混凝土结构设计原理

结构可靠度指结构在规定的设计使用年限内，在规定的条件下完成预定功能的概率，是可靠性的定量指标。预定功能包括安全性、适用性与耐久性。

结构设计方法发展：①容许应力法——材料应力不超过容许应力；②破损安全法——以单位安全系数量化；③极限状态法——以极限状态为设计准则，分项系数表达，为我国现行规范采用的方法。

我国《建筑结构可靠性设计统一标准》$\text{GB}\,50068\text{-}2018$规定采用以概率理论为基础的极限状态设计方法，以分项系数表达。设计使用年限：一般房屋$50$年，重要建筑可适当延长。

结构功能要求：能承受可能出现的各种作用效应；在正常使用时具有良好的工作性能（变形、裂缝控制）；在正常维护下具有足够的耐久性；在偶然事件发生后仍能保持必要的整体稳固性。

荷载按变异性质分为永久荷载$G$（恒载）和可变荷载$Q$（活载）；按结构反应分为静力与动力荷载。荷载标准值$G_k$、$Q_k$为设计基准期内的最大值分布的某一分位值（一般取$95\%$保证率）。

荷载设计值$G$、$Q$由标准值乘以荷载分项系数得到：$G=\gamma_G G_k$，$Q=\gamma_Q Q_k$。永久荷载分项系数$\gamma_G$一般取$1.2$（不利时）；可变荷载分项系数$\gamma_Q$一般取$1.4$。

材料强度标准值$f_k$为强度分布的某一分位值（混凝土取$5\%$分位，钢筋取$95\%$分位）。设计值$f=f_k/\gamma$，$\gamma$为材料分项系数；混凝土$\gamma_c=1.4$，钢筋$\gamma_s=1.1$（$\text{GB}\,50010$）。

荷载组合：基本组合时效应设计值$S$由各项荷载设计值组合；正常使用极限状态验算多采用标准组合或准永久组合，分项系数取 1.0。偶然组合用于爆炸、撞击等偶然事件设计。

极限状态分为承载能力极限状态与正常使用极限状态。承载能力极限状态对应结构或构件达到最大承载力、过度变形或不适于继续承载；正常使用极限状态对应影响正常使用或外观的变形、裂缝等。

设$S$为作用效应，$R$为结构抗力，功能函数$Z=R-S$。失效概率$P_f=P(Z<0)$；可靠指标$\beta=\Phi^{-1}(1-P_f)$，$\beta$越大$P_f$越小。