第二讲建筑结构的设计标准和设计方法要点解析.ppt

由于结构抗力R和作用效应S是随机变量，故结构的功能函数Z也是随机变量。当假定R和S相互独立并且都服从正态分布时，则Z也服从正态分布，其特征值： 功能函数的分布曲线 2.3 结构可靠度理论和极限状态设计法 由结构功能函数Z=g(R，S)的分布曲线，则纵坐标轴以左的分布曲线围成的面积（阴影部分）表示结构的失效概率Pf，纵坐标轴以右分布去线所围成的面积表示结构的可靠概率Ps，即 其中： 2．可靠概率和失效概率 2.3 结构可靠度理论和极限状态设计法 因此，在讨论结构的可靠性时，既可以用结构的可靠概率Ps来衡量，也可以用结构的失效概率Pf来衡量。我国的《建筑结构可靠度设计统一标准》GB50068—2001在大量统计分析的基础上，对各类结构的允许失效概率[Pf]作了规定。 例如，对大量—般性的工业与民用建筑（安全等级为二级），其失效概率不得超过下列限值： 延性破坏的结构：[Pf]=6.9×10-4 脆性破坏的结构：[Pf]=1.1×10-4 2.3 结构可靠度理论和极限状态设计法 ㈢、按可靠指标的设计准则 1、可靠指标 可靠指标是结构功能函数Z的平均值μz与其标准差σz之比，即 可靠指标β与失效概率运算值Pf的关系 β 2.7 3.2 3.7 4.2 Pf 3.5×10-3 6.9×10-4 1.1×10-4 1.3×10-5 可靠指标β与失效概率Ｐf有对应的关系： β值越大，Pf值越小；反之， β值越小， Pf 值越大。 2.3 结构可靠度理论和极限状态设计法 2、按可靠指标的设计准则 在建筑结构设计时，应根据建筑物的安全等级，按规定的可靠指标(也称目标可靠指标)进行设计的设计准则，称为按可靠指标的设计准则。 建筑结构的安全等级是根据结构破坏可能产生的后果（危及人的生命、造成经济损失、产生社会影响等）的严重性而划分的，共分为三级（如下表所示）。 安全等级 破坏后果 建筑物类型 一级 很严重 重要的房屋 二级 严重 一般的房屋 三级 不严重 次要的房屋 建筑结构的安全等级 2.3 结构可靠度理论和极限状态设计法 结构构件设计时采用的可靠指标，是根据对现有结构构件可靠度进行分析，并考虑使用经验和经济因素等确定的。对于承载能力极限状态的可靠指标，不小于下表的规定。 破坏类型 安全等级 一级 二级 三级 延性破坏 3.7 3.2 2.7 脆性破坏 4.2 3.7 3.2 结构构件承载能力极限状态的可靠指标 上述按可靠指标的设计准则虽然直接运用了概率论的原则，但是在确定可靠指标时，作了若干假定和简化（如假定R和S均服从正态分布，且互相独立等），因此这个准则只能称为近似概率准则。 2.3 结构可靠度理论和极限状态设计法 三、概率极限状态设计法 按可靠指标的设计准则可以给出结构可靠度的定量概念，但计算需要掌握足够的实侧数据，过程十分复杂。目前，我国规范是以可靠度理论作为设计的理论基础，而以极限状态法进行具体设计。 1．极限状态的定义 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，此特定状态为该功能的极限状态。 　结构的各种极限状态，都规定有明确的标志及限值。 ㈠、极限状态的定义和分类 2.3 结构可靠度理论和极限状态设计法 ２．极限状态的分类 　极限状态可分为承载能力极限状态和正常使用极限状态两类。 (1)承载能力极限状态 结构或结构构件达到最大承载力、疲劳破坏或者达到不适于继续承载的变形时，称该结构或结构构件达到承载能力极限状态。 当结构或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：①整个结构或结构的一部分作为刚体失去平衡。②结构构件或其连接因超过材料强度而破坏(包括疲劳破坏)，或因过度的变形而不适于继续承载。③结构转变为机动体系。④结构或构件丧失稳定。⑤地基丧失承载能力而破坏。 2.3 结构可靠度理论和极限状态设计法 (2)正常使用极限状态 这种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。 当结构或结构构件出现下列状态之一时，应认为超过了正常使用极限状态：①影响正常使用或外观的变形；②影响正常使用或耐久性能的局部损坏(包括裂缝)；③影响作常作用帕振动；④影响正常使用的其他特定状态。 2.3 结构可靠度理论和极限状态设计法 承载能力极限状态采用下列设计表达式进行设计： 式中：γ０——结构重要性系数。对安全等级为一级或设计使用年限为100年及以上的结构构件，其值不小于1.1；对安全等级为二级或设计使用年限为50年的结构构件，不小于1.0；对安全等级为三级或设计使用年限为5年的结构构件，不