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建筑结构可靠度设计统一标准 GB50068-2001

来源:发布时间:2018/7/12

前言


中华人民共和国国家标准

建筑结构可靠度设计统一标准

Unified standard for reliability design of building structures

GB 50068-2001

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

关于发布国家标准《建筑结构可靠度设计统一标准》的通知

建标[2001]230号

根据我部“关于印发《一九九七年工程建设标准制订、修订计划的通知》”(建标[1997]108号)的要求,由建设部会同有关部门共同修订的《建筑结构可靠度设计统一标准》,经有关部门会审,批准为国家标准,编号为GB 50068-2001,自2002年3月1日起施行。其中1.0.5,1.0.8为强制性条文,必须严格执行,原《建筑结构设计统一标准》GBJ 68-84于2002年12月31日废止。

本标准由建设部负责管理,中国建筑科学研究院负责具体解释工作,建设部标准定额研究所组织中国建筑工业出版社出版发行。

中华人民共和国建设部

2001年11月13日


本标准是根据建设部建标[1997]108号文的要求,由中国建筑科学研究院会同有关单位对原《建筑结构设计统一标准》(GBJ 68-84)共同修订而成的。

本次修订的内容有:

1.标准的适用范围:鉴于《建筑地基基础设计规范》、《建筑抗震设计规范》在结构可靠度设计方法上有一定特殊性,从原标准要求的“应遵守”本标准,改为“宜遵守”本标准;
2.根据《工程结构可靠度设计统一标准》(GB 50153-92)的规定,增加了有关设计工作状况的规定,并明确了设计状况与极限状态的关系;
3.借鉴最新版国际标准ISO 2394:1998《结构可靠度总原则》,给出了不同类型建筑结构的设计使用年限;
4.在承载能力极限状态的设计表达式中,对于荷载效应的基本组合,增加了永久荷载效应为主时起控制作用的组合式;
5.对楼面活荷载、风荷载、雪荷载标准值的取值原则和结构构件的可靠指标以及结构重要性系数等作了调整;
6.首次对结构构件正常使用的可靠度做出了规定,这将促进房屋使用性能的改善和可靠度设计方法的发展;
7.取消了原标准的附件。

本标准黑体字标志的条文为强制性条文,必须严格执行。

本标准将来可能需要进行局部修订,有关局部修订的信息和条文内容将刊登在《工程建设标准化》杂志上。

为了提高标准质量,请各单位在执行本标准的过程中,注意总结经验,积累资料,随时将有关的意见和建议寄给中国建筑科学研究院,以供今后修订时参考。

本标准主编单位:中国建筑科学研究院
本标准参编单位:中国建筑东北设计研究院,重庆大学,中南建筑设计院,四川省建筑科学研究院,福建师范大学。
本标准主要起草人:李明顺 胡德炘 史志华 陶学康 陈基发 白生翔 苑振芳 戴国欣 陈雪庭 王永维 钟亮 戴国莹 林忠民


1 总则


1.0.1 为统一各类材料的建筑结构可靠度设计的基本原则和方法,使设计符合技术先进、经济合理、安全适用、确保质量的要求,制定本标准。

1.0.2 本标准适用于建筑结构、组成结构的构件及地基基础的设计。

1.0.3 制定建筑结构荷载规范以及钢结构、薄壁型钢结构、混凝土结构、砌体结构、木结构等设计规范应遵守本标准的规定;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。

1.0.4 本标准所采用的设计基准期为50年。

1.0.5 结构的设计使用年限应按表1.0.5采用。

设计使用年限分类

1.0.6 结构在规定的设计使用年限内应具有足够的可靠度。结构可靠度可采用以概率理论为基础的极限状态设计方法分析确定。

1.0.7 结构在规定的设计使用年限内应满足下列功能要求:
1 在正常施工和正常使用时,能承受可能出现的各种作用;
2 在正常使用时具有良好的工作性能;
3 在正常维护下具有足够的耐久性能;
4 在设计规定的偶然事件发生时及发生后,仍能保持必需的整体稳定性。

1.0.8 建筑结构设计时,应根据结构破坏可能产生的后果(危及人的生命、造成经济损失、产生社会影响等)的严重性,采用不同的安全等级。建筑结构安全等级的划分应符合表1.0.8的要求。

