8.2 承載能力極限狀態(tài)

8.2.1 結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件按承載能力極限狀態(tài)設(shè)計時，應(yīng)考慮下列狀態(tài)：

  1 結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件的破壞或過度變形，此時結(jié)構(gòu)的材料強度起控制作用；

  2 整個結(jié)構(gòu)或其一部分作為剛體失去靜力平衡，此時結(jié)構(gòu)材料或地基的強度不起控制作用；

  3 地基破壞或過度變形，此時巖土的強度起控制作用；

  4 結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件疲勞破壞，此時結(jié)構(gòu)的材料疲勞強度起控制作用。
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8.2.1 本條列出了四種承載能力極限狀態(tài)，應(yīng)根據(jù)四種狀態(tài)性質(zhì)的不同，采用不同的設(shè)計表達(dá)方式及與之相應(yīng)的分項系數(shù)數(shù)值。
1 結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件的破壞，也包括基礎(chǔ)等。
4 對于疲勞破壞，有些材料（如鋼筋）的疲勞強度宜采用應(yīng)力變程（應(yīng)力幅）而不采用強度絕對值來表達(dá)。

8.2.2 結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件按承載能力極限狀態(tài)設(shè)計時，應(yīng)符合下列規(guī)定：

  1 結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件的破壞或過度變形的承載能力極限狀態(tài)設(shè)計，應(yīng)符合下式規(guī)定：

γ₀S_d≤R_d       (8.2.2-1)

式中：γ₀——結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)，其值按本標(biāo)準(zhǔn)第8.2.8條的有關(guān)規(guī)定采用；

      S_d——作用組合的效應(yīng)設(shè)計值；

      R_d——結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件的抗力設(shè)計值。

  2 結(jié)構(gòu)整體或其一部分作為剛體失去靜力平衡的承載能力極限狀態(tài)設(shè)計，應(yīng)符合下式規(guī)定：

γ₀S_d,dst≤S_d,stb       (8.2.2-2)

式中：S_d,dst——不平衡作用效應(yīng)的設(shè)計值；

           S_d,stb——平衡作用效應(yīng)的設(shè)計值。

  3 地基的破壞或過度變形的承載能力極限狀態(tài)設(shè)計，可采用分項系數(shù)法進(jìn)行，但其分項系數(shù)的取值與本標(biāo)準(zhǔn)式(8.2.2-1)中所包含的分項系數(shù)的取值可有區(qū)別；地基的破壞或過度變形的承載力設(shè)計，也可采用容許應(yīng)力法等方法進(jìn)行。

  4 結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件的疲勞破壞的承載能力極限狀態(tài)設(shè)計，可按現(xiàn)行有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的方法進(jìn)行。
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8.2.2 作用組合的效應(yīng)設(shè)計值S_d，包括如軸力、彎矩設(shè)計值或表示幾個軸力、彎矩向量的設(shè)計值等；本標(biāo)準(zhǔn)式(8.2.2-1)中，Sd包括荷載系數(shù)，R_d包括材料系數(shù)（或抗力系數(shù)），這兩類系數(shù)在一定范圍內(nèi)是可以互換的。
以建筑結(jié)構(gòu)中安全等級為二級、設(shè)計使用年限為50年的鋼筋混凝土軸心受拉構(gòu)件為例。
設(shè)永久作用標(biāo)準(zhǔn)值的效應(yīng)NG_k＝10kN，可變作用標(biāo)準(zhǔn)值的效應(yīng)NQ_k＝20kN，鋼筋強度標(biāo)準(zhǔn)值f_yk＝400N/mm²，求所需鋼筋面積A_s。
方案1：取γ_G＝1.3，γ_Q＝1.5，γ_s＝1.1，則由本標(biāo)準(zhǔn)式(8.2.4-2)，作用組合的效應(yīng)設(shè)計值N_d＝γ_GNG_k＋γ_QNQ_k＝1.3×10＋1.5×20＝43kN，取R_d＝A_sf_yk/γ_s＝N_d＝43kN，則A_s＝43×1.1/(400×0.001)＝118.3mm²。
方案2：取γ_G＝1.192(＝1.3×1.1/1.2)，γ_Q＝1.375(＝1.5×1.1/1.2)，γs＝1.2[＝1.1/(1.1/1.2)]，則由本標(biāo)準(zhǔn)式(8.2.4-2)，作用組合的效應(yīng)設(shè)計值N_d＝γ_GNG_k＋γ_QNQ_k＝1.192×10＋1.375×20＝39.42kN，取Rd＝A_sf_yk/γ_s＝N_d＝39.42kN，則A_s＝39.42×1.2/(400×0.001)＝118.3mm²。
方案1和方案2是完全等價的，用相同的鋼筋截面積承受相同的拉力設(shè)計值，安全度是完全相同的。
方案1的荷載系數(shù)及材料系數(shù)與國際及國內(nèi)參數(shù)比較靠近，而方案2則有明顯差異，因此方案2不可取。

