建筑给工程标准规范建筑给工程标准规范GB50068-2001建筑结构可靠度设计统一标准条文说明.pdf

第 1 页共 1 页 中国建筑资讯网 建筑结构可靠度设计统一标准 资料编号 GB 50068-2001 UDC 中华人民共和国国家标准 P GB500682001 建 筑 结 构 可 靠 度 设 计 统 一 标 准建 筑 结 构 可 靠 度 设 计 统 一 标 准 Unified standard for reliability design of building structures 条 文 说 明条 文 说 明 20011113 发布 发布 20020301 实施实施 中华人民共和国建设部 国 家 质 量 监 督 检 验 检 疫 总 局 联合发布 第 2 页共 2 页 中国建筑资讯网 建筑结构可靠度设计统一标准 资料编号 GB 50068-2001 中华人民共和国国家标准 建 筑 结 构 可 靠 度 设 计 统 一 标 准建 筑 结 构 可 靠 度 设 计 统 一 标 准 Unified standard for reliability design of building structures GB 500682001 条 文 说 明 条 文 说 明 主编部门:中华人民共和国建设部 批准部门:中华人民共和国建设部 施 行 日 期:2002 年 3 月 1 日 中 国 建 筑 资 讯 网中 国 建 筑 资 讯 网 2001 北 京 第 3 页共 3 页 中国建筑资讯网 建筑结构可靠度设计统一标准 资料编号 GB 50068-2001 中华人民共和国国家标准 建 筑 结 构 可 靠 度 设 计 统 一 标 准建 筑 结 构 可 靠 度 设 计 统 一 标 准 GB 50068-2001 条 文 说 明 第 4 页共 4 页 中国建筑资讯网 建筑结构可靠度设计统一标准 资料编号 GB 50068-2001 目目 次次 目 次 4 1 总 则5 2 术语符号 7 3 极限状态设计原则8 4 结构上的作用 11 5 材料和岩土的性能及几何参数 15 6 结构分析 16 7 极限状态设计表达式 17 8 质量控制要求20 第 5 页共 5 页 中国建筑资讯网 建筑结构可靠度设计统一标准 资料编号 GB 50068-2001 1 总总 则则 1.0.11.0.2 本标准对各类材料的建筑结构可靠度和极限状态设计原则做出了统一规定适用于建筑结构组成结构的构件及地基基础的设计适用于结构的施工阶段和使用阶段 1.0.3 制定建筑结构荷载规范以及各类材料的建筑结构设计规范均应遵守本标准的规定由于地基基础和建筑抗震设计在土性指标与地震反应等方面有一定的特殊性故规定制定建筑地基基础和建筑抗震等设计规范宜遵守本标准规定的原则表示允许稍有选择 1.0.4 设计基准期是为确定可变作用及与时间有关的材料性能取值而选用的时间参数它不等同于建筑结构的设计使用年限本标准所考虑的荷载统计参数都是按设计基准期为 50 年确定的如设计时需采用其他设计基准期则必须另行确定在设计基准期内最大荷载的概率分布及相应的统计参数 1.0.5 随着我国市场经济的发展 建筑市场迫切要求明确建筑结构的设计使用年限值得重视的是最新版国际标准 ISO 2394:1998结构可靠度总原则上首次正式提出了设计工作年限(design working life)的概念并给出了具体分类本次修订中借鉴了ISO 2394:1998提出了各种建筑结构的设计使用年限明确了设计使用年限是设计规定的一个时期在这一规定时期内只需进行正常的维护而不需进行大修就能按预期目的使用完成预定的功能即房屋建筑在正常设计正常施工正常使用和维护下所应达到的使用年限如达不到这个年限则意味着在设计施工使用与维护的某一环节上出现了非正常情况应查找原因所谓正常维护包括必要的检测防护及维修设计使用年限是房屋建筑的地基基础工程和主体结构工程合理使用年限的具体化 1.0.6 结构可靠度与结构的使用年限长短有关本标准所指的结构可靠度或结构失效概率是对结构的设计使用年限而言的当结构的使用年限超过设计使用年限后结构失效概率可能较设计预期值增大 结构在规定的时间内在规定的条件下完成预定功能的能力称为结构可靠性结构可靠度是对结构可靠性的定量描述即结构在规定的时间内在规定的条件下完成预定功能的概率这是从统计数学观点出发的比较科学的定义因为在各种随机因素的影响下结构完成预定功能的能力只能用概率来度量结构可靠度 