建筑结构的安全等级

1.0.9 建筑物中各类结构构件的安全等级,宜与整个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。

1.0.10 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,还应对结构材料性能、施工质量、使用与维护进行相应的控制。对控制的具体要求,应符合有关勘察、设计、施工及维护等标准的专门规定。

1.0.11 当缺乏统计资料时,结构设计应根据可靠的工程经验或必要的试验研究进行。

条文说明

1 总则

1.0.1~1.0.2 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。

2 术语、符号


2.1 术语

2.2 符号

条文说明

2 术语、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 132—90)、国际标准《结构可靠性总原则》(ISO 2394:1998)以及原标准(GBJ 68—84)的规定。

2.1 术语


2.2 符号



3 极限状态设计原则


3.0.1 对于结构的各种极限状态,均应规定明确的标志及限值。

3.0.2 极限状态可分为下列两类:
1 承载能力极限状态。这种极限状态对应于结构或结构构件达到最大承载能力或不适于继续承载的变形。
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)整个结构或结构的一部分作为刚体失去平衡(如倾覆等);
2)结构构件或连接因超过材料强度而破坏(包括疲劳破坏),或因过度变形而不适于继续承载;
3)结构转变为机动体系;
4)结构或结构构件丧失稳定(如压屈等);
5)地基丧失承载能力而破坏(如失稳等)。
2 正常使用极限状态。这种极限状态对应于结构或结构构件达到正常使用或耐久性能的某项规定限值。
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)影响正常使用或耐久性能的局部损坏(包括裂缝);
3)影响正常使用的振动;
4)影响正常使用的其他特定状态。

3.0.3 建筑结构设计时,应根据结构在施工和使用中的环境条件和影响,区分下列三种设计状况:
1 持久状况。在结构使用过程中一定出现,其持续期很长的状况。持续期一般与设计使用年限为同一数量级;
2 短暂状况。在结构施工和使用过程中出现概率较大,而与设计使用年限相比,持续期很短的状况,如施工和维修等;
3 偶然状况。在结构使用过程中出现概率很小,且持续期很短的状况,如火灾、爆炸、撞击等。
对于不同的设计状况,可采用相应的结构体系、可靠度水准和基本变量等。

3.0.4 建筑结构的三种设计状况应分别进行下列极限状态设计:
1 对三种设计状况,均应进行承载能力极限状态设计;
2 对持久状况,尚应进行正常使用极限状态设计;
3 对短暂状况,可根据需要进行正常使用极限状态设计。

3.0.5 建筑结构设计时,对所考虑的极限状态,应采用相应的结构作用效应的最不利组合:
1 进行承载能力极限状态设计时,应考虑作用效应的基本组合,必要时尚应考虑作用效应的偶然组合。
2 进行正常使用极限状态设计时,应根据不同设计目的,分别选用下列作用效应的组合:
1)标准组合,主要用于当一个极限状态被超越时将产生严重的永久性损害的情况;
2)频遇组合,主要用于当一个极限状态被超越时将产生局部损害、较大变形或短暂振动等情况;
3)准永久组合,主要用在当长期效应是决定性因素时的一些情况。

3.0.6 对偶然状况,建筑结构可采用下列原则之一按承载能力极限状态进行设计:
1 按作用效应的偶然组合进行设计或采取防护措施,使主要承重结构不致因出现设计规定的偶然事件而丧失承载能力;
2 允许主要承重结构因出现设计规定的偶然事件而局部破坏,但其剩余部分具有在一段时间内不发生连续倒塌的可靠度。

3.0.7 结构的极限状态应采用下列极限状态方程描述:

3.0.8 结构按极限状态设计应符合下列要求:

3.0.9 结构构件的可靠度宜采用可靠指标度量。结构构件的可靠指标宜采用考虑基本变量概率分布类型的一次二阶矩方法进行计算。

3.0.10 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,并考虑使用经验和经济因素等确定。

3.0.11 结构构件承载能力极限状态的可靠指标,不应小于表3.0.11的规定。

3.0.12 结构构件正常使用极限状态的可靠指标,根据其可逆程度宜取0~1.5。

条文说明

3 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。
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)。