8.2.3 承載能力極限狀態(tài)設(shè)計表達(dá)式中的作用組合，應(yīng)符合下列規(guī)定：

  1 作用組合應(yīng)為可能同時出現(xiàn)的作用的組合；

  2 每個作用組合中應(yīng)包括一個主導(dǎo)可變作用或一個偶然作用或一個地震作用；

  3 當(dāng)結(jié)構(gòu)中永久作用位置的變異，對靜力平衡或類似的極限狀態(tài)設(shè)計結(jié)果很敏感時，該永久作用的有利部分和不利部分應(yīng)分別作為單個作用；

  4 當(dāng)一種作用產(chǎn)生的幾種效應(yīng)非全相關(guān)時，對產(chǎn)生有利效應(yīng)的作用，其分項系數(shù)的取值應(yīng)予以降低；

  5 對不同的設(shè)計狀況應(yīng)采用不同的作用組合。

8.2.4 對持久設(shè)計狀況和短暫設(shè)計狀況，應(yīng)采用作用的基本組合，并應(yīng)符合下列規(guī)定：

  1 基本組合的效應(yīng)設(shè)計值按下式中最不利值確定：

式中：S(·)——作用組合的效應(yīng)函數(shù)；

      G_ik——第i個永久作用的標(biāo)準(zhǔn)值；

      P——預(yù)應(yīng)力作用的有關(guān)代表值；

      Q_1k——第1個可變作用的標(biāo)準(zhǔn)值；

      Q_jk——第j個可變作用的標(biāo)準(zhǔn)值；

      γ_Gi——第i個永久作用的分項系數(shù)，應(yīng)按本標(biāo)準(zhǔn)第8.2.9條的有關(guān)規(guī)定采用；

      γ_P——預(yù)應(yīng)力作用的分項系數(shù)，應(yīng)按本標(biāo)準(zhǔn)第8.2.9條的有關(guān)規(guī)定采用；

      γ_Q1——第1個可變作用的分項系數(shù)，應(yīng)按本標(biāo)準(zhǔn)第8.2.9條的有關(guān)規(guī)定采用；

      γ_Qj——第j個可變作用的分項系數(shù)，應(yīng)按本標(biāo)準(zhǔn)第8.2.9條的有關(guān)規(guī)定采用；

      γ_L1、γ_Lj——第1個和第j個考慮結(jié)構(gòu)設(shè)計使用年限的荷載調(diào)整系數(shù)，應(yīng)按本標(biāo)準(zhǔn)第8.2.10條的有關(guān)規(guī)定采用；

      ψ_cj——第j個可變作用的組合值系數(shù)，應(yīng)按現(xiàn)行有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定采用。

