极限状态设计(Limit State Design)的基本概念

1 引言

极限状态设计(Limit State Design, LSD), 或称之为荷载与阻力系数设计(Load And Resistance Factor Design, LRFD)，是指结构工程中的一种设计方法。极限状态是指结构的一个条件，超过这个条件，结构就不再满足相关的设计标准了，其中条件可能是指结构上的荷载或其他作用的程度，而标准则是指结构的完整性、适用性、耐久性或其他设计要求。由LSD设计的结构，其配比能承受在设计寿命内可能发生的所有作用，并保持适合使用，每个极限状态都有适当的可靠性水平。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。极限状态设计方法最早是在前苏联发展起来的，以N.S.Streletski教授领导的研究为基础，于1955年引入到苏联的建筑法规。后来LSD发展到整个欧洲，北美直至全世界。

2 LSD的准则

极限状态设计(LSD)要求结构满足两个主要标准：最终极限状态(Ultimate Limit State, ULS)和使用性极限状态(Serviceability Limit State, SLS)。任何设计过程都涉及到一些假设，因此必须估计结构将承受的荷载，必须选择要检查的构件尺寸，必须选择设计标准。所有的工程设计标准都有一个共同的目标：即确保结构的安全和确保结构的功能。

3 最终极限状态ULS

最终状态(US)和最终极限状态(ULS)之间有着明确的区别。最终状态(US)是一种物理情况，它包括过度变形导致和接近所考虑的部件或整个结构倒塌，或变形超过预先设定的值。当然，它也涉及到结构方案的大量非弹性(塑性)行为和残余变形。而ULS并不是一种物理情况，它是一种约定俗成的计算条件，为了满足设计荷载下的强度和稳定性的工程要求，必须满足其他附加标准。如果所有计算的弯曲、剪切和拉伸或压缩应力都低于所考虑的截面的计算抗力，则结构被认为满足极限状态标准。

极限状态标准也可以用荷载而不是应力来设定：使用这种方法，当 "放大 "荷载小于相关的 "折减 "抗力时，被分析的结构构件（即梁、柱或其他承重构件，如墙体）被证明是安全的。遵守ULS的设计标准被认为是提供适当结构安全的最低要求以及其他附加要求。ULS与危险有关，涉及到结构崩溃等结果。

4 使用性极限状态SLS

使用性极限状态(SLS) 主要包括变形的极限状态，裂纹的极限状态和振动的极限状态。除了上节提到的ULS检查外，还必须进行服务极限状态(SLS)的计算检查。与ULS一样，这里的SLS也不是一种物理情况，而是一种计算检查。其目的是证明在特征设计荷载的作用下，和/或在施加一定的变形、沉降、振动或温度梯度等情况下，结构行为符合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极限、变形极限（挠度、旋转和曲率）、柔性（或刚度）极限、动态行为极限，以及裂缝控制要求（裂缝宽度）和其他与结构的耐久性及其达到的日常服务水平和人体舒适度有关的安排，以及实现其日常功能的能力。非结构性问题，它还可能涉及应用于声学和热传导的限制，这也可能影响结构设计。为了满足可使用性极限状态标准，结构必须在常规荷载下保持其预期用途的功能，因此结构必须在常规条件下不会引起居住者的不适。

SLS与功能受损有关，在地基设计中常因沉降过大而引起。

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