四节第四节 概率极限状态设计方法的实用表达式概率极限状态设计方法的实用表达式一、分项

38、系数的概率定义一、分项系数的概率定义 考虑到实用上的简便和工程设计人员的习惯，对于考虑到实用上的简便和工程设计人员的习惯，对于大量的一般结构物，国内外仍然采用以基本变量的大量的一般结构物，国内外仍然采用以基本变量的标准标准值值和和分项系数分项系数形式的设计表达式，而其中形式的设计表达式，而其中各项系数的取各项系数的取值是用概率方法确定值是用概率方法确定的。这样，结构设计可按传统的方的。这样，结构设计可按传统的方式进行，设计人员无须直接进行概率方面的运算。式进行，设计人员无须直接进行概率方面的运算。本讲稿第四十二页，共五十九页第七章 结构设计方法7.4 实用表达式第七章第七章 结构设计方法结构设

39、计方法第四节第四节 概率极限状态设计方法的实用表达式概率极限状态设计方法的实用表达式一、分项系数的概率定义一、分项系数的概率定义本讲稿第四十三页，共五十九页第七章 结构设计方法7.4 实用表达式第七章第七章 结构设计方法结构设计方法第四节第四节 概率极限状态设计方法的实用表达式概率极限状态设计方法的实用表达式一、分项系数的概率定义一、分项系数的概率定义本讲稿第四十四页，共五十九页第七章 结构设计方法7.4 实用表达式第七章第七章 结构设计方法结构设计方法第四节第四节 概率极限状态设计方法的实用表达式概率极限状态设计方法的实用表达式一、分项系数的概率定义一、分项系数的概率定义本讲稿第四十五页，共

40、五十九页第七章 结构设计方法7.4 实用表达式第七章第七章 结构设计方法结构设计方法第四节第四节 概率极限状态设计方法的实用表达式概率极限状态设计方法的实用表达式一、分项系数的概率定义一、分项系数的概率定义荷载效应是由永久荷载效应荷载效应是由永久荷载效应SG和可变荷载效应和可变荷载效应SQ两部两部分组成，可以把极限状态方程写成：分组成，可以把极限状态方程写成：由前面的推导得：由前面的推导得：荷载效应设计值荷载效应设计值抗力设计值抗力设计值本讲稿第四十六页，共五十九页第七章 结构设计方法7.4 实用表达式第七章第七章 结构设计方法结构设计方法第四节第四节 概率极限状态设计方法的实用表达式概率极限

41、状态设计方法的实用表达式二、实用设计表达式二、实用设计表达式 考虑结构安全等级不同，用结构重要性系数来调考虑结构安全等级不同，用结构重要性系数来调整结构的可靠指标整结构的可靠指标结构重要性系数结构重要性系数 ，一级时取，一级时取1.1，二级取，二级取1.0，三级取，三级取0.9本讲稿第四十七页，共五十九页第七章 结构设计方法7.4 实用表达式第七章第七章 结构设计方法结构设计方法第四节第四节 概率极限状态设计方法的实用表达式概率极限状态设计方法的实用表达式三、承载能力极限状态实用设计表达式三、承载能力极限状态实用设计表达式SS承载能力极限状态的荷载效应承载能力极限状态的荷载效应承载能力极限状态

42、的荷载效应承载能力极限状态的荷载效应(内力内力内力内力)组合的设组合的设组合的设组合的设 计值计值计值计值 。对于承载能力极限状态，结构构件应按荷载效应的基本对于承载能力极限状态，结构构件应按荷载效应的基本对于承载能力极限状态，结构构件应按荷载效应的基本对于承载能力极限状态，结构构件应按荷载效应的基本组合进行计算，必要时尚应按荷载效应的偶然组合进行计算。组合进行计算，必要时尚应按荷载效应的偶然组合进行计算。组合进行计算，必要时尚应按荷载效应的偶然组合进行计算。组合进行计算，必要时尚应按荷载效应的偶然组合进行计算。本讲稿第四十八页，共五十九页 对于基本组合，其内力组合设计值可按以下两公式中对于基

43、本组合，其内力组合设计值可按以下两公式中对于基本组合，其内力组合设计值可按以下两公式中对于基本组合，其内力组合设计值可按以下两公式中最不利值确定：最不利值确定：最不利值确定：最不利值确定：第七章 结构设计方法7.4 实用表达式第七章第七章 结构设计方法结构设计方法第四节第四节 概率极限状态设计方法的实用表达式概率极限状态设计方法的实用表达式可变荷载起控制作用时：可变荷载起控制作用时：永久荷载起控制作用时：永久荷载起控制作用时：本讲稿第四十九页，共五十九页第七章 结构设计方法7.4 实用表达式第七章第七章 结构设计方法结构设计方法第四节第四节 概率极限状态设计方法的实用表达式概率极限状态设计方法

