การออกแบบตามสถานะจำกัด ( LSD ) หรือที่รู้จักกันในชื่อการออกแบบตามปัจจัยรับน้ำหนักและความต้านทาน ( LRFD ) หมายถึงวิธีการออกแบบที่ใช้ในวิศวกรรมโครงสร้างสถานะจำกัดคือสภาวะของโครงสร้างที่เกินกว่านั้นแล้วโครงสร้างจะไม่เป็นไปตามเกณฑ์การออกแบบที่เกี่ยวข้องอีกต่อไป^{[ 1 ]}สภาวะดังกล่าวอาจหมายถึงระดับของการรับน้ำหนักหรือการกระทำอื่นๆ บนโครงสร้าง ในขณะที่เกณฑ์หมายถึงความสมบูรณ์ของโครงสร้าง ความเหมาะสมในการใช้งาน ความทนทาน หรือข้อกำหนดการออกแบบอื่นๆ โครงสร้างที่ออกแบบโดย LSD จะมีสัดส่วนที่สามารถรองรับการกระทำทั้งหมดที่อาจเกิดขึ้นได้ในระหว่างอายุการใช้งานของการออกแบบ และยังคงเหมาะสมสำหรับการใช้งาน โดยมีระดับความน่าเชื่อถือ ที่เหมาะสม สำหรับแต่ละสถานะจำกัด รหัสอาคารที่อิงตาม LSD จะกำหนดระดับความน่าเชื่อถือที่เหมาะสมโดยปริยายตามข้อกำหนดของตน

วิธีการออกแบบตามสภาพขีดจำกัด ซึ่งพัฒนาขึ้นในสหภาพโซเวียตโดยอิงจากการวิจัยของศาสตราจารย์ เอ็น.เอส. สเตรเลตสกี ได้ถูกนำมาใช้ในข้อบังคับการก่อสร้างของสหภาพโซเวียตในปี 1955

การออกแบบสถานะขีดจำกัดกำหนดให้โครงสร้างต้องเป็นไปตามเกณฑ์หลักสองประการ ได้แก่ สถานะ ขีดจำกัดสูงสุด (ULS) และ สถานะ ขีดจำกัดการใช้งาน (SLS) ^{[ 2 ]}

กระบวนการออกแบบใดๆ ก็ตามเกี่ยวข้องกับข้อสมมติฐานหลายประการ ประการแรก: 1. แรงที่โครงสร้างจะต้องรับ 2. สถานการณ์พิเศษที่อาจเกิดขึ้นได้และสามารถคาดการณ์ได้ รวมถึงความเค้นที่อาจเกิดขึ้น และ 3. ความแข็งแรงของแต่ละส่วนประกอบหรือผลรวมของส่วนประกอบต่างๆ ทั้งในฐานะกลุ่มและในฐานะส่วนรวม

มีการแบ่งแยกอย่างชัดเจนระหว่างสภาวะสุดท้าย (Ultimate State: US) และสภาวะขีดจำกัดสูงสุด (Ultimate Limit State: ULS) สภาวะสุดท้ายคือสถานการณ์ทางกายภาพที่เกี่ยวข้องกับการเสียรูปที่มากเกินไปจนทำให้ส่วนประกอบที่กำลังพิจารณาหรือโครงสร้างทั้งหมดพังทลาย หรือการเสียรูปที่เกินค่าที่ถือว่ายอมรับได้

โครงสร้างหนึ่งๆ จะถูกพิจารณาว่าตรงตามขีดจำกัดสูงสุดโดยอาศัยเกณฑ์ที่กำหนดขึ้นเองตามเจตนารมณ์หรือเป้าหมายที่ตั้งไว้โดยมนุษย์ ไม่ใช่ตามเจตนารมณ์หรือเป้าหมายทางกายภาพ และด้วยเหตุนี้จึงไม่มีส่วนเกี่ยวข้องกับวิศวกรรมอย่างแท้จริง แต่มีอยู่ "บนกระดาษ" เพื่อปกปิด บิดเบือน หรือทำให้พฤติกรรมพื้นฐานที่แท้จริงของโครงสร้างนั้นคลุมเครือ

การปฏิบัติตามเกณฑ์การออกแบบของ ULS เพียงอย่างเดียวไม่เพียงพอที่จะปฏิบัติตามขั้นตอนขั้นต่ำที่จำเป็นเพื่อความปลอดภัยของโครงสร้างอย่างเหมาะสม

นอกเหนือจากการตรวจสอบ ULS ที่กล่าวมาข้างต้นแล้ว ยังต้องทำการตรวจสอบ Service Limit State (SLS) ด้วยวิธีการคำนวณด้วย เพื่อให้เป็นไปตามเกณฑ์ขีดจำกัดความสามารถในการใช้งาน โครงสร้างจะต้องยังคงใช้งานได้ตลอดระยะเวลาการใช้งานตามที่ตั้งใจไว้ โดยอยู่ภายใต้การรับน้ำหนักตามปกติ (ในชีวิตประจำวัน)

