南阳理工学院土木工程系：《建筑结构》第三章（3-1）极限状态设计原则

31极限状态设计原则 ·311建筑结构的功能要求 1安全性建筑结构在其设计使用年限内应能够承 受可能出现的各种作用。且在设计规定的偶然事 件发生时及发生后,结构应能保持必需的整体稳 定性,不致倒塌。 2适用性建筑结构在其设计使用年限内应能满足 预定的使用要求,有良好的工作性能,其变形 裂缝或振动等性能均不超过规定的限度等 3.耐久性建筑结构在其设计使用年限内应有足够 的耐久性。例如保护层厚度不得过薄、裂缝不得 过宽而引起钢筋锈蚀等

3.1 极限状态设计原则 • 3.1.1 建筑结构的功能要求 1.安全性 建筑结构在其设计使用年限内应能够承 受可能出现的各种作用。且在设计规定的偶然事 件发生时及发生后，结构应能保持必需的整体稳 定性，不致倒塌。 2.适用性 建筑结构在其设计使用年限内应能满足 预定的使用要求，有良好的工作性能，其变形、 裂缝或振动等性能均不超过规定的限度等。 3.耐久性 建筑结构在其设计使用年限内应有足够 的耐久性。例如保护层厚度不得过薄、裂缝不得 过宽而引起钢筋锈蚀等

312结构可靠度和安全等级 结构可靠性是指结构在规定的时间内即设计使 用年限),在规定的条件下(结构正常的设计、施 工、使用和维修条件),完成预定功能如承载力 刚度、稳定性、抗裂性、耐久性和动力性能等) 的能力。 结构可靠度是指结构在规定的时间内,在规定的 条件下,完成预定功能的概率,即结构可靠度是 结构可靠性的概率度量

3.1.2 结构可靠度和安全等级 • 结构可靠性是指结构在规定的时间内(即设计使 用年限)，在规定的条件下(结构正常的设计、施 工、使用和维修条件)，完成预定功能(如承载力、 刚度、稳定性、抗裂性、耐久性和动力性能等) 的能力。 • 结构可靠度是指结构在规定的时间内，在规定的 条件下，完成预定功能的概率，即结构可靠度是 结构可靠性的概率度量

结构的设计使用年限是指设计规定的结构或结构构件 不需进行大修即可按其预定目的使用的时期 建筑结构的安全等级在进行建筑结构的设计时,应根 据结构破坏可能产生的各种后果危及人的生命、造成经 济损失、产生社会影响等)的严重性,采用不同的安全等 级 建筑结构的安全等级 表3-1 安全等级 破坏后果的影响程度 建筑物的类型 级级级 很严重 重要的建筑物 严重 般的建筑物 不严重 次要建筑物

结构的设计使用年限是指设计规定的结构或结构构件 不需进行大修即可按其预定目的使用的时期 。 建筑结构的安全等级在进行建筑结构的设计时，应根 据结构破坏可能产生的各种后果(危及人的生命、造成经 济损失、产生社会影响等)的严重性，采用不同的安全等 级

31.3结构的极限状态 结构的极限状态是指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,此特定状态称为该功能的极限状态。 《建筑结构可靠度设计统一标准》将结构的极限 状态分为两类:承载能力极限状态及正常使用极 限状态

3.1.3 结构的极限状态 • 结构的极限状态是指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，此特定状态称为该功能的极限状态。 • 《建筑结构可靠度设计统一标准》将结构的极限 状态分为两类：承载能力极限状态及正常使用极 限状态

承载能力极限状态—结构或结构构件达到最 大承载能力或不适于继绩承载的变形。 (1)整个结构或结构的一部分作为刚体失去平衡,如雨 篷压重不足而倾覆、烟囪抗风不足而倾倒、挡土墙抗滑 不足在土压力作用下而整体滑移等。 (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),如轴心受压构件中混凝土达到了轴心抗压强 度、构件的钢筋因锚固长度不足而被拔出等;或因变形 过大而不适于继续承受荷载。 (3)结构转变为机动体系,如构件发生三铰共线而形成 机动体系,丧失承载能力。 (4)结构或构件丧失稳定,如细长柱到达临界荷载后压 屈失稳而破坏

• 承载能力极限状态 ——结构或结构构件达到最 大承载能力或不适于继续承载的变形。 (1) 整个结构或结构的一部分作为刚体失去平衡，如雨 篷压重不足而倾覆、烟囱抗风不足而倾倒、挡土墙抗滑 不足在土压力作用下而整体滑移等。 (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)，如轴心受压构件中混凝土达到了轴心抗压强 度、构件的钢筋因锚固长度不足而被拔出等；或因变形 过大而不适于继续承受荷载。 (3) 结构转变为机动体系，如构件发生三铰共线而形成 机动体系，丧失承载能力。 (4) 结构或构件丧失稳定，如细长柱到达临界荷载后压 屈失稳而破坏

