容许应力法和概率(极限状态)设计法
应用类2010-05-24 17:59:07 阅读91 评论0 字号：大中小订阅
在钢结构设计中的应用
中铁五局集团公司经营开发部肖炳忠
内容提要
本文简要介绍了容许应力法、破坏阶段法、极限状态法、概率（极限状态）设计法四个结构设计理论，并且列出了我们经常用的容许应力法和概率（极限状态）设计法的实用表达式和参数选用，通过对上述两种方法参数的比较，总结出我们在工程施工中临时结构设计的实用办法和注意事项，以期望提高广大现场施工技术人员的设计水平的目的。
1、前言
我们在钢结构设计中经常用到容许应力法和概率（极限状态）设计法，有些没有经验的技术人员在设计计算中经常将二者混淆，因此有必要将两种设计计算方法进行介绍和比较，供广大技术人员参考。
2、四种结构设计理论简述
、容许应力法
容许应力法将材料视为理想弹性体，用线弹性理论方法，算出结构在标准荷载下的应力，要求任一点的应力，不超过材料的容许应力。材料的容许应力，是由材料的屈服强度，或极限强度除以安全系数而得。
容许应力法的特点是：
简洁实用，K值逐步减小；
对具有塑性性质的材料，无法考虑其塑性阶段继续承载的能力，设计偏于保守；
用K使构件强度有一定的安全储备，但K的取值是经验性的，且对不同材料，K值大并不一定说明安全度就高；
单一K可能还包含了对其它因素（如荷载）的考虑，但其形式不便于对不同的情况分别处理（如恒载、活载）。
、破坏阶段法
设计原则是：结构构件达到破坏阶段时的设计承载力不低于标准荷载产生的构件内力乘以安全系数K。
破坏阶段法的特点是：
以截面内力（而不是应力）为考察对象，考虑了材料的塑性性质及其极限强度；
内力计算多数仍采用线弹性方法，少数采用弹性方法；
仍采用单一的、经验的安全系数。
、极限状态法
极限状态法中将单一的安全系数转化成多个（一般为3个）系数，分别用于考虑荷载、荷载组合和材料等的不定性影响，还在设计参数的取值上引入概率和统计数学的方法（半概率方法）。
极限状态法的特点是：
在可靠度问题的处理上有质的变化。这表现在用多系数取代单一系数，从而避免了单一系数笼统含混的缺点。
继承了容许应力法和破坏阶段法的优点；
在结构分析方面，承载能力状态以塑性理论为基础；正常使用状态以弹性理论为基础；
对于结构可靠度的定义和计算方法还没法给予明确回答。
、概率（极限状态）设计法
该方法的设计准则是：对于规定的极限状态，荷载引起的荷载效应（结构内力）大于抗力（结构承载力）的概率（失效概率）不应超过规定的限值。
概率（极限状态）设计法的特点是：
继承了极限状态设计的概念和方法，但进一步明确提出了结构的功能函数和极限状态方程式，及一套计算可靠指标和推导分项系数的理论和方法；
设计表达式仍可继续采用分项安全系数的形式，以便与以往的设计方法衔接，但其中的系数是以一类结构为对象，根据规定的可靠指标，经概率分析和优化确定的。
3、容许应力法和概率（极限状态）设计法的实用表达式
、容许应力法的实用表达式及容许应力计算规定
1）容许应力法的实用表达式为：
σ≤［σ］
式中：
σ——结构在标准荷载下的应力；
〔σ］——材料的容许应力，是由材料的屈服强度，或极限强度除以安全系数而得。
2）《桥规》规定热扎钢材基本容许应力的安全系数采用，铸钢基本容许应力的安全系数采用，这是根据多年经验规定的，没有用概率方法来计算合理的安全系数。
轴向容许应力［σ］=σs/k
弯曲容许应力［σw］=［σ］
剪切容许应力［τ］=［σ］
端部承压容许应力(磨光顶紧)=［σ］
其中：σs为钢材的屈服强度。
3）《工民建钢结构设计规范》TJ17-74从结构极限状态分析计算。按承载能力极限状态分析计算时，采用荷载系数K1、材料系数K2，和调整系数K3组成的安全系数体系。
轴向容许应力［σ］=σs/（k1K2K3）=σs/k
荷载系数K1考虑荷载的变动性，恒载的变动性小，K1大约为~，活载变动性大，K1大约为~，TJ17-74中取平均值K1=。
材料系数K2考虑钢材强度指标的变动性，A3钢取K2=，16Mn钢取K2=。
调整系数K3考虑荷载的特殊变异及特殊工作条件等因素，如果荷载系数K1的实际平均值超出达5％以上，就取大于1的调整系数K3；对于施工脚手架，根据经验取K3=左右；情况不特殊时
K3=。
TJ17-74中安全系数是按半概率法分析的，只在定材料系数K2时进行了统计和概率计算。
A3钢的安全系数K=K1K2K3=××=
16Mn钢的安全系数K=K1K2K3=××=
弯曲容许应力［σw］=［σ］
剪切容许应力［τ］=［σ］
端部承压容许应力(磨光顶紧)=［σ］
、概率（极限状态）设计法的实用表达式
《建筑结构设计统一标准》规定，对承载能力极限状态，采用荷载效应基本组合进行强度和稳定性设计时，极限状态设计实用表达式
为：
式中：
γ0——结构重要性系数，对安全等级为一级、二级、三级的结构物可分别取、、；
γG——永久荷载分项系数，一般采用，当永久荷载效应对结构构件承载力有利时，宜采用；
γQ1，γQi——第一个和其它第i个可变荷载分项系数，一般情况下采用，当楼面均布可变荷载标准值大于或等于4KN/m2时，其分项系数取；
GK——永久荷载的标准值；
Q1k——第一个可变荷载的标准值，该可变荷载标准值的效应大于其它任意第i个可变荷载标准值的效应；QiK——其它第i个可变荷载标准值；
CG、CQ1、CQi——永久荷载、第一个可变荷载和其它第i个可变荷载的荷载效应系数，即由相应的单位荷载在结构构件内产生的内力；
ψCi——第i个可变荷载组合系数，当风荷载与其它荷载组合时，采用，其它情况采用；
R（）——结构构件的抗力函数；
γR——结构构件抗力分项系数，其值应符合各类材料的结构设计规范的规定，《钢结构设计规范》（GBJ17-88）把屈服强度的标准值除以钢材抗力分项系数,得钢材的强度设计值。
fK——材料屈服强度的标准值；
aK——几何参数的标准值。
上式可改写为容许应力法相似的表达式：
式中：
σGd——永久荷载的设计值Gd在结构构件截面或连接中产生的应力，而Gd=γGGK；
σQ1d——第一个可变荷载的设计值Q1d在结构构件截面或连接中产生的应力（该应力大于其它任意第i个可变荷载设计值产生的应力），而Q1d=γQ1Q1k；
σQid——其它第i个可变荷载的设计值Qid在结构构件截面或连接中产生的应力，而Qid=γQiQik；
f——结构构件和连接强度的设计值；f=fK/γR；
其它符号意义同上。
4、容许应力法和概率（极限状态）设计法实用表达式计算结果比较
在
