建筑結構可靠度設計統一標準

眾智軟件1總那么為統一各類材料的建筑結構可靠度設計的根本原那么和方法，使設計符合技術先進、經濟合理、平安適用、確保質量的要求，制定本標準。本標準適用于建筑結構，組成結構的構件及地基根底的設計。制定建筑結構荷載標準以及鋼結構、薄壁型鋼結構、混凝土結構、砌體結構、木結構等設計標準應遵守本標準的規(guī)定；制定建筑地基根底和建筑抗震等設計標準宜遵守本標準規(guī)定的原那么。本標準所采用的設計基準期為50年。結構的設計使用年限應按表1.0.5采用。結構在規(guī)定的設計使用年限內應具有足夠的可靠度。結構可靠度可采用以概率理論為根底的極限狀態(tài)設計方法分析確定。結構在規(guī)定的設計使用年限內應滿足以下功能要求：

1在正常施工和正常使用時，能承受可能出現的各種作用；

2在正常使用時具有良好的工作性能；

3在正常維護下具有足夠的耐久性能；

4在設計規(guī)定的偶然事件發(fā)生時及發(fā)生后，仍能保持必需的整體穩(wěn)定性。建筑結構設計時，應根據結構破壞可能產生的后果〔危及人的生命、造成經濟損失、產生社會影響等〕的嚴重性，采用不同的平安等級。建筑結構平安等級的劃分應符合表1.0.8的要求。建筑物中各類結構構件的平安等級，宜與整個結構的平安等級相同。對其中局部結構構件的平安等級可進行調整，但不得低于三級。為保證建筑結構具有規(guī)定的可靠度，除應進行必要的設計計算外，還應對結構材料性能、施工質量、使用與維護進行相應的控制。對控制的具體要求，應符合有關勘察、設計、施工及維護等標準的專門規(guī)定。當缺乏統計資料時，結構設計應根據可靠的工程經驗或必要的試驗研究進行。2術語、符號2.1術語2.2符號3極限狀態(tài)設計原那么對于結構的各種極限狀態(tài)，均應規(guī)定明確的標志及限值。極限狀態(tài)可分為以下兩類：1承載能力極限狀態(tài)。這種極限狀態(tài)對應于結構或結構構件到達最大承載能力或不適于繼續(xù)承載的變形。當結構或結構構件出現以下狀態(tài)之一時，應認為超過了承載能力極限狀態(tài)：1〕整個結構或結構的一局部作為剛體失去平衡〔如傾覆等〕；2〕結構構件或連接因超過材料強度而破壞〔包括疲勞破壞〕，或因過度變形而不適于繼續(xù)承載；3〕結構轉變?yōu)闄C動體系；4〕結構或結構構件喪失穩(wěn)定〔如壓屈等〕；5〕地基喪失承載能力而破壞〔如失穩(wěn)等〕。2正常使用極限狀態(tài)。這種極限狀態(tài)對應于結構或結構構件到達正常使用或耐久性能的某項規(guī)定限值。當結構或結構構件出現以下狀態(tài)之一時，應認為超過了正常使用極限狀態(tài)：1〕影響正常使用或外觀的變形；2〕影響正常使用或耐久性能的局部損壞〔包括裂縫〕；3〕影響正常使用的振動；4〕影響正常使用的其他特定狀態(tài)。建筑結構設計時，應根據結構在施工和使用中的環(huán)境條件和影響，區(qū)分以下三種設計狀況：1持久狀況。在結構使用過程中一定出現，其持續(xù)期很長的狀況。持續(xù)期一般與設計使用年限為同一數量級；2短暫狀況。在結構施工和使用過程中出現概率較大，而與設計使用年限相比，持續(xù)期很短的狀況，如施工和維修等；3偶然狀況。在結構使用過程中出現概率很小，且持續(xù)期很短的狀況，如火災、爆炸、撞擊等。對于不同的設計狀況，可采用相應的結構體系、可靠度水準和根本變量等。建筑結構的三種設計狀況應分別進行以下極限狀態(tài)設計：1對三種設計狀況，均應進行承載能力極限狀態(tài)設計；2對持久狀況，尚應進行正常使用極限狀態(tài)設計；3對短暫狀況，可根據需要進行正常使用極限狀態(tài)設計。建筑結構設計時，對所考慮的極限狀態(tài)，應采用相應的結構作用效應的最不利組合：1進行承載能力極限狀態(tài)設計時，應考慮作用效應的根本組合，必要時尚應考慮作用效應的偶然組合。2進行正常使用極限狀態(tài)設計時，應根據不同設計目的，分別選用以下作用效應的組合：1〕標準組合，主要用于當一個極限狀態(tài)被超越時將產生嚴重的永久性損害的情況；2〕頻遇組合，主要用于當一個極限狀態(tài)被超越時將產生局部損害、較大變形或短暫振動等情況；3〕準永久組合，主要用在當長期效應是決定性因素時的一些情況。對偶然狀況，建筑結構可采用以下原那么之一按承載能力極限狀態(tài)進行設計：1按作用效應的偶然組合進行設計或采取防護措施，使主要承重結構不致因出現設計規(guī)定的偶然事件而喪失承載能力；2允許主要承重結構因出現設計規(guī)定的偶然事件而局部破壞，但其剩余局部具有在一段時間內不發(fā)生連續(xù)倒塌的可靠度。結構的極限狀態(tài)應采用以下極限狀態(tài)方程描述：結構按極限狀態(tài)設計應符合以下要求：結構構件的可靠度宜采用可靠指標度量。結構構件的可靠指標宜采用考慮根本變量概率分布類型的一次二階矩方法進行計算。結構構件設計時采用的可靠指標，可根據對現有結構構件的可靠度分析，并考慮使用經驗和經濟因素等確定。結構構件承載能力極限狀態(tài)的可靠指標，不應小于表3.0.11的規(guī)定。結構構件正常使用極限狀態(tài)的可靠指標，根據其可逆程度宜取0～1.5。4結構上的作用結構上的各種作用，假設在時間上或空間上可作為相互獨立時，那么每一種作用均可按對結構單獨的作用考慮；當某些作用密切相關，且經常以其最大值同時，出現時可將這些作用按一種作用考慮。結構上的作用可按以下性質分類：