  2 當(dāng)作用與作用效應(yīng)按線性關(guān)系考慮時，基本組合的效應(yīng)設(shè)計值按下式中最不利值計算：

式中：S_Gik——第i個永久作用標(biāo)準(zhǔn)值的效應(yīng)；

      S_P——預(yù)應(yīng)力作用有關(guān)代表值的效應(yīng)；

      S_Q1k——第1個可變作用標(biāo)準(zhǔn)值的效應(yīng)；

      S_Qjk一一第j個可變作用標(biāo)準(zhǔn)值的效應(yīng)。
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8.2.4 對基本組合，原標(biāo)準(zhǔn)給出了設(shè)計表達(dá)式，設(shè)計人員可用作設(shè)計，但僅限于作用與作用效應(yīng)按線性關(guān)系考慮的情況，非線性關(guān)系時不適用。本次修訂根據(jù)《工程結(jié)構(gòu)可靠性設(shè)計統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》GB 50153-2008給出對線性與非線性二種關(guān)系全部適用的、設(shè)計人員可直接采用的表達(dá)式。應(yīng)注意在本標(biāo)準(zhǔn)式(8.2.4-1)作用組合的效應(yīng)函數(shù)S(·)中，符號“Σ”和?“＋”均表示組合，即同時考慮所有作用對結(jié)構(gòu)的共同影響，而不表示代數(shù)相加。
本標(biāo)準(zhǔn)對結(jié)構(gòu)的重要性系數(shù)用γ₀表示，這與原標(biāo)準(zhǔn)相同。
當(dāng)結(jié)構(gòu)的設(shè)計使用年限與設(shè)計基準(zhǔn)期不同時，應(yīng)對可變作用的標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行調(diào)整，這是因為結(jié)構(gòu)上的各種可變作用均是根據(jù)設(shè)計基準(zhǔn)期確定其標(biāo)準(zhǔn)值的。以房屋建筑為例，結(jié)構(gòu)的設(shè)計基準(zhǔn)期為50年，即房屋建筑結(jié)構(gòu)上的各種可變作用的標(biāo)準(zhǔn)值取其50年一遇的最大值分布上的“某一分位值”，對設(shè)計使用年限為100年的結(jié)構(gòu)，要保證結(jié)構(gòu)在100年時具有設(shè)計要求的可靠度水平，理論上要求結(jié)構(gòu)上的各種可變作用應(yīng)采用100年一遇的最大值分布上的相同分位值作為可變作用的“標(biāo)準(zhǔn)值”，但這種作法對同一種可變作用會隨設(shè)計使用年限的不同而有多種“標(biāo)準(zhǔn)值”，不便于荷載規(guī)范表達(dá)和設(shè)計人員使用，為此，本標(biāo)準(zhǔn)首次提出考慮結(jié)構(gòu)設(shè)計使用年限的荷載調(diào)整系數(shù)γ_L，以設(shè)計使用年限100年為例，γ_L的含義是在可變作用100年一遇的最大值分布上，與該可變作用50年一遇的最大值分布上標(biāo)準(zhǔn)值的相同分位值的比值，其他年限可類推。在本標(biāo)準(zhǔn)表8.2.10中對房屋建筑結(jié)構(gòu)給出了γ_L的具體取值，設(shè)計人員可直接采用；對設(shè)計使用年限為50年的結(jié)構(gòu)，其設(shè)計使用年限與設(shè)計基準(zhǔn)期相同，不需調(diào)整可變作用的標(biāo)準(zhǔn)值，則取γ_L＝1.0。
永久荷載不隨時間而變化，因而與γ_L無關(guān)。
當(dāng)設(shè)計使用年限大于基準(zhǔn)期時，除在荷載方面需考慮γ_L外，在抗力方也需采取相應(yīng)措施，如采用較高的混凝土強度等級、加大混凝土保護(hù)層厚度或?qū)︿摻钭魍繉犹幚淼龋菇Y(jié)構(gòu)在較長的時間內(nèi)不致因材料性能劣化而降低可靠度。
式(8.2.4)中第1個可變作用Q₁即為主導(dǎo)可變作用。
當(dāng)作用與作用效應(yīng)不宜按線性關(guān)系考慮時，在單個主導(dǎo)作用的情形下可考慮以下簡化規(guī)則：a)當(dāng)效應(yīng)的增加高于作用時，作用分項系數(shù)應(yīng)乘在作用代表值上；b)當(dāng)效應(yīng)的增加低于作用時，作用分項系數(shù)應(yīng)乘在作用代表值的效應(yīng)上。除懸索、纜索和膜結(jié)構(gòu)外，大多數(shù)結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件屬于效應(yīng)的增加高于作用的類型。

