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    《建筑結構可靠度設計統一標準》GB50068-2001

    7082

    1總則

    1.0.1 為統一各類材料的建筑結構可靠度設計的基本原則和方法,使設計符合技術先進、經濟合理、安全適用、確保質量的要求,制定本標準。

    1.0.2 本標準適用于建筑結構、組成結構的構件及地基基礎的設計。
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    1.0.3 制定建筑結構荷載規范以及鋼結構、薄壁型鋼結構、混凝土結構、砌體結構、木結構等設計規范應遵守本標準的規定;制定建筑地基基礎和建筑抗震等設計規范宜遵守本標準規定的原則。
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    1.0.4 本標準所采用的設計基準期為50年。
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    1.0.5 結構的設計使用年限應按表1.0.5采用。


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    1.0.6 結構在規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基礎的極限狀態設計方法分析確定。
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    1.0.7 結構在規定的設計使用年限內應滿足下列功能要求:

        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 在設計規定的偶然事件發生時及發生后,仍能保持必需的整體穩定性。
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    1.0.8 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,采用不同的安全等級。建筑結構安全等級的劃分應符合表1.0.8的要求。


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    1.0.9 建筑物中各類結構構件的安全等級,宜與整個結構的安全等級相同。對其中部分結構構件的安全等級可進行調整,但不得低于三級。
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    1.0.10 為保證建筑結構具有規定的可靠度,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定。

    1.0.11 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


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    2.1 術語

           

    2.2 符號

       


    3極限狀態設計原則

    3.0.1 對于結構的各種極限狀態,均應規定明確的標志及限值。

    3.0.2 極限狀態可分為下列兩類:

        1 承載能力極限狀態。這種極限狀態對應于結構或結構構件達到最大承載能力或不適于繼續承載的變形。

        當結構或結構構件出現下列狀態之一時,應認為超過了承載能力極限狀態:

        1)整個結構或結構的一部分作為剛體失去平衡(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承載;

        3)結構轉變為機動體系;

        4)結構或結構構件喪失穩定(如壓屈等);

        5)地基喪失承載能力而破壞(如失穩等)。

        2 正常使用極限狀態。這種極限狀態對應于結構或結構構件達到正常使用或耐久性能的某項規定限值。

        當結構或結構構件出現下列狀態之一時,應認為超過了正常使用極限狀態:

        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。
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    3.0.3 建筑結構設計時,應根據結構在施工和使用中的環境條件和影響,區分下列三種設計狀況:

        1 持久狀況。在結構使用過程中一定出現,其持續期很長的狀況。持續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、可靠度水準和基本變量等。
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    3.0.4 建筑結構的三種設計狀況應分別進行下列極限狀態設計:

        1 對三種設計狀況,均應進行承載能力極限狀態設計;

        2 對持久狀況,尚應進行正常使用極限狀態設計;

        3 對短暫狀況,可根據需要進行正常使用極限狀態設計。

    3.0.5 建筑結構設計時,對所考慮的極限狀態,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設計時,應考慮作用效應的基本組合,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設計時,應根據不同設計目的,分別選用下列作用效應的組合:

        1)標準組合,主要用于當一個極限狀態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。
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    3.0.6 對偶然狀況,建筑結構可采用下列原則之一按承載能力極限狀態進行設計:

        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定的偶然事件而局部破壞,但其剩余部分具有在一段時間內不發生連續倒塌的可靠度。
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    3.0.7 結構的極限狀態應采用下列極限狀態方程描述:


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    3.0.8 結構按極限狀態設計應符合下列要求:

    3.0.9 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基本變量概率分布類型的一次二階矩方法進行計算。


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    3.0.10 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。

    3.0.11 結構構件承載能力極限狀態的可靠指標,不應小于表3.0.11的規定。


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    3.0.12 結構構件正常使用極限狀態的可靠指標,根據其可逆程度宜取0~1.5。
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    4結構上的作用

    4.0.1 結構上的各種作用,若在時間上或空間上可作為相互獨立時,則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。
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    4.0.2 結構上的作用可按下列性質分類:

        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 按結構的反應特點分類:

        1)靜態作用,使結構產生的加速度可以忽略不計的作用;

        2)動態作用,使結構產生的加速度不可忽略不計的作用。
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    4.0.3 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。
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    4.0.4 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基礎,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。

        當觀測和試驗數據不足時,荷載的各種統計參數可結合工程經驗經分析判斷確定。
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    4.0.5 結構設計時,應根據各種極限狀態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。
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    4.0.6 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,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:當觀測和試驗數據不足時,荷載標準值可結合工程經驗,經分析判斷確定。
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    4.0.7 荷載組合值是當結構承受兩種或兩種以上可變荷載時,承載能力極限狀態按基本組合設計和正常使用極限狀態按標準組合設計采用的可變荷載代表值。
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    4.0.8 荷載頻遇值是正常使用極限狀態按頻遇組合設計可采用的一種可變荷載代表值。
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    4.0.9 荷載準永久值是正常使用極限狀態按準永久組合和頻遇組合設計采用的可變荷載代表值。
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    4.0.10 承載能力極限狀態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。
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    4.0.11 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

     

     

     

    5.0.1 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確定。

        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,應以試驗數據為基礎,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。
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    5.0.2 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別。結構中的材料性能與標準試件材料性能的關系,應根據相應的對比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部分組成。

        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別以及所采用公式的誤差等因素的影響。
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    5.0.3 材料強度的概率分布宜采用正態分布或對數正態分布。

        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:當試驗數據不足時,材料性能的標準值可采用有關標準的規定值,也可結合工程經驗,經分析判斷確定。
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    5.0.4 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。
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    5.0.5 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基礎,運用參數估計和概率分布的假設檢驗方法確定。

        當測試數據不足時,幾何參數的統計參數可根據有關標準中規定的公差,經分析判斷確定。
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    6結構分析

    6.0.1 結構分析應包括下列內容:

        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。
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    6.0.2 結構分析可采用計算、模型試驗或原型試驗等方法。

    6.0.3 結構分析采用的基本假定和計算模型應能描述所考慮極限狀態下的結構反應。

        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。
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    6.0.4 當建筑結構按承載能力極限狀態設計時,根據材料和結構對作用的反應,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。

    6.0.5 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。

    6.0.6 環境對材料、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。

    6.0.7 計算模型的不定性應在極限狀態方程中采用一個或幾個附加的基本變量考慮。附加基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較,經統計分析確定,或根據工程經驗判斷確定。
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    7極限狀態設計表達式

    7.0.1 結構構件的極限狀態設計表達式,應根據各種極限狀態的設計要求,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基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應按結構構件的安全等級、設計使用年限并考慮工程經驗確定。
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    7.0.2 對于承載能力極限狀態,結構構件應按本標準3.0.5條的要求采用荷載效應的基本組合和偶然組合進行設計。

        1 基本組合

           2 偶然組合

        對于偶然組合,極限狀態設計表達式宜按下列原則確定: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,應符合專門規范的規定。

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