ค่าสัมประสิทธิ์การรับน้ำหนักและความต้านทานถูกกำหนดโดยใช้สถิติและความน่าจะเป็นของความล้มเหลวที่เลือกไว้ล่วงหน้า ความแปรปรวนในคุณภาพของการก่อสร้างและความสม่ำเสมอของวัสดุก่อสร้างจะถูกนำมาพิจารณาในค่าสัมประสิทธิ์ โดยทั่วไปแล้ว ค่าสัมประสิทธิ์ความต้านทานของวัสดุจะมีค่าเท่ากับหนึ่งหรือน้อยกว่า และค่าสัมประสิทธิ์น้ำหนักรับน้ำหนักจะมีค่าเท่ากับหนึ่งหรือมากกว่า ในบางกรณี ค่าสัมประสิทธิ์อาจน้อยกว่าหนึ่งได้ เนื่องจากความน่าจะเป็นของน้ำหนักรวมลดลง ซึ่งไม่ค่อยได้ใช้บ่อยนัก

ปัจจัยที่กล่าวมาข้างต้นอาจแตกต่างกันไปสำหรับวัสดุต่างชนิดกัน หรือแม้แต่ระหว่างเกรดที่แตกต่างกันของวัสดุชนิดเดียวกัน ตัวอย่างเช่น ไม้มีปัจจัยความแปรปรวนมากกว่าเหล็ก ปัจจัยที่ใช้ในการประเมินความต้านทานยังส่งผลต่อระดับความเชื่อมั่นทางวิทยาศาสตร์ในการได้มาซึ่งค่าต่างๆ ด้วย

ในการกำหนดขนาดที่เฉพาะเจาะจงของปัจจัยต่างๆ นั้น แรงที่มีลักษณะคงที่มากกว่า (เช่น น้ำหนักคงที่ของโครงสร้างและส่วนประกอบถาวร เช่น ผนัง พื้น และวัสดุตกแต่งฝ้าเพดาน) จะได้รับค่าปัจจัยที่ต่ำกว่า (เช่น 1.4) เมื่อเทียบกับแรงที่เปลี่ยนแปลงได้สูง เช่น แผ่นดินไหว ลม หรือแรงจากการใช้งาน (1.6) ส่วนแรงกระแทกมักจะได้รับค่าปัจจัยที่สูงกว่า (เช่น 2.0) เพื่อพิจารณาถึงขนาดที่ไม่สามารถคาดเดาได้และลักษณะพลวัตของแรงเมื่อเทียบกับลักษณะคงที่ของแบบจำลองส่วนใหญ่

การออกแบบตามสถานะจำกัด (Limit States Design หรือ LSD) มีศักยภาพที่จะทำให้โครงสร้างได้รับการออกแบบอย่างสม่ำเสมอมากขึ้น เนื่องจากแต่ละองค์ประกอบมีจุดประสงค์เพื่อให้มีโอกาสเกิดความเสียหายเท่ากัน ในทางปฏิบัติแล้ว โดยปกติจะส่งผลให้โครงสร้างมีประสิทธิภาพมากขึ้น และด้วยเหตุนี้ จึงอาจกล่าวได้ว่า LSD นั้นเหนือกว่าในมุมมองทางวิศวกรรมเชิงปฏิบัติ

ต่อไปนี้คือวิธีการจัดการกับปัญหา LSD ที่พบในประมวลกฎหมายอาคารแห่งชาติของแคนาดา :

รูปแบบ NBCC 1995 φR > α D D + ψ γ {α L L + α Q Q + α T T} 

โดยที่ φ = ปัจจัยต้านทาน ψ = ตัวประกอบการรวมโหลด γ = ปัจจัยความสำคัญ α D = ปัจจัยน้ำหนักบรรทุกคงที่ α L = ตัวประกอบน้ำหนักบรรทุกจร α Q = ตัวประกอบแรงแผ่นดินไหว α T = ปัจจัยรับภาระผลกระทบจากความร้อน (อุณหภูมิ) 

