第九章 概率极限状态设计法 内容提要 9.1结构设计目标 一、结构的极限状态 二、建筑结构的安全等级 三、结构设计可靠指标 9.2结构概率可靠度的直接设计法 9.3结构概率可靠度设计的实用表达式 一、单一系数设计表达式 二、分项系数设计表达式 三、规范设计表达式
第九章 概率极限状态设计法 内容提要 9.1 结构设计目标 一、结构的极限状态 二、建筑结构的安全等级 三、结构设计可靠指标 9.2 结构概率可靠度的直接设计法 9.3 结构概率可靠度设计的实用表达式 一、单一系数设计表达式 二、分项系数设计表达式 三、规范设计表达式
9.1 结构设计目标 9.1.1结构的安全等级 -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 一一级、二级、三级 ◆建筑物中各类结构构件的安全等级，宜与整个结构的安全 等级相同。 ◆对其中部分结构构件的安全等级可进行调整，但不得低于 三级。 建筑结构的安全等级 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
9.1.1结构的安全等级 - 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 一级、二级、三级 建筑物中各类结构构件的安全等级，宜与整个结构的安全 等级相同。 对其中部分结构构件的安全等级可进行调整，但不得低于 三级。 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 9.1 结构设计目标
◆设计使用年限(design working life) - 设计规定的结构或结构构件不需进行大修即可按其预 期目的使用的时期 ·即房屋结构在正常设计、正常施工、正常使用和正常 维护下所应达到的使用年限，如达不到这个年限则意 味着在设计、施工、使用与维修的某一环节上出现了 非正常情况，应查找原因 +GB50513一2008规定：结构设计使用年限分类 类别 设计使用年限（年） 示 例 1 5 临时性结构 2 25 易于替换的结构构件 3 50 普通房屋和构筑物 4 100 纪念性建筑和特别重要的建筑结构 返回
设计使用年限(design working life) - 设计规定的结构或结构构件不需进行大修即可按其预 期目的使用的时期 - 即房屋结构在正常设计、正常施工、正常使用和正常 维护下所应达到的使用年限，如达不到这个年限则意 味着在设计、施工、使用与维修的某一环节上出现了 非正常情况，应查找原因 类别 设计使用年限（年） 示 例 1 5 临时性结构 2 25 易于替换的结构构件 3 50 普通房屋和构筑物 4 100 纪念性建筑和特别重要的建筑结构 (返回) GB50513—2008规定：结构设计使用年限分类
◆设计基准期(design reference period) -为确定可变作用及时间有关的材料性能等取值而选用的时 间参数 ◆规范所采用的设计基准期为50年 →设计基准期不等同于建筑结构的设计使用年限 ◆足够的耐久性-一指结构在规定的工作环境中，在预定时期 内，其材料性能的恶化不致导致结构出现不可接受的失效 概率。 从工程概念上讲，足够的耐久性就是指在正常维护条件下 结构能够正常使用到规定的设计使用年限。 ◆整体稳定性-指在偶然事件发生时和发生后，建筑结构仅 产生局部的损坏而不致发生连续倒塌
设计基准期(design reference period) -为确定可变作用及时间有关的材料性能等取值而选用的时 间参数 规范所采用的设计基准期为50年 设计基准期不等同于建筑结构的设计使用年限 足够的耐久性-指结构在规定的工作环境中，在预定时期 内，其材料性能的恶化不致导致结构出现不可接受的失效 概率。 从工程概念上讲，足够的耐久性就是指在正常维护条件下 结构能够正常使用到规定的设计使用年限。 整体稳定性-指在偶然事件发生时和发生后，建筑结构仅 产生局部的损坏而不致发生连续倒塌 (返回)
9.1.2极限状态、极限状态方程 +"极限状态(limit state)”定义 整个结构或结构的一部分超过某一特定状态（达到极限承载 力：失稳：变形、裂缝宽度超过某一规定限制等)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 结构的极限状态 结构失效的临界状态 ◆“极限状态”分类 ①承载能力极限状态 ©正常使用极限状态
9.1.2极限状态、极限状态方程 “极限状态(limit state)”定义 整个结构或结构的一部分超过某一特定状态(达到极限承载 力；失稳；变形、裂缝宽度超过某一规定限制等)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 结构的极限状态 结构失效的临界状态 “极限状态”分类 承载能力极限状态 正常使用极限状态
