四、基于可靠性理论的概率极限状态设计法
20世纪40年代美国学者弗劳腾脱开创性地提出了结构可靠度理论，到20世 纪60~70年代结构可靠性理论得到了很大的发展。康乃尔于1969年提出了与结 构失效概率pf相联系的可靠指 标 作为衡量结构可靠度的一种统一定量指标， 并建立了计算结构可靠度的二阶矩模式。1971年加拿大学者林德提出了分项系 数的概念，将可靠指标表达成设计人员习惯采用的分项系数形式。1971年，结 构安全度联合委员会（JCSS） 成立。
第一节 土木工程结构设计方法的历史与变革
一、容许应力法 19世纪以后，Navier提出了基于弹性理论的容许应力法。
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二、破损阶段设计法 20世纪30年代，前苏联学者格沃兹捷夫、帕斯金尔纳克等经过研究，提出 了按破损阶段的设计方法。假定材料已达到塑性状态，依据截面所能抵抗的破 损内力建立计算公式。例如受弯构件正截面承载力计算，要求：
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二、结构的设计基准期和设计使用年限
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
KM M u
三、多系数极限状态设计法 半经验半概率的方法。 1.极限状态的概念；2.承载能力极限状态设计中，采用多个系数来分别反映 荷载、材料性能及工作条件等方面随机因素的影响；3.开始将荷载和材料强度作 为随即变量，采用数理统计方法进行调查分析后确定。
M ( niqik ) mMu (ks fsk , kc fck, a,...)
- 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
GB50068-2001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
2Байду номын сангаас
25
易于替换的结构构件
3
50
普通房屋和构筑物
❖ 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
“极限状态”分类 承载能力极限状态 ❖ 正常使用极限状态
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
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
极限状态方程 基本变量: 作用效应S、结构抗力R -- 随机变量 结构的功能函数 Z=g(R,S)=R-S 极限状态方程 Z=g(R,S)=R-S= 0
结构的三种设计状状况（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，
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
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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
概率极限状态设计法，就是在上述可靠性理论的基础上，将影响结构可靠性 的几乎所有参数都作为随机变量，运用概率论和数理统计分析全部参数和部分 参数，计算结构的可靠指标或失效概率，以此设计或校核结构。
三个水准：半概率法、近似概率法、全概率法。
第二节 结构可靠度基本原理
一、结构的功能要求 结构在规定的设计使用年限内应满足下列功能要求：
安全等级 一级 二级 三级
建筑结构的安全等级
破坏后果 很严重 严重 不严重
建筑物类型 重要的房屋 一般的房屋 次要的房屋
四、结构的极限状态
“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
1、在正常施工和正常使用时，能承受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 4、在设计规定的偶然事件发生时及发生后，仍能保持必要的整体稳定性 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
4
100
纪念性建筑和特别重要的建筑结构
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三、结构的安全等级
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。