結構的功能

FunctionsofStructure

安全性（Safety）

◎結構在預定的使用期間內（一般為50年），應能承受在正常施工、正常使用情況下可能出現的各種荷載、外加變形（如超靜定結構的支座不均勻沉降）、約束變形等的作用；◎在偶然事件（如地震、爆炸）發生時和發生后，結構應能保持整體穩定性，不應發生倒塌或連續破壞而造成生命財產的嚴重損失。適用性（Serviceability

）結構在正常使用期間，具有良好的工作性能。如不發生影響正常使用的過大的變形（撓度、側移）、振動（頻率、振幅），或產生讓使用者感到不安的過大的裂縫寬度。耐久性（Durability

）結構在正常使用和正常維護條件下，應具有足夠的耐久性。即在各種因素的影響下（混凝土碳化、鋼筋銹蝕），結構的承載力和剛度不應隨時間有過大的降低，而導致結構在其預定使用期間內喪失安全性和適用性，降低使用壽命。3.1結構設計的要求建筑結構可靠度設計統一標準類別設計使用年限（年）示例15臨時性結構225易于替換的結構構件350普通房屋和構筑物4100紀念性建筑和特別重要的建筑結構適用性耐久性安全性結構的可靠性結構設計就是實現可靠性與經濟性的最佳平衡設計方法

TheDesignMethods可靠性：結構在規定的時間內，在規定的條件下，完成預定功能的能力。

極限狀態：整個結構或結構的一部分超過某一特定狀態就不能滿足設計規定的某一功能要求，此特定狀態為該功能的極限狀態LimitState結構能夠滿足功能要求而良好地工作，則稱結構是“可靠”的或“有效”的。反之，則結構為“不可靠”或“失效”。

承載力極限狀態

UltimateLimitState

正常使用極限狀態ServiceabilityLimitState

整個結構或結構的一部分作為剛體失去平衡；結構構件或連接因超過材料強度而破壞；結構轉變為機動體系；結構或結構構件喪失穩定；地基喪失承載能力而破壞影響正常使用或外觀的變形；影響正常使用或耐久性能的局部損壞；影響正常使用的振動；影響正常使用的其它特定狀態基本設計原則

TheBasicDesignApproachDesignofStructuresStrengthDeformation承載力極限狀態設計方法正常使用極限狀態設計方法結構功能的表達

S—作用效應

ActionEffect

結構上的作用是使結構產生內力、變形和裂縫的原因的總稱，分為直接作用和間接作用，作用效應即為作用引起的構件內力。R—結構抗力

Resistant

結構抵抗作用效應的能力，如受彎承載力Mu、受剪承載力Vu、容許撓度[f]、容許裂縫寬度[w]。S<R

可靠S=R

極限狀態S>R

失效

3.4作用效應和結構抗力作用Q：施加在結構或構件上的力（直接作用），或引起外加變形或約束變形的原因（間接作用）

永久作用：在設計基準期內其量值基本不隨時間變化的作用

可變作用：在設計基準期內其量值隨時間變化的作用

偶然作用：在設計基準期內可能出現但不一定出現的作用作用效應S：由于作用所引起的內力或變形R，S是隨機變量偶然作用是隨機事件可變作用：可能出現也可能不出現、數值可能大也可能小永久作用：材料的不同、尺寸誤差、基礎沉降、砼收縮、溫度變化等也具有隨機性作用效應與作用有關，所以也具有隨機性影響結構抗力的主要因素有：材料性能、幾何參數及計算的精確性。由于材料的不同、尺寸誤差、制作安裝誤差與計算的不精確性，所以R也是隨機變量。概率極限狀態法的概念結構的極限狀態方程

Z=R-S=g(R,S)=0

其中Z=R-S=g(R,S)為結構功能函數，結構抗力R與材料強度、截面幾何參數有關，作用效應Ｓ與荷載等有關可靠狀態：Z>0失效狀態：Z<0極限狀態：Z=0結構的可靠度可靠度：在規定的時間內，規定的條件下，完成預定功能的概率注：R與S均為不確定值度量指標：可靠概率Ps或失效概率Pf

，

Pf

=P(Z<0)Ps+Pf

=1

習慣上用失效概率或可靠度指標β表示。正態分布概率密度曲線由概率論可知，頻率密度的積分為概率。由于各頻率之和等于1，即圖中正態曲線與橫坐標包圍的面積等于1，即：1）平均值:它它表示隨機變量取值的集中位置。平均值愈大，則分布曲線的高峰點離開縱坐標軸的水平距離愈遠。2）標準差:它表示隨機變量的離散程度。標準差愈大時，分布曲線愈扁平，說明變量分布的離散性愈大。3）變異系數:它表示隨機變量取值的相對離散程度。σ結構抗力R與作用效應S都是隨機變量，因此功能函數Z=R-S也是隨機變量Z>0結構可靠；Z=0結構處于極限狀態；Z<0結構失效結構的可靠概率與失效概率的關系

f(Z)