第 6 页共 6 页 中国建筑资讯网 建筑结构可靠度设计统一标准 资料编号 GB 50068-2001 的这一定义与其他各种从定值观点出发的定义是有本质区别的 本标准规定的结构可靠度是以正常设计正常施工正常使用为条件的不考虑人为过失的影响人为过失应通过其他措施予以避免 1.0.7 在建筑结构必须满足的四项功能中第 1第 4 两项是结构安全性的要求第 2 项是结构适用性的要求第 3 项是结构耐久性的要求三者可概括为结构可靠性的要求 所谓足够的耐久性能系指结构在规定的工作环境中在预定时期内其材料性能的恶化不致导致结构出现不可接受的失效概率从工程概念上讲足够的耐久性能就是指在正常维护条件下结构能够正常使用到规定的设计使用年限 所谓整体稳定性系指在偶然事件发生时和发生后建筑结构仅产生局部的损坏而不致发生连续倒塌 1.0.8 在本标准中按建筑结构破坏后果的严重性统一划分为三个安全等级其中大量的一般建筑物列入中间等级重要的建筑物提高一级次要的建筑物降低一级至于重要建筑物与次要建筑物的划分则应根据建筑结构的破坏后果即危及人的生命造成经济损失产生社会影响等的严重程度确定 1.0.9 同一建筑物内的各种结构构件宜与整个结构采用相同的安全等级但允许对部分结构构件根据其重要程度和综合经济效果进行适当调整如提高某一结构构件的安全等级所需额外费用很少又能减轻整个结构的破坏从而大大减少人员伤亡和财物损失则可将该结构构件的安全等级比整个结构的安全等级提高一级相反如某一结构构件的破坏并不影响整个结构或其他结构构件则可将其安全等级降低一级 第 7 页共 7 页 中国建筑资讯网 建筑结构可靠度设计统一标准 资料编号 GB 50068-2001 2 术语术语符号符号 本章的术语和符号主要依据国家标准 工程结构设计基本术语和通用符号(GBJ 13290)国际标准结构可靠性总原则(ISO 2394:1998)以及原标准(GBJ 6884)的规定 第 8 页共 8 页 中国建筑资讯网 建筑结构可靠度设计统一标准 资料编号 GB 50068-2001 3 极限状态设计原则极限状态设计原则 3.0.2 承载能力极限状态可理解为结构或结构构件发挥允许的最大承载功能的状态结构构件由于塑性变形而使其几何形状发生显著改变虽未达到最大承载能力但已彻底不能使用也属于达到这种极限状态 疲劳破坏是在使用中由于荷载多次重复作用而达到的承载能力极限状态 正常使用极限状态可理解为结构或结构构件达到使用功能上允许的某个限值的状态例如某些构件必须控制变形裂缝才能满足使用要求因过大的变形会造成房屋内粉刷层剥落填充墙和隔断墙开裂及屋面积水等后果过大的裂缝会影响结构的耐久性过大的变形裂缝也会造成用户心理上的不安全感 3.0.3 本条中环境一词的含义是广义的包括结构所受的各种作用例如房屋结构承受家具和正常人员荷载的状况属持久状况结构施工时承受堆料荷载的状况属短暂状况结构遭受火灾爆炸撞击罕遇地震等作用的状况属偶然状况 3.0.5 建筑结构按极限状态设计时必须确定相应的结构作用效应的最不利组合两类极限状态的各种组合详见 7.0.2 和 7.0.5 条设计时应针对各种有关的极限状态进行必要的计算或验算当有实际工程经验时也可采用构造措施来代替验算 3.0.6 当考虑偶然事件产生的作用时主要承重结构可仅按承载能力极限状态进行设计此时采用的结构可靠指标可适当降低 由于偶然事件而出现特大的作用时一般说来要求结构仍保持完整无缺是不现实的只能要求结构不致因此而造成与其起因不相称的破坏后果譬如仅由于局部爆炸或撞击事故不应导致整个建筑结构发生灾难性的连续倒塌为此当按承载能力极限状态的偶然组合设计主要承重结构在经济上不利时可考虑采用允许结构发生局部破坏而其剩余部分仍具有适当可靠度的原则进行设计按这种原则设计时通常可采取构造措施来实现例如可对结构体系采取有效的超静定措施以限制结构因偶然事件而造成破坏的范围 3.0.7 基本变量是指极限状态方程中所包含的影响结构可靠度的各种物理量它包括:引起结构作用效应 S(内力等)的各种作用如恒荷载活荷载地震温度变化等构成结构抗力 R(强度等)的各种因素如材料性能几何参数等分析结构可靠度时也可将作用效应或结构抗力作为综合的基本变量考虑基本变量一般可认为是相互独立的随机变量 第 9 页共 9 页 中国建筑资讯网 建筑结构可靠度设计统一标准 资料编号 GB 50068-2001 