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1、p本章主要内容结结构可靠度 荷载载和材料强度标标准值值概率极限状态设计态设计 法 要点n作用于结结构上的荷载载取值值结结构构件自重；外部作用（活荷载载、风风荷载载、雪荷载载、地震作用等）n材料强度取值值钢钢筋强度；混凝土强度n结结构设计设计 方法荷载值载值 、材料强度值值确定后如何设计设计 ，保证结证结 构具有适当的可靠度n地位和作用：总总原则则（纲领纲领 ）预预期的可靠度（难难点）适用于所有结结构和构件：建筑结结构可靠度设计统设计统 一标标准p 作用、作用效应应及结结构抗力p 结结构可靠度及安全等级级p 混凝土结结构构件设计计设计计 算方法的演变变3.1.1结构上的作用、作用效应及结构抗力1
2、. 结结构上的作用和作用效应应 作用：使结结构或构件产产生内力和变变形的各种原因p直接作用（荷载载）：以力的形式直接作用于结结构上p间间接作用：以变变形的形式作用在结结构上作用按时间变时间变 异的分类类永久作用 G：其值值不随时间变时间变 化（恒载载）可变变作用 Q：其值值随时间变时间变 化（活荷载载）偶然作用：量值值很大且持续时间续时间 很短的作用 作用效应应 S（effect of an action） 由作用产产生的内力和变变形（轴轴力、剪力、弯矩、扭矩、变变形 、裂缝缝等）作用效应应 S 是随机变变量或随机过过程3.1.1 结构上的作用、作用效应及结构抗力2. 结结构抗力 R（resi
3、stance） 整个结结构或结结构构件承受作用效应应（即内力和变变形）的能 力，如构件的承载载能力、刚刚度及抗裂能力等。影响因素 材料性能（强度、变变形模量等） 几何参数（构件尺寸等） 计计算模式的精确性（构件抗力计计算模型）结结构抗力 R 是随机变变量3. 设计设计 基准期 T （design reference period） 为为确定可变变作用及与时间时间 有关的材料性能等取值值而选选用的 时间时间 参数，建筑结结构可靠度设计统设计统 一标标准规规定为为50 年.3.1.2 结构的预定功能及结构可靠度1. 结结构设计设计 的基本要求p满满足使用功能：结结构的预预定功能要求安全性（safe
4、ty class）： 不发发生构件破坏或结结构倒塌适用性（serviceability）: 变变形和裂缝宽缝宽 度不超限耐久性（durability）：结结构材料的风风化、腐蚀蚀和老化 不超过过一定限度p经济问题经济问题在现现有技术术的基础础上，以最经济经济 的手段获获得预预定功能要求 合理地解决结结构可靠与经济经济 之间间的矛盾3.1.2 结构的预定功能及结构可靠度2. 结结构的可靠度n结结构的可靠性 结结构的安全性、适用性和耐久性总总称结结构的可靠性。 结结构在规规定的时间时间 内，在规规定的条件下，完成预预定功能的能力。（定性描述）n结结构可靠度 结结构在规规定的时间时间 内，在规规定的
5、条件下，完成预预 定功能的概率。 是可靠性的概率度量。 （定量描述）p 规规定的时间时间 ：设计设计 使用年限（design working life） 设计规设计规 定的结结构或结结构构件不需进进行大修即可按其预预定目的使用的时时期设计设计 使用年限、设计设计 基准期、使用寿命、耐久年限等概念之间间 的区别别。纪纪念性建筑和特别别重要的建筑物1004普通房屋和构筑物503易于替换换的结结构构件252临时临时 性结结构51示 例设计设计 使用年限（年）类类 别别p 规规定的条件正常设计设计 、正常施工、正常使用3.1.2 结构的预定功能及结构可靠度3.1.3结构的安全等级n 结结构的安全等级级