1按隨時間的變異分類：

1〕永久作用，在設計基準期內量值不隨時間變化，或其變化與平均值相比可以忽略不計的作用；

2〕可變作用，在設計基準期內其量值隨時間變化，且其變化與平均值相比不可忽略的作用；

3〕偶然作用，在設計基準期內不一定出現，而一旦出現其量值很大且持續(xù)時間很短的作用。

2按隨空間位置的變異分類：

1〕固定作用，在結構上具有固定分布的作用；

2〕自由作用，在結構上一定范圍內可以任意分布的作用。

3按結構的反響特點分類：

1〕靜態(tài)作用，使結構產生的加速度可以忽略不計的作用；

2〕動態(tài)作用，使結構產生的加速度不可忽略不計的作用。施加在結構上的荷載宜采用隨機過程概率模型描述。

住宅、辦公樓等樓面活荷載以及風、雪荷載隨機過程的樣本函數可模型化為等時段的矩形波函數。荷載的各種統計參數和任意時點荷載的概率分布函數，應以觀測和試驗數據為根底，運用參數估計和概率分布的假設檢驗方法確定。檢驗的顯著性水平可采用0.05。

當觀測和試驗數據下足時，荷載的各種統計參數可結合工程經驗經分析判斷確定。結構設計時，應根據各種極限狀態(tài)的設計要求采用不同的荷載代表值。永久荷載應采用標準值作為代表值；可變荷載應采用標準值、組合值、頻遇值或準永久值作為代表值。結構自重的標準值可按設計尺寸與材料重力密度標準值計算。對于某些自重變異較大的材料或結構構件〔如現場制作的保溫材料、混凝土薄壁構件等〕，自重的標準值應根據結構的不利狀態(tài)，通過結構可靠度分析，取其概率分布的某一分位值。

