武汉大学：《荷载与结构设计方法》课程教学课件（讲稿）09、结构可靠度分析计算

9:结构可靠度分析与计算 §9.1结构可靠度基本概念和原理 9.1.1 结构的功能要求 工程结构设计的基本目的是：在一定的经济条件下，使 结构在预定的使用期限内满足设计所预期的各项功能。《建 筑结构可靠度设计统一标准》(GB50068一2001)规定，结构 在规定的设计使用年限内应满足下列功能要求。 (1)能承受在正常施工和正常使用时可能出现的各种作用。 (2） 在正常使用时具有良好的工作性能。 (3) 在正常维护下具有足够的耐久性能。 (4)在偶然事件发生时（如地震、火灾等）及发生后，仍能保 持必需的整体稳定性

工程结构设计的基本目的是：在一定的经济条件下，使 结构在预定的使用期限内满足设计所预期的各项功能。《建 筑结构可靠度设计统一标准》(GB 50068—2001)规定，结构 在规定的设计使用年限内应满足下列功能要求。 (1) 能承受在正常施工和正常使用时可能出现的各种作用。 (2) 在正常使用时具有良好的工作性能。 (3) 在正常维护下具有足够的耐久性能。 (4) 在偶然事件发生时(如地震、火灾等)及发生后，仍能保 持必需的整体稳定性。 9：结构可靠度分析与计算 §9.1 结构可靠度基本概念和原理 9.1.1 结构的功能要求

◆1项、4项： → 结构安全性的要求 ◆2项 → 结构适用性的要求 ◆3项 →结构耐久性的要求 结构在规定的时间（设计使用年限)内，在规 定的条件下（正常设计、正常施工、正常使用）， 完成预定功能的能力~结构的可靠性，包括结构的 安全性、适用性和耐久性

 1项、4项 ⇒ 结构安全性的要求  2项 ⇒ 结构适用性的要求  3项 ⇒ 结构耐久性的要求 结构在规定的时间（设计使用年限）内，在规 定的条件下（正常设计、正常施工、正常使用）， 完成预定功能的能力 ~ 结构的可靠性，包括结构的 安全性、适用性和耐久性

显然，增大结构设计的余量，如加大结构构件 的截面尺寸或钢筋数量，或提高对材料性能的要求， 总是能够增加或改善结构的安全性、适应性和耐久 性要求，但这将使结构造价提高，不符合经济的要 求。 因此，结构设计要根据实际情况，解决好结构 可靠性与经济性之间的矛盾，既要保证结构具有适 当的可靠性，又要尽可能降低造价，做到经济合理

显然，增大结构设计的余量，如加大结构构件 的截面尺寸或钢筋数量，或提高对材料性能的要求， 总是能够增加或改善结构的安全性、适应性和耐久 性要求，但这将使结构造价提高，不符合经济的要 求。 因此，结构设计要根据实际情况，解决好结构 可靠性与经济性之间的矛盾，既要保证结构具有适 当的可靠性，又要尽可能降低造价，做到经济合理

9.1.2结构的功能函数 结构构件完成预定功能的工作状态可以用作用效应S和结 构抗力的关系来描述，这种表达式称为结构功能函数，用Z 来表示： Z=g(R,S)=R-S 则有三种情况： ZR Z-0 (1)Z>0结构可靠 极限状态(2)ZS(3)Z=0 结构处于极限状态称 Z>0 结构可靠 R R Z=R-S为结构的功能函数 Z=R-S=0为结构极限状态方程

结构构件完成预定功能的工作状态可以用作用效应S和结 构抗力R的关系来描述，这种表达式称为结构功能函数，用Z 来表示： Z = g(R,S) = R-S 则有三种情况： (1) Z > 0 结构可靠 (2) Z < 0 结构失效 (3) Z = 0 结构处于极限状态称 9.1.2 结构的功能函数 Z = R – S 为结构的功能函数 Z = R – S = 0 为结构极限状态方程

由于影响荷载效应S和结构抗力R都有很多基本的 随机变量，则结构功能函数的一般形式为 Z=gX1,X2,.,Xn) 其中X,(=1,2,.,n)为影响作用效应S和结构抗力R 的基本变量，如荷载、材料性能、几何参数等。由 于R和S都是非确定性的随机变量，故Z也是随机变 量