8.2.5 對偶然設(shè)計狀況，應(yīng)采用作用的偶然組合，并應(yīng)符合下列規(guī)定：

  1 偶然組合的效應(yīng)設(shè)計值按下式確定：

式中：A_d——偶然作用的設(shè)計值；

      ψ_f1——第1個可變作用的頻遇值系數(shù)，應(yīng)按有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定采用；

      ψ_q1、ψ_qj——第1個和第j個可變作用的準(zhǔn)永久值系數(shù)，應(yīng)按有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定采用。

  2 當(dāng)作用與作用效應(yīng)按線性關(guān)系考慮時，偶然組合的效應(yīng)設(shè)計值按下式計算：

式中：SA_d——偶然作用設(shè)計值的效應(yīng)。
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8.2.5 偶然作用的情況復(fù)雜，種類很多，因而對偶然組合，原標(biāo)準(zhǔn)只用文字作了簡單敘述，本標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)《工程結(jié)構(gòu)可靠性設(shè)計統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》GB 50153-2008給出了偶然組合效應(yīng)設(shè)計值的表達(dá)式，但未能統(tǒng)一選定本標(biāo)準(zhǔn)式(8.2.5-1)及(8.2.5-2)中用ψ_fl或ψ_ql，有關(guān)的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)予以明確。
作用的偶然組合適用于偶然事件發(fā)生時的結(jié)構(gòu)驗算和發(fā)生后受損結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)固性驗算。

8.2.6 對地震設(shè)計狀況，應(yīng)采用作用的地震組合。地震組合的效應(yīng)設(shè)計值應(yīng)符合現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》GB 50011的規(guī)定。
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8.2.6 各類建筑結(jié)構(gòu)都會遭遇地震，很多結(jié)構(gòu)是由抗震設(shè)計控制的。
國內(nèi)外對地震作用的研究，今天已發(fā)展到可統(tǒng)計且有統(tǒng)計數(shù)據(jù)了。可以給出不同重現(xiàn)期的地震作用，根據(jù)地震作用不同的取值水平提出對結(jié)構(gòu)相應(yīng)的性能要求，這和現(xiàn)在無法統(tǒng)計或沒有統(tǒng)計數(shù)據(jù)的偶然作用顯然不同。將地震設(shè)計狀況單獨列出的客觀條件已經(jīng)具備，列出這一狀況有利于建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計的統(tǒng)一協(xié)調(diào)與發(fā)展。

8.2.7 當(dāng)進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計時，結(jié)構(gòu)性能基本設(shè)防目標(biāo)應(yīng)符合下列規(guī)定：

  1 遭遇多遇地震影響，結(jié)構(gòu)主體不受損壞或不需修復(fù)即可繼續(xù)使用；

  2 遭遇設(shè)防地震影響，可能發(fā)生損壞，但經(jīng)一般修復(fù)仍可繼續(xù)使用；

  3 遭遇罕遇地震影響，不致倒塌或發(fā)生危及生命的嚴(yán)重破壞。
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8.2.7 我國建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計已經(jīng)積累了豐富的經(jīng)驗，并凝練出具有我國特色的建筑抗震設(shè)計的設(shè)防目標(biāo)。

8.2.8 結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)γ₀，不應(yīng)小于表8.2.8的規(guī)定。

表8.2.8 結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)γ₀

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8.2.8 結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)γ₀是考慮結(jié)構(gòu)破壞后果的嚴(yán)重性而引入的系數(shù)，對于安全等級為一級和三級的結(jié)構(gòu)構(gòu)件分別取1.1和0.9?？煽慷确治霰砻?，采用這些系數(shù)后，結(jié)構(gòu)構(gòu)件可靠指標(biāo)值較安全等級為二級的結(jié)構(gòu)構(gòu)件分別增減0.5左右，與本標(biāo)準(zhǔn)表3.2.6的規(guī)定基本一致，考慮不同投資主體對建筑結(jié)構(gòu)可靠度的要求可能不同，故允許結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)γ₀分別取不應(yīng)小于1.1、1.0和0.9。  