3.0.8~3.0.9 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 68—84)编制过程中,主要借鉴了欧洲一国际混凝土委员会(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β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β。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,然后代入式(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。

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β值3.2作为基准,其他情况下相应增减0.5。可靠指标β与失效概率运算值pf的关系见下表:

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β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β值是各类材料结构设计规范应采用的最低β值。
表3.0.11中规定的β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β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β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。

4 结构上的作用


4.0.1 结构上的各种作用,若在时间上或空间上可作为相互独立时,则每一种作用均可按对结构单独的作用考虑;当某些作用密切相关,且经常以其最大值同时,出现时可将这些作用按一种作用考虑。

4.0.2 结构上的作用可按下列性质分类:
1 按随时间的变异分类:
1)永久作用,在设计基准期内量值不随时间变化,或其变化与平均值相比可以忽略不计的作用;
2)可变作用,在设计基准期内其量值随时间变化,且其变化与平均值相比不可忽略的作用;
3)偶然作用,在设计基准期内不一定出现,而一旦出现其量值很大且持续时间很短的作用。
2 按随空间位置的变异分类:
1)固定作用,在结构上具有固定分布的作用;
2)自由作用,在结构上一定范围内可以任意分布的作用。
3 按结构的反应特点分类:
1)静态作用,使结构产生的加速度可以忽略不计的作用;
2)动态作用,使结构产生的加速度不可忽略不计的作用。

4.0.3 施加在结构上的荷载宜采用随机过程概率模型描述。
住宅、办公楼等楼面活荷载以及风、雪荷载随机过程的样本函数可模型化为等时段的矩形波函数。

4.0.4 荷载的各种统计参数和任意时点荷载的概率分布函数,应以观测和试验数据为基础,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采用0.05。
当观测和试验数据不足时,荷载的各种统计参数可结合工程经验经分析判断确定。

4.0.5 结构设计时,应根据各种极限状态的设计要求采用不同的荷载代表值。永久荷载应采用标准值作为代表值;可变荷载应采用标准值、组合值、频遇值或准永久值作为代表值。

4.0.6 结构自重的标准值可按设计尺寸与材料重力密度标准值计算。对于某些自重变异较大的材料或结构构件(如现场制作的保温材料、混凝土薄壁构件等),自重的标准值应根据结构的不利状态,通过结构可靠度分析,取其概率分布的某一分位值。
可变荷载标准值,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。
注:当观测和试验数据不足时,荷载标准值可结合工程经验,经分析判断确定。

4.0.7 荷载组合值是当结构承受两种或两种以上可变荷载时,承载能力极限状态按基本组合设计和正常使用极限状态按标准组合设计采用的可变荷载代表值。

4.0.8 荷载频遇值是正常使用极限状态按频遇组合设计可采用的一种可变荷载代表值。

4.0.9 荷载准永久值是正常使用极限状态按准永久组合和频遇组合设计采用的可变荷载代表值。

4.0.10 承载能力极限状态设计时采用的各种偶然作用的代表值,可根据观测和试验数据或工程经验,经综合分析判断确定。

4.0.11 进行建筑结构设计时,对可能同时出现的不同种类的作用,应考虑其效应组合;对不可能同时出现的不同种类的作用,不应考虑其效应组合。

条文说明

4 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),t∈[0,T]}中任意时点荷载的概率分布函数FQ(x)=P{Q(t0)≤x,t0∈[0,T]}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)=G,t∈[0,T]},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τ=T,在设计基准期内的时段数r=T/τ=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τ<T,在设计基准期内的时段数r>1,且在T内至少出现一次,所以平均出现次数m=pr≥1。不同的可变荷载,其统计参数τ、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

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χ2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Ⅱ型、极值Ⅲ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。
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SGk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。

5 材料和岩土的性能及几何参数


5.0.1 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定。
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函数,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采用0.05。

5.0.2 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、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确定,并应考虑由于钻探取样扰动、室内外试验条件与实际工程结构条件的差别以及所采用公式的误差等因素的影响。