式中，左端引入了结构重要性系数γ0；永久荷载分项系数γG，第一个和其它第i个可变荷载分项系数γQ1，γQi ，第i个可变荷载组合系数ψCi，如果将荷载系数、荷载组合系数统一取一个综合系数γh，则γh＜；右式中f=fK/γR；
上式可变换为
γ0γhσ≤fK/γR
再变换为σ≤fK/（γ0γhγR）
上式与容许应力法的表达式σ≤〔σ〕=σs/k相似
fK、σs均表示钢材的屈服强度，fK＝σs
上式中γ0≤,γh＜,γR=
则γ0γhγR＜××＝，与《桥规》中的K=基本相等，比TJ17-74中A3钢的安全系数K=和16Mn 钢的安全系数K=要大，也就是说，如果在概率（极限状态）设计法中，取γ0＝,γh＝,γR=，其安全储备和《桥规》中的容许应力法基本相同，而比TJ17-74中的容许应力法要大，因此我们采用概率（极限状态）设计法取γ0＝,γh ＝,γR=进行设计计算是偏于保守的。
5、结论
1）《桥规》考虑活载发展的需要而预留活载发展系数，其值接近，采用《桥规》设计临时结构是偏于保守的。
2）我们在工程施工的临时结构设计中，可采用容许应力法或概率（极限状态）设计法。对于一般结构可采用容许应力法TJ17-74中规定的容许应力，或概率（极限状态）设计法中取γ0＝、γh＝；对于重要结构可采用容许应力法《桥规》中规定的容许应力，或概率（极限状态）设计法中取γ0＝、γh＝。按上述两种方法设计，效果等同。
3）在基层技术人员设计计算中，有时将容许应力法和概率（极限状态）设计法混淆，在将设计荷载取标准荷载按容许应力法计算时，而错误地把概率（极限状态）设计法中的材料强度设计值认为是容许应力法
中的容许应力。
4）在设计中应牢记容许应力法的设计荷载等于荷载标准值组合，而概率（极限状态）设计法的设计荷载是荷载标准值与结构重要性系数、荷载分项系数、可变荷载的组合系数的一个组合值，其值大约介于~倍荷载标准值之间；而材料的强度设计值约为《桥规》中规定的容许应力的倍，约为TJ17-74中规定的容许应力的倍。
极限状态法定义 、极限状态设计法 limit state design method 当以整个结构或结构的一部分超过某一特定状态就不能满足设计规定的某一功能要求，则此特定状态称为该功能的极限状态，按此状态进行设计的方法称极限状态设计法。它是针对破坏强度设计法的缺点而改进的工程结构设计法。分为半概率极限状态设计法和概率极限状态设计法。 半概率极限状态设计法将工程结构的极限状态分为承载能力极限状态、变形极限状态和裂缝极限状态三类（也可将后两者归并为一类），并以荷载系数、材料强度系数和工作条件系数代替单一的安全系数。对荷载或荷载效应和材料强度的标准值分别以数理统计方法取值，但不考虑荷载效应和材料抗力的联合概率分布和结构的失效概率。 概率极限状态设计法将工程结构的极限状态分为承载能力极限状态和正常使用极限状态两大类。按照各种结构的特点和使用要求，给出极限状态方程和具体的限值，作为结构设计的依据。用结构的失效概率或可靠指标度量结构可靠度，在结构极限状态方程和结构可靠度之间以概率理论建立关系。这种设计方法即为基于概率的极限状态设计法，简称为概率极限状态设计法。其设计式是用荷载或荷载效应、材料性能和几何参数的标准值附以各种分项系数，再加上结构重要性系数来表达。对承载能力极限状态采用荷载效应的基本组合和偶然组合进行设计，对正常使用极限状态按荷载的短期效应组合和长期效应组合进行设计。
2、许应力设计法 allowable stress design method 以结构构件的计算应力不大于有关规范所给定的材料容许应力[]的原则来进行设计的方法。一般的设计表达式为 [] 结构构件的计算应力按荷载标准值以线性弹性理论计算；容许应力[]由规定的材料弹性极限（或极限强度、流限）除以大于1的单一安全系数而得。 容许应力设计法以线性弹性理论为基础，以构件危险截面的某一点或某一局部的计算应力小于或等于材料的容许应力为准则。在应力分布不均匀的情况下，如受弯构件、受扭构件或静不定结构，用这种设计方法比较保守。 容许应力设计应用简便，是工程结构中的一种传统设计方法，目前在公路、铁路工程设计中仍在应用。它的主要缺点是由于单一安全系数是一个笼统的经验系数，因之给定的容许应力不能保证各种结构具有比较一致的安全水平，也未考虑荷载增大的不同比率或具有异号荷载效应情况对结构安全的影响。 我国公路使用极限状态设计法，铁路仍使用容许应力设计法，但公路中使用的分项系数并不是完全利用概率理论计算可靠度得来的，而是在容许应力基础上，通过经验得来的，所以有披着极限外衣的容许应力之嫌。
21结构按极限状态设计法设计原则
第二章 结构按极限状态法设计原则 （1）经验承载能力法； （2）容许应力法：以弹性理论为基础的，要求[]σσ≤max ， 其中[]n s /σσ=，n 为安全系数。 （3）破坏荷载法：考虑了材料塑性要求：[]P P ≤，其中 []n P P s /=，n 由经验确定。 （4）半经验、半概率极限状态法：分项安全系数，主要 由概率统计确定，不足的部分由经验确定。 （5）近似概率法：对作用的大小、结构或构件或截面抗 力的“可靠概率”作出较为近似的相对估计 （6）全概率法：对影响结构可靠度的各种因素用随机变 量概率模型来描述，并用随机过程概率模型去描述， 在对整个结构体系进行精确分析的基础上，以结构的 失效概率作为结构可靠度的直接度量。 §2-1 极限状态法设计的基本概念 一、结构的功能要求 结构可靠性（度）———结构在规定的时间内，在规定的条件下，完成预定预定功能的能力（概率） 规定的时间——分析结构可靠度时考虑各项基本变量与 时间关系所取用的设计基准期 规定的条件——设计时规定的正常设计、施工和使用的条件，既不考虑认为过失 概率预定功能： (1) 能承受在正常施工和正常使用时可能出现的各种作用 —————安全性 在偶然作用发生时或发生后，结构能保持必要的整体稳定性（不发生倒塌）——安全性 偶然作用—如超过设计烈度的地震、爆炸、撞击、火灾等
必要的整体稳定性——在偶然作用发生时或发生后，仅发生局部损坏而不致连续倒塌 （2）在正常使用时应具有良好的工作性能——适用性如：不发生影响正常使用的过大变形或局部损坏 （3）在正常维护条件下，具有足够的耐久性——耐久性 耐久性——结构在化学的、生物的或其他不利因 素的作用下，在预定期限内，其材料 性能的恶化不导致结构出现不可接受 的失效概率 如：不发生由于保护层碳化或裂缝过宽，导致钢筋锈蚀。安全性、适用性、耐久性———三者总称为结构的可靠性二、极限状态 1．极限状态的定义 整个结构或结构的一部分超过某一特定状态而不能满足设计规定的某一功能要求时，则此特定状态称为——该功能的极限状态。 2．极限状态的分类 国际上一般将结构的极限状态分为三类： （1）承载能力极限状态———结构或构件达到最大承载力或不适于继续承载的变形 ①整个结构或结构的一部分作为刚体失去平衡（如滑动、倾覆等）——刚体失去平衡 ②结构构件或连接处因超过材料强度而破坏——强度破坏 ③结构转变成机动体系——————机动体系 ④结构或构件丧失稳定———失稳