6、(safety class)p安全等级级根据结结构破坏可能产产生的后果，即危及人的生命 、造成的经济损经济损 失、产产生社会影响等的严严重程度确定。安全等级级破坏后果建筑物类类型一级级很严严重重要的房屋二级级严严 重一般的房屋三级级不严严重次要的房屋p 建筑物中各类结类结 构构件的安全等级级宜与整个结结构的安全等 级级相同，但允许对许对 部分结结构构件根据其重要程度和综综合效 益进进行适当的调调整。p用安全等级级区分结结构的可靠度建筑结结构可靠度设计统设计统 一标标准规规定的建筑结结构安全等级级n 混凝土结结构构件设计计设计计 算方法的演变变p 容许应许应 力法特点：计计算简单简单 ；未考虑虑
7、材料的塑性；经验经验 的安全系数p 按破坏阶阶段的设计设计 方法特点：考虑虑材料塑性，计计算结结果较较准确；经验经验 的安全系数p多系数极限状态设计态设计 法特点：较较全面地考虑虑了主要因素；不能计计算结结构的可靠度3.1.4 混凝土结构构件设计计算方法3.1.4 混凝土结构构件设计计算方法n概率极限状态设计态设计 法 水准I 半概率法把可以统计统计 的因素（荷载值载值 和材料强度值值等）用概率方法加 以处处理，无统计资统计资 料的因素用经验经验 系数处处理。对结对结 构的可 靠度还还不能做出定量的估计计。TJ10-74基本上属于此法。 水准 近似概率法将结结构抗力和荷载载效应应作为为随机变变
8、量，按给给定的概率分布估 算失效概率或可靠指标标，采用平均值值和标标准差两个统计统计 参 数，对设计对设计 表达式进进行线线性化处处理，称为为“一次二阶阶矩法” ，是一种实实用的近似概率计计算法。 水准 全概率法3.1 结构可靠度及结构设计方法小结n结结构上的作用、作用效应应n结结构的抗力n设计设计 基准期；设计设计 使用年限；实际实际 寿命n结结构可靠性，结结构可靠度n结结构的安全等级级n概率极限状态设计态设计 法影响结结构可靠度的主要因素（荷载值载值 、材料强度值值等 ）用概率的方法确定；结结构的工作状态态取“极限状态态”。p 荷载标载标 准值值的确定p 材料强度标标准值值的确定p 各种强
9、度值值之间间的关系3.2.1荷载标准值的确定n 荷载载的统计统计 特性p 永久荷载载 G 是随机变变量；永久荷载载 G 符合正态态分布p 可变变荷载载 Q 是随机过过程；楼面活荷载载、风风荷载载和雪荷载载符合极值值 I 型分布n 荷载标载标 准值值结结构在使用期间间，在正常情况下，可能出现现的具有一定保证证率（assurance factor）的偏大荷载值载值 。2223242526272800.050.10.150.20.250.30.350.4n 正态态分布永久荷载载x (kN/m3)概率密度 p(x) 概率密度函数p(x) 概率密度函数的性质质3.2.1荷载标准值的确定n 极值值I型分布
10、3.2.1荷载标准值的确定 概率密度函数p(x) 概率密度函数的性质质活荷载载x 概率密度 p(x)-4-20246800.050.10.150.20.250.30.350.43.2.1荷载标准值的确定n 荷载标载标 准值值p荷载标载标 准值值是 建筑结结构按极 限状态设计态设计 时时采用的荷载载 基本代表值值。p如果荷载载符合 正态态分布，且 具有95%的保 证证率，则标则标 准 值值Pk为为mPPk232426282200.050.10.150.20.250.30.350.4永久荷载载x概率密度 p(x)Pk=mP+1. 645sP3.2.1 荷载标准值的确定n 荷载标载标 准值值p永久荷
11、载标载标 准值值Gk：可按结结构设计规设计规 定的尺寸和荷载载规规范规规定的材料容重平均值值确定，一般相当于永久荷载载概率分布的平均值值。p办办公楼、住宅楼面均布活荷载标载标 准值值Qk均为为2.0kN/m2。p风风荷载标载标 准值值是由基本风压风压 乘以风压风压 高度变变化系数、风风 载载体型系数和风风振系数确定的。p雪荷载标载标 准值值是由建筑物所在地的基本雪压压乘以屋面积积雪 分布系数确定的。注：上述荷载标载标 准值值可由建筑结结构荷载规载规 范查查取；各种可变变荷载标载标 准值值的保证证率不同。3.2.2 材料强度标准值的确定n 材料强度的变变异性及统计统计 特性p 钢钢筋屈服强度的概