5.0.3 材料强度的概率分布宜采用正态分布或对数正态分布。
材料强度的标准值可取其概率分布的0.05分位值确定。材料弹性模量、泊松比等物理性能的标准值可取其概率分布的0.5分位值确定。
注:当试验数据不足时,材料性能的标准值可采用有关标准的规定值,也可结合工程经验,经分析判断确定。

5.0.4 岩土性能的标准值宜根据原位测试和室内试验的结果,按有关标准的规定确定。
注:当有条件时,岩土性能的标准值可按其概率分布的某个分位值确定。

5.0.5 结构或结构构件的几何参数a宜采用随机变量概率模型描述。几何参数的各种统计参数和概率分布函数,应以正常生产情况下结构或结构构件几何尺寸的测试数据为基础,运用参数估计和概率分布的假设检验方法确定。
当测试数据不足时,几何参数的统计参数可根据有关标准中规定的公差,经分析判断确定。

条文说明

5 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:

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

当按对数正态分布时,标准值近似为

式中μf、σf及δf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fk=μf 求得,式中tα为学生氏函数,按置信度1-α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。

6 结构分析


6.0.1 结构分析应包括下列内容:
1 结构作用效应的分析,以确定结构或截面上的作用效应;
2 结构抗力及其他性能的分析,以确定结构或截面的抗力及其他性能。

6.0.2 结构分析可采用计算、模型试验或原型试验等方法。

6.0.3 结构分析采用的基本假定和计算模型应能描述所考虑极限状态下的结构反应。
根据结构的具体情况,可采用一维、二维、三维的计算模型进行结构分析。

6.0.4 当建筑结构按承载能力极限状态设计时,根据材料和结构对作用的反应,可采用线性、非线性或塑性理论计算。
当建筑结构按正常使用极限状态设计时,可采用线性理论计算;必要时,可采用非线性理论计算。

6.0.5 当结构承受自由作用时,应根据每一自由作用可能出现的空间位置,确定对结构最不利的作用布置。

6.0.6 环境对材料、构件和结构性能的系统影响,宜在结构分析中直接考虑,如湿度对木材强度的影响,高温对钢结构性能的影响等。

6.0.7 计算模型的不定性应在极限状态方程中采用一个或几个附加的基本变量考虑。附加基本变量的概率分布类型和统计参数,可通过按计算模型的计算结果与按精确方法的计算结果或实际观测的结果相比较,经统计分析确定,或根据工程经验判断确定。

条文说明

6 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。

7 极限状态设计表达式


7.0.1 结构构件的极限状态设计表达式,应根据各种极限状态的设计要求,采用有关的荷载代表值、材料性能标准值、几何参数标准值以及各种分项系数等表达。
作用分项系数γF(包括荷载分项系数γG、γQ)和结构构件抗力分项系数γR(或材料性能分项系数γf),应根据结构功能函数中基本变量的统计参数和概率分布类型,以及本标准3.0.11条规定的结构构件可靠指标,通过计算分析,并考虑工程经验确定。
结构重要性系数γ0应按结构构件的安全等级、设计使用年限并考虑工程经验确定。

7.0.2 对于承载能力极限状态,结构构件应按本标准3.0.5条的要求采用荷载效应的基本组合和偶然组合进行设计。
1 基本组合

基本组合

2 偶然组合
对于偶然组合,极限状态设计表达式宜按下列原则确定:偶然作用的代表值不乘以分项系数;与偶然作用同时出现的可变荷载,应根据观测资料和工程经验采用适当的代表值。具体的设计表达式及各种系数,应符合专门规范的规定。

7.0.3 结构重要性系数γ0应按下列规定采用:
1 对安全等级为一级或设计使用年限为100年及以上的结构构件,不应小于1.1;
2 对安全等级为二级或设计使用年限为50年的结构构件,不应小于1.0;
3 对安全等级为三级或设计使用年限为5年的结构构件,不应小于0.9。
注:对设计使用年限为25年的结构构件,各类材料结构设计规范可根据各自情况确定结构重要性系数γ0的取值。