百度文库 、选择题 第3章按近似概率理论的极限状态设计方法 1.结构在规定的时间内、规定的条件下，完成预定功能的能力称为（ A.安全性 B.适用性 C.耐久性 D.可靠性 2.永久荷载的分项系数应按规定采用，下列说法正确的是 （ I .当其效应对结构不利时取 D ）。 n .当其效应对结构有利时取 川.当其效应对结构不利时取 IV .当其效应对结构有利时 取 A. I 、川 B. 、C. I 、V D. V 3.下列各项作用中是可变荷载的是 I .风荷载 n .雪荷载 B ）。 川.地震作用 V .楼面活荷载 v .温度变化 vn.安装检修荷载 A. I 、n 、 V 、v B. i 、n 、v 、v C. i 、n 、川 、V 、v D. i 、n 、川、V 、v 、w 、 4.下列建筑物中，楼面活荷载取值最大的是 A.书库 B. 商店 C.办公楼 D. A ）。 展览馆 C ) 。 7.已知混凝土自重标准值为 2 m 5. 结构重要性系数？，对安全等级为一级、二级、三级的结构构件，分别取（ A. 一级，二级，三级 一级，二级，三级 C. 一级，二级，三级 D. 一级，二级，三级 6. 下列哪个项目不是结构上的作用效应 ？（ C ） A. 柱内弯矩 B. 梁的挠度 B. C.屋面雪荷载D.地震作用引起的剪力 25KN/m 3, 120mm 厚的混凝土板的恒荷载 设计值是多少？（ B ） 2 KN/m 2 KN/m B. 3 KN/m D. 厚的清水砖墙的自重标准值等于多少？（ 2 KN/m 2 KN/m 2 KN/m 2 KN/m 9. 一般教室的楼面 B. 2 KN/m 活荷载标准值是多少？（ B ） 2 KN/m 2 KN/m 10.当结构出现哪一类状态时，即认为超过承载能力极限状态 （D ） 挠度变形超过允许挠度值。 A 、 B 、 裂缝宽度超过最大裂缝宽度允许值。 局部损坏已影响正常使用或耐久性能。 结构的作为刚体失去平衡。 B 风荷载、雪荷载、地震作用 11.以下哪组作用均称为直接作用 （C ） A 、结构自重、风荷载、地震作用
第二章 结构按极限状态法设计原则 （1）经验承载能力法； （2）容许应力法：以弹性理论为基础的，要求[]σσ≤max ， 其中[]n s /σσ=，n 为安全系数。 （3）破坏荷载法：考虑了材料塑性要求：[]P P ≤，其中 []n P P s /=，n 由经验确定。 （4）半经验、半概率极限状态法：分项安全系数，主要由 概率统计确定，不足的部分由经验确定。 （5）近似概率法：对作用的大小、结构或构件或截面抗力的“可靠概率”作出较为近似的相对估计 （6）全概率法：对影响结构可靠度的各种因素用随机变量 概率模型来描述，并用随机过程概率模型去描述，在对整个结构体系进行精确分析的基础上，以结构的失效概率作为结构可靠度的直接度量。 §2-1 极限状态法设计的基本概念 一、结构的功能要求 结构可靠性（度）———结构在规定的时间内，在规定的条件下，完成预定预定功能的能力（概率） 规定的时间——分析结构可靠度时考虑各项基本变量与 时间关系所取用的设计基准期 规定的条件——设计时规定的正常设计、施工和使用的条件，既不考虑认为过失 概率预定功能： (1) 能承受在正常施工和正常使用时可能出现的各种作用 —————安全性 在偶然作用发生时或发生后，结构能保持必要的整体稳定性（不发生倒塌）——安全性 偶然作用—如超过设计烈度的地震、爆炸、撞击、火灾等
必要的整体稳定性——在偶然作用发生时或发生后，仅发生局部损坏而不致连续倒塌 （2）在正常使用时应具有良好的工作性能——适用性如：不发生影响正常使用的过大变形或局部损坏（3）在正常维护条件下，具有足够的耐久性——耐久性耐久性——结构在化学的、生物的或其他不利因素 的作用下，在预定期限内，其材料性能 的恶化不导致结构出现不可接受的失 效概率 如：不发生由于保护层碳化或裂缝过宽，导致钢筋锈蚀。安全性、适用性、耐久性———三者总称为结构的可靠性二、极限状态 1．极限状态的定义 整个结构或结构的一部分超过某一特定状态而不能满足设计规定的某一功能要求时，则此特定状态称为——该功能的极限状态。 2．极限状态的分类 国际上一般将结构的极限状态分为三类： （1）承载能力极限状态———结构或构件达到最大承载力或不适于继续承载的变形 ①整个结构或结构的一部分作为刚体失去平衡（如滑动、倾覆等）——刚体失去平衡 ②结构构件或连接处因超过材料强度而破坏——强度破坏 ③结构转变成机动体系——————机动体系 ④结构或构件丧失稳定———失稳 ⑤由于材料的塑性或徐变变形过大，或由于截面开裂而引起过大的几何变形等，致使结构或结构不再能继续承载和使用———————变形过大
第 3 章 按近似概率理论的极限状态设计方法 、选择题 1. 结构在规定的时间内、规定的条件下，完成预定功能的能力称为（ A. 安全性 B. 适用性 C. 耐久性 D. 可靠性 2. 永久荷载的分项系数应按规定采用，下列说法正 确的是（ I . 当其效应对结构不利时取 1.2 4. 下列建筑物中，楼面活荷载取值最大的是（ A. 书库 B. 商店 C. 办公楼 D. 展览馆 A. 柱内弯矩 B. 梁的挠度 局部损坏已影响正常使用或耐久性能。 结构的作为刚体失去平衡。 11. 以下哪组作用均称为直接作用 （ C ） A 、 结构自重、风荷载、地震作用 B 、 风荷载、雪荷载、地震作用 C. 屋面雪荷载 D. 地震作用引起的剪力 25KN/m , 120mn 厚的混凝土板的恒荷载 设计值是多少？（ B ） 2 3.6 KN/m 2 2 4.2 KN/m 2 7. 已知混凝土自重标准值为 2 A.3KN/m 2 B. C.3.6 KN/m 3 D. 8.240mm 厚的清水砖墙的自重标准值等于多少？（ 2 2 2 B.67.0 3 KN/m 2 2 D.6.38 KN/m 2 A.4.5 KN/m 2 C.5.47 KN/m 2 9. 一般教室的楼面 活荷载标准值 是多少？（ B ） 2 2 A.1.5KN/m 2 B. 2.0 KN/m 2 22 C.3.5 KN/m D.4.0 KN/m A ） 10. 当结构出现哪一类状态时 ,即认为超过承载能力极限状态 （ D ） 挠度变形超过允许挠度值。 