3.1 极限状态设计原则
? 3.1.1 建筑结构的功能要求
1.安全性 建筑结构在其设计使用年限内应能够承
受可能出现的各种作用。且在设计规定的偶然事
件发生时及发生后，结构应能保持必需的整体稳
定性，不致倒塌。
2.适用性 建筑结构在其设计使用年限内应能满足
预定的使用要求，有良好的工作性能，其变形、
裂缝或振动等性能均不超过规定的限度等。
3.耐久性 建筑结构在其设计使用年限内应有足够
的耐久性。例如保护层厚度不得过薄、裂缝不得
过宽而引起钢筋锈蚀等。
3.1.2 结构可靠度和安全等级
? 结构可靠性 是指结构在规定的时间内 (即设计使
用年限 )，在规定的条件下 (结构正常的设计、施
工、使用和维修条件 )，完成预定功能 (如承载力、
刚度、稳定性、抗裂性、耐久性和动力性能等 )
的能力。
? 结构可靠度 是指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，即结构可靠度是
结构可靠性的概率度量。
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 。
建筑结构的安全等级 在进行建筑结构的设计时，应根
据结构破坏可能产生的各种后果 (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 。
3.1.3 结构的极限状态
? 结构的极限状态 是指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。
?, 建筑结构可靠度设计统一标准, 将结构的极限
状态分为两类,承载能力极限状态 及 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
大承载能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,如雨
篷压重不足而倾覆、烟囱抗风不足而倾倒、挡土墙抗滑
不足在土压力作用下而整体滑移等。
(2) 结构构件或其连接因超过材料强度而破坏 (包括疲
劳破坏 )，如轴心受压构件中混凝土达到了轴心抗压强
度、构件的钢筋因锚固长度不足而被拔出等；或因变形
过大而不适于继续承受荷载。
(3) 结构转变为机动体系,如构件发生三铰共线而形成
机动体系，丧失承载能力。
(4) 结构或构件丧失稳定,如细长柱到达临界荷载后压
屈失稳而破坏 。
? 正常使用极限状态 —— 结构或结构构件达到正
常使用或耐久性能的某项规定限值。
(1) 影响正常使用或外观的变形,如吊车梁变形过大导
致吊车不能正常行驶、梁挠度过大影响外观等。
(2) 影响正常使用或耐久性能的局部损坏,如水池池壁
开裂漏水不能正常使用、如裂缝过宽导致钢筋锈蚀等。
(3) 影响正常使用的振动,如由于机器振动而导致结构
的振幅超过按正常使用要求所规定的限位等。
(4) 影响正常使用的其它特定状态,如相对沉降量过大
等。
3.1.4 结构上的作用 F、作用效应 S、结
构抗力 R
? 结构上的作用 —— 施加在结构上的集中力或分布
力（ 直接作用，也称为荷载 ）和引起结构外加变
形或约束变形的原因（ 间接作用 ）。
? 作用效应 —— 由于直接作用或间接作用作用于结
构构件上，在结构内产生的 内力和变形 (如轴力、
弯矩、剪力、扭矩、挠度、转角和裂缝等 )。
? 结构抗力 —— 结构或结构构件承受内力和变形的
能力 (如构件的 承载能力、刚度 等 )。
结构上的作用、作用效应、结构抗力均是随机变量
? 结构上的作用分类
1.按随时间的变异分类,
永久作用 — 在设计基准期内其量值不随时间变化，或其变化
与平均值相比可以忽略不计的作用。
可变作用 — 在设计基准期内其量值随时间变化，且其变化与平
均值相比不可忽略的作用。
偶然作用 — 在设计基准期内出现或不一定出现，而一旦出现
其量值很大且持续时间很短的作用。
2.按随空间位置的变异分类
固定作用 — 在结构空间位置上具有固定分布的作用。
可动作用 — 在结构空间位置上的一定范围内可以任意分布的作
用 。
3.按结构的反应分类
