工程结构荷载与结构设计方法教学PPT.ppt

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1、张丽 丁以兵安徽工业大学,工程结构荷载与设计方法（概率极限状态设计法）,Chapter 10,结构设计目标,一、建筑结构的安全等级-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。,建筑结构的安全等级,确定考虑的因素：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 结构重要性-结构的安全等级（一级、二级、三级）结构破坏性质-脆性结构的

2、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 社会经济承受力,二、结构设计可靠指标,结构可靠 经济,结构设计目标,GB50068-2001 规定值 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,结构设计目标,结构构件正常使用极限状态的可靠度指标，根据其作用效应的可逆程度宜取0-1.5，可逆程度较高的结构构件取较低值，可逆程度较低的结构构件取较高值。不逆可极限状态 产生超越状态的作用被移掉后，仍将永久保

3、持超越状态的一种极限状态 可逆极限状态 产生超越状态的作用被移掉后，将不再保持超越状态的一种极限状态,可靠指标与失效概率运算值pf的关系,规范GB50068以建筑结构安全等级为二级时延性破坏的值作为基准，其他情况下相应增减0.5,结构设计目标,结构概率可靠度的直接设计法,目标可靠指标 荷载效应S i(i=1n)的统计参数（Si、Si）及分布类型结构抗力R的统计参数，服从对数正态分布极限状态方程g(SQ1，SQ2，SQ3，。，SQn，R)=0,验算点法迭代计算,当R、S服从对数正态分布时,结构抗力R 的参数R,重要工程结构采用直接设计法;大量一般性的结构构件采用间接设计法,结构概率可靠度设计的实

4、用表达式,一、单一系数设计表达式,不利于结构设计,二、分项系数设计表达式,引入分离系数R、S（当R/S1/3,3时，R=S=0.75）,结构概率可靠度设计的实用表达式,三、规范设计表达式（一）承载能力设计表达式 结构重要性系数 0 S R 结构构件抗力设计值 作用效应组合设计值 结构重要性系数 0 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，不应小于1.1，即0 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，不应小于1.0，即0 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，不应小于0.9，即0 0.9 考虑不同投资主体对建筑结构可靠度的要求可能不同，允许0

5、 1.1、1.0、0.9,结构概率可靠度设计的实用表达式,结构抗力设计值R,R=R（R，f k，ak，.）=Rk/R,荷载效应组合设计值S,（1）基本组合,由可变荷载效应控制的组合,由永久荷载效应控制的组合,取最不利值,注意,当对SQi k 无法明显判断时，轮次以各可变荷载效应为SQ1 k，选其中最不利的荷载组合；,当考虑以竖向的永久荷载效应控制的组合时，参与组合的可变荷载仅限于竖向荷载。,结构概率可靠度设计的实用表达式,其中，G 永久荷载分项系数 Q可变荷载分项系数 SG k 永久荷载效应标准值，SG k=CG Gk SQ k 可变荷载效应标准值，SQ k=CQ Qk Gk 永久荷载标准值

6、Qk可变荷载标准值 ci第i个可变荷载的组合系数,承载能力极限状态设计表达式,结构概率可靠度设计的实用表达式,对于一般排架、框架结构，基本组合可采用简化规则,（1）由可变荷载效应控制的组合,(2)由永久荷载效应控制的组合,取最不利值,简化设计表达式中采用的荷载组合系数,一般情况下可取=0.90,当只有一个可变荷载时，取=1.0,结构概率可靠度设计的实用表达式,(2)偶然组合 指一种偶然作用与其他可变荷载相组合 从安全与经济两方面考虑，偶然组合验算结构的承载力时，所采用的可靠指标允许比基本组合有所降低(偶然作用发生的概率很小，持续的时间较短，但对结构可造成相当大的损害)JCSS（结构安全度联合委