正常使用极限状态—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。 (1)影响正常使用或外观的变形,如吊车梁变形过大导 致吊车不能正常行驶、梁挠度过大影响外观等。 (2)影响正常使用或耐久性能的局部损坏,如水池池壁 开裂漏水不能正常使用、如裂缝过宽导致钢筋锈蚀等。 (3)影响正常使用的振动,如由于机器振动而导致结构 的振幅超过按正常使用要求所规定的限位等。 (4)影响正常使用的其它特定状态,如相对沉降量过大 等

• 正常使用极限状态 ——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。 (1) 影响正常使用或外观的变形，如吊车梁变形过大导 致吊车不能正常行驶、梁挠度过大影响外观等。 (2) 影响正常使用或耐久性能的局部损坏，如水池池壁 开裂漏水不能正常使用、如裂缝过宽导致钢筋锈蚀等。 (3) 影响正常使用的振动，如由于机器振动而导致结构 的振幅超过按正常使用要求所规定的限位等。 (4) 影响正常使用的其它特定状态，如相对沉降量过大 等

3.14结构上的作用F、作用效应S、结 构抗力R 结构上的作用—施加在结构上的集中力或分布 力(直接作用,也称为荷载)和引起结构外加变 形或约束变形的原因(间接作用)。 作用效应—由于直接作用或向接作用作用于结 构构件上,在结构内产生的内力和变形(如轴力、 弯矩、剪力、扭矩、挠度、转角和裂缝等) 结构抗力—结构或结构构件承受内力和变形的 能力(如构件的承载能力、刚度等) 结构上的作用、作用效应、结构抗力均是随机变量

3.1.4 结构上的作用F、作用效应S、结 构抗力R • 结构上的作用——施加在结构上的集中力或分布 力（直接作用，也称为荷载）和引起结构外加变 形或约束变形的原因（间接作用）。 • 作用效应——由于直接作用或间接作用作用于结 构构件上，在结构内产生的内力和变形(如轴力、 弯矩、剪力、扭矩、挠度、转角和裂缝等)。 • 结构抗力——结构或结构构件承受内力和变形的 能力(如构件的承载能力、刚度等)。 结构上的作用、作用效应、结构抗力均是随机变量

·结构上的作用分类 1.按随时间的变异分类: 永久作用一在设计基准期内其量值不随时间变化,或其变化 与平均值相比可以忽略不计的作用。 可变作用一在设计基准期内其量值随时间变化,且其变化与平 均值相比不可忽略的作用。 偶然作用一在设计基准期内出现或不一定出现,而一旦出现 其量值很大且持续时间很短的作用。 2按随空间位置的变异分类 固定作用一在结构空间位置上具有固定分布的作用。 可动作用一在结构空间位置上的一定范围内可以任意分布的作 用。 3按结构的反应分类 静态作用一使结构产生的加速度可忽略不计的作用 动态作用一使结构产生的加速度不可忽略的作用

• 结构上的作用分类 1.按随时间的变异分类： 永久作用 —在设计基准期内其量值不随时间变化，或其变化 与平均值相比可以忽略不计的作用。 可变作用—在设计基准期内其量值随时间变化，且其变化与平 均值相比不可忽略的作用。 偶然作用—在设计基准期内出现或不一定出现，而一旦出现 其量值很大且持续时间很短的作用。 2.按随空间位置的变异分类 固定作用—在结构空间位置上具有固定分布的作用。 可动作用—在结构空间位置上的一定范围内可以任意分布的作 用。 3.按结构的反应分类 静态作用—使结构产生的加速度可忽略不计的作用。 动态作用—使结构产生的加速度不可忽略的作用

315结构的极限状态方程 结构极限状态方程可写为: z=R—S=0 当Z>0时,结构处于可 靠状态 z>0可靠区 当Z=0时,结构处于极 限状态 Z<0失效区 当z<0时,结构处于失 效状态。 图3-1极限状态方程取值示意图

3.1.5 结构的极限状态方程 • 结构极限状态方程可写为： Z=R—S=0 当Z＞0时， 结构处于可 靠状态， 当Z＝0时， 结构处于极 限状态， 当Z＜0时， 结构处于失 效状态

32荷载和材料强度的取值 321荷载 结构上的荷载可分成三类: 永久荷载一在结构使用期内,其值随时间因素 的变化不大,或其变化与其平均值相比可以忽略 的荷载。 可变荷载一在结构使用期内,其值随时间变化 且其变化与其平均值相比不可以忽略的荷载。 偶然荷载一在设计使用期内不一定出现,一旦 出现其值很大且持续时间很短的荷载

3.2 荷载和材料强度的取值 • 3.2.1 荷载 结构上的荷载可分成三类： 永久荷载—在结构使用期内，其值随时间因素 的变化不大，或其变化与其平均值相比可以忽略 的荷载。 可变荷载—在结构使用期内，其值随时间变化， 且其变化与其平均值相比不可以忽略的荷载。 偶然荷载—在设计使用期内不一定出现，一旦 出现其值很大且持续时间很短的荷载