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限界状態設計( LSD ) は、荷重抵抗係数設計( LRFD )とも呼ばれ、構造工学で使用される設計方法を指します。限界状態とは、構造物が関連する設計基準を満たさなくなる状態のことです。[ 1 ]この状態は、構造物にかかる荷重やその他の作用の程度を指す場合があり、基準は、構造的完全性、使用適合性、耐久性、またはその他の設計要件を指します。LSD によって設計された構造物は、設計寿命中に発生する可能性のあるすべての作用に耐え、各限界状態に対して適切な信頼性レベルで使用に適した状態を維持するように設計されます。LSD に基づく建築基準は、その規定によって適切な信頼性レベルを暗黙のうちに定義しています。
ソ連で開発され、N・S・ストレレツキー教授が主導した研究に基づいた限界状態設計法は、1955年にソ連の建築基準に導入された。
限界状態設計では、構造物が2つの主要な基準、すなわち終局限界状態（ULS）と使用性限界状態（SLS）を満たす必要がある。[ 2 ]
設計プロセスには、いくつかの前提条件が含まれます。1)構造物が受ける荷重、 2) 予見可能または認識可能な例外的なシナリオと、それらが及ぼす可能性のある応力、3) 構成要素または構成要素の総和、および全体としての個々の強度と集合的な強度。
最終状態（US）と最終限界状態（ULS）は明確に区別される。最終状態とは、対象となる部品または構造物全体が崩壊するほどの過度の変形、あるいは許容範囲を超える変形が生じる物理的な状況を指す。
構造物は、人間の行為者によって設定された名目上の、物理的な意図や目標ではなく、恣意的な基準に基づいて最終的な限界を満たしているとみなされるが、それは厳密に言えば工学とは何の関係もなく、むしろ構造物に適用される真の基本的な挙動を隠蔽、歪曲、またはその他の方法で曖昧にするために「紙の上」に存在するものである。
ULSの設計基準を満たすだけでは、適切な構造安全性を確保するために必要な最低限の手順を実行するには不十分である。
上記のULSチェックに加えて、使用限界状態（SLS）の計算チェックも実施する必要があります。使用限界状態の基準を満たすためには、構造物は日常的な荷重を受けながらも、意図された使用期間中、機能し続ける必要があります。
荷重係数と抵抗係数は、統計と事前に選択された故障確率を用いて決定されます。これらの係数には、施工品質のばらつきや施工材料の均一性が考慮されています。一般的に、材料の抵抗には1以下の係数が適用され、荷重には1以上の係数が適用されます。あまり使用されませんが、複合荷重の発生確率が低い場合、係数が1未満になる場合もあります。
前述の要因は、材料の種類によって、あるいは同じ材料でもグレードによって異なる場合があります。例えば、木材は鋼鉄よりも変動要因が大きくなります。また、耐性に適用される要因は、値の導出における科学的信頼性の度合いにも影響します。
係数の具体的な大きさを決定する際、より確定的な荷重（例えば、固定荷重 - 構造物の重量と、壁、床材、天井仕上げなどの恒久的な付属物の重量）には、地震、風、または活荷重（居住荷重）などの変動の大きい荷重（1.6）よりも低い係数（例えば1.4）が与えられます。衝撃荷重には、その予測不可能な大きさと、ほとんどのモデルが静的な性質であるのに対し、荷重が動的であるという性質の両方を考慮するため、通常はさらに高い係数（例えば2.0）が与えられます。
限界状態設計は、各要素が同じ故障確率を持つように設計されているため、より一貫性のある構造設計を実現できる可能性を秘めている。実際には、これは通常、より効率的な構造設計につながり、そのため、実用的な工学的観点からは限界状態設計の方が優れていると言える。
以下は、カナダ国家建築基準法に規定されているLSD（鉛含有塗料）の取り扱いに関する記述です。
NBCC 1995フォーマット φR > α D D + ψ γ {α L L + α Q Q + α T T}ここで、φ = 抵抗係数 ψ = 荷重組み合わせ係数 γ = 重要度係数 α D = 死荷重係数 α L = 活荷重係数 α Q = 地震荷重係数 α T = 熱効果（温度）負荷係数
限界状態設計は、ほとんどの土木工学分野で許容応力設計の古い概念に取って代わりました。注目すべき例外は交通工学です。それでも、現在、LSD に基づく地盤工学と交通工学の両方の新しいコードが開発されています。その結果、現代の建物のほとんどは限界状態理論に基づくコードに従って設計されています。たとえば、ヨーロッパでは、構造物はユーロコードに準拠して設計されています。鋼構造はEN 1993に従って、鉄筋コンクリート構造はEN 1992に従って設計されています。オーストラリア、カナダ、中国、フランス、インドネシア、ニュージーランド (その他多数) は、設計コードの開発に限界状態理論を利用しています。最も純粋な意味では、 LSD を扱う際に安全係数について議論することは、混乱を招く可能性があるため、現在では不適切であると考えられています。以前の研究では、LRFD と ASD では鋼製切妻フレームの設計が大きく異なることが示されています。[ 3 ]
ASDによって大幅に軽量化された鋼製切妻フレーム設計が実現する状況はほとんどありません。さらに、積雪量の多い地域では、これらの方法の差がより顕著になることが示されています。[ 4 ]
米国は、限界状態設計（米国では荷重抵抗係数設計として知られる）の導入が特に遅れている。設計基準や規格は様々な組織によって発行されているが、その中には限界状態設計を採用しているものもあれば、そうでないものもある。
ACI 318 建築基準法における構造用コンクリートの要件は、限界状態設計を採用している。
ANSI/ AISC 360構造用鋼建築物仕様書、ANSI/ AISI S-100北米冷間成形鋼構造部材設計仕様書、およびアルミニウム協会のアルミニウム設計マニュアルには、2つの設計方法が並べて記載されています。
それとは対照的に、ANSI/ AWWA D100 溶接炭素鋼タンク（水貯蔵用）およびAPI 650 溶接タンク（石油貯蔵用）は、依然として許容応力設計を使用しています。
ヨーロッパでは、限界状態設計はユーロコードによって義務付けられている。