12、率分布基本符合正态态分布。p 混凝土立方体抗压压强度的实测值实测值 也符合正态态分布。n 材料强度标标准值值p 钢钢筋和混凝土的强度标标准值值 fk= mf - asf 。偏低 值值mf2426282200.050.10.150.20.250.30.350.4材料强度x概率密度 p(x)fkp a为为与材 料实际实际 强度 f 低于fK的 概率有关的 保证证率系数 。3.2.2 材料强度标准值的确定p 钢钢筋的强度标标准值值n对对于热轧钢热轧钢 筋，废废品限值值相当于屈服强度平均值值减去2 倍标标准差，即a = 2，保证证率为为97.73%。n混凝土规规范规规定的钢钢筋强度标标准值值具有不小于
13、95% 保证证率。n热轧钢热轧钢 筋强度标标准值值(N/mm2)种 类类符号d/m mfyK热热 轧轧 钢钢 筋HPB 300A622300HRB 335/HRBF 335 B/BF650335HRB 400/HRBF400/RRB400C/CF/CR650400HRB 500/HRBF500C/CR 6505003.2.2 材料强度标准值的确定p 混凝土的强度标标准值值n混凝土规规范规规定的混凝土的强度标标准值为值为 具有95% 保 证证率的强度值值。n立方体抗压压强度标标准值值 fcu,kn轴轴心抗压压强度标标准值值 fck3.2.2 材料强度标准值的确定p混凝土规规范中的混凝土强度标标准
14、值规值规 定混凝土强度标标准值值(N/mm2) 强度 种类类混凝土强度等级级C15C20C25C30C35C40C45C50C55C60C65C70C75C80fck10. 013. 416. 720. 123. 426. 829. 632. 435. 538. 541. 544. 547. 450. 2 ftk1.2 71.5 41.7 82.0 12.2 02.3 92.5 12.6 42.7 42.8 52.9 32.9 93.0 53.1 1n轴轴心抗拉强度标标准值值 ftk混凝土强度的基本代表值值为为 fcu,k。3.2 荷载和材料强度取值小结n重要思想：荷载载取具有一定保证证率的偏
15、大荷载值载值 （不取最大值值）材料强度取具有一定保证证率的偏小强度值值（不取最小值值）。安全与经济经济 的统统一；适当的可靠度n荷载标载标 准值值：按荷载规载规 范查查取；各种荷载载的保证证率不一致（统计资统计资 料不完备备，工程经验经验 ）n材料强度标标准值值：均具有大于或等95%的保证证率（钢钢筋强度保证证率为为 97.78%；混凝土强度保证证率95%）根据混凝土强度等级级（立方体抗压压强度标标准值值:基本代表值值）查规查规 范。n材料强度平均值值（结结构分析设计设计 ）p 承载载能力与正常使用极限状态态p 结结构可靠度的计计算p 概率极限状态设计态设计 法3.3 概率极限状态设计法提要n
16、结结构的极限状态态定义义；两类类极限状态态（安全性，适用性和耐久性）n结结构的设计设计 状况结结构物在建造和使用过过程中所承受的作用、所处环处环 境条件、 经历时间长经历时间长 短等都是不同的，设计时设计时 所采用的结结构体系、可 靠度水准、设计设计 方法等也应应有所区别别。n结结构的功能函数和极限状态态方程 作用效应应S与结结构抗力R的关系式；S = Rn结结构可靠度计计算失效概率；可靠指标标 n概率极限状态设计态设计 的一般方法（少数重要结结构采用）3.3.1 结构的极限状态p 结结构的极限状态态n整个结结构或结结构的一部分超过过某一特定状态态就不能满满足设计规设计规 定的某一功能要求，此特定状态态称为为该该功能的极限状态态。n极限状态实质态实质 上是区分结结构可靠与失效的界限。p 结结构的极限状态态分类类n 承载载能力极限状态态安全性极限状态态。主要