极限状态方程是当结构处于极限状态时各有关基本变量的关系式当结构设计问题中仅包含两个基本变量时在以基本变量为坐标的平面上极限状态方程为直线(线性问题)或曲线(非线性问题)当结构设计问题中包含多个基本变量时在以基本变量为坐标的空间中极限状态方程为平面(线性问题)或曲面(非线性问题)3.0.83.0.9 为了合理地统一我国各类材料结构设计规范的结构可靠度和极限状态设计原则促进结构设计理论的发展本标准采用了以概率理论为基础的极限状态设计方法即考虑基本变量概率分布类型的一次二阶矩极限状态设计法在原标准(GBJ 6884)编制过程中主要借鉴了欧洲-国际混凝土委员会(CEB)等六个国际组织联合组成的 结构安全度联合委员会(JCSS)提出的 结构统一标准规范国际体系的第一卷对各类结构和各种材料的共同统一规则及国际标准化组织(ISO)编制的结构可靠度总原则(ISO 2394)美国国家标准局 1980 年出版的为美国国家标准 A58 拟定的基于概率的荷载准则和前西德 1981 年出版的工业标准结构安全要求规程的总原则(草案)均采用了类似的方法许多其他欧洲国家也采用这种方法编制了有关的国家标准草案 以往采用的半概率极限状态设计方法仅在荷载和材料强度的设计取值上分别考虑了各自的统计变异性没有对结构构件的可靠度给出科学的定量描述这种方法常常使人误认为只要设计中采用了某一给定安全系数结构就能百分之百的可靠将设计安全系数与结构可靠度简单地等同了起来而以概率理论为基础的极限状态设计方法则是以结构失效概率来定义结构可靠度并以与结构失效概率相对应的可靠指标来度量结构可靠度从而能较好地反映结构可靠度的实质使设计概念更为科学和明确 当极限状态方程中仅有作用效应 S 和结构抗力 R 两个基本变量时可采用式(3.0.9-1)计算结构构件的可靠指标当基本变量均按正态分布时式(3.0.9-1)可以直接应用当基本变量不按正态分布时则须将其转化为相应的当量正态分布也就是在设计验算点处以概率密度函数值和概率分布函数值各自相等为条件求出当量正态分布的平均值标准差然后代人式(3.0.9-1)计算由于设计验算点在设计时往往是待求的因此就需要从假定设计验算点的坐标值开始通过若干次迭代过程最后得出所需的设计验算点和相应的统计参数利用计算机进行计算是较为简便的 在实际工程问题中仅有作用效应和结构抗力两个基本变量的情况是很少的一般均为多个基本变量上述的原则和方法也适用于多个基本变量情况下结构可靠指标的计算 第 10 页共 10 页 中国建筑资讯网 建筑结构可靠度设计统一标准 资料编号 GB 50068-2001 3.0.11 表 3.0.11 中规定的结构构件承载能力极限状态设计时采用的可靠指标 是以建筑结构安全等级为二级时延性破坏的值 3.2 作为基准 其他情况下相应增减 0.5可靠指标与失效概率运算值 pf的关系见下表:2.7 3.2 3.7 4.2 Pf 3.510-3 6.910-4 1.110-4 1.310-5 表 3.0.11 中延性破坏是指结构构件在破坏前有明显的变形或其他预兆脆性破坏是指结构构件在破坏前无明显的变形或其他预兆 表 3.0.11 中作为基准的值是根据对 20 世纪 70 年代各类材料结构设计规范校准所得的结果经综合平衡后确定的本次修订根据可靠度适当提高一点的原则取消了原标准可对本表的规定值作不超过0.25 幅度的调整的规定因此表 3.0.11 中规定的值是各类材料结构设计规范应采用的最低值 表 3.0.1 中规定的值是对结构构件而言的对于其他部分如连接等设计时采用的值应由各类材料的结构设计规范另作规定 目前由于统计资料不够完备以及结构可靠度分析中引入了近似假定因此所得的失效概率 pf及相应的尚非实际值这些值是一种与结构构件实际失效概率有一定联系的运算值主要用于对各类结构构件可靠度作相对的度量 3.0.12 为促进房屋使用性能的改善根据 ISO 2394:1998 的建议结合国内近年来对我国建筑结构构件正常使用极限状态可靠度所做的分析研究成果对结构构件正常使用的可靠度做出了规定对于正常使用极限状态其可靠指标一般应根据结构构件作用效应的可逆程度选取:可逆程度较高的结构构件取较低值可逆程度较低的结构构件取较高值例如 ISO 2394:1998 规定对可逆的正常使用极限状态其可靠指标取为 0对不可逆的正常使用极限状态其可靠指标取为 1.5 