A 、 B 、 裂缝宽度超过最大裂缝宽度允许 值。 D ）。 D ）。 n . 当其效应对结构有利时取 1.35 m . 当其效应对结构不利时取 1.0 W ?当其效应对结构有利时取 1.0 A. I 、m B. 、 C. I 、 D. W 3. 下列各项作用中是可变荷载的是 （ I . n . 雪荷载 B ）。 m.地震作用 W.楼面活荷载 V.温度变化 w.安装检修荷载 A. 、n 、 W 、V B. I 、n 、W 、w C. I 、n 、m 、W 、w D. I 、n 、m 、w 、v 、w 、 A ）。 5. 结构重要性系数？，对安全等级为一级、 A. 一级 1.3，二级 1.2，三级 1.1 二级、三级的结构构件，分别取（ 一级 1.2 ，二级 1.1 ，三级 C ）。 B. 1.0 C. 一级 1.1，二级 1.0，三级 0.9 6. 下列哪个项目 不是结构上的作用效应 D. 一级 1.0 ，二级 0.9，三级 0.8 ？（ C C 、 D 、
第3章按近似概率理论的极限状态设计方法 一、选择题 1.结构在规定的时间内、规定的条件下，完成预定功能的能力称为（D ）。 A.安全性 B.适用性 C.耐久性 D.可靠性 2.永久荷载的分项系数应按规定采用，下列说法正确的是（ D ）。 Ⅰ.当其效应对结构不利时取Ⅱ .当其效应对结构有利时取 Ⅲ.当其效应对结构不利时取Ⅳ.当其效应对结构有利时取 A. Ⅰ、Ⅲ B.Ⅱ、Ⅲ、 C. Ⅰ、Ⅳ D.Ⅳ 3.下列各项作用中是可变荷载的是（B ）。 Ⅰ.风荷载Ⅱ .雪荷载Ⅲ.地震作用Ⅳ. 楼面活荷载 Ⅴ.温度变化Ⅵ.土压力Ⅶ.安装检修荷载 A.Ⅰ、Ⅱ、Ⅳ、Ⅴ B. Ⅰ、Ⅱ、Ⅳ、Ⅶ C. Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅶ D. Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ、Ⅶ 4.下列建筑物中，楼面活荷载取值最大的是（A ）。 A.书库 B.商店 C.办公楼 D.展览馆 5.结构重要性系数？，对安全等级为一级、二级、三级的结构构件，分别取（C）。 A.一级，二级，三级 B.一级，二级，三级 C.一级，二级，三级 D.一级，二级，三级 6.下列哪个项目不是结构上的作用效应？（ C） A.柱内弯矩 B. 梁的挠度 C.屋面雪荷载 D.地震作用引起的剪力 7.已知混凝土自重标准值为25KN/m3，120mm厚的混凝土板的恒荷载设计值是多少？（B） m2 B. KN/m2 KN/m3 D. KN/m2 厚的清水砖墙的自重标准值等于多少？（A） KN/m2 KN/m2 KN/m2 KN/m2 9.一般教室的楼面活荷载标准值是多少？（ B） B. KN/m2 KN/m2 KN/m2 10.当结构出现哪一类状态时,即认为超过承载能力极限状态( D ) A、挠度变形超过允许挠度值。 B、裂缝宽度超过最大裂缝宽度允许值。 C、局部损坏已影响正常使用或耐久性能。 D、结构的作为刚体失去平衡。 11.以下哪组作用均称为直接作用( C ) A、结构自重、风荷载、地震作用 B、风荷载、雪荷载、地震作用
概率极限状态设计方法 概念： 以概率为基础的极限状态设计方法，简称为概率极限状态设计法， 1功能函数、极限状态方程 结构构件完成预定功能的工作状态可以用作用效应S 和结构抗力R 的关系来描述，这种表达式称为结构功能函数，用Z 来表示 当 时，结构能够完成预定的功能，处于可靠状态；当 时，结构不能完成预定的功能，处于 失效状态；当 时，即 ，结构处于极限状态。 ，称为极限状态方程。 2结构可靠度、失效概率及可靠指标 结构在规定的时间内，在规定的条件下完成预定功能的概率，称为结构的可靠度 4结构的安全等级 建筑结构设计时，应根据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，采用不同的安全等级。建筑结构的安全等级划分见表 3.3 。 5目标可靠指标当有关变量的概率分布类型及参数已知时，就可按上述β值计算公式求得现有的各种结构构件的可靠指标。《统一标准》以我国长期工程经验的结构可靠度水平为校准点，考虑了各种荷载效应组合情况，选择若干有代表性的构件进行了大量的计算分析，规定结构构件承载能力极限状态的可靠指标，称为目标可靠指标β。结构构件属延性破坏时，目标可靠指标β取为 3.2 ；结构构件属脆性破坏时，目标可靠指标β取为 3.7 。 表3.3 建筑结构的安全等级
对应于直接作用按随时间的变异分类，结构上的荷载可分为三类：（ 1 ）永久荷载，如结构自重、土压力、预应力等；（ 2 ）可变荷载，如楼面活荷载、屋面活荷载、积灰荷载、吊车荷载、风荷载和雪荷载等；（ 3 ）偶然荷载，如爆炸力、撞击力等。荷载代表值是指设计中用以验算极限状态所采用的荷载量值。 建筑结构设计时，对不同荷载应采用不同的代表值。永久荷载采用标准值作为代表值；可变荷载应根据设计要求采用标准值、组合值或准永久值作为代表值；偶然荷载应按建筑结构使用的特点确定其代表值。 6 荷载标准值 荷载标准值是《荷载规范》规定的荷载基本代表值，为设计基准期内最大荷载统计分布的特征值（如均值、众值、中值或某个分位值）（如均值、众值、中值或某个分位值）。由于最大荷载值是随机变量，因此，原则上应由设计基准期（ 50 年）荷载最大值概率分布的某一分位数来确定。但是，有些荷载并不具备充分的统计参数，只能根据已有的工程经验确定。因此，实际上荷载标准值取值的分位数并不统一。 永久荷载标准值，对于结构或非承重构件的自重，由于其变异性不大，而且多为正态分布，一般以其分布的均值（分位数为 0.5 ）作为荷载的标准值，可由设计尺寸与材料单位体积的自重计算确定。 可变荷载标准值由《荷载规范》给出，设计时可直接查用。 7荷载准永久值 荷载准永久值是指可变荷载在设计基准期内，其超越的总时间约为设计基准一半的荷载值，为可变荷载标准值乘以荷载准永久值系数ψq 。荷载准永久值系数ψq 由《荷载规范》给出。如住宅楼面均布荷载标准为 2.0kN/m 2 ，荷载准永久值系数ψq 为 0.4 ，则活荷载准永久值为kN/m 2 。 8荷载组合值 荷载组合值是指对可变荷载，使组合后的荷载效应在设计基准内的超越概率，能与该荷载单独出现时的相应概率趋于一致的荷载值；或使组合后的结构具有统一规定的可靠指标的荷载值。荷载组合值为可变荷载标准值乘以荷载组合值系数ψ c 。荷载组合值系数ψ c 由《荷载规范》给出。如住宅，楼面均布荷载标准为 2.0kN/m 2 ， 荷载组合值系数ψ c 为 0.7 ，则活荷载组合值为kN/m 2 。 9 取值原则 材料强度标准值是结构设计时所采用的材料强度的基本代表值，也是生产中控制材料性能质量的主要指标，用于结构正常使用极限状态的验算。 钢筋和混凝土的材料强度标准值是按标准试验方法测得的具有不小于 95% 保证率的强度值，即 （ 3-7 ）