静态作用 — 使结构产生的加速度可忽略不计的作用。
动态作用 — 使结构产生的加速度不可忽略的作用。
3.1.5 结构的极限状态方程
? 结构极限状态方程可写为：
Z=R— S=0
当 Z＞ 0时,结构处于可
靠状态，
当 Z＝ 0时,结构处于极
限状态，
当 Z＜ 0时,结构处于失
效状态。
3.2 荷载和材料强度的取值
? 3.2.1 荷载
结构上的荷载可分成三类：
永久荷载 — 在结构使用期内，其值随时间因素
的变化不大，或其变化与其平均值相比可以忽略
的荷载。
可变荷载 — 在结构使用期内，其值随时间变化，
且其变化与其平均值相比不可以忽略的荷载。
偶然荷载 — 在设计使用期内不一定出现，一旦
出现其值很大且持续时间很短的荷载。
3.2.2 荷载代表值
? 建筑结构设计时，对不同荷载应采用不同的设计
值。
对永久荷载应采用 标准值 作为代表值；
对可变荷载应根据设计要求采用 标准值、组合值、
频遇值或准永久值 作为代表值；
对偶然荷载应按建筑结构使用的特点确定其代表
值。
? 1.荷载标准值 荷载的基本代表值，是指结构
在其使用期间,正常情况下可能出现的最大荷载
值。
? 2.荷载频遇值 是正常使用极限状态按频遇组
合设计采用的一种可 变荷载代表值 。
? 3.荷载准永久值 是正常使用极限状态按准永久组
合和频遇组合设计采用的一种可变荷载代表值。
? 4,荷载组合值 是当结构承受两种或两种以上可
变荷载时，承载能力极限状态按基本组合设计和
正常使用极限状态按标准组合设计采用的可变荷
载代表值。
3.2.3 材料强度标准值
? 具有不小于 95％的保证率的材料强度值称为材料
强度标准值
1.钢材的强度标准值, 规范, 将热轧钢筋的强度
标准值取为冶金部门颁布的屈服强度废品限值,
其保证率为 97.73％。
2.混凝土的强度标准值 取保证率为 95%的强度值
为混凝土强度标准值
3.3 概率统计极限状态设计方法
? 3.3.1 可靠度、失效概率、可靠指标
结构在规定的时间内，在规定的条件下，完成预
定的功能的概率，称为结构 可靠度 。用 Ps表示。
结构不能完成预定功能，即 Z＜ 0或 R＜ S的概率
即为 失效概率 。用 Pf表示。 Ps +Pf =1
β称为可靠指标
3.3.2 目标可靠指标
,标准, 对一般工业与民用建筑结构所规定的、作为设计
依据的可靠指标，称为目标可靠指标 [β]
3.3.3 极限状态设计表达式
1 承载能力极限状态设计表达式
S—— 承载能力极限状态的荷载效应 (内力 )组合的设计值 。
? 对于承载能力极限状态，结构构件应按荷载效应的基本组合
进行计算，必要时尚应按荷载效应的偶然组合进行计算。
? 对于基本组合，其内力组合设计值可按以下两公式中最不利
值确定：
)(
2
1100 ?
?
???
n
i
Q i kciQikQQGkG SSSS ??????
)(
1
00 ?
?
??
n
i
Q i kciQiGkG SSS ?????
对于一般排架和框架结构，可采用下列简化公式：
)(
1
00 ?
?
??
n
i
Q i kQiGkG SSS ?????
2 正常使用极限状态设计表达式
?Sd≤C
C—— 设计对变形、裂缝等规定的相应限值 。
Sd—— 变形、裂缝等荷载效应设计值 。
标准组合,
准永久组合,
频遇组合,
?
?
???
n
i
Q i kcikQGkd SSSS
2
1 ?
?
?
??
n
i
Q i kqiGkd SSS
1
?
?
?
???
n
i
Q i kqikQfGkd SSSS
2
11 ??
3,荷载分项系数和材料强度分项系数
? 永久荷载分项系数 rG
当永久荷载效应对结构构件的承载能力不利且可
变荷载起控制作用时,取 1.2;
当永久荷载效应对结构构件的承载能力不利且永
久荷载起控制作用时,取 1.35;
当永久荷载效应对结构构件的承载能力有利时,
不应大于 1.0。
? 可变荷载分项系数 rQ
一般情况取 1.4，当可变荷载效应对结构构件承载
能力有利时，取 0。
混凝土材料强度分项系数 rC
rC=1.4
c
ck
c r
f
f ?