不可逆极限状态指产生超越状态的作用被移掉后仍将永久保持超越状态的一种极限状态可逆极限状态指产生超越状态的作用被移掉后将不再保持超越状态的一种极限状态 第 11 页共 11 页 中国建筑资讯网 建筑结构可靠度设计统一标准 资料编号 GB 50068-2001 4 结构上的作用结构上的作用 4.0.1 结构上的某些作用例如楼面活荷载和风荷载它们各自出现与否以及数值大小在时间上和空间上均彼此互不相关故称为在时间上和在空间上互相独立的作用这种作用在计算其效应和进行组合时可按单独的作用处理 4.0.2 1 作用按随时间的变异分类是对作用的基本分类它直接关系到概率模型的选择而且按各类极限状态设计时所采用的作用代表值一般与其出现的持续时间长短有关 1)永久作用的特点是其统计规律与时间参数无关 故可采用随机变量概率模型来描述例如结构自重其量值在整个设计基准期内基本保持不变或单调变化而趋于限值其随机性只是表现在空间位置的变异上 2)可变作用的特点是其统计规律与时间参数有关 故必须采用随机过程概率模型来描述例如楼面活荷载风荷载等 3)偶然作用的特点是在设计基准期内不一定出现而一旦出现其量值是很大的例如爆炸撞击罕遇的地震等 2 作用按随空间位置的变异分类是由于进行荷载效应组合时必须考虑荷载在空间的位置及其所占面积大小 1)固定作用的特点是在结构上出现的空间位置固定不变 但其量值可能具有随机性例如房屋建筑楼面上位置固定的设备荷载屋盖上的水箱等 2)自由作用的特点是可以在结构的一定空间上任意分布 出现的位置及量值都可能是随机的例如楼面的人员荷载等 3 作用按结构的反应分类主要是因为进行结构分析时对某些出现在结构上的作用需要考虑其动力效应(加速度反应)作用划分为静态或动态作用的原则不在于作用本身是否具有动力特性而主要在于它是否使结构产生不可忽略的加速度有很多作用例如民用建筑楼面上的活荷载本身可能具有一定的动力特性但使结构产生的动力效应可以忽略不计这类作用仍应划为静态作用 对于动态作用在结构分析时一般均应考虑其动力效应有一部分动态作用例如吊车荷载设计时可采用增大其量值(即乘以动力系数)的方法按静态作用处理另一部分动态作用例如地震作用大型动力设备的作用等则须采用结构动力学 第 12 页共 12 页 中国建筑资讯网 建筑结构可靠度设计统一标准 资料编号 GB 50068-2001 方法进行结构分析 作用按时间按空间位置按结构反应进行分类是三种不同的分类方法各有其不同的用途例如吊车荷载按随时间变异分类为可变作用按随空间位置变异分类为自由作用按结构反应分类为动态作用每种作用按此分类方法各属何类需依据作用的性质具体确定本条中的举例旨在说明分类的基本概念而不是全部的分类 4.0.3 施加在结构上的荷载不但具有随机性质而且一般还与时间参数有关所以用随机过程来描述是适当的 在一个确定的设计基准期 T 内对荷载随机过程作一次连续观测(例如对某地的风压连续观测 50 年)所获得的依赖于观测时间的数据就称为随机过程的一个样本函数每个随机过程都是由大量的样本函数构成的 荷载随机过程的样本函数是十分复杂的它随荷载的种类不同而异目前对各类荷载随机过程的样本函数及其性质了解甚少对于常见的楼面活荷载风荷载雪荷载等为了简化起见采用了平稳二项随机过程概率模型即将它们的样本函数统一模型化为等时段矩形波函数矩形波幅值的变化规律采用荷载随机过程Q(t)t0T中任意时点荷载的概率分布函数 FQ(x)=PQ(t0)xt00T来描述 对于永久荷载其值在设计基准期内基本不变从而随机过程就转化为与时间无关的随机变量G(t)=Gt0T所以样本函数的图像是平行于时间轴的一条直线此时荷载一次出现的持续时间=T在设计基准期内的时段数 r=T/=1而且在每一时段内出现的概率 p=1 对于可变荷载(住宅办公楼等楼面活荷载及风雪荷载等)其样本函数的共同特点是荷载一次出现的持续时间1且在 T 内至少出现一次所以平均出现次数 m=pr1不同的可变荷载其统计参数p 以及任意时点荷载的概率分布函数 FQ(x)都是不同的 对于住宅办公楼楼面活荷载及风雪荷载随机过程的样本函数采用这种统一的模型为推导设计基准期最大荷载的概率分布函数和计算组合的最大荷载效应(综合荷载效应)等带来很多方便 当采用一次二阶矩极限状态设计法时必须将荷载随机过程转化为设计基准期最大荷载)(maxtQQT=0tT 第 13 页共 13 页 中国建筑资讯网 建筑结构可靠度设计统一标准 资料编号 GB 