第三章按近似概率理论的极限状态设计法 授课学时：4学时 学习目的和要求 1．了解建筑结构的功能要求，结构的极限状态和概率极限状态设计方法的基本概念，结构的可靠度和可靠指标。 2．理解作用和作用效应，结构重要性系数，荷载和材料的分项系数，荷载组合。 3．掌握承载能力极限状态和正常使用极限状态实用设计表达式，并掌握表达式中各个符号所代表的意义。 4．理解荷载分类及其代表值，钢筋和混凝土的强度标准值和设计值。 5．考虑到同学们还没有学过具体的截面计算和结构设计，因此建议在学完本书的主要内容后在重新学习本章以加深理解。 教学重点：结构的极限状态及其承载力表达式是本章的重点。 教学难点：是结构可靠度中有关概率方面的数学内容。 3．1 极限状态 3．1．1 结构上的作用 作用——是结构产生内力或变形的原因。 作用分为：1）直接作用：荷载。 2）间接作用：混凝土收缩、温度变化、基础沉降、地震等。 作用效应：结构上的作用使结构产生的内力、变形、裂缝等。 1、荷载的分类 永久荷载；可变荷载；偶然荷载。 2、荷载的标准值：荷载的基本代表值 荷载的不定性——随机变量统计——具有一定概率的最大荷载值——荷载的标准值
3.1.2 结构的功能要求 1．结构的安全等级 建筑物的重要程度、破坏时可能产生的后果严重与否，为三个安全等级。 2．结构的设计使用年限 计算结构可靠度所依据的年限称为结构的设计使用年限。结构的设计使用年限，是指设计规定的结构或结构构件不需进行大修即可按其预定目的使用的时期。一般建筑结构的设计使用年限可为50年。 3．建筑结构的功能 （1）安全性（2）适用性（3）耐久性 3．1．3 结构功能的极限状态 极限状态——整个结构或结构的一部分超过某一特定状态就不能满足设计指定的某一功能要求，这一特定状态称为该功能的极限状态。极限状态是有效状态和失效状态的分界。是结构开始失效的界限。 极限状态分为： （1）承载能力极限状态 （2）正常使用极限状态 3．1．4 极限状态方程 结构的极限状态可以用极限状态函数来表达： Z＝R —S S——荷载效应，它代表由各种荷载分别产生的荷载效应的总和；
、极限状态设计法 limit state design method 当以整个结构或结构的一部分超过某一特定状态就不能满足设计规定的某一功能要求，则此特定状态称为该功能的极限状态，按此状态进行设计的方法称极限状态设计法。它是针对破坏强度设计法的缺点而改进的工程结构设计法。分为半概率极限状态设计法和概率极限状态设计法。 半概率极限状态设计法将工程结构的极限状态分为承载能力极限状态、变形极限状态和裂缝极限状态三类（也可将后两者归并为一类），并以荷载系数、材料强度系数和工作条件系数代替单一的安全系数。对荷载或荷载效应和材料强度的标准值分别以数理统计方法取值，但不考虑荷载效应和材料抗力的联合概率分布和结构的失效概率。 概率极限状态设计法将工程结构的极限状态分为承载能力极限状态和正常使用极限状态两大类。按照各种结构的特点和使用要求，给出极限状态方程和具体的限值，作为结构设计的依据。用结构的失效概率或可靠指标度量结构可靠度，在结构极限状态方程和结构可靠度之间以概率理论建立关系。这种设计方法即为基于概率的极限状态设计法，简称为概率极限状态设计法。其设计式是用荷载或荷载效应、材料性能和几何参数的标准值附以各种分项系数，再加上结构重要性系数来表达。对承载能力极限状态采用荷载效应的基本组合和偶然组合进行设计，对正常使用极限状态按荷载的短期效应组合和长期效应组合进行设计。 2、许应力设计法 allowable stress design method 以结构构件的计算应力σ不大于有关规范所给定的材料容许应力[σ]的原则来进行设计的方法。一般的设计表达式为 σ≤[σ] 结构构件的计算应力σ按荷载标准值以线性弹性理论计算；容许应力[σ]由规定的材料弹性极限（或极限强度、流限）除以大于1的单一安全系数而得。 容许应力设计法以线性弹性理论为基础，以构件危险截面的某一点或某一局部的计算应力小于或等于材料的容许应力为准则。在应力分布不均匀的情况下，如受弯构件、受扭构件或静不定结构，用这种设计方法比较保守。 容许应力设计应用简便，是工程结构中的一种传统设计方法，目前在公路、铁路工程设计中仍在应用。它的主要缺点是由于单一安全系数是一个笼统的经验系数，因之给定的容许应力不能保证各种结构具有比较一致的安全水平，也未考虑荷载增大的不同比率或具有异号荷载效应情况对结构安全的影响。
第3章按近似概率理论的极限状态设计法 3.1选择题 1．结构的( D )是：结构在规定的时间内,在规定的条件下,完成预定功能的能力。 A．安全性 B．适用性 C．耐久性 D．可靠性 2．下列情况属于超出正常使用极限状态的情况的是（ B ）。 A．雨篷倾倒 B．现浇双向板楼面在人行走动中振动较大 C．连续梁中间支座产生塑性铰 D．构件丧失稳定 3．可变荷载中作用时间占设计基准期内总持续时间超过50%的荷载值，称为（ D ）。 A．荷载设计值 B．荷载标准值 C．荷载频遇值 D．可变荷载准永久值 4．混凝土强度等级C是由立方体抗压强度试验值按下述（ B ）项原则确定的。 A．取平均值，超值保证率50% B．取标准值，超值保证率95% C．取标准值，超值保证率97.72% D．取标准值，超值保证率85.5% 5．现行混凝土结构设计规范（GB50010—2002）度量混凝土结构可靠性的原则是（D）A．用分项系数，不计失效率 B．用分项系数和结构重要性系数，不计失效率 C．用可靠指标β，不计失效率 D．用β表示，并在形式上采用分项系数和结构重要性系数代替β 6．规范对混凝土结构的目标可靠指标要求为3.7（脆性破坏）和3.2（延性破坏）时，该建筑结构的安全等级属于（ C ） A．一级，重要建筑 B．二级，重要建筑 C．二级，一般建筑 D．三级，次要建筑 7．当楼面均布活荷载大于或等于4kN/m2时，取可变荷载分项系数等于（A）A．1.3 B．1.2 C．1.0 D．1.4 问答题 1.结构可靠性的含义是什么？它包括哪些功能要求？ 答:结构可靠性是指结构在规定时间(设计基准期)内，在规定条件下(正常设计、正常施工、正常使用和维护)完成预定功能的能力。 它的功能要求为: (1)安全性；(2)适用性；(3)耐久性。 2.结构超过极限状态会产生什么后果?
