砌体结构可靠度设计方法

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1、砌体结构主讲：张露云电话：13699447110四川农业大学建设与城乡规划学院第2章砌体结构可靠度设计原理学习要点：√了解我国规范关于砌体结构设计的可靠度理论；√掌握我国规范的砌体结构概率极限状态设计方法；√掌握砌体强度标准值与设计值的计算原则。§2.1历史的回顾起初砖石结构截面尺寸的确定全是凭经验的，而后逐渐采用弹性理论的许可应力计算方法进行计算；20世纪30年代后期，前苏联注意到弹性理论计算和试验结果不符的问题。而对偏心受压构件计算，开始采用了修正系数；我国1952年已开始照前苏联1943年规定，对偏心受压计算采用修正系数以较正确的估算承载力，以后

2、又采用破坏阶段和三系数计算方法；我国1973年颁布的《砖石结构设计规范》规定砖石结构设计计算应按材料平均强度的单一安全系数进行，而安全系数k则是采用多系数分析、单一系数表达的半统计、半经验的方法确定的；根据国家颁布的《建筑结构可靠度设计统一标准》GB50068-2001规定的，采用近似概率理论为基础的极限状态设计方法。§2.2极限状态设计方法(Limitstatedesignmethod)§2.2.1结构的极限状态整个结构物或结构物的一部分超过某一特定状态时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。设计统一标准中规定，结构的极限

3、状态分为两类：承载力极限状态和正常使用极限状态。承载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力或不适于继续承载的变形。在砌体结构设计中，对任何承载的结构或构件都需要按承载力极限状态进行计算，以保证各个控制截面不发生破坏。当结构或构件出现下列状态之一时，即认为超过了承载力极限状态：﹡整个结构物或结构物的一部分作为刚体失去平衡；(如倾覆等)﹡结构构件或连接因材料强度被超过而破坏；(包括疲劳破坏)﹡结构变为机动体系；﹡结构或结构构件丧失稳定。(如压曲等)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极限。如变形

4、过大、裂缝过大、振动过大等影响正常使用，即超过了正常使用极限状态。在砌体结构设计中，对于正常使用极限状态，主要通过构造措施加以保证，一般不进行验算。仅仅在个别情况下，才需要对构件进行变形验算。§2.2.2结构的作用效应S和结构抗力R结构的作用效应S：作用对结构产生的效应（内力）等。结构抗力R：是指整个机构构件而言，即结构构件所能抵抗的内力。由于作用效应S和结构抗力R都不是确定性变量，而随荷载、材料强度、计算模式及几何尺寸等的变异具有明显的随机性，应采用随机变量或随机过程加以描述。§2.2.3结构的可靠度和可靠指标（Reliabilityindex）结

5、构物在规定的时间内，在规定的条件下，完成预定功能的概率，称为结构的可靠度。引入函数Z，令Z=R-S=g(R,S),则结构的工作状态可用函数Z的不同取值加以描述：Z=R-S>0，结构处于可靠状态；Z=R-S=0，结构处于极限状态；Z=R-S<0，结构处于失效状态。在可靠度设计中，一般把Z=g(R,S)称为功能函数，而Z=0则称为结构或构件的极限状态方程。单一的荷载效应或荷载效应组合相对最大值由图可知，当R的平均值大于S的平均值时，并不能说明结构是绝对安全的，因为这两条曲线还有相互交叉的部分，这就说明存在R

6、率。fSR0失效概率即阴影部分面积f(z)0z设计统一标准中规定采用近似概率法，并规定采用平均值和标准值及可靠指标代替失效概率来近似的估定结构的可靠度。一般按标准差正态分布函数，对脆性破坏一般要求，相应的失效概率。§2.2.4设计表达式（Designequation）规范采用以概率为基础的极限状态方程，以可靠指标度量结构构件的可靠度。值计算复杂，需要大量的统计信息，直接在设计中应用很不方便。规范的做法是采用分项系数的实用设计表达式，设计人员可不必直接计算可靠指标，只需按规范给定的各分项系数进行计算。为使设计者能针对所设计的结构的重要程度，正确选择适当的

7、可靠度，设计统一标准将建筑结构的安全等级划分为三级：注：1.对于特殊的建筑物，其安全等级根据具体情况另行确定；2.对于地震区的砌体结构设计，应按照《建筑抗震设防分类标准》GB50223根据建筑物重要性区分建筑物类别。砌体结构按承载力极限状态设计时，在考虑结构重要性调整后的荷载效应应≤结构抗力，即式中，—结构重要性系数；S—内力设计值；R—结构构件抗力安全等级为三级或设计使用年限为1~5年的结构构件，安全等级为一级或设计使用年限为50年以上的结构构件，安全等级为二级或设计使用年限为50年的结构构件，《规范》中对砌体结构按承载力极限状态设计时，应按下列公式

8、中最不利组合进行计算：式中，—永久荷载标准值的效应；—在基本组合中起控制作用的一个可变荷载标准