44、的实用表达式RR结构构件的承载力设计值。结构构件的承载力设计值。结构构件的承载力设计值。结构构件的承载力设计值。三、承载能力极限状态实用设计表达式三、承载能力极限状态实用设计表达式本讲稿第五十页，共五十九页第七章 结构设计方法7.4 实用表达式第七章第七章 结构设计方法结构设计方法第四节第四节 概率极限状态设计方法的实用表达式概率极限状态设计方法的实用表达式四、正常使用极限状态实用设计表达式四、正常使用极限状态实用设计表达式 C结构构件达到正常使用要求所规定的相应限值，如结构构件达到正常使用要求所规定的相应限值，如 变形、裂缝和应力等的限值。变形、裂缝和应力等的限值。Sd正常使用极限状态的荷载

45、效应正常使用极限状态的荷载效应（变形、裂缝和应力变形、裂缝和应力 等）组合值等）组合值。标准组合标准组合：准永久组合准永久组合:本讲稿第五十一页，共五十九页第七章 结构设计方法7.4 实用表达式第七章第七章 结构设计方法结构设计方法第四节第四节 概率极限状态设计方法的实用表达式概率极限状态设计方法的实用表达式五、材料强度的标准值五、材料强度的标准值 材料强度标准值是一种材料强度标准值是一种特征值特征值，其取值原则是在，其取值原则是在符合规定质量的材料强度实测值的总体中，符合规定质量的材料强度实测值的总体中，标准强度标准强度应具有不小于应具有不小于95的保证率的保证率。本讲稿第五十二页，共五十九

46、页第七章 结构设计方法7.4 实用表达式第七章第七章 结构设计方法结构设计方法第四节第四节 概率极限状态设计方法的实用表达式概率极限状态设计方法的实用表达式五、材料强度的标准值五、材料强度的标准值钢材：钢材：保证率为保证率为97.75的特征值的特征值本讲稿第五十三页，共五十九页第七章 结构设计方法7.4 实用表达式第七章第七章 结构设计方法结构设计方法第四节第四节 概率极限状态设计方法的实用表达式概率极限状态设计方法的实用表达式五、材料强度的标准值五、材料强度的标准值混凝土：混凝土：保证率为保证率为95的的特征值特征值本讲稿第五十四页，共五十九页第七章 结构设计方法7.4 实用表达式第七章第七

47、章 结构设计方法结构设计方法第四节第四节 概率极限状态设计方法的实用表达式概率极限状态设计方法的实用表达式五、材料强度的设计值及材料分项系数五、材料强度的设计值及材料分项系数混凝土：混凝土：材料强度的标准值被材料的分项系数除即为材料的强材料强度的标准值被材料的分项系数除即为材料的强度设计值度设计值材料分项系数是通过对结构进行可靠度分析求得的材料分项系数是通过对结构进行可靠度分析求得的钢材：钢材：本讲稿第五十五页，共五十九页第七章 结构设计方法7.4 实用表达式第七章第七章 结构设计方法结构设计方法第四节第四节 概率极限状态设计方法的实用表达式概率极限状态设计方法的实用表达式六、荷载代表值及荷载

48、分项系数六、荷载代表值及荷载分项系数 实际设计中根据要求所采用的各种荷载值即为荷载代表实际设计中根据要求所采用的各种荷载值即为荷载代表值。值。永久荷载的代表值一般只有标准值永久荷载的代表值一般只有标准值 可变荷载的代表值有：标准值、准永久值、组合值及频遇可变荷载的代表值有：标准值、准永久值、组合值及频遇值值本讲稿第五十六页，共五十九页第七章 结构设计方法7.4 实用表达式第七章第七章 结构设计方法结构设计方法第四节第四节 概率极限状态设计方法的实用表达式概率极限状态设计方法的实用表达式六、荷载代表值及荷载分项系数六、荷载代表值及荷载分项系数 1.荷载标准值荷载标准值 荷载的基本代表值，为设计基

49、准期内最大荷载统计分布值。荷载的基本代表值，为设计基准期内最大荷载统计分布值。Gk：取平均值作为标准值取平均值作为标准值 Qk：取设计基准期内最大荷载概率分布的某一分位取设计基准期内最大荷载概率分布的某一分位 值确定值确定本讲稿第五十七页，共五十九页第七章 结构设计方法7.4 实用表达式第七章第七章 结构设计方法结构设计方法第四节第四节 概率极限状态设计方法的实用表达式概率极限状态设计方法的实用表达式六、荷载代表值及荷载分项系数六、荷载代表值及荷载分项系数2.2.荷载准永久值荷载准永久值荷载准永久值荷载准永久值 是指在设计基准期内，其超越的总时间约为是指在设计基准期内，其超越的总时间约为设计基

50、准期一半的荷载值。设计基准期一半的荷载值。3.3.荷载组合值荷载组合值荷载组合值荷载组合值 是当结构承受两种或两种以上可变荷载时，承载能力极是当结构承受两种或两种以上可变荷载时，承载能力极限状态按基本组合设计和正常使用极限状态按标准组合设限状态按基本组合设计和正常使用极限状态按标准组合设计采用的可变荷载代表值。计采用的可变荷载代表值。本讲稿第五十八页，共五十九页第七章 结构设计方法7.4 实用表达式第七章第七章 结构设计方法结构设计方法第四节第四节 概率极限状态设计方法的实用表达式概率极限状态设计方法的实用表达式永久荷载分项系数永久荷载分项系数当永久荷载效应对结构构件的承载能力不利且可变荷载当