钢筋材料强度分项系数 rS
rS=1.1 ~ 1.2
s
sk
s r
f
f ?
? 3.1.1 建筑结构的功能要求
1.安全性 建筑结构在其设计使用年限内应能够承
受可能出现的各种作用。且在设计规定的偶然事
件发生时及发生后，结构应能保持必需的整体稳
定性，不致倒塌。
2.适用性 建筑结构在其设计使用年限内应能满足
预定的使用要求，有良好的工作性能，其变形、
裂缝或振动等性能均不超过规定的限度等。
3.耐久性 建筑结构在其设计使用年限内应有足够
的耐久性。例如保护层厚度不得过薄、裂缝不得
过宽而引起钢筋锈蚀等。
3.1.2 结构可靠度和安全等级
? 结构可靠性 是指结构在规定的时间内 (即设计使
用年限 )，在规定的条件下 (结构正常的设计、施
工、使用和维修条件 )，完成预定功能 (如承载力、
刚度、稳定性、抗裂性、耐久性和动力性能等 )
的能力。
? 结构可靠度 是指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，即结构可靠度是
结构可靠性的概率度量。
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 。
建筑结构的安全等级 在进行建筑结构的设计时，应根
据结构破坏可能产生的各种后果 (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 。
3.1.3 结构的极限状态
? 结构的极限状态 是指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。
?, 建筑结构可靠度设计统一标准, 将结构的极限
状态分为两类,承载能力极限状态 及 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
大承载能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,如雨
篷压重不足而倾覆、烟囱抗风不足而倾倒、挡土墙抗滑
不足在土压力作用下而整体滑移等。
(2) 结构构件或其连接因超过材料强度而破坏 (包括疲
劳破坏 )，如轴心受压构件中混凝土达到了轴心抗压强
度、构件的钢筋因锚固长度不足而被拔出等；或因变形
过大而不适于继续承受荷载。
(3) 结构转变为机动体系,如构件发生三铰共线而形成
机动体系，丧失承载能力。
(4) 结构或构件丧失稳定,如细长柱到达临界荷载后压
屈失稳而破坏 。
? 正常使用极限状态 —— 结构或结构构件达到正
常使用或耐久性能的某项规定限值。
(1) 影响正常使用或外观的变形,如吊车梁变形过大导
致吊车不能正常行驶、梁挠度过大影响外观等。
(2) 影响正常使用或耐久性能的局部损坏,如水池池壁
开裂漏水不能正常使用、如裂缝过宽导致钢筋锈蚀等。
(3) 影响正常使用的振动,如由于机器振动而导致结构
的振幅超过按正常使用要求所规定的限位等。
(4) 影响正常使用的其它特定状态,如相对沉降量过大
等。
3.1.4 结构上的作用 F、作用效应 S、结
构抗力 R
? 结构上的作用 —— 施加在结构上的集中力或分布
力（ 直接作用，也称为荷载 ）和引起结构外加变
形或约束变形的原因（ 间接作用 ）。
? 作用效应 —— 由于直接作用或间接作用作用于结
构构件上，在结构内产生的 内力和变形 (如轴力、
弯矩、剪力、扭矩、挠度、转角和裂缝等 )。
? 结构抗力 —— 结构或结构构件承受内力和变形的
能力 (如构件的 承载能力、刚度 等 )。
结构上的作用、作用效应、结构抗力均是随机变量
? 结构上的作用分类
1.按随时间的变异分类,
永久作用 — 在设计基准期内其量值不随时间变化，或其变化
与平均值相比可以忽略不计的作用。
可变作用 — 在设计基准期内其量值随时间变化，且其变化与平
均值相比不可忽略的作用。
偶然作用 — 在设计基准期内出现或不一定出现，而一旦出现
其量值很大且持续时间很短的作用。
2.按随空间位置的变异分类
固定作用 — 在结构空间位置上具有固定分布的作用。
可动作用 — 在结构空间位置上的一定范围内可以任意分布的作
用 。
3.按结构的反应分类
静态作用 — 使结构产生的加速度可忽略不计的作用。