0承载能力极限状态 -结构或结构构件达到最大承载力或不适于继续承载的变形 ◆承载能力极限状态标志 (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 (3)结构转变为机动机构 (4)结构或结构构件丧失稳定性 (5)地基丧失承载力而破坏 →保证结构或构件的安全性
承载能力极限状态 - 结构或结构构件达到最大承载力或不适于继续承载的变形 承载能力极限状态标志 （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 （3）结构转变为机动机构 （4）结构或结构构件丧失稳定性 (5) 地基丧失承载力而破坏 保证结构或构件的安全性
②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的某项规定限值 ◆正常使用极限状态标志 (1)影响正常使用或外观的变形 (2)影响正常使用或耐久性的局部破坏（包括裂缝） (3)影响正常使用的振动 (4)影响正常使用的其它特定状态（例：渗漏、腐蚀、冻害等) →保证结构或构件的适用性、耐久性
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的某项规定限值 正常使用极限状态标志 （1）影响正常使用或外观的变形 （2）影响正常使用或耐久性的局部破坏(包括裂缝) （3）影响正常使用的振动 （4）影响正常使用的其它特定状态（例：渗漏、腐蚀、冻害等) 保证结构或构件的适用性、耐久性
9.1.3设计状况 ◆结构的四种设计状况（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。 4、地震设计状况一在结构遭受地震时，在抗震设防区考虑的状况。 ◆建筑结构的四种设计状况应分别进行承载力极限状态设计 1、对四种状况，均应进行承载力极限状态设计 2、对特久状况，尚应进行正常使用极限状态设计 3、对短暂状况和地震设计状况，可根据需要进行正常使用极限状态设计 4、对偶然状况，可不进行正常使用极限状态设计
结构的四种设计状况（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。 4、地震设计状况—在结构遭受地震时，在抗震设防区考虑的状况。 建筑结构的四种设计状况应分别进行承载力极限状态设计 1、对四种状况，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、对短暂状况和地震设计状况，可根据需要进行正常使用极限状态设计 4、对偶然状况，可不进行正常使用极限状态设计 9.1.3设计状况
9.1.4结构设计可靠指标[0 结构可靠 最佳平衡点 经济 ◆确定[)考虑的因素： ①公众心理→B=2.5-4.0 对工程结构，在设计基准期内，p<5×10-3 结构较安全 pf<5×104 结构安全 pf<5×10-5 结构很安全 ②结构重要性-结构的安全等级（一级、二级、三级) ③结构破坏性质-脆性结构的应高于延性结构的 延性破坏-结构构件在破坏前有明显的变形或其他预兆 脆性破坏-一结构构件在破坏前无明显的变形或其他预兆 ④社会经济承受力
确定[]考虑的因素： ① 公众心理→ =2.5-4.0 对工程结构，在设计基准期内，p f <510-3 结构较安全 p f <510-4 结构安全 p f <510-5 结构很安全 ② 结构重要性-结构的安全等级（一级、二级、三级） ③ 结构破坏性质-脆性结构的[]应高于延性结构的[] 延性破坏-结构构件在破坏前有明显的变形或其他预兆 脆性破坏-结构构件在破坏前无明显的变形或其他预兆 ④ 社会经济承受力 最佳平衡点 9.1.4结构设计可靠指标 [] 结构可靠——— ——— 经济
GB50068-2001规定[B]值 →确定方法：事故类比法、经验校准法 一次二阶矩就是一种在随机变量的分布尚不清楚的情况下， 采用只有均值和标准差的数学模型去求解结构可靠度的方法。由于 该法将功能函数Z=g(x1,x2,x)在某点用泰勒级数展开，使之 线性化，然后求解结构的可靠度，因此称为一次二阶矩。 现有结构构件的可靠度分析（采用“校准法”），并考虑使用经 验和经济因素等确定。 ~安全等级（一级、二级、三级） ~破坏类型（延性破坏、脆性破坏） 结构构件承载力极限状态的可靠指标[ 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
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 结构构件承载力极限状态的可靠指标[] GB50068-2001 规定[ ]值 确定方法：事故类比法、经验校准法 一次二阶矩就是一种在随机变量的分布尚不清楚的情况下， 采用只有均值和标准差的数学模型去求解结构可靠度的方法。由于 该法将功能函数Z=g(x1, x2,., xn)在某点用泰勒级数展开，使之 线性化，然后求解结构的可靠度，因此称为一次二阶矩。 现有结构构件的可靠度分析（采用“校准法”），并考虑使用经 验和经济因素等确定。 ~ 安全等级（一级、二级、三级） ~ 破坏类型（延性破坏、脆性破坏）