第二章建筑结构设计基本原理要点.ppt

2.2 极限状态设计法 第二章 建筑结构设计基本原理 功能函数、可靠概率、失效概率、可靠度指标 设R为结构抗力，S为作用效应 令Z＝R-S，Z称为功能函数 Z=R-S0，表示结构可靠； Z=R-S=0，表示结构处于极限状态； Z=R-S0，表示结构失效。 R，S为随机变量,Z也为随机变量，f(Z)为Z的密度函数，如图，阴影部分面积表示了结构的失效程度即失效概率(probability of failure) ，用Pf 表示 2.2 极限状态设计法 第二章 建筑结构设计基本原理 Pf =P (S R) =P(Z 0) 结构的可靠概率 Ps=1-Pf 结构的可靠度指标 2.2 极限状态设计法 第二章 建筑结构设计基本原理 b —可靠指标 reliability index 我国《统一标准》根据结构的安全等级和破坏形态，对结构设计时的可靠指标做了具体规定，即设计时应满足： 统一标准规定的可靠指标 按上述原则进行设计的方法即为概率论极限状态设计法 2.2 极限状态设计法 第二章 建筑结构设计基本原理 二、概率极限状态设计法 1、极限状态（ Limit State ）的定义与分类 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要求，这一特定状态称为该功能的极限状态。 结构能够满足功能要求而良好地工作，则称结构是“可靠”的或“有效”的。反之，则结构为“不可靠”或“失效”。区分结构“可靠”与“失效”的临界工作状态称为“极限状态”。 2.2 极限状态设计法 第二章 建筑结构设计基本原理 结构的极限状态分为两大类： 1、承载能力极限状态 Ultimate Limit State 2、正常使用极限状态 Serviceability Limit State 2.2 极限状态设计法 第二章 建筑结构设计基本原理 （1）承载能力极限状态Ultimate Limit State 超过该极限状态，结构就不能满足预定的安全性功能要求。 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： 结构整体或其中一部分作为刚体失去平衡（如倾覆、滑移）； 结构构件或连接因材料强度被超过而破坏（包括疲劳破坏）或因产生过度的塑性变形而不适于继续承载； 结构构件转变为机动体系； 结构或构件丧失稳定（如细长受压构件的压曲失稳） 2.2 极限状态设计法 第二章 建筑结构设计基本原理 （2）正常使用极限状态Serviceability Limit State 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； 影响正常使用或耐久性能的局部破坏； 影响正常使用的振动； 影响正常使用的其他特定状态。 超过该极限状态，结构就不能满足预定的适用性和耐久性的功能要求。 2.2 极限状态设计法 第二章 建筑结构设计基本原理 上述两个极限状态均不得超过，设计时要根据这两个极限状态进行设计。 这种以结构丧失某一功能达到某一极限状态为依据的设计方法，就称为极限状态设计法。 承载力极限状态是一个安全性的问题，因此在任何结构设计时都要进行这方面的计算，并且在总体上使结构出现这种极限状态的可能性尽量小，正常使用极限状态则要根据结构提出的具体要求进行验算，对于出现这种极限状态的可能性可以放宽一些。 2.2 极限状态设计法 第二章 建筑结构设计基本原理 2、概率极限状态设计实用表达式 概率极限状态设计法与过去采用过的其他各种方法相比更为科学合理，但其计算繁复，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并无必要。 由于设计人员以往已习惯于采用安全系数这种形式来进行计算，因此，《建筑结构设计统一标准》提出了一种便于实际使用的设计表达式，称为实用设计表达式，以加速设计进程。 实用设计表达式中采用了以荷载和材料强度的标准值以及相应的“分项系数”来表示的方式。分项系数是按照目标可靠指标并考虑工程经验确定的，因而计算所得结果能满足可靠度的要求。采用了分项系数这种形式使结构设计仍可按传统的方式进行，符合设计人员的习惯，使用比较方便。 2.2 极限状态设计法 第二章 建筑结构设计基本原理 （1）按承载能力极限状态设计的方法 设计表达式： ——结构构件的重要性系数 S —— 荷载效应组合设计值 R —— 结构构件抗力设计值 2.2 极限状态设计法 第二章 建筑结构设计基本原理 结构构件的重要性系数g0 结构的安全