50068-2001 因 T 已规定故 QT是一个与时间参数 t 无关的随机变量 各种荷载的概率模型必须通过调查实测根据所获得的资料和数据进行统计分析后确定使之尽可能反映荷载的实际情况并不要求一律选用平稳二项随机过程这种特定的概率模型 4.0.4 任意时点荷载的概率分布函数 FQ(x)是结构可靠度分析的基础 它应根据实测数据运用 x2检验或 K-S 检验等方法选择典型的概率分布如正态对数正态伽马极值 I 型极值型极值型等来拟合检验的显著性水平统一取 0.05显著性水平是指所假设的概率分布类型为真而经检验被拒绝的最大概率 荷载的统计参数如平均值标准差变异系数等应根据实测数据按数理统计学的参数估计方法确定当统计资料不足而一时又难以获得时可根据工程经验经适当的判断确定 4.0.5 荷载代表值有荷载的标准值组合值频遇值和准永久值本次修订中增加了频遇值根据各类荷载的概率模型荷载的各种代表值均应具有明确的概率意义 4.0.6 根据概率极限状态设计方法的要求荷载标准值应根据设计基准期内最大荷载概率分布的某一分位值确定在原标准的编制过程中各类荷载的标准值维持了当时规范的取值水平只对个别不合理者作了适当调整 各类荷载标准值的取值水平分别为:永久荷载标准值一般相当于永久荷载概率分布(也是设计基准期内最大荷载概率分布)的 0.5 分位值即正态分布的平均值对易于超重的钢筋混凝土板类构件(屋面板楼板等)的调查表明其标准值相当于统计平均值的 0.95 倍由此可知对大多数截面尺寸较大的梁柱等承重构件其标准值按设计尺寸与材料重力密度标准值计算必将更接近于重力概率分布的平均值 对于某些重量变异较大的材料和构件(如屋面的保温材料防水材料找平层以及钢筋混凝土薄板等)为在设计表达式中采用统一的永久荷载分项系数而又能使结构构件具有规定的可靠指标其标准值应根据对结构的不利状态通过结构可靠度分析取重力概率分布的某一分位值确定例如 0.95 或 0.05 分位值计算分析表明按第 7 章给出的设计表达式设计对承受自重为主的屋盖结构由保温防水及找平层等产生的恒荷载宜取高分位值的标准值具体数值应符合荷载规范的规定 根据统计资料新修订的荷载规范规定的楼面活荷载标准值(2.0kN/m2)对于办公楼楼面活荷载相当于设计基准期最大荷载平均值加 3.16 倍标准差对于住宅楼面活荷载相当于设计基准期最大荷载平均值加 2.38 倍标准差 第 14 页共 14 页 中国建筑资讯网 建筑结构可靠度设计统一标准 资料编号 GB 50068-2001 根据统计资料荷载规范规定的风荷载标准值接近于设计基准期最大风荷载的平均值某些部门和地区曾反映对于风荷载较敏感的高耸结构规范规定的风荷载标准值偏低有些输电塔还发生过风灾事故新修订的建筑结构荷载规范已将风雪荷载标准值由原来规定的三十年一遇值提高到五十年一遇值 4.0.7 荷载组合值是对可变荷载而言的 主要用于承载能力极限状态的基本组合中也用于正常使用极限状态的标准组合中组合值是考虑施加在结构上的各可变荷载不可能同时达到各自的最大值因此其取值不仅与荷载本身有关而且与荷载效应组合所采用的概率模型有关荷载组合值系数kGS可根据荷载在组合后产生的总作用效应值在设计基准期内的超越概率与考虑单一作用时相应概率趋于一致的原则确定其实质是要求结构在单一可变荷载作用下的可靠度与在两个及以上可变荷载作用下的可靠度保持一致 4.0.8 荷载频遇值也是对可变荷载而言的主要用于正常使用极限状态的频遇组合中根据国际标准 ISO 2394:1998频遇值是设计基准期内荷载达到和超过该值的总持续时间与设计基准期的比值小于 0.1 的荷载代表值 4.0.9 荷载准永久值也是对可变荷载而言的主要用于正常使用极限状态的准永久组合和频遇组合中准永久值反映了可变荷载的一种状态其取值系按可变荷载出现的频繁程度和持续时间长短确定国际标准 ISO 2394:1998 中建议准永久值根据在设计基准期内荷载达到和超过该值的总持续时间与设计基准期的比值为 0.5 确定对住宅办公楼楼面活荷载及风雪荷载等这相当于取其任意时点荷载概率分布的0.5 分位值准永久值的具体取值将由建筑结构荷载规范作出规定在结构设计时准永久值主要用于考虑荷载长期效应的影响 4.0.10 目前由于对许多偶然作用尚缺乏研究缺少必要的实际观测资料因此偶然作用的代表值及有关参数常常只能根据工程经验建筑物类型等情况经综合分析判断确定对有观测资料的偶然作用则应建立符合其特性的概率模型给出有明确概率意义的代表值 