Z=bsZmzPfZ=R-SsZPS=1-Pf可靠概率：失效概率：安全的概念是相對的，所謂“安全”只是失效概率相對較小而已，失效概率不可能為零，故不存在絕對安全的結構。應該通過設計把失效概率控制在某一個可以接受的限制以下就可以。失效概率越小，表示結構可靠性越大。當失效概率Pf小于某個值時，即可認為結構設計是可靠的，即Pf≤[Pf]

。該失效概率限值稱為允許失效概率[Pf]。一般工業與民用建筑的允許失效概率：延性破壞的結構[Pf]=6.9×10-4

脆性破壞的結構[Pf]=1.1×10-4可靠指標與失效概率的關系

f(Z)

Z=bsZmzPfZ=R-SsZPS=1-Pf失效概率Pf來度量結構的可靠性具有明確的意義，但計算繁瑣，可以利用可靠度指標β代替失效概率來度量結構的可靠性。失效概率Pf與可靠指標β有著一一對應的關系β值愈大，失效概率Pf值就愈小；β值愈小，失效概率Pf值就愈大。z——平均值；σz——標準差目標可靠指標目標可靠度指標［β］：對于一般結構作為設計依據的可靠指標，是可靠度指標的一個限值。

《統一標準》以我國長期工程經驗的結構可靠度水平為校準點，考慮了各種荷載效應組合情況，選擇若干有代表性的構件進行了大量的計算分析，規定對于一般工業與民用建筑作為設計依據的可靠指標，稱為目標可靠度指標[]結構的安全等級根據建筑物的重要性不同，即一旦結構發生破壞時對生命財產的危害程度及社會影響的不同，將建筑結構分為三個安全等級一級：破壞后果很嚴重的重要建筑物二級：破壞后果嚴重的一般建筑物三級：破壞后果不嚴重的次要建筑物延性破壞：結構構件在破壞前有明顯變形或其它預兆脆性破壞：結構構件在破壞前無明顯變形或其它預兆建筑結構的安全等級與可靠度指標的關系

安全等級破壞效果建筑物類型可靠度指標

脆性破壞延性破壞一級很嚴重重要建筑4.23.7二級嚴重一般建筑3.73.2三級不嚴重次要建筑3.22.73.6概率極限狀態法的設計表達式荷載分項系數：考慮荷載超過標準值的可能性，是一個變量作用：用于反應反映[β]的效果3.6.1荷載分項系數，材料分項系數和結構重要性系數荷載分項系數

等于荷載的設計值與標準值的比值，一般情況下大于1。恒載的設計值G=γGGk

（3.11）活載的設計值Q=γQQk混凝土的設計強度fc=fck

/γc

（3.13）鋼筋的設計強度fs=fsk

/γs

（3.14）材料分項系數：是一個大于1.0的系數，考慮材料強度低于標準值的可能性。2.材料分項系數等于材料的標準強度與設計強度的比值，其值大于1。荷載分項系數分為恒荷載分項系數和活荷載分項系數材料分項系數分為砼分項系數和鋼筋分項系數g0——結構重要性系數根據建筑結構的重要性將結構分為三個安全等級，采用結構重要性系數來體現。一級－g0＝1.1二級－g0＝1.0三級－g0＝0.93.結構重要性系數γ03.6.3極限狀態設計表達式2正常使用極限狀態變形驗算f≤[f]

裂縫控制驗算S──內力組合設計值（荷載效應），代表軸力設計值N、彎矩設計值M、剪力設計值V和扭矩設計值MT。考慮了荷載分項系數、荷載組合系數。

R──結構構件承載力設計值（抗力），代表截面對于軸力、彎矩、剪力和扭矩的抵抗能力。考慮了材料分項系數的影響1承載能力極限狀態3.7荷載效應組合荷載的代表值：

荷載是隨機變量，對不同的荷載和設計情況，應采用不同的代表值。

永久荷載：代表值只有一個，即標準值。結構自重按設計尺寸與容重計算確定。

可變荷載：

標準值：取出現頻率最多的值作為標準值，設計時直接查規范取用。

組合值cQk

：結構上多個活載共同作用時，并不會同時達到其標準值，則對其標準值進行折減，即組合值。用于承載能力極限狀態的基本組合和正常使用極限狀態的標準組合。荷載頻遇值

準永久值qQk

：可變荷載中，在整個設計基準期內出現時間較長的那部分荷載值。用于正常使用極限狀態的準永久組合。按承載力極限狀態計算

g0——結構重要性系數根據建筑結構的重要性將結構分為三個安全