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建筑结构可靠性设计标准-2
[浏览次数:738 次] [更新时间:2018-4-8]
 

——作用的代表值;

——永久作用的标准值;

—— 预应力作用的有关代表值;

——可变作用的标准值;

——结构或结构构件的抗力;

——   结构抗力的设计值;

——     结构或结构构件的作用效应;

——地震作用标准值的效应;

——偶然作用设计值的效应;

—— 作用组合的效应设计值;

——不平衡作用效应的设计值;

——平衡作用效应的设计值;

——永久作用标准值的效应;

—— 预应力作用有关代表值的效应;

——可变作用标准值的效应;

T——      设计基准期;

X—— 基本变量。

小写拉丁字母:

——     几何参数;

——    几何参数的设计值;

——    几何参数的标准值;

—— 材料性能的设计值;

—— 材料性能的标准值;

—— 结构构件失效概率的运算值。

大写希腊字母:

——几何参数的附加量。

小写希腊字母:

——  结构构件的可靠指标;

——  结构重要性系数;

—— 地震作用重要性系数;

——作用的分项系数;

——永久作用的分项系数;

—— 考虑结构设计使用年限的荷载调整系数;

——材料性能的分项系数;

——可变作用的分项系数;

 —— 预应力作用的分项系数;

——   作用的组合值系数;

——  作用的频遇值系数;

——   作用的准永久值系数。

3  基本规定

3.1  基本要求

3.1.1结构的设计、施工和维护应使结构在规定的设计使用年限内以适当的可靠度满足规定的各项功能要求。

3.1.2结构应满足下列功能要求:

1  能承受在施工和使用期间可能出现的各种作用;

2  保持良好的使用性能;

3  具有足够的耐久性能;

4  当发生火灾时,在规定的时间内可保持足够的承载力;

5  当发生爆炸、撞击、人为错误等偶然事件时,结构能保持必需的整体稳固性,不出现与起因不相称的破坏后果,防止出现结构的连续倒塌

3.1.3  结构设计时,应根据下列要求采取适当的措施,使结构不出现或少出现可能的损坏:

1  避免、消除或减少结构可能受到的危害;

2  采用对可能受到的危害反应不敏感的结构类型;

3  采用当单个构件或结构的有限部分被意外移除或结构出现可接受的局部损坏时,结构的其他部分仍能保存的结构类型;

4       不宜采用无破坏预兆的结构体系;

5       使结构具有整体稳固性。

3.1.4  宜采取下列措施满足对结构的基本要求:

1  采用适当的材料;

2  采用合理的设计和构造;

3  对结构的设计、制作、施工和使用等制定相应的控制措施。

3.2  安全等级和可靠度

3.2.1  建筑结构设计时,应根据结构破坏可能产生的后果即危及人的生命、造成经济损失、对社会或环境产生影响等的严重性,采用不同的安全等级。

3.2.2  建筑结构安全等级的划分应符合表3.2.2的规定。

3.2.2建筑结构的安全等级

安全等级

破坏后果

示例

一级

很严重:对人的生命、经济、社会或环境影响很大。

大型的公共建筑等重要的结构

二级

严重:对人的生命、经济、社会或环境影响较大。

普通的住宅和办公楼等一般的结构

三级

不严重:对人的生命、经济、社会或环境影响较小。

小型的或临时性贮存建筑等次要的结构

注:建筑结构抗震设计中的甲类建筑和乙类建筑,其安全等级宜规定为一级;丙类建筑,其安全等级宜规定为二级;丁类建筑,其安全等级宜规定为三级。

3.2.3  建筑结构中各类结构构件的安全等级,宜与结构的安全等级相同,对其中部分结构构件的安全等级可进行调整,但不得低于三级。

3.2.4  可靠度水平的设置应根据结构构件的安全等级、失效模式和经济因素等确定。对结构的安全性、适用性和耐久性可采用不同的可靠度水平。

3.2.5  当有充分的统计数据时,结构构件的可靠度宜采用可靠指标度量。结构构件设计时采用的可靠指标,可根据对现有结构构件的可靠度分析,并结合使用经验和经济因素等确定。