第 15 页共 15 页 中国建筑资讯网 建筑结构可靠度设计统一标准 资料编号 GB 50068-2001 5 材料和岩土的性能及几何参数材料和岩土的性能及几何参数 5.0.1 材料性能实际上是随时间变化的有些材料性能例如木材混凝土的强度等这种变化相当明显但为了简化起见各种材料性能仍作为与时间无关的随机变量来考虑而性能随时间的变化一般通过引进换算系数来估计 5.0.2 用材料的标准试件试验所得的材料性能 fspe一般说来不等同于结构中实际的材料性能 fstr有时两者可能有较大的差别例如材料试件的加荷速度远超过实际结构的受荷速度致使试件的材料强度较实际结构中偏高试件的尺寸远小于结构的尺寸致使试件的材料强度受到尺寸效应的影响而与结构中不同有些材料如混凝土其标准试件的成型与养护与实际结构并不完全相同有时甚至相差很大以致两者的材料性能有所差别所有这些因素一般习惯于采用换算系数或函数 K0来考虑从而结构中实际的材料性能与标准试件材料性能的关系可用下式表示:spestrfKf0=由于结构所处的状态具有变异性因此换算系数或函数 K0也是随机变量 5.0.3 材料强度标准值一般取概率分布的低分位值国际上一般取 0.05 分位值本标准也采用这个分位值确定材料强度标准值此时当材料强度按正态分布时标准值为 ffkf645.1=当按对数正态分布时标准值近似为)645.1exp(ffkf=式中 ff及f分别为材料强度的平均值标准差及变异系数 当材料强度增加对结构性能不利时必要时可取高分位值 5.0.4 岩土性能参数的标准值当有可能采用可靠性估值时可根据区间估计理论确定单侧置信界限值由式=ffkntf1求得式中 t 为学生氏函数按置信度1-和样本容量 n 确定 5.0.5 结构的某些几何参数例如梁跨和柱高其变异性一般对结构抗力的影响很小设计时可按确定量考虑 第 16 页共 16 页 中国建筑资讯网 建筑结构可靠度设计统一标准 资料编号 GB 50068-2001 6 结构分析结构分析 6.0.1 结构的作用效应是指在作用影响下的结构反应通常包括截面内力(如轴力剪力弯矩扭矩)以及变形和裂缝设计时将前者与计算的结构抗力相比较将后者与规定的限值相比较可验证结构是否可靠 6.0.3 一维的结构计算模型适用于结构的某一维(长度)比其他两维大得多的情况如梁柱拱二维的结构计算模型适用于结构的某一维(厚度)比其他两维小得多的情况如双向板深梁壳体三维的结构计算模型适用于结构中没有一维显著大于或小于其他两维的情况 6.0.7 作用效应及结构构件抗力计算模式的不精确性是指计算结果与实际情况不相吻合的程度其中包括确定作用效应时采用的计算简图和分析方法的误差截面抗力的计算公式的误差以及关于作用材料性能几何参数统计分析中的误差等这类误差不是定值而是随机变量因此在极限状态方程中应引进附加的基本变量予以考虑它的概率分布函数和统计参数理论上应根据作用效应和结构构件抗力的实际值与按规范公式的计算值的比值运用统计分析方法来确定在具体实践时作用效应和结构构件抗力的实际值可以采用精确计算值或试验实测值因为进行精确计算往往有困难所以通常是根据试验结果辅以工程经验判断对这种误差的统计规律做出估计 第 17 页共 17 页 中国建筑资讯网 建筑结构可靠度设计统一标准 资料编号 GB 50068-2001 7 极限状态设计表达式极限状态设计表达式 7.0.1 为了使所设计的结构构件在不同情况下具有比较一致的可靠度本标准采用了多个分项系数的极限状态设计表达式 本标准将荷载分项系数按永久荷载与可变荷载分为两大类以便按荷载性质区别对待这与目前许多国家规范所采用的设计表达式基本相同考虑到各类材料结构的通用性通过对各种结构构件的可靠度分析本标准对常用荷载分项系数给出了统一的规定 结构构件抗力分项系数应按不同结构构件的特点分别确定亦可转换为按不同的材料采用不同的材料性能分项系数本标准对此未提出统一要求在各类材料的结构设计规范中应按在各种情况下具有较佳一致性的原则并适当考虑工程经验具体规定 7.0.2 原标准中规定的荷载分项系数系按下列原则经优选确定的:在各种荷载标准值已给定的前提下要选取一组分项系数使按极限状态设计表达式设计的各种结构构件具有的可靠指标与规定的可靠指标之间在总体上误差最小在定值过程中对钢薄钢钢筋混凝土砖石和木结构选择了 14 