由于影响荷载效应S和结构抗力R都有很多基本的 随机变量，则结构功能函数的一般形式为 Z = g(X1 , X2 , . , Xn) 其中 Xi (i=1,2,.,n)为影响作用效应S和结构抗力R 的基本变量，如荷载、材料性能、几何参数等。由 于R和S都是非确定性的随机变量，故Z也是随机变 量

9.1.3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。极限状态是区分结构工作状 态可靠或失效的标志。 极限状态可分为两类： 承载力极限状态 正常使用极限状态

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。极限状态是区分结构工作状 态可靠或失效的标志。 极限状态可分为两类： 承载力极限状态 正常使用极限状态 9.1.3 结构的极限状态

承载力极限状态： 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。 结构或结构构件出现下列状态之一时，应认为超过了承载力极限 状态。 ①整个结构或结构的一部分作为刚体失去平衡；（如倾覆、过大的 滑移等)。 ②结构构件或连接因超过材料强度而破坏（包括疲劳破坏），或因 过度变形而不适于继续承载；（如受弯构件中的少筋梁）。 ③结构转变为机动体系；（如超静定结构由于某些截面的屈服， 使结构成为几何可变体系)。 ④结构或结构构件丧失稳定；（如细长柱达到临界荷载发生压屈 等)

承载力极限状态： 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。 结构或结构构件出现下列状态之一时，应认为超过了承载力极限 状态。 ①整个结构或结构的一部分作为刚体失去平衡；(如倾覆、过大的 滑移等)。 ② 结构构件或连接因超过材料强度而破坏(包括疲劳破坏)，或因 过度变形而不适于继续承载；(如受弯构件中的少筋梁)。 ③ 结构转变为机动体系；(如超静定结构由于某些截面的屈服， 使结构成为几何可变体系)。 ④ 结构或结构构件丧失稳定；(如细长柱达到临界荷载发生压屈 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。结 构或结构构件出现下列状态之一时，应认为超过了承载力极限状 态。 ①影响正常使用或外观的变形；（如过大的挠度）。 ②影响正常使用或耐久性能的局部损失； (如不允许出现裂缝结构的开裂；对允许出现裂缝的构件，其裂 缝宽度超过了允许限值)。 ③影响正常使用的振动。 ④影响正常使用的其他特定状态

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。结 构或结构构件出现下列状态之一时，应认为超过了承载力极限状 态。 ① 影响正常使用或外观的变形；(如过大的挠度)。 ② 影响正常使用或耐久性能的局部损失； (如不允许出现裂缝结构的开裂；对允许出现裂缝的构件，其裂 缝宽度超过了允许限值)。 ③ 影响正常使用的振动。 ④ 影响正常使用的其他特定状态

+结构的三种设计状态（根据结构在施工和使用中的环境条 件和影响) 1、持久状况一在结构使用过程中一定出现，其持续期很长 (一般与设计使用年限为同一数量级)的状况。 2、短暂状况一在结构施工和使用过程中出现概率较大，而与 设计使用年限相比，持续期很短的状况。如施工和维修等。 3、偶然状况一在结构使用过程中出现概率很小，且持续期很 短的状况，如火灾、爆炸、撞击等

 结构的三种设计状态（根据结构在施工和使用中的环境条 件和影响） 1、持久状况—在结构使用过程中一定出现，其持续期很长 (一般与设计使用年限为同一数量级)的状况。 2、短暂状况—在结构施工和使用过程中出现概率较大，而与 设计使用年限相比，持续期很短的状况。如施工和维修等。 3、偶然状况—在结构使用过程中出现概率很小，且持续期很 短的状况，如火灾、爆炸、撞击等

◆建筑结构的三种设计状况应分别进行承载力极限状态设计 1、对三种状况，均应进行承载力极限状态设计 2、对持久状况，尚应进行正常使用极限状态设计 3、对短暂状况，可根据需要进行正常使用极限状态设计

 建筑结构的三种设计状况应分别进行承载力极限状态设计 1、对三种状况，均应进行承载力极限状态设计 2、对持久状况，尚应进行正常使用极限状态设计 3、对短暂状况，可根据需要进行正常使用极限状态设计