3.2.6  各类结构构件的安全等级每相差一级,规定可靠指标的取值宜相差0.5

3.3  设计使用年限和耐久性

3.3.1  建筑结构的设计基准期为50年。

3.3.2  建筑结构设计时,应规定结构的设计使用年限。

3.3.3  建筑结构的设计使用年限,应按表3.3.3采用

3.3.3      建筑结构的设计使用年限

类别

设计使用年限(年)

示例

1

5

临时性建筑结构

2

25

易于替换的结构构件

3

50

普通房屋和构筑物

4

100

标志性建筑和特别重要的建筑结构

注:1  特殊建筑结构的设计使用年限可另行规定。

3.3.4建筑结构设计时应对环境影响进行评估,当结构所处的环境对其耐久性有较大影响时,应根据不同的环境类别采用相应的结构材料、设计构造、防护措施、施工质量要求等,并应制定结构在使用期间的定期检修和维护制度,使结构在设计使用年限内不致因材料的劣化而影响其安全或正常使用。

3.3.5环境对结构耐久性的影响,可通过工程经验、试验研究、计算或综合分析等方法进行评估。

3.3.6环境类别的划分和相应的设计、施工、使用及维护的要求等,应遵守国家现行有关标准的规定。

3.4  可靠性管理与风险评估

3.4.1为保证建筑结构具有规定的可靠度,除应进行必要的设计计算外,还应对结构的材料性能、施工质量、使用和维护进行相应的控制。控制的具体措施,应符合附录A和有关的勘察、设计、施工及维护等标准的专门规定。

3.4.2        建筑结构的设计必须由具有相应资格的技术人员承担。

3.4.3            建筑结构的设计应符合国家现行的有关荷载、抗震、地基基础和各种材料结构设计规范的规定。

3.4.4            建筑结构的设计应对结构可能受到的偶然作用、环境影响等采取必要的防护措施。

3.4.5            对建筑结构可靠性设计,应根据附录F的要求进行风险评估。

3.4.6            对建筑结构所采用的材料及施工、制作过程应进行质量控制,并按国家现行有关标准的规定进行竣工验收。

3.4.7            建筑结构应按设计规定的用途使用,并定期检查结构状况,进行必要的维护和维修;当需变更使用用途时,应进行设计复核和采取必要的措施

4  极限状态设计原则

4.1  极限状态

4.1.1  极限状态可分为承载能力极限状态、正常使用极限状态和耐久性极限状态。

1  承载能力极限状态

当结构或结构构件出现下列状态之一时,应认为超过了承载能力极限状态:

1)结构构件或连接因超过材料强度而破坏,或因过度变形而不适于继续承载;

2)整个结构或其一部分作为刚体失去平衡;

3)结构转变为机动体系;

4)结构或结构构件丧失稳定;

5)结构因局部破坏而发生连续倒塌;

6)地基丧失承载力而破坏;

7)结构或结构构件的疲劳破坏。

2        正常使用极限状态

当结构或结构构件出现下列状态之一时,应认为超过了正常使用极限状态:

1)影响正常使用或外观的变形;

2)影响正常使用的局部损坏;

3)影响正常使用的振动;

4)影响正常使用的其他特定状态。

3        耐久性极限状态

    当结构或结构构件出现下列状态之一时,应认为超过了耐久性极限状态:

1)影响承载能力和正常使用的材料性能劣化;

2)影响耐久性的裂缝、变形、缺口、外观、材料削弱等;

3)影响耐久性的其他特定状态。

4.1.2  对结构的各种极限状态,均应规定明确的标志或限值。

4.1.3  结构设计时应对结构的不同极限状态进行计算或验算;当某一极限状态的计算或验算起控制作用时,可仅对该极限状态进行计算或验算。

4.2  设计状况

4.2.1建筑结构设计时应区分下列设计状况:

    1  持久设计状况,适用于结构使用时的正常情况;

    2  短暂设计状况,适用于结构出现的临时情况,包括结构施工和维修时的情况等;