可變荷載標準值，應根據設計基準期內最大荷載概率分布的某一分位值確定。

注：當觀測和試驗數據缺乏時，荷載標準值可結合工程經驗，經分析判斷確定。荷載組合值是當結構承受兩種或兩種以上可變荷載時，承載能力極限狀態(tài)按根本組合設計和正常使用極限狀態(tài)按標準組合設計采用的可變荷載代表值。荷載頻遇值是正常使用極限狀態(tài)按頻遇組合設計可采用的一種可變荷載代表值。荷載準永久值是正常使用極限狀態(tài)按準永久組合和頻遇組合設計采用的可變荷載代表值。承載能力極限狀態(tài)設計時采用的各種偶然作用的代表值，可根據觀測和試驗數據或工程經驗，經綜合分析判斷確定。進行建筑結構設計時，對可能同時出現的不同種類的作用，應考慮其效應組合；對不可能同時出現的不同種類的作用，不應考慮其效應組合。5材料和巖土的性能及幾何參數材料和巖土的強度、彈性模量、變形模量、壓縮模量、內摩擦角、粘聚力等物理力學性能，應根據有關的試驗方法標準經試驗定。

材料性能宜采用隨機變量概率模型描述。材料性能的各種統計參數和概率分布函數，應以試驗數據為根底，運用參數估計和概率分布的假設檢驗方法確定。檢驗的顯著性水平可采用0.05。當利用標準試件的試驗結果確定結構中實際的材料性能時，尚應考慮實際結構與標準試件、實際工作條件與標準試驗條件的差異。結構中的材料性能與標準試件材料性能的關系，應根據相應的比照試驗結果通過換算系數或函數來反映，或根據工程經驗判斷確定。結構中材料性能的不定性，應由標準試件材料性能的不定性和換算系數或函數的不定性兩局部組成。

巖土性能指標和地基、樁基承載力等，應通過原位測試、室內試驗等直接或間接的方法確定，并應考慮由于鉆探取樣擾動、室內外試驗條件與實際工程結構條件的差異以及所采用公式的誤差等因素的影響。材料強度的概率分布宜采用正態(tài)分布或對數正態(tài)分布。

材料強度的標準值可取其概率分布的0.05分位值確定。材料彈性模量、泊松比等物理性能的標準值可取其概率分布的0.5分位值確定。

注：當試驗數據缺乏時，材料性能的標準值可采用有關標準的規(guī)定值，也可結合工程經驗，經分析判斷確定。巖土性能的標準值宜根據原位測試和室內試驗的結果，按有關標準的規(guī)定確定。

注：當有條件時，巖土性能的標準值可按其概率分布的某個分位值確定。結構或結構構件的幾何參數a宜采用隨機變量概率模型描述。幾何參數的各種統計參數和概率分布函數，應以正常生產情況下結構或結構構件幾何尺寸的測試數據為根底，運用參數估計和概率分布的假設檢驗方法確定。

當測試數據缺乏時，幾何參數的統計參數可根據有關標準中規(guī)定的公差，經分析判斷確定。6結構分析結構分析應包括以下內容：

1結構作用效應的分析，以確定結構或截面上的作用效應；

2結構抗力及其他性能的分析，以確定結構或截面的抗力及其他性能。結構分析可采用計算、模型試驗或原型試驗等方法。結構分析采用的根本假定和計算模型應能描述所考慮極限狀態(tài)下的結構反響。

根據結構的具體情況，可采用一維、二維、三維的計算模型進行結構分析。當建筑結構按承載能力極限狀態(tài)設計時，根據材料和結構對作用的反響，可采用線性、非線性或塑性理論計算。

當建筑結構按正常使用極限狀態(tài)設計時，可采用線性理論計算；必要時，可采用非線性理論計算。當結構承受自由作用時，應根據每一自由作用可能出現的空間位置，確定對結構最不利的作用布置。環(huán)境對材料、構件和結構性能的系統影響，宜在結構分析中直接考慮，如濕度對木材強度的影響，高溫對鋼結構性能的影響等。計算模型的不定性應在極限狀態(tài)方程中采用一個或幾個附加的根本變量考慮。附加根本變量的概率分布類型和統計參數，可通過按計算模型的計算結果與按精確方法的計算結果或實際觀測的結果相比擬，經統計分析確定，或根據工程經驗判斷確定。7極限狀態(tài)設計表達式結構構件的極限狀態(tài)設計表達式，應根據各種極限狀態(tài)的設計要求，采用有關的荷載代表值、材料性能標準值、幾何參數標準值以及各種分項系數等表達。