种有代表性的构件若干种常遇的荷载效应比值(可变荷载效应与永久荷载效应之比)以及三种荷载效应组合情况(恒荷载与住宅楼面活荷载恒荷载与办公楼楼面活荷载恒荷载与风荷载)进行分析最后确定在一般情况下采用G=1.2Q=1.4本标准继续采用 为保证以永久荷载为主结构构件的可靠指标符合规定值本次修订增加了式(7.0.2-2)与式(7.0.2-1)同时使用该设计表达式对以永久荷载为主的结构起控制作用 一般情况下一个建筑总有两种及两种以上荷载同时作用每个荷载的大小都是一个随机变量而且是随时间而变化的不应也不可能同时都以最大值出现在同一结构物上将荷载模型化为等时段矩形波函数按荷载组合理论依据可靠指标一致性原则可根据荷载统计参数与荷载样本函数求得组合值系数原建筑结构设计统一标准(GBJ 6884)仅给出当风荷载与其他可变荷载组合时组合值系数可均采用 0.6 这一规定避而不谈其他情况其原因是荷载规范一直沿用遇风组合原则当时规范编制者认为这种情况最有把握这样规定的结果可能产生其他情况不应考虑组合值系数的误解新修订的荷载规范认为遇风组合原则过于保守因 第 18 页共 18 页 中国建筑资讯网 建筑结构可靠度设计统一标准 资料编号 GB 50068-2001 此取消遇风组合规定采用两种及两种以上可变荷载均应考虑组合值系数的规定 考虑到采用式(7.0.2-1)对排架和框架结构可能增加一定的计算工作量为了应用简便起见本标准允许对一般排架框架结构采用简化的设计表达式(7.0.2-3)并与式(7.0.2-2)同时使用 当结构承受两种或两种以上可变荷载且其中有一种量值较大时则有可能仅考虑较大的一种可变荷载更为不利 荷载效应与荷载为线性关系是指两者之比为常量的情况 偶然组合是指一种偶然作用与其他可变荷载相组合偶然作用发生的概率很小持续的时间较短但对结构却可造成相当大的损害鉴于这种特性从安全与经济两方面考虑当按偶然组合验算结构的承载能力时所采用的可靠指标值允许比基本组合有所降低国际结构安全度联合委员会(JCSS)编制的对各类结构和各种材料的共同统一规则附录一中也反映了这个原则其偶然状态下可靠指标的计算公式如下:=01ppf 式中 pf正常情况下结构构件失效概率的运算值 p0在结构的设计基准期内偶然作用出现一次的概率-1()标准正态分布函数的反函数 应该指出当 pfp0/2 时为负值故应用上述公式时尚需规定其他条件 由于不同的偶然作用如撞击和爆炸其性质差别较大目前尚难给出统一的设计表达式故本标准只提出了建立偶然组合设计表达式的一般原则对于偶然组合一般是:(1)只考虑一种偶然作用与其他荷载相组合(2)偶然作用不乘以荷载分项系数(3)可变荷载可根据与偶然作用同时出现的可能性采用适当的代表值如准永久值等(4)荷载与抗力分项系数值可根据结构可靠度分析或工程经验确定 7.0.3 结构重要性系数0在原标准中是考虑结构破坏后果的严重性而引入的系数对于安全等级为一级和三级的结构构件分别取 1.1 和 0.9可靠度分析表明采用这些系数后结构构件可靠指标值较安全等级为二级的结构构件分别增减 0.5 左右与表 3.0.11 的规定基本一致本次修订中除保留原来的意义外对设计使用年限为 100年及以上和 5 年的结构构件也通过结构重要性系数0对作用效应进行调整考虑 第 19 页共 19 页 中国建筑资讯网 建筑结构可靠度设计统一标准 资料编号 GB 50068-2001 不同投资主体对建筑结构可靠度的要求可能不同故允许结构重要性系数0分别取不应小于 1.11.0 和 0.9 7.0.4 对永久荷载系数G和可变荷载系数Q的取值分别根据对结构构件承载能力有利和不利两种情况做出了具体规定 在某些情况下永久荷载效应与可变荷载效应符号相反而前者对结构承载能力起有利作用此时若永久荷载分项系数仍取同号效应时相同的值则结构构件的可靠度将严重不足为了保证结构构件具有必要的可靠度并考虑到经济指标不致波动过大和应用方便本标准规定当永久荷载效应对结构构件的承载能力有利时G不应大于 1.0 7.0.57.0.6 对于正常使用极限状态本标准规定按荷载的持久性采用三种组合:标准组合频遇组合和准永久组合由于目前对正常使用极限状态的各种限值及结构可靠度分析方法研究得不充分因此结构设计仍需以过去的经验为基础进行频遇组合和准永久组合在设计时如何应用应由各类材料结构设计规范根据各自的特点具体规定 第 20 页共 20 页 中国建筑资讯网 建筑结构可靠度设计统一标准 资料编号 GB 50068-2001 