极限状态设计

极限状态设计（LSD），也称为载荷和阻力系数设计（LRFD），是指结构工程中使用的一种设计方法。极限状态是结构不再满足相关设计标准的条件。条件可以指结构上的负载程度或其他作用，而标准指结构完整性、适用性、耐用性或其他设计要求。LSD设计的结构按比例设计，以维持其设计寿命期间可能发生的所有动作，并保持适合使用，并为每个极限状态提供适当的可靠性水平。基于LSD的建筑规范通过其规定隐含地定义了适当的可靠性水平。苏联在NSStreletski教授领导的研究基础上开发的极限状态设计方法于1955年被引入苏联建筑法规。

极限状态设计要求结构满足两个主要标准：最终极限状态(ULS)和使用极限状态(SLS)。任何设计过程都涉及许多假设。必须估计结构将承受的载荷，必须选择要检查的构件尺寸，并且必须选择设计标准。所有工程设计标准都有一个共同目标：确保结构安全并确保结构的功能。

最终状态(US)和最终极限状态(ULS)之间有明显的区别。美国是一种物理情况，涉及过度变形导致并接近所考虑的组件或整个结构的倒塌，如果相关，或者变形超过预先商定的值。当然，它涉及结构方案的相当大的非弹性（塑性）行为和残余变形。相比之下，ULS不是物理情况，而是必须满足的商定计算条件，以及其他附加标准，以符合设计载荷下对强度和稳定性的工程要求。如果所有因素弯曲，则认为结构满足最终极限状态标准，剪切和拉伸或压缩应力低于为所考虑截面计算的分解阻力。所指的分解应力是通过将放大系数应用于截面上的载荷来找到的。折减系数用于确定截面的各种系数阻力。极限状态标准也可以根据载荷而不是应力来设置：使用这种方法，当放大载荷时，被分析的结构元件（即梁或柱或其他承重元件，如墙壁）被证明是安全的小于相关的归约电阻。符合ULS的设计标准被视为提供适当结构安全性的最低要求（以及其他附加要求）。

除了上面提到的ULS检查之外，还必须执行服务限制状态(SLS)计算检查。为了满足使用极限状态标准，结构必须在常规（日常）载荷下保持其预期用途的功能，因此该结构在常规条件下不得引起乘员不适。至于ULS，SLS不是物理情况，而是计算检查。目的是证明在特征设计载荷（未分解）的作用下，和/或在施加某些（未分解）的强加变形、沉降或振动或温度梯度等量级时，结构行为符合，并且不超过现行相关标准中规定的SLS设计标准值。这些标准涉及各种应力限制、变形限制（挠度、旋转和曲率）、柔度（或刚度）限制、动态行为限制，以及裂缝控制要求（裂缝宽度）和其他与结构及其耐久性有关的布置达到的日常服务水平和人类舒适度，以及实现日常功能的能力。该计算检查在位于弹性区域下半部分的点执行，该点应用了特征（未分解）动作并且结构行为是纯弹性的。

使用统计数据和预先选择的故障概率来确定负载和阻力系数。建筑质量的可变性，建筑材料的一致性都被考虑在内。通常，单位系数（一）或更小适用于材料的电阻，单位系数或更大的系数适用于载荷。不经常使用，但在某些负载情况下，由于组合负载的概率降低，因子可能小于统一。对于不同的材料，甚至在同一材料的不同等级之间，这些因素可能会有很大差异。木材和砖石通常比混凝土具有更小的因素，而混凝土又比钢具有更小的因素。应用于阻力的因素也说明了对数值推导的科学信心程度——即当对特定类型的故障模式没有太多研究时，使用较小的值）。与载荷相关的因素通常与所涉及的材料类型无关，但会受到结构类型的影响。在确定因子的具体大小时，与地震等高度可变的载荷相比，更多确定性载荷（如恒载、结构和xxx性附件如墙壁、地板处理、天花板饰面的重量）被赋予较低的因子（例如1.4），风，或活（占用）载荷（1.6）。冲击载荷通常仍被赋予更高的因子（例如2.0），以考虑其不可预测的幅度以及载荷的动态性质与大多数模型的静态性质。虽然可以说在哲学上并不优于允许或允许的应力设计，但它确实有可能产生更一致的设计结构，因为每个元素都旨在具有相同的故障概率。实际上，这通常会导致更有效的结构。

以下是加拿大国家建筑规范中对LSD的处理：NBCC1995格式φR>αDD+ψγ{αLL+αQQ+αTT}其中φ=阻力系数ψ=荷载组合系数γ=重要性系数αD=静荷载系数αL=活荷载系数αQ=地震荷载系数αT=热效应（温度）荷载系数在大多数形式的土木工程中，极限状态设计已经取代了旧的许用应力设计概念。一个明显的例外是交通工程。尽管如此，目前正在为基于LSD的岩土工程和交通工程开发新的代码。因此，大多数现代建筑都是按照基于极限状态理论的规范设计的。例如，在欧洲，结构设计符合欧洲规范：钢结构设计符合EN1993，钢筋混凝土结构符合EN1992。澳大利亚、加拿大、中国、法国、印度尼西亚和新西兰（以及许多其他国家）)在制定设计规范时利用极限状态理论。从最纯粹的意义上说，现在认为在使用LSD时讨论安全因素是不合适的，因为有人担心这可能会导致混乱。以前，已经证明LRFD和ASD可以生产出明显不同的钢山墙框架设计。在极少数情况下，ASD可以生产重量明显更轻的钢山墙框架设计。此外，已经表明，在高雪地区，方法之间的差异更加显着。

在欧洲，极限状态设计由欧洲规范强制执行。