7、员会）对各类结构和各种材料的共同统一规则规定：偶然状态下可靠度指标的计算公式：=-1（pf/p0）Pf正常情况下结构构件失效概率的运算值；p0 在结构的设计基准期内偶然作用出现一次的概率；-1()标准正态分布函数的反函数。偶然组合极限状态设计表达式确定的一般原则(1)只考虑一种偶然作用与其他荷载的组合(2)偶然作用的代表值不乘以分项系数(3)可变荷载可根据与偶然作用同时出现的可能性，采用适当的代表值，如准永久值等(4)荷载与抗力分项系数值,可根据结构可靠度分析或工程经验确定,结构概率可靠度设计的实用表达式,（二）正常使用极限状态 正常使用极限状态保证结构或构件的适用性、耐久性 允许其出现的概率

8、高于承载能力极限状态 采用荷载效应的标准组合、频遇组合和准永久组合 S C C结构或结构构件达到正常使用要求的规定限值，例如变形f lim、裂缝宽度w lim等 标准组合 标准效应组合设计值S：,频遇组合,荷载效应组合的设计值S,结构概率可靠度设计的实用表达式,准永久组合,荷载效应组合的设计值S,f1 SQ1 k在频遇组合中起控制作用的一个可变荷载频遇值效应,qiSQi k 第i个可变荷载准永久值效应,注：组合中的设计值仅适用于荷载与荷载效应线性的情况,结构概率可靠度设计的实用表达式,（三）设计表达式中各分项系数确定 验算点P*处极限状态方程 R*-S*=0 永久荷载G与一个可变荷载Q组合的简

9、单情况确定 S*G+S*Q=R*按分项系数表达的极限状态设计表达式 G S G k+Q S Qk=R k/R S*G=G S G k G=S*G/S G k S*Q=Q S Qk Q=S*Q/S Qk R*=R k/R R=R k/R*,结构概率可靠度设计的实用表达式,1、荷载分项系数（G、Q）确定 以恒载+一个可变荷载的简单情况确定 S*G+S*Q=R*G S G k+Q S Qk=R k/R(S*G、S*Q、R*)可靠度指标及各基本变量平均值、均方差有关。G、Q 及R值，则按极限状态设计达设计所得的结构构件的可靠度指标 与目标可靠指标不一致。当-达最小时，G、Q 即为所求。,结构概率可靠度

10、设计的实用表达式,永久荷载分项系数G（1）当其效应对结构不利时 G=1.2（由可变荷载效应控制的组合）G=1.35（由永久荷载效应控制的组合）（2）当其效应对结构有利时 G=1.0（一般情况下）G=0.9（结构的倾覆、滑移或漂浮验算）可变荷载分项系数Q Q=1.4（一般情况下）Q=1.3（标准值大于4kN/m2的工业房屋楼面结构的活荷载),结构概率可靠度设计的实用表达式,2、抗力分项系数R的确定,按规定的目标可靠指标进行设计时，最优的抗力分项系数R：,=SQk/SGk=0.1、0.25、0.5、1.0、2.0,S=G SGk+Q SQk,R*k某一值和目标可靠指标下，按概率法确定的结构构件抗力

11、标准值,结构概率可靠度设计的实用表达式,3、荷载组合值系数 c 的确定 设计中G、Q 按最简单组合确定，当结构承受两种或两种以上可变荷载时，G、Q 不变，引入组合系数c对可变荷载标准值进行折减，使计算得到的1与按简单组合情况下可靠度指标具有最佳一致性 GB50068 c取值 c=0.6（风荷载）c=0.7（其他可变荷载）任何情况下 c f（频遇值系数）,结构概率可靠度设计的实用表达式,课后小节与思考,3.2 极限状态,课程提要结构设计目标 一、建筑结构的安全等级 二、结构设计可靠指标 结构概率可靠度的直接设计法 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、规范设计表达式思考怎样确定结构构件设计的目标可靠指标？在概率极限状态的实用设计表达式中，如何体现结构的安全等级和目标可靠指标？,课后作业,3.2 极限状态,课程作业P186页思考题与习题：15 请按时完成，作业须在一周内上交，逾期不受理，每次作业计平时成绩5分！,丁以兵2023年3月5日,谢 谢 大 家!,工程结构荷载与设计方法（结构可靠度分析）,