3  偶然设计状况,适用于结构出现的异常情况,包括结构遭受火灾、爆炸、撞击时的情况等;

4  地震设计状况,适用于结构遭受地震时的情况,在抗震设防地区必须考虑地震设计状况。

4.2.2  建筑结构设计时,对不同的设计状况,应采用相应的结构体系、可靠度水平、基本变量和作用组合等。

4.3  极限状态设计

4.3.1  对本章第4.2.1条规定的四种建筑结构设计状况应分别进行下列极限状态设计:

    1  对四种设计状况,均应进行承载能力极限状态设计;

    2  对持久设计状况,尚应进行正常使用极限状态和耐久性极限状态设计;

    3  对短暂设计状况和地震设计状况,可根据需要进行正常使用极限状态设计;

    4  对偶然设计状况,可不进行正常使用极限状态和耐久性极限状态设计。

4.3.2  进行承载能力极限状态设计时,应根据不同的设计状况采用下列作用组合:

1  基本组合,用于持久设计状况或短暂设计状况;

2  偶然组合,用于偶然设计状况;

3  地震组合,用于地震设计状况。

4.3.3  进行正常使用极限状态设计时,可采用下列作用组合:

1  标准组合,宜用于不可逆正常使用极限状态设计;

2  频遇组合,宜用于可逆正常使用极限状态设计;

3  准永久组合,宜用于长期效应是决定性因素的正常使用极限状态设计。

4.3.4  对每一种作用组合,建筑结构的设计均应采用其最不利的效应设计值进行。

4.3.5  结构的极限状态可采用下列极限状态方程描述:

4.3.5

式中── 结构的功能函数;

=12n── 基本变量,指结构上的各种作用和环境影响、材料和岩土的性能及几何参数等;在进行可靠度分析时,基本变量应作为随机变量。

4.3.6  结构按极限状态设计应符合下列要求:

           4.3.6-1

当采用结构的作用效应和结构的抗力作为综合基本变量时,结构按极限状态设计应符合下列要求:

                    4.3.6-2

式中  ──结构的抗力;

      ──结构的作用效应。

4.3.7  结构构件的设计应以规定的可靠度满足本章4.3.6的要求。

4.3.8  建筑结构构件持久设计状况承载能力极限状态设计的可靠指标,不应小于表4.3.8的规定。

4.3.8         建筑结构构件的可靠指标

破坏类型

安全等级

一级

二级

三级

延性破坏

脆性破坏

3.7

4.2

3.2

3.7

2.7

3.2

4.3.9  建筑结构构件持久设计状况正常使用极限状态设计的可靠指标,宜根据其可逆程度取01.5

4.3.10  建筑结构构件持久设计状况耐久性极限状态设计的可靠指标,宜根据其可逆程度取1.02.0

4.3.11  结构构件宜根据规定的可靠指标,采用由作用的代表值、材料性能的标准值、几何参数的标准值和各相应的分项系数构成的极限状态设计表达式进行设计;有条件时也可根据附录D的规定,直接采用基于可靠指标的方法进行设计。

5  结构上的作用和环境影响

5.1  一般规定

5.1.1  建筑结构设计时,应考虑结构上可能出现的各种直接作用、间接作用和环境影响。当按极限状态设计时,应将其作为基本变量。

5.2  结构上的作用

5.2.1  结构上的各种作用,当可认为在时间上和空间上相互独立时,则每一种作用可分别作为单个作用;当某些作用密切相关且有可能同时以最大值出现时可将这些作用一起作为单个作用。

5.2.2  同时施加在结构上的各单个作用对结构的共同影响,应通过作用组合来考虑;对不可能同时出现的各种作用,不应考虑其组合。

5.2.3  结构上的作用可按下列性质分类:

1  按随时间的变化分类:

1)永久作用;

2)可变作用;

3)偶然作用。

2  按随空间的变化分类:

1)固定作用;

2)自由作用。

3  按结构的反应特点分类:

1)静态作用;

2)动态作用。

4  按有无限值分类:

1)有界作用;