การออกแบบตามสถานะจำกัดได้เข้ามาแทนที่แนวคิดเดิมของการออกแบบตามความเค้นที่อนุญาตในวิศวกรรมโยธา เกือบทุกรูปแบบ ยกเว้นวิศวกรรมการขนส่งถึงกระนั้น ปัจจุบันกำลังมีการพัฒนารหัสใหม่สำหรับทั้งวิศวกรรมธรณีเทคนิคและวิศวกรรมการขนส่งซึ่งอิงตาม LSD ส่งผลให้สิ่งก่อสร้างสมัยใหม่ส่วนใหญ่ได้รับการออกแบบตามรหัสที่อิงตามทฤษฎีสถานะจำกัด ตัวอย่างเช่น ในยุโรป โครงสร้างต่างๆ ได้รับการออกแบบให้สอดคล้องกับEurocodes : โครงสร้าง เหล็กได้รับการออกแบบตามEN 1993และโครงสร้างคอนกรีตเสริมเหล็ก ตาม EN 1992ออสเตรเลีย แคนาดา จีน ฝรั่งเศส อินโดนีเซีย และนิวซีแลนด์ (และอีกหลายประเทศ) ใช้ทฤษฎีสถานะจำกัดในการพัฒนารหัสการออกแบบของตน ในแง่ที่บริสุทธิ์ที่สุด ปัจจุบันถือว่าไม่เหมาะสมที่จะกล่าวถึงปัจจัยด้านความปลอดภัยเมื่อทำงานกับ LSD เนื่องจากมีความกังวลว่าอาจนำไปสู่ความสับสน ก่อนหน้านี้ได้แสดงให้เห็นแล้วว่า LRFD และ ASD สามารถสร้างการออกแบบโครงเหล็กหน้าจั่วที่แตกต่างกันอย่างมีนัยสำคัญ^{[ 3 ]}

มีสถานการณ์น้อยมากที่ ASD จะสร้างโครงเหล็กจั่วที่มีน้ำหนักเบากว่าอย่างมีนัยสำคัญ นอกจากนี้ ยังแสดงให้เห็นว่าในพื้นที่ที่มีหิมะตกหนัก ความแตกต่างระหว่างวิธีการต่างๆ นั้นมีมากกว่า^{[ 4 ]}

สหรัฐอเมริกามีความคืบหน้าค่อนข้างช้าในการนำหลักการออกแบบตามสภาพขีดจำกัด (หรือที่รู้จักในชื่อการออกแบบตามปัจจัยรับน้ำหนักและความต้านทานในสหรัฐฯ) มาใช้ รหัสและมาตรฐานการออกแบบออกโดยองค์กรต่างๆ มากมาย ซึ่งบางแห่งได้นำหลักการออกแบบตามสภาพขีดจำกัดมาใช้แล้ว ในขณะที่บางแห่งยังไม่ได้นำมาใช้

ข้อกำหนด ACI 318 สำหรับโครงสร้างคอนกรีตใช้หลักการออกแบบตามสภาวะจำกัด (Limit State Design)

ข้อกำหนด ANSI/ AISC 360 สำหรับอาคารโครงสร้างเหล็ก ข้อกำหนด ANSI/ AISC S-100 ของอเมริกาเหนือสำหรับการออกแบบชิ้นส่วนโครงสร้างเหล็กขึ้นรูปเย็นและคู่มือการออกแบบอลูมิเนียมของสมาคมอลูมิเนียมมีวิธีการออกแบบสองวิธีควบคู่กันไป:

1. การออกแบบโดยใช้ค่าสัมประสิทธิ์การรับน้ำหนักและความต้านทาน (LRFD) ซึ่งเป็นการนำการออกแบบตามสถานะจำกัดมาใช้ และ
2. การออกแบบความแข็งแรงที่อนุญาต (ASD) เป็นวิธีการที่นำความแข็งแรงที่กำหนดมาหารด้วยปัจจัยความปลอดภัยเพื่อกำหนดความแข็งแรงที่อนุญาต ความแข็งแรงที่อนุญาตนี้จะต้องเท่ากับหรือมากกว่าความแข็งแรงที่ต้องการสำหรับชุดการรวมน้ำหนักบรรทุก ASD ASD ได้รับการปรับเทียบเพื่อให้ความน่าเชื่อถือของโครงสร้างและขนาดส่วนประกอบเหมือนกับวิธี LRFD โดยมีอัตราส่วนน้ำหนักบรรทุกจรต่อน้ำหนักบรรทุกคงที่เท่ากับ 3 ^{[ 5 ]}ดังนั้น เมื่อโครงสร้างมีอัตราส่วนน้ำหนักบรรทุกจรต่อน้ำหนักบรรทุกคงที่ที่แตกต่างจาก 3 ASD จะสร้างการออกแบบที่มีความน่าเชื่อถือน้อยกว่าหรือมีประสิทธิภาพน้อยกว่าเมื่อเปรียบเทียบกับการออกแบบที่ได้จากวิธี LRFD

ในทางตรงกันข้าม ถังเหล็กกล้าคาร์บอนเชื่อม ANSI/ AWWA D100 สำหรับเก็บน้ำและถังเชื่อม API 650 สำหรับเก็บน้ำมันยังคงใช้การออกแบบตามความเค้นที่ยอมรับได้

ในยุโรป การออกแบบตามสภาวะขีดจำกัด (Limit State Design) ถูกบังคับใช้โดยมาตรฐานยูโรโค้ด (Eurocodes )

• การออกแบบความเค้นที่ยอมรับได้
• การออกแบบเชิงความน่าจะเป็น
• ประสิทธิภาพด้านแผ่นดินไหว
• วิศวกรรมโครงสร้าง