容许应力法和概率(极限状态)设计法 在钢结构设计中的应用 中铁五局集团公司经营开发部肖炳忠 内容提要 本文简要介绍了容许应力法、破坏阶段法、极限状态法、概率（极限状态）设计法四个结构设计理论，并且列出了我们经常用的容许应力法和概率（极限状态）设计法的实用表达式和参数选用，通过对上述两种方法参数的比较，总结出我们在工程施工中临时结构设计的实用办法和注意事项，以期望提高广大现场施工技术人员的设计水平的目的。 1、前言 我们在钢结构设计中经常用到容许应力法和概率（极限状态）设计法，有些没有经验的技术人员在设计计算中经常将二者混淆，因此有必要将两种设计计算方法进行介绍和比较，供广大技术人员参考。 2、四种结构设计理论简述 2.1、容许应力法 容许应力法将材料视为理想弹性体，用线弹性理论方法，算出结构在标准荷载下的应力，要求任一点的应力，不超过材料的容许应力。材料的容许应力，是由材料的屈服强度，或极限强度除以安全系数而得。 容许应力法的特点是： 简洁实用，K值逐步减小； 对具有塑性性质的材料，无法考虑其塑性阶段继续承载的能力，设计偏于保守； 用K使构件强度有一定的安全储备，但K的取值是经验性的，且对不同材料，K值大并不一定说明安全度就高； 单一K可能还包含了对其它因素（如荷载）的考虑，但其形式不便于对不同的情况分别处理（如恒载、活载）。 2.2、破坏阶段法 设计原则是：结构构件达到破坏阶段时的设计承载力不低于标准荷载产生的构件内力乘以安全系数K。
破坏阶段法的特点是： 以截面内力（而不是应力）为考察对象，考虑了材料的塑性性质及其极限强度； 内力计算多数仍采用线弹性方法，少数采用弹性方法； 仍采用单一的、经验的安全系数。 2.3、极限状态法 极限状态法中将单一的安全系数转化成多个（一般为3个）系数，分别用于考虑荷载、荷载组合和材料等的不定性影响，还在设计参数的取值上引入概率和统计数学的方法（半概率方法）。 极限状态法的特点是： 在可靠度问题的处理上有质的变化。这表现在用多系数取代单一系数，从而避免了单一系数笼统含混的缺点。 继承了容许应力法和破坏阶段法的优点； 在结构分析方面，承载能力状态以塑性理论为基础；正常使用状态以弹性理论为基础； 对于结构可靠度的定义和计算方法还没法给予明确回答。 2.4、概率（极限状态）设计法 该方法的设计准则是：对于规定的极限状态，荷载引起的荷载效应（结构内力）大于抗力（结构承载力）的概率（失效概率）不应超过规定的限值。 概率（极限状态）设计法的特点是： 继承了极限状态设计的概念和方法，但进一步明确提出了结构的功能函数和极限状态方程式，及一套计算可靠指标和推导分项系数的理论和方法； 设计表达式仍可继续采用分项安全系数的形式，以便与以往的设计方法衔接，但其中的系数是以一类结构为对象，根据规定的可靠指标，经概率分析和优化确定的。 3、容许应力法和概率（极限状态）设计法的实用表达式 3.1、容许应力法的实用表达式及容许应力计算规定 1）容许应力法的实用表达式为： σ≤［σ］ 式中： σ——结构在标准荷载下的应力；
极限状态设计法简介 顾迪民 一, 定义 ①极限状态设计法 以相应于结构和构件各种功能要求的极限状态，如承载能力的极限状态和正常使用的极限状态等为依据的设计方法。结构和构件应满足这些极限状态的限制。 ② 许用应力设计法 在规定的使用载荷（标准值）作用下，按线性弹性理论算得的结构或构件中的应力（计算应力）应不大于规范规定的材料许用应力。材料的许用应力由材料的平均极限抗力（屈服点、临界应力和疲劳强度）除以安全系数而得，安全系数可由经验确定。 ③ 概率设计法 以概率理论为基础确定的结构或构件的失效概率)P (f 或可靠概率)1P P )(P (f s s =+来定量地度量结构或构件的可靠性。用此法设计的各类结构或构件具有大体相同的可靠度。 ④ 概率极限状态设计法 在概率设计法基础上，进一步建立结构可靠性指标与极限状态方程之间的数学关系。在设计表达式中采用载荷分项系数，这些分项系数也是根据各载荷变量的统计特征在概率分析的基础上经优选确定的。载荷分项系数的确定有三种水平:其一为部分系数由概率分析确定,部分系数用经验确定,也称半概率极限状态设计法;其二为所有系数均由概率分析确定,但其概率分布曲线一列用正态分布曲线代替,故称近似概率极限状态设计法;其三为全概率极限状态设计法,是发展趋向. 二, 近似概率极限状态设计法 1, 极限状态 承载能力极限状态------静强度,动力强度和稳定等计算. 正常使用极限状态------静,动变形(刚性)和耐久性(疲劳)的计算. 2, 结构可靠度 包括结构安全性,适用性和耐久性.其定义为:在规定时间(寿命)内,规定条件下,完成预定功能的概率. 3, 极限状态方程 0),,(321=???????=n X X X X g Z 式中Xi 是影响结构可靠度的变量。在结构设计中可归纳为二个基本变量R （抗力）和S （载荷效应—内力）。 0),(=-==S R S R g Z R = S ，极限状态；R < S , 失效；R > S ，有效（可靠）。 失效率f P 加可靠率s P 为1。 即：s f P P -=1
第3章以概率理论为基础的极限状态设计方法本章重点： 1、熟悉结构的功能要求和极限状态定义； 2、熟悉概率极限状态设计方法； 3、掌握极限状态设计方法的实用设计表达式； 4、掌握荷载取值规定； 5、掌握材料强度的标准值和设计值的取值规定； 6、熟悉混凝土结构的耐久性设计概念。 RC—1 总则： 1、结构在规定的设计使用年限内应具有足够的可靠度。结构可靠度可采用以概率理论为基础的极限状态设计方法分析确定。 2、整个结构或结构的一部分超过某一状态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。 3、我国现行建筑结构设计规范采用以概率理论为基础的极限状态设计方法，以可靠指标度量结构构件的可靠度，采用分项系数的设计表达式进行结构设计。 RC—2 极限状态设计方法的两大状态、三大要素： 1、两大状态：（1）承载能力极限状态； （2）正常使用极限状态。 2、三大要素：（1）作用（形象术语为荷载）； （2）作用效应（形象术语为内力与变形）； （3）抗力（形象术语为强度与刚度）。 RC—3 作用效应S与抗力R的函数曲线： 认为结构承受荷载后产生的作用效应S与结构具有的抗力R符合正态分布，其函数曲线为：
