建筑结构概率极限状态设计法

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，以期望达到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。

第3章 按近似概率理论的极限状态设计法知识点1．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；2．结构可靠度、失效概率和可靠指标；3．承载能力和正常使用两种极限状态及实用设计表达式；4．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；5．荷载分类及其标准值，钢筋和混凝土的强度标准值和设计值。

要点1．结构的可靠性：结构的可靠性是：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。

2．结构上的作用：凡施加在结构上的集中或分布荷载，以及引起结构外加变形或约束变形的原因，均称为结构上的作用。

3．结构上的可变荷载：在结构使用期间，其值随时间而变化，且其变化与平均值相比不可以忽略不计的荷载称为可变荷载。

4．结构上的永久荷载：在结构使用期间，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称为永久荷载。

5．建筑结构的安全性要求：能承受正常使用和施工产生的荷载和变形；在偶然事件发生时及发生后能保持整体稳定。

6．“作用”：通常是指使结构产生内力和变形的原因，分为直接作用和间接作用 。

7．正常使用极限状态的设计表达式，按不同的设计目的，分别考虑荷载的哪些组合。

正常使用极限状态的设计表达式，按不同的设计目的，分别考虑荷载的标准组合、荷载的准永久组合和荷载的频遇组合。

8．作用在结构上的荷载，按作用时间的长短如何分类。

作用在结构上的荷载，按作用时间的长短和性质，可分为永久荷载、可变荷载和偶然荷载。

9．写出功能函数的表达式，回答功能函数Z>0，Z<0，Z=0时结构所处的状态。

0),,(21==n x x x g Z 。

Z>0结构处于可靠状态；Z=0结构处于极限状态；Z<0结构处于失效状态。

10．可靠度：可靠度是指结构在规定的时间内和规定的条件下，完成预定功能的概率。

一般用失效概论（f P ）和可靠可标（β）来度量。

在承载能力极限状态设计表达式中，可靠度体现在o γ、G γ、o γ、C γ、S γ中。

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 ZR = S ，极限状态；R < S , 失效；R > S ，有效（可靠）。

极限状态设计法极限状态设计法是一种在工程设计中广泛应用的方法，它的目标是确保结构在极端条件下的安全性和可靠性。

本文将介绍极限状态设计法的基本原理、应用范围以及在实际工程中的重要性。

极限状态设计法是一种基于概率理论的设计方法，它考虑了结构在极端负荷情况下的破坏机制和失效概率。

通过对结构的荷载、材料性能和几何形状等因素进行全面的分析和计算，可以确定结构在设计寿命内的安全性。

极限状态设计法的应用范围非常广泛，涵盖了建筑、桥梁、航空航天、核工程等各个领域。

在建筑领域，极限状态设计法可以用于确定建筑物在地震、风灾等极端自然灾害下的安全性。

在桥梁设计中，极限状态设计法可以用于确定桥梁在超载、冰雪等极端条件下的承载能力。

在航空航天领域，极限状态设计法可以用于确定飞机在起飞、降落等关键阶段的结构安全性。

极限状态设计法在实际工程中的重要性不言而喻。

通过采用这种设计方法，可以有效地降低结构的失效风险，提高结构的安全性和可靠性。

同时，极限状态设计法还可以帮助工程师优化结构设计，减少材料和成本的浪费。

在进行极限状态设计时，需要考虑多种因素。

首先是荷载的确定，包括静态荷载、动态荷载和温度荷载等。

其次是材料的性能参数，如强度、刚度和韧性等。

此外，还需要考虑结构的几何形状和连接方式等因素。

为了实现极限状态设计的目标，工程师通常会采用一系列的分析方法和计算工具。

其中包括有限元分析、可靠性分析和统计学方法等。

通过这些方法的综合应用，可以对结构的安全性进行全面的评估和验证。

极限状态设计法是一种重要的工程设计方法，它可以确保结构在极端条件下的安全性和可靠性。

在实际工程中，合理应用极限状态设计法可以提高工程项目的质量和可持续发展能力。

因此，工程师们应该深入了解和掌握这一设计方法，并在实践中加以应用。

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）。

第二章极限状态设计原则第2.0.1条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，此特定状态称为该功能的极限状态。

对于结构的各种极限状态，均应规定明确的标志及限值。

第2.0.2条极限状态可分为下列两类：一、承载能力极限状态。

这种极限状态对应于结构或结构构件达到最大承载能力或不适于继续承载的变形。

当结构或结构构件出现下列状态之一时，即认为超过了承载能力极限状态：1(如倾覆等)；2(包括疲劳破坏)，或因过度的塑性变形而不适于继续承载；34(如压屈等)。

二、正常使用极限状态。

这种极限状态对应于结构或结构构件达到正常使用或耐久性能的某项规定限值。

当结构或结构构件出现下列状态之一时，即认为超过了正常使用极限状态：12(包括裂缝)；34它特定状态。

第2.0.3条建筑结构设计时，应考虑各种有关的极限状态。

对所考虑的极限状态，应确定相应的结构作用效应的最不利组合。

对于承载能力极限状态，应考虑作用效应的基本组合，必要时尚应考虑作用效应的偶然组合；对于正常使用极限状态，应根据不同的设计目的，分别考虑作用的短期效应组合和长期效应组合。

