GB50068-2001建筑结构可靠度设计统一标准条文说明.pdf
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1、 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
2、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
3、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
4、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
5、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
6、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
7、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
8、 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
9、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
10、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
11、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
12、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)
13、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
14、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
15、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
16、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
17、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
18、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 2394:199
19、8 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
20、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
21、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
22、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-
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