RC —4 结构的功能函数曲线： 前题：当仅有作用效应S 和抗力R 两个基本变量时，结构按极限状态设计应符合下列要求：0R S -≥； 于是，我们定义表达式：Z R S =-为结构的功能函数，于是有： 1、当0Z >时，即0R S ->，结构能够完成预定的功能，处于可靠状态； 2、当0Z =时，即0R S -=，结构处于极限状态； 3、当0Z <时，即0R S -<，结构不能够完成预定的功能，处于失效状态。 RC —5 超过承载能力极限状态的判定标准： 当结构或构件出现下列状态之一时，应认为超过了承载能力极限状态： 1、整个结构或结构的一部分作为刚体失去平衡（如倾覆等）； 2、结构构件或连接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、结构转变为机动体系； 4、结构或构件丧失稳定（如压屈等）； 00
第 3 章混凝土结构设计法 本章提要 我国现行的建筑结构设计方法是：以概率理论为基础的极限状态设计方法，以可靠指标度量结构构件的可靠度，采用以分项系数的设计表达式进行设计。因此，本章内容围绕结构设计的总目标，对结构的功能要求、结构的极限状态、结构上的作用、荷载的代表值、各种作用的效应及结构的抗力和满足结构设计可靠度要求的材料强度分项系数及荷载分项系数等均提出了明确的要求，最终使读者明确以概率理论为基础的各种极限状态表达方法，并以此作为结构设计的依据。 3.1 极限状态 3.1.1 结构上的作用、作用效应和结构抗力 1. 结构上的作用 使结构产生内力或变形的原因称为“作用”，分直接作用和间接作用两种。 (1) 直接作用：荷载 (2) 间接作用：混凝土的收缩、温度变化、基础的差异沉降、地震等。间接作用不仅与外界因素有关，还与结构本身的特性有关。例如，地震对结构物的作用，不仅与地震加速度有关，还与结构自身的动力特性有关，所以不能把地震作用称为“地震荷载”。 2. 作用效应 结构上的作用使结构产生的内力（如弯矩、剪力、轴向力、扭矩等）、变形、裂缝等统称为作用效应或荷载效应。荷载与荷载效应之间通常按某种关系相联系。 S ＝ C × Q │ │ └─ 荷载 │ └─── 荷载效应系数 └──── 荷载效应 3. 荷载的分类 按作用时间的长短和性质，荷载可分为三类： 1)永久荷载在结构设计使用期间，其值不随时间而变化，或其变化与平均值相比可以忽略不计，或其变化是单调的并能趋于限值的荷载。例如，结构的自身重力、土压力、预应力等荷载，永久荷载又称恒荷载。 2)可变荷载在结构设计使用期内其值随时间而变化，其变化与平均值相比不可忽略的荷载。例如，楼面活荷载、吊车荷载、风荷载、雪荷载等，可变荷载又称活荷载。
容许应力法和概率(极限状态)设计法 应用类2010-05-24 17:59:07 阅读91 评论0 字号：大中小订阅 在钢结构设计中的应用 中铁五局集团公司经营开发部肖炳忠 内容提要 本文简要介绍了容许应力法、破坏阶段法、极限状态法、概率（极限状态）设计法四个结构设计理论，并且列出了我们经常用的容许应力法和概率（极限状态）设计法的实用表达式和参数选用，通过对上述两种方法参数的比较，总结出我们在工程施工中临时结构设计的实用办法和注意事项，以期望提高广大现场施工技术人员的设计水平的目的。 1、前言 我们在钢结构设计中经常用到容许应力法和概率（极限状态）设计法，有些没有经验的技术人员在设计计算中经常将二者混淆，因此有必要将两种设计计算方法进行介绍和比较，供广大技术人员参考。 2、四种结构设计理论简述 、容许应力法 容许应力法将材料视为理想弹性体，用线弹性理论方法，算出结构在标准荷载下的应力，要求任一点的应力，不超过材料的容许应力。材料的容许应力，是由材料的屈服强度，或极限强度除以安全系数而得。 容许应力法的特点是： 简洁实用，K值逐步减小； 对具有塑性性质的材料，无法考虑其塑性阶段继续承载的能力，设计偏于保守； 用K使构件强度有一定的安全储备，但K的取值是经验性的，且对不同材料，K值大并不一定说明安全度就高； 单一K可能还包含了对其它因素（如荷载）的考虑，但其形式不便于对不同的情况分别处理（如恒载、活载）。 、破坏阶段法 设计原则是：结构构件达到破坏阶段时的设计承载力不低于标准荷载产生的构件内力乘以安全系数K。 破坏阶段法的特点是： 以截面内力（而不是应力）为考察对象，考虑了材料的塑性性质及其极限强度； 内力计算多数仍采用线弹性方法，少数采用弹性方法； 仍采用单一的、经验的安全系数。 、极限状态法 极限状态法中将单一的安全系数转化成多个（一般为3个）系数，分别用于考虑荷载、荷载组合和材料等的不定性影响，还在设计参数的取值上引入概率和统计数学的方法（半概率方法）。 极限状态法的特点是： 在可靠度问题的处理上有质的变化。这表现在用多系数取代单一系数，从而避免了单一系数笼统含混的缺点。 继承了容许应力法和破坏阶段法的优点； 在结构分析方面，承载能力状态以塑性理论为基础；正常使用状态以弹性理论为基础； 对于结构可靠度的定义和计算方法还没法给予明确回答。 、概率（极限状态）设计法 该方法的设计准则是：对于规定的极限状态，荷载引起的荷载效应（结构内力）大于抗力（结构承载力）的概率（失效概率）不应超过规定的限值。 概率（极限状态）设计法的特点是：