动态作用 — 使结构产生的加速度不可忽略的作用。
3.1.5 结构的极限状态方程
? 结构极限状态方程可写为：
Z=R— S=0
当 Z＞ 0时,结构处于可
靠状态，
当 Z＝ 0时,结构处于极
限状态，
当 Z＜ 0时,结构处于失
效状态。
3.2 荷载和材料强度的取值
? 3.2.1 荷载
结构上的荷载可分成三类：
永久荷载 — 在结构使用期内，其值随时间因素
的变化不大，或其变化与其平均值相比可以忽略
的荷载。
可变荷载 — 在结构使用期内，其值随时间变化，
且其变化与其平均值相比不可以忽略的荷载。
偶然荷载 — 在设计使用期内不一定出现，一旦
出现其值很大且持续时间很短的荷载。
3.2.2 荷载代表值
? 建筑结构设计时，对不同荷载应采用不同的设计
值。
对永久荷载应采用 标准值 作为代表值；
对可变荷载应根据设计要求采用 标准值、组合值、
频遇值或准永久值 作为代表值；
对偶然荷载应按建筑结构使用的特点确定其代表
值。
? 1.荷载标准值 荷载的基本代表值，是指结构
在其使用期间,正常情况下可能出现的最大荷载
值。
? 2.荷载频遇值 是正常使用极限状态按频遇组
合设计采用的一种可 变荷载代表值 。
? 3.荷载准永久值 是正常使用极限状态按准永久组
合和频遇组合设计采用的一种可变荷载代表值。
? 4,荷载组合值 是当结构承受两种或两种以上可
变荷载时，承载能力极限状态按基本组合设计和
正常使用极限状态按标准组合设计采用的可变荷
载代表值。
3.2.3 材料强度标准值
? 具有不小于 95％的保证率的材料强度值称为材料
强度标准值
1.钢材的强度标准值, 规范, 将热轧钢筋的强度
标准值取为冶金部门颁布的屈服强度废品限值,
其保证率为 97.73％。
2.混凝土的强度标准值 取保证率为 95%的强度值
为混凝土强度标准值
3.3 概率统计极限状态设计方法
? 3.3.1 可靠度、失效概率、可靠指标
结构在规定的时间内，在规定的条件下，完成预
定的功能的概率，称为结构 可靠度 。用 Ps表示。
结构不能完成预定功能，即 Z＜ 0或 R＜ S的概率
即为 失效概率 。用 Pf表示。 Ps +Pf =1
β称为可靠指标
3.3.2 目标可靠指标
,标准, 对一般工业与民用建筑结构所规定的、作为设计
依据的可靠指标，称为目标可靠指标 [β]
3.3.3 极限状态设计表达式
1 承载能力极限状态设计表达式
S—— 承载能力极限状态的荷载效应 (内力 )组合的设计值 。
? 对于承载能力极限状态，结构构件应按荷载效应的基本组合
进行计算，必要时尚应按荷载效应的偶然组合进行计算。
? 对于基本组合，其内力组合设计值可按以下两公式中最不利
值确定：
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对于一般排架和框架结构，可采用下列简化公式：
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2 正常使用极限状态设计表达式
?Sd≤C
C—— 设计对变形、裂缝等规定的相应限值 。
Sd—— 变形、裂缝等荷载效应设计值 。
标准组合,
准永久组合,
频遇组合,
?
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1
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2
11 ??
3,荷载分项系数和材料强度分项系数
? 永久荷载分项系数 rG
当永久荷载效应对结构构件的承载能力不利且可
变荷载起控制作用时,取 1.2;
当永久荷载效应对结构构件的承载能力不利且永
久荷载起控制作用时,取 1.35;
当永久荷载效应对结构构件的承载能力有利时,
不应大于 1.0。
? 可变荷载分项系数 rQ
一般情况取 1.4，当可变荷载效应对结构构件承载
能力有利时，取 0。
混凝土材料强度分项系数 rC
rC=1.4
c
ck
c r
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钢筋材料强度分项系数 rS
rS=1.1 ~ 1.2
s
sk
s r
f
f ?