8 质量控制要求质量控制要求 8.0.1 材料和构件的质量可采用一个或多个质量特征来表达例如材料的试件强度和其他物理力学性能以及构件的尺寸误差等为了保证结构具有预期的可靠度必须对结构设计原材料生产以及结构施工提出统一配套的质量水平要求材料与构件的质量水平可按各类材料结构设计规范规定的结构构件可靠指标近似地确定并以有关的统计参数来表达当荷载的统计参数已知后材料与构件的质量水平原则上可采用下列质量方程来描述:0),(=kfffq 式中 f和f为材料和构件的某个质量特征 f 的平均值和变异系数为规范规定的结构构件可靠指标 应当指出当按上述质量方程确定材料和构件的合格质量水平时需以安全等级为二级的典型结构构件的可靠指标为基础进行分析材料和构件的质量水平要求不应随安全等级而变化以便于生产管理 8.0.2 材料的等级一般以材料强度标准值划分同一等级的材料采用同一标准值无论天然材料还是人工材料对属于同一等级的不同产地和不同厂家的材料其性能的质量水平一般不宜低于各类材料结构设计规范规定的可靠指标的要求按本标准制定质量要求时允许各有关规范根据材料和构件的特点对此指标稍作增减 8.0.7 材料及构件的质量控制包括两种其中生产控制属于生产单位内部的质量控制合格控制是在生产单位和用户之间进行的质量控制即按统一规定的质量验收标准或双方同意的其他规则进行验收 在生产控制阶段材料性能的实际质量水平应控制在规定的合格质量水平之上当生产有暂时性波动时材料性能的实际质量水平亦不得低于规定的极限质量水平 8.0.8 由于交验的材料和构件通常是大批量的而且很多质量特征的检验是破损性的因此合格控制一般采用抽样检验方式对于有可靠依据采用非破损检验方法的必要时可采用全数检验方式 验收标准主要包括下列内容:1 批量大小每一交验批中材料或构件的数量 2 抽样方法可为随机的或系统的抽样方法系统的抽样方法是指抽样部位或时间是固定的 第 21 页共 21 页 中国建筑资讯网 建筑结构可靠度设计统一标准 资料编号 GB 50068-2001 3 抽样数量每一交验批中抽取试样的数量 4 验收函数验收中采用的试样数据的某个函数例如样本平均值样本方差样本最小值或最大值等 5 验收界限与验收函数相比较的界限值用以确定交验批合格与否 当前在材料和构件生产中抽样检验标准多数是根据经验来制订的其缺点在于没有从统计学观点合理考虑生产方和用户方的风险率或其他经济因素因而所规定的抽样数量和验收界限往往缺乏科学依据标准的松严程度也无法相互比较 为了克服非统计抽样检验方法的缺点本标准规定宜在统计理论的基础上制订抽样质量验收标准以使达不到质量要求的交验批基本能判为不合格而已达到质量要求的交验批基本能判为合格 8.0.9 现有质量验收标准型式很多本标准系按下述原则考虑:对于生产连续性较差或各批间质量特征的统计参数差异较大的材料和构件很难使产品批的质量基本维持在合格质量水平之上因此必须按控制用户方风险率制订验收标准此时所涉及的极限质量水平可按各类材料结构设计规范的有关要求和工程经验确定与极限质量水平相应的用户风险率可根据有关标准的规定确定 对于工厂内成批连续生产的材料和构件可采用计数或计量的调整型抽样检验方案当前可参考国际标准 ISO 2859 及 ISO 3951 制定合理的验收标准和转换规则规定转换规则主要是为了限制劣质产品出厂促进提高生产管理水平此外对优质产品也提供了减少检验费用的可能性考虑到生产过程可能出现质量波动以及不同生产单位的质量可能有差别允许在生产中对质量验收标准的松严程度进行调整当产品质量比较稳定时质量验收标准通常可按控制生产方的风险率来制订此时所涉及的合格质量水平可按规范规定的结构构件可靠指标来确定确定生产方的风险率时应根据有关标准的规定并考虑批量大小检验技术水平等因素确定 8.0.10 当交验的材料或构件按质量验收标准检验判为不合格时 并不意味着这批产品一定不能使用因为实际上存在着抽样检验结果的偶然性和试件的代表性等问题为此应根据有关的质量验收标准采取各种措施对产品做进一步检验和判定例如可以重新抽取较多的试样进行复查当材料或构件已进入结构物时可直接从结构中截取试件进行复查或直接在结构物上进行荷载试验也允许采用可靠的非破损检测方法并经综合分析后对结构做出质量评估对于不合格的产品允许降级使用 第 22 页共 22 页 中国建筑资讯网 建筑结构可靠度设计统一标准 资料编号 GB 50068-2001 直至报废