第2.0.4条当考虑偶然事件时，可仅按承载能力极限状态对主要承重结构采用下列原则之一进行设计：1载能力；2适当的可靠度。

第2.0.5条结构的极限状态应采用下列极限状态方程描述：g(X1，X2，…，X n)＝0(2.0.5)式中g(·)——结构功能函数；Xi(i＝1，2，…，n)——基本变量，系指结构上的各种作用和材料性能、几何参数等。

进行结构可靠度分析时，也可采用作用效应和结构抗力作为综合的基本变量。

极限状态方程中的基本变量应作为随机变量考虑。

第2.0.6条结构按极限状态设计应符合下列要求：g(X1，X2，…，X n)≥0(2.0.6－1)当仅有作用效应和结构抗力两个基本变量时，结构按极限状态设计应符合下列要求：g(S，R)＝R-S≥0(2.0.6－2)式中S——结构的作用效应；R——结构的抗力。

建筑结构设计应根据使⽤过程中在结构上可能同时出现的荷载，按承载能⼒极限状态和正常使⽤极限状态分别进⾏荷载(效应)组合，并应取各⾃的最不利的效应组合进⾏设计。

1.承载⼒极限状态设计表达式根据荷载规范的要求，结构构件承载⼒设计应根据荷载效应的基本组合或偶然组合进⾏，其⼀般表达式为γ0S≤R (7-1)式中γ0——结构重要性系数;S——结构效应组合的设计值;R--结构构件抗⼒的设计值，应按各有关建筑结构设计规范的规定确定。

(1)结构构件重要性系数γ0根据《统⼀标准》，在建筑结构设计时，根据破坏可能产⽣的后果(危及⼈的⽣命安全、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或设计使⽤年限按表7-3取值。

结构重要性系数γ0 表7-3安全等级γ0设计使⽤年限γ0⼀级不应⼩于1.1100年及以上不应⼩于1.1⼆级不应⼩于1.050年不应⼩于1.0三级不应⼩于0.95年不应⼩于0.9注：对设计使⽤年限为25年的结构构件，各类材料结构设计规范可根据各⾃情况确定结构重要性系数γ0的取值。

在抗震设计中，不考虑结构构件的重要性系数。

同⼀建筑物中的各类构件的安全等级，宜与整个结构的安全等级相同。

但应根据需要，对某些构件的安全等级可采取提⾼⼀级或降低⼀级。

(2)荷载效应组合设计值s1)荷载效应基本组合①对于基本组合，荷载效应组合的设计值S应从下列组合值中取最不利值确定：(1)由可变荷载效应控制的组合S=γGSGK+γQ1SQ1k+ (7-2)式中γG_____永久荷载的分项系数，应按《建筑结构荷载规范》GB 50009--2001第3.2.5条采⽤;γQi——第i个可变荷载的分项系数，其中γQ1为可变荷载Q1的分项系数，应按《荷载规范》第3.2.5条采⽤;SGk--按永久荷载标准值Gk计算的荷载效应值;SQik——按可变荷载标准值Qik计算的荷载效应值，其中SQ1k为诸可变荷载效应中起控制作⽤者;Ψci--可变荷载Qi的组合值系数，应分别按《荷载规范》各章的规定采⽤;n--参与组合的可变荷载数。

分项系数设计法和概率极限状态设计法的关系【摘要】本文探讨了分项系数设计法和概率极限状态设计法之间的关系。

在分项系数设计法的原理部分，我们介绍了该方法如何通过分析各项不确定性因素来评估系统可靠性。

而概率极限状态设计法则是基于统计概率理论，通过极限状态函数来描述结构的安全性能。

在异同对比部分，我们指出了二者在理论和方法上的差异，并探讨了其在实际应用中的优缺点。

我们还列举了两种方法的应用场景，以及未来可能的研究方向。

通过本文的分析，读者可以更深入地了解两种设计方法的特点及其相互之间的联系。

【关键词】分项系数设计法、概率极限状态设计法、关系、原理、异同、应用场景、优缺点、总结、展望、研究展望、介绍、研究背景、研究目的1. 引言1.1 介绍分项系数设计法和概率极限状态设计法是结构工程领域常用的两种设计方法，它们在工程设计中起着重要的作用。

分项系数设计法通过将结构设计参数分解为各个独立的分项，再根据各项之间的相互关系确定参数的取值，以确保结构的安全性和可靠性。

而概率极限状态设计法则是基于结构的极限状态在一定概率水平下的发生概率来进行设计，以保证结构在设计寿命内具有较高的安全性。

在本文中，将研究分项系数设计法和概率极限状态设计法的原理及其在工程设计中的应用，分析两种方法的异同点，并探讨它们的优缺点。

通过对这两种设计方法的深入比较和分析，可以为工程设计提供更为科学合理的设计方案，提高结构的安全性和可靠性，为工程建设提供更加可靠的保障。

1.2 研究背景在结构设计和工程领域，分项系数设计法和概率极限状态设计法是两种常用的设计方法，它们在工程设计和风险评估中扮演着重要的角色。

随着工程复杂度的增加和设计需求的提高，人们对于更精确和可靠的设计方法的需求也越来越迫切。

分项系数设计法是一种传统的设计方法，通过确定各个组成部分的承载能力系数，来保证整体结构的安全性。

而概率极限状态设计法则是一种基于概率统计的设计方法，通过对结构在各种加载情况下的极限状态进行分析，来评估结构的可靠性和安全性。