建筑結構設計方法7.1結構的功能◎

如（M≤Mu）◎

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（如溫度和收縮變形受到約束時）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。◆

安全性◎

如（f≤[f]）◎

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◎

如（wmax≤[wmax]）◎

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。◆

適用性■

可靠性——安全性、適用性和耐久性的總稱。■

就是指結構在規定的使用期限內（設計工作壽命=50年），在規定的條件下（正常設計、正常施工、正常使用和維護），完成預定結構功能的能力。■

結構可靠性越高，建設造價投資越大。■

如何在結構可靠與經濟之間取得均衡，就是設計方法要解決的問題。◆

結構的可靠性■

顯然這種可靠與經濟的均衡受到多方面的影響，如國家經濟實力、設計工作壽命、維護和修復等。■

規范規定的設計方法，是這種均衡的最低限度，也是國家法律。■

設計人員可以根據具體工程的重要程度、使用環境和情況，以及業主的要求，提高設計水準，增加結構的可靠度。■

經濟的概念不僅包括第一次建設費用，還應考慮維修，損失及修復的費用7.2極限狀態◆

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”。◆

區分結構“可靠”與“失效”的臨界工作狀態稱為“極限狀態”承載力能力極限狀態

超過該極限狀態，結構就不能滿足預定的安全性功能要求◆結構或構件達到最大承載力（包括疲勞）◆結構整體或其中一部分作為剛體失去平衡（如傾覆、滑移）◆結構塑性變形過大而不適于繼續使用◆結構形成幾何可變體系（超靜定結構中出現足夠多塑性鉸）◆結構或構件喪失穩定（如細長受壓構件的壓曲失穩）正常使用極限狀態

超過該極限狀態，結構就不能滿足預定的適用性和耐久性的功能要求。◆

過大的變形、側移（影響非結構構件、不安全感、不能正常使用（吊車）等）；◆

過大的裂縫（鋼筋銹蝕、不安全感、漏水等）；◆

過大的振動（不舒適）；◆

其他正常使用要求。結構功能的表達S<R

可靠

S——作用效應

結構上的作用（使結構產生內力和變形的原因，如荷載、不均勻沉降、溫度變形、收縮變形、地震等）引起的效應如彎矩M、軸力N、剪力V、扭矩T、撓度

f、裂縫寬度

w等

S=S(Q)R——結構抗力

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]R=R(fc,fy,A,h0,As,…)S=R

極限狀態S>R

失效結構力學的主要內容本課程的主要內容7.3結構設計方法

由于結構工程中的不確定性，為取得安全可靠與經濟合理的均衡，在設計中需要考慮這些不確定性的影響。結構設計方法就是處理這種安全可靠與經濟合理的矛盾。◆以概率理論為基礎的極限狀態設計法

由于實際結構中的不確定性，因此無論如何設計結構，都會有失效的可能性存在，只是可能性大小不同而已。

為了科學定量的表示結構可靠性的大小，采用概率方法是比較合理的。

失效概率越小，表示結構可靠性越大。因此，可以用失效概率來定量表示結構可靠性的大小。結構可靠性的概率度量稱為結構可靠度。

當失效概率Pf小于某個值時，人們因結構失效的可能性很小而不再擔心，即可認為結構設計是可靠的。該失效概率限值稱為容許失效概率[Pf]。失效概率Pf=P(S>R)結構功能函數

Z=R-

SPf=P(S>R)=P(Z<0)b

—可靠指標◆

根據統計，觸電的年死亡率為6×10-6◆

b=3.7時，Pf=1.1×10-4，按設計基準期50年考慮，年失效概率為1.1×10-4/50=2.2×10-6◆50年后并不是結構就失效，而是失效概率增加。同時，結構失效也并不表示結構倒塌，結構倒塌也不一定造成人員傷亡。◆

我國對于一般工程結構，當為延性破壞時，其可靠指標取b=3.2，對脆性破壞取b=3.7。◆

對于重要的工程結構，應提高可靠指標。作用效應標準值Sk◆

作用效應S的不確定性就主要取決于結構上作用Q的不確定性★永久荷載G★可變荷載Q★偶然荷載（作用）◆

不同的荷載，其變異情況不同。根據統計分析可以確定一個具有一定保證率（如95%）的上限荷載分位值，該特征值稱為荷載標準值（符號Gk，Qik）。◆

按荷載標準值確定的荷載效應，稱為荷載效應標準值Sk◆

有多個可變荷載同時作用的情況，考慮到它們同時達到標準值的可能性較小，考慮荷載組合系數y，結構抗力標準值Rkfck、fsk分別為混凝土和鋼筋的強度標準值，截面尺寸b、h0和配筋As取設計值。Rk的具體表達形式是本課程的主要內容。