8.2.9 建筑結(jié)構(gòu)的作用分項系數(shù)，應(yīng)按表8.2.9采用。

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8.2.9 對永久荷載系數(shù)γ_G和可變荷載系數(shù)γ_Q的取值，分別根據(jù)對結(jié)構(gòu)構(gòu)件承載能力有利和不利兩種情況，作出了具體規(guī)定。
在某些情況下，永久荷載效應(yīng)與可變荷載效應(yīng)符號相反，而前者對結(jié)構(gòu)承載能力起有利作用。此時，若永久荷載分項系數(shù)仍取同號效應(yīng)時相同的值，則結(jié)構(gòu)構(gòu)件的可靠度將嚴(yán)重不足。為了保證結(jié)構(gòu)構(gòu)件具有必要的可靠度，并考慮到經(jīng)濟指標(biāo)不致波動過大和應(yīng)用方便，規(guī)定當(dāng)永久荷載效應(yīng)對結(jié)構(gòu)構(gòu)件的承載能力有利時，γ_G不應(yīng)大于1.0。
在“以概率理論為基礎(chǔ)、以分項系數(shù)表達(dá)的極限狀態(tài)設(shè)計方法”中，將對結(jié)構(gòu)可靠度的要求分解到各種分項系數(shù)設(shè)計取值中，作用（包括永久作用、可變作用等）分項系數(shù)取值越高，相應(yīng)的結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)置水平也就越高，但從概率的觀點看，一個結(jié)構(gòu)可靠與否是隨機事件，無論其可靠度水平有多高，都不能做到100％安全可靠，總會有一定的失效概率存在，因此不可避免地存在著由于結(jié)構(gòu)失效帶來的風(fēng)險（危及人的生命、造成經(jīng)濟損失、對社會或環(huán)境產(chǎn)生不利影響等），人們只能做到把風(fēng)險控制在可接受的范圍內(nèi)。一般來說，可靠度設(shè)置水平越高風(fēng)險水平就越低，相應(yīng)的一次投資的經(jīng)濟代價也越高；相反，可靠度設(shè)置水平越低風(fēng)險水平就越高，而相應(yīng)的一次投資的經(jīng)濟代價則越低。在經(jīng)濟發(fā)展水平較低的時候，對結(jié)構(gòu)可靠度的投入受到經(jīng)濟水平的制約，在保證“基本安全”的前提下，人們不得不承受較高的風(fēng)險；而在經(jīng)濟發(fā)展水平較高的條件下，人們更多會選擇具有較高投入的結(jié)構(gòu)可靠度從而降低所承擔(dān)的風(fēng)險。本次修訂將永久作用分項系數(shù)γ_G由1.2調(diào)整為1.3、可變作用分項系數(shù)γ_Q由1.4調(diào)整為1.5，同時相應(yīng)調(diào)整預(yù)應(yīng)力作用的分項系數(shù)γ_p，由1.2調(diào)整為1.3，為我國房屋建筑結(jié)構(gòu)與國際主流規(guī)范可靠度設(shè)置水平的一致性奠定了基礎(chǔ)。  

8.2.10 建筑結(jié)構(gòu)考慮結(jié)構(gòu)設(shè)計使用年限的荷載調(diào)整系數(shù)，應(yīng)按表8.2.10采用。

表8.2.10 建筑結(jié)構(gòu)考慮結(jié)構(gòu)設(shè)計使用年限的荷載調(diào)整系數(shù)γ_L

注：對設(shè)計使用年限為25年的結(jié)構(gòu)構(gòu)件，γ_L 應(yīng)按各種材料結(jié)構(gòu)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定采用。

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8.2.10 對設(shè)計使用年限為100年和5年的結(jié)構(gòu)構(gòu)件，通過考慮結(jié)構(gòu)設(shè)計使用年限的荷載調(diào)整系數(shù)γ_L對可變荷載取值進(jìn)行調(diào)整。