作用分項系數γF〔包括荷載分項系數γG、γQ〕和結構構件抗力分項系數γR〔或材料性能分項系數γf〕，應根據結構功能函數中根本變量的統計參數和概率分布類型，以及本標準3.0.11條規(guī)定的結構構件可靠指標，通過計算分析，并考慮工程經驗確定。

結構重要性系數γ0應按結構構件的平安等級、設計使用年限并考慮工程經驗確定。對于承載能力極限狀態(tài)，結構構件應按本標準3.0.5條的要求采用荷載效應的根本組合和偶然組合進行設計。

1根本組合2偶然組合

對于偶然組合，極限狀態(tài)設計表達式宜按以下原那么確定：偶然作用的代表值不乘以分項系數；與偶然作用同時出現的可變荷載，應根據觀測資料和工程經驗采用適當的代表值。具體的設計表達式及各種系數，應符合專門標準的規(guī)定。結構重要性系數γ0應按以下規(guī)定采用：

1對平安等級為一級或設計使用年限為100年及以上的結構構件，不應小于1.1；

2對平安等級為二級或設計使用年限為50年的結構構件，不應小于1.0；

3對平安等級為三級或設計使用年限為5年的結構構件，不應小于0.9。

注：對設計使用年限為25年的結構構件，各類材料結構設計標準可根據各自情況確定結構重要性系數γ0的取值。荷載分項系數應按以下規(guī)定采用：

1永久荷載分項系數γG，當永久荷載效應對結構構件的承載能力不利時，對式〔7.0.2-1〕及〔7.0.2-3〕，應取1.2，對式〔7.0.2-2〕，應取1.35；當永久荷載效應對結構構件的承載能力有利時，不應大于1.0。

2第1個和第i個可變荷載分項系數γQ1和γQi，當可變荷載效應對結構構件的承載能力不利時，在一般情況下應取1.4；當可變荷載效應對結構構件的承載能力有利時，應取為0。對于正常使用極限狀態(tài)，結構構件應按本標準3.0.5條的要求分別采用荷載效應的標準組合、頻遇組合和準永久組合進行設計，使變形、裂縫等荷載效應的設計值符合下式的要求。變形、裂縫等荷載效應的設計值Sd應符合以下規(guī)定：8質量控制要求材料和構件的質量可采用一個或多個質量特征表達。在各類材料結構設計與施工標準中，應對材料和構件的力學性能、幾何參數等質量特征提出明確的要求。

材料和構件的合格質量水平，應根據各類材料結構設計標準規(guī)定的結構構件可靠指標確定。材料宜根據統計資料，按不同質量水平劃分等級。等級劃分不宜過密。對不同等級的材料，設計時應采用不同的材料性能標準值。對建筑結構應實施為保證結構可靠度所必需的質量控制。建筑結構的各項質量控制應由有關標準作出規(guī)定。建筑結構的質量控制應包括以下內容：

1勘察與設計的質量控制；

2材料和制品的質量控制；

3施工的質量控制；

4使用和維護的質量控制。勘察與設計的質量控制應到達以下要求：

1勘察資料應符合工程要求，數據準確，結論可靠；

2設計方案、根本假定和計算模型合理，數據運用正確；

3圖紙和其他設計文件符合有關規(guī)定。為進行施工質量控制，在各工序內應實行質量自檢，在各工序間應實行交接質量檢查。對工序操作和中間產品的質量，應采用統計方法進行抽查；在結構的關鍵部位應進行系統檢查。在建筑結構使用期間，應保證設計預定的使用條件，定期檢查結構狀況，并進行必要的維修。當實際使用條件和設計預定的使用條件不同時，應進行專門的驗算和采取必要的措