| 第3章按近似概率理论的极限状态设计法 选择题 1．结构的( D )是：结构在规定的时间内,在规定的条件下,完成预定功能的能力。 A．安全性 B．适用性 C．耐久性 D．可靠性 2．下列情况属于超出正常使用极限状态的情况的是（ B ）。 A．雨篷倾倒 B．现浇双向板楼面在人行走动中振动较大 C．连续梁中间支座产生塑性铰 # D．构件丧失稳定 3．可变荷载中作用时间占设计基准期内总持续时间超过50%的荷载值，称为（ D ）。 A．荷载设计值 B．荷载标准值 C．荷载频遇值 D．可变荷载准永久值 4．混凝土强度等级C是由立方体抗压强度试验值按下述（ B ）项原则确定的。 A．取平均值，超值保证率50% B．取标准值，超值保证率95% C．取标准值，超值保证率% | D．取标准值，超值保证率% 5．现行混凝土结构设计规范（GB50010—2002）度量混凝土结构可靠性的原则是（D）A．用分项系数，不计失效率 B．用分项系数和结构重要性系数，不计失效率 C．用可靠指标β，不计失效率 D．用β表示，并在形式上采用分项系数和结构重要性系数代替β 6．规范对混凝土结构的目标可靠指标要求为（脆性破坏）和（延性破坏）时，该建筑结构的安全等级属于（ C ） A．一级，重要建筑 B．二级，重要建筑、 C．二级，一般建筑 D．三级，次要建筑 7．当楼面均布活荷载大于或等于4kN/m2时，取可变荷载分项系数等于（A） A． B．1.2 C． D． 问答题 1.结构可靠性的含义是什么它包括哪些功能要求 答:结构可靠性是指结构在规定时间(设计基准期)内，在规定条件下(正常设计、正常施工、正常使用和维护)完成预定功能的能力。 它的功能要求为: (1)安全性； (2)适用性； (3)耐久性。 !
limit state design method 当以整个结构或结构的一部分超过某一特定状态就不能满足设计规定的某一功能要求，则此特定状态称为该功能的极限状态，按此状态进行设计的方法称极限状态设计法。它是针对破坏强度设计法的缺点而改进的工程结构设计法。分为半概率极限状态设计法和概率极限状态设计法。 半概率极限状态设计法将工程结构的极限状态分为承载能力极限状态、变形极限状态和裂缝极限状态三类（也可将后两者归并为一类），并以荷载系数、材料强度系数和工作条件系数代替单一的安全系数。对荷载或荷载效应和材料强度的标准值分别以数理统计方法取值，但不考虑荷载效应和材料抗力的联合概率分布和结构的失效概率。 概率极限状态设计法将工程结构的极限状态分为承载能力极限状态和正常使用极限状态两大类。按照各种结构的特点和使用要求，给出极限状态方程和具体的限值，作为结构设计的依据。用结构的失效概率或可靠指标度量结构可靠度，在结构极限状态方程和结构可靠度之间以概率理论建立关系。这种设计方法即为基于概率的极限状态设计法，简称为概率极限状态设计法。其设计式是用荷载或荷载效应、材料性能和几何参数的标准值附以各种分项系数，再加上结构重要性系数来表达。对承载能力极限状态采用荷载效应的基本组合和偶然组合进行设计，对正常使用极限状态按荷载的短期效应组合和长期效应组合进行设计。 2、许应力设计法 allowable stress design method 以结构构件的计算应力σ不大于有关规范所给定的材料容许应力[σ]的原则来进行设计的方法。一般的设计表达式为 σ≤[σ] 结构构件的计算应力σ按荷载标准值以线性弹性理论计算；容许应力[σ]由规定的材料弹性极限（或极限强度、流限）除以大于1的单一安全系数而得。 容许应力设计法以线性弹性理论为基础，以构件危险截面的某一点或某一局部的计算应力小于或等于材料的容许应力为准则。在应力分布不均匀的情况下，如受弯构件、受扭构件或静不定结构，用这种设计方法比较保守。 容许应力设计应用简便，是工程结构中的一种传统设计方法，目前在公路、铁路工程设计中仍在应用。它的主要缺点是由于单一安全系数是一个笼统的经验系数，因之给定的容许应力不能保证各种结构具有比较一致的安全水平，也未考虑荷载增大的不同比率或具有异号荷载效应情况对结构安全的影响。 我国公路使用极限状态设计法，铁路仍使用容许应力设计法，但公路中使用的分项系数并不是完全利用概率理论计算可靠度得来的，而是在容许应力基础上，通过经验得来的，所以有披着极限外衣的容许应力之嫌。
第三章按近似概率理论极限状态设计法
§3.1 极限状态 3.1.1结构上的作用 ◎直接作用：荷载 ◎间接作用：混凝土的收缩、温度变化、基础的差异沉降、地震等 作用在结构上并使结构产生内力（如弯矩、剪力、轴向力、扭矩等）、变形、裂缝等作用称为作用效应或荷载效应。
§3.1 极限状态 ◎荷载的分类 按作用时间的长短和性质，荷载分为三类： 1.永久荷载在结构设计使用年限内，其值不随时间而变化，或其变化与平均值相比可以忽略不计，或其变化是单调的并能趋于限值的荷载。 2.可变荷载在结构设计基准期内其值随时间而变化，其变化与平均值不可忽略的荷载。 3.偶然荷载在结构设计基准期内不一定出现，但一旦出现其值很大且作用时间很短的荷载。
§3.1 极限状态 ◎荷载的标准值 1.定义 将荷载视为随机变量，采用数理统计的方法加以处理而得到的具有一定概率的最大荷载值 2.确定 a.结构的自重可根据结构的设计尺寸和材料的重力密度确定； b.可变荷载常与时间有关，在缺少大量统计材料的条件下，可近似按随机变量来考虑；
§3.1 极限状态 3.1.2结构的功能要求1.结构的安全等级 安全等级破坏后的影响 程度 建筑物的类型 一级很严重重要的建筑物二级严重一般的建筑物三级不严重次要的建筑物
§3.1 极限状态 2.结构的设计使用年限 结构的设计使用年限是指设计规定的结构或结构构件不需要进行大修即可按达到其预定功能的使用时期。 设计年限可按《建筑结构可靠度设计统一标准》确定，也可经过主管部门的批准按业主的要求确定。一般建筑结构的设计使用年限为50年。 注意：区别建筑物的设计使用年限与建筑物的使用寿命。