2)无界作用。

5  其他分类。

5.2.4 结构上的作用随时间变化的规律,宜采用随机过程的概率模型来描述,但对不同的问题可采用不同的方法进行简化。

对永久作用,在结构可靠性设计中可采用随机变量的概率模型。

对可变作用,在作用组合中可采用简化的随机过程概率模型。在确定可变作用的代表值时可采用将设计基准期内最大值作为随机变量的概率模型。

5.2.5当永久作用和可变作用作为随机变量时,其统计参数和概率分布类型,应以观测数据为基础,运用参数估计和概率分布的假设检验方法确定,检验的显著性水平可取0.05

5.2.6  当有充分观测数据时,作用的标准值应按在设计基准期内最不利作用概率分布的某个统计特征值确定;当有条件时,可对各种作用统一规定该统计特征值的概率定义;当观测数据不充分时,作用的标准值也可根据工程经验通过分析判断确定;对有明确界限值的有界作用,作用的标准值应取其界限值。

5.2.7  建筑结构按不同极限状态设计时,在相应的作用组合中对可能同时出现的各种作用,应采用不同的作用代表值。对可变作用,其代表值包括标准值、组合值、频遇值和准永久值。组合值、频遇值和准永久值可通过对可变作用的标准值分别乘以不大于1的组合值系数、频遇值系数和准永久值系数等折减系数来表示。

5.2.8  对偶然作用,应采用偶然作用的设计值。偶然作用的设计值应根据具体工程情况和偶然作用可能出现的最大值确定,也可根据有关标准的专门规定确定。

5.2.9  对地震作用,应采用地震作用的标准值。地震作用的标准值应根据地震作用的重现期确定;地震作用的重现期可根据建筑抗震设防目标,按有关标准的专门规定确定。

5.2.10  当结构上的作用比较复杂且不能直接描述时,可根据作用形成的机理,建立适当的数学模型来表征作用的大小、位置、方向和持续期等性质。

结构上的作用的大小一般可采用下列数学模型:

                             5.2.10

式中  ——所采用的函数;

 ——基本作用,通常具有随时间和空间的变异性(随机的或非随机的),但一般与结构的性质无关;

 ——用以将转化为的随机或非随机变量,它与结构的性质有关。

5.2.11  当结构的动态性能比较明显时,结构应采用动力模型描述。此时,结构的动力分析应考虑结构的刚度、阻尼以及结构上各部分质量的惯性。当结构容许简化分析时,可计算准静态作用响应,并乘以动力系数作为动态作用的响应。

5.2.12  对自由作用应考虑各种可能的荷载布置,并与固定作用等一起作为验证结构某特定极限状态的荷载工况。

5.3  环境影响

5.3.1  环境影响可分为永久影响、可变影响和偶然影响。

5.3.2  对结构的环境影响应进行定量描述;当没有条件进行定量描述时,也可通过环境对结构的影响程度的分级等方法进行定性描述,并在设计中采取相应的技术措施。

6  材料和岩土的性能及几何参数

6.1  材料和岩土的性能

6.1.1  材料和岩土的强度、弹性模量、变形模量、压缩模量、内摩擦角、粘聚力等物理力学性能,应根据有关的试验方法标准经试验确定。

6.1.2  材料性能宜采用随机变量概率模型描述。材料性能的各种统计参数和概率分布类型,应以试验数据为基础,运用参数估计和概率分布的假设检验方法确定,检验的显著性水平可取0.05

6.1.3  当利用标准试件的试验结果确定结构中实际的材料性能时,尚应考虑实际结构与标准试件、实际工作条件与标准试验条件的差别。结构中的材料性能与标准试件材料性能的关系,应根据相应的对比试验结果通过换算系数或函数来反映,或根据工程经验判断确定。结构中材料性能的不定性,应由标准试件材料性能的不定性和换算系数或函数的不定性两部分组成。

岩土性能指标和地基承载力、桩基承载力等,应通过原位测试、室内试验等直接或间接的方法测定,并应考虑由于钻探取样的扰动、室内外试验条件与实际建筑结构条件的差别以及所采用公式的误差等因素的影响,结合工程经验综合确定。

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