7.0.4 荷载分项系数应按下列规定采用:
1 永久荷载分项系数γG,当永久荷载效应对结构构件的承载能力不利时,对式(7.0.2-1)及(7.0.2-3),应取1.2,对式(7.0.2-2),应取1.35;当永久荷载效应对结构构件的承载能力有利时,不应大于1.0。
2 第1个和第i个可变荷载分项系数γQ1和γQi,当可变荷载效应对结构构件的承载能力不利时,在一般情况下应取1.4;当可变荷载效应对结构构件的承载能力有利时,应取为0。

7.0.5 对于正常使用极限状态,结构构件应按本标准3.0.5条的要求分别采用荷载效应的标准组合、频遇组合和准永久组合进行设计,使变形、裂缝等荷载效应的设计值符合下式的要求。

7.0.6 变形、裂缝等荷载效应的设计值Sd应符合下列规定:


条文说明

7 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β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γG=1.2,γQ=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 68—84),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:

应该指出,当pf≥p0/2时β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γ0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γ0对作用效应进行调整。考虑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γ0分别取不应小于1.1、1.0和0.9。

7.0.4 对永久荷载系数γG和可变荷载系数γQ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,γG不应大于1.0。

7.0.5~7.0.6 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。

8 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表达。在各类材料结构设计与施工规范中,应对材料和构件的力学性能、几何参数等质量特征提出明确的要求。
材料和构件的合格质量水平,应根据各类材料结构设计规范规定的结构构件可靠指标确定。

8.0.2 材料宜根据统计资料,按不同质量水平划分等级。等级划分不宜过密。对不同等级的材料,设计时应采用不同的材料性能标准值。

8.0.3 对建筑结构应实施为保证结构可靠度所必需的质量控制。建筑结构的各项质量控制应由有关标准作出规定。建筑结构的质量控制应包括下列内容:
1 勘察与设计的质量控制;
2 材料和制品的质量控制;
3 施工的质量控制;
4 使用和维护的质量控制。

8.0.4 勘察与设计的质量控制应达到下列要求:
1 勘察资料应符合工程要求,数据准确,结论可靠;
2 设计方案、基本假定和计算模型合理,数据运用正确;
3 图纸和其他设计文件符合有关规定。

8.0.5 为进行施工质量控制,在各工序内应实行质量自检,在各工序间应实行交接质量检查。对工序操作和中间产品的质量,应采用统计方法进行抽查;在结构的关键部位应进行系统检查。

8.0.6 在建筑结构使用期间,应保证设计预定的使用条件,定期检查结构状况,并进行必要的维修。当实际使用条件和设计预定的使用条件不同时,应进行专门的验算和采取必要的措施。

8.0.7 材料和构件的质量控制应包括下列两种控制:
1 生产控制:在生产过程中,应根据规定的控制标准,对材料和构件的性能进行经常性检验,及时纠正偏差,保持生产过程中质量的稳定性。
2 合格控制(验收):在交付使用前,应根据规定的质量验收标准,对材料和构件进行合格性验收,保证其质量符合要求。

8.0.8 合格控制可采用抽样检验的方法进行。
各类材料和构件应根据其特点制定具体的质量验收标准,其中应明确规定验收批量、抽样方法和数量、验收函数和验收界限等。
质量验收标准宜在统计理论的基础上制定。

8.0.9 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,在制定质量验收标准时,必须控制用户方风险率。计算用户方风险率时采用的极限质量水平,可按各类材料结构设计规范的有关要求和工程经验确定。
仅对连续生产的材料和构件,当产品质量稳定时,可按控制生产方风险率的条件制定质量验收标准。

8.0.10 当一批材料或构件经抽样检验判为不合格时,应根据有关的质量验收标准对该批产品进行复查或重新确定其质量等级,或采取其他措施处理。

条文说明

8 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β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:

式中μf和δf为材料和构件的某个质量特征f的平均值和变异系数,β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β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;
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β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,直至报废。

本标准用词说明


为便于在执行本标准条文时区别对待,对执行标准严格程度的用词说明如下:

一、表示很严格,非这样做不可的用词

正面词采用“必须”,反面词采用“严禁”;

二、表示严格,在正常情况下均应这样做的用词

正面词采用“应”,反面词采用“不应”或“不得”;

三、表示允许稍有选择,在条件许可时首先应这样做的用词

正面词采用“宜”,反面词采用“不宜”。

表示有选择,在一定条件下可以这样做的,采用“可”。