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学习笔记 | 可靠性理论的可靠性（2）——可靠性标准发展历史

结构先声 · 公众号 · · 2024-11-14 17:00

主要观点总结

本文总结了建筑结构可靠性（度）设计标准、工程结构可靠性（度）设计标准以及工程结构通用规范的发展过程与修订内容。

关键观点总结

关键观点1: 概率极限状态设计法是工程结构可靠性设计方法发展的里程碑，但容许应力法和安全系数法在仍有存在必要和工程价值。

随着工程结构的发展，概率极限状态设计法成为了主要的工程结构可靠性设计方法，但是容许应力法和安全系数法在一些特定情况下仍然具有应用价值。

关键观点2: 分项系数的取值与作用组合方式经历了时代发展过程，并将继续发展完善。

分项系数是极限状态设计法中的一种简化方式，其取值和作用组合方式随着时代的发展而不断变化，以适应不同的工程需求和行业标准。

关键观点3: 工程结构标准规范层次体系的建立，如何借鉴与对标国外行业标准规范，如何适应我国工程行业特点和历史发展，这些问题值得继续深入研究。

建立工程结构标准规范层次体系是一个重要的问题，需要考虑到我国工程行业的特点和历史发展，同时借鉴和对比国外行业标准规范，不断完善和发展我国的工程结构标准规范。

正文

上期文章通过轴向受压构件正截面受压承载力计算，对比了74《砼规》安全系数法与89《混规》可靠度方法的差异，得到如下结论：

1、89《混规》采用荷载分项系数与材料分项系数，相比74《砼规》的单一安全系数，确实可以更加细化地考虑混凝土结构的可靠度；

2、混凝土结构的荷载与材料是比较复杂的，统计资料的丰富度也存在很大差异，相关分项系数的差异性也较大；

3、为了保证规范的延续性，89《混规》分项系数的取值基于74《砼规》的安全系数取值，例如永久荷载的分项系数与混凝土材料分项系数取值的乘积γ _G ×γ _C =1.2×1.35=1.62，略大于一般构件轴心受压强度设计安全系数K=1.55。

本期文章我们总结一下可靠性标准的发展历史。

我国第一部建筑结构可靠性标准为1984年发布的《建筑结构设计统一标准》 GBJ 68-84 ^[1] ；第一部工程结构可靠性标准为1992年发布的《工程结构设计统一标准》GB 50153-92 ^[2] ；2001年修订并发布了《建筑结构可靠度设计统一标准》GB 50068-2001 ^[3] ；2008年修订并发布了《工程结构可靠性设计统一标准》 GB 50153-2008 ^[4] 。2018年修订并发布了《建筑结构可靠性设计统一标准》GB 50068-2018 ^[5] 。2021年发布了《工程结构通用规范》GB 55001-2021 ^[6] 。

一

建筑结构可靠性标准

编制GBJ 68-84标准的目的是统一我国建筑结构设计的基本原则和处理建筑结构可靠度问题的方法，以提高下一代建筑结构设计规范的质量，并逐步形成完整的体系 ^[7] 。该标准的编制参考了美、加、欧及国际标准化组织（ISO）的相关标准规范，取消了原74系列规范中采用的定值安全系数法，在我国首次确立了以概率理论为基础的结构极限状态设计方法。GBJ 68-84给出了建筑结构安全等级和安全系数，延续原有规范的可靠度通过“校准法”确定了结构构件的可靠指标，明确了永久荷载与可变荷载及材料的分项系数。

GB 50068-2001在GBJ 68-84的基础上做了如下几方面的改进 ^[8、9] ：1)在承载力能力极限状态设计时，基本组合中增加永久荷载起控制作用的组合，此时永久荷载分项系数由1.2改为1.35；2)改变遇风组合规则，取消了遇风才采用组合值系数的规定；3)混凝土材料分项系数由 1.35提高为1.4；4)补充了正常使用极限状态可靠度设计要求；5)对地基基础设计与抗震设计，从原标准的“应”改为“宜”遵守本标准。以混凝土结构构件为例，经以上调整, 混凝土结构构件可靠指标约提高0.6，可靠概率相当于提高了一个数量级，钢筋用量增加了10 %～20 %。

GB 50068-2018与GB 50153-2008进行了全面协调；调整了建筑结构安全度水平；取消了永久荷载为主时起控制作用时分项系数取1.35的组合式；提高了相关作用分项系数的取值，不利时永久作用分项系数由1.2提高到1.3，不利时可变作用分项系数由1.4提高到1.5；增加抗震设计工况内容；完善既有结构可靠性评定规定；新增结构整体稳固性设计和耐久性极限状态设计规定。

二

工程结构可靠性标准

GB 50153-92由中国建筑科学研究院会同房屋建筑、铁路、公路、港口及水利水电工程结构可靠度设计统一标准的主编单位共同编制而成 ^[2] 。通过该标准的编制，希望建立起我国三层次的标准规范体系：第一层次是各类工程结构可靠度设计共同遵守的准则；第二层次是每类工程结构可靠度设计统一标准；第三层次为可供工程人员直接采用的专业技术规范。通过各行业的努力，期望在2000年前在工程结构领域全部实现概率极限状态设计方法，在工程结构可靠度设计方面走在世界前列 ^[10] 。GB 50153-92的发布，确立了我国工程结构设计准则从容许应力法、破损阶段设计法（安全系数法）、（半概率）极限状态设计法，过渡到概率极限状态设计法，可使设计的各类结构具有大体相等的可靠度。GB 50153-92所采用的基本理论和章节内容以GBJ 68-84为基础，并根据三层次标准规范体系的思路做了适应所有工程结构的凝练。

GB 50153-2008将GB 50153-92标准名称中的“可靠度”修订为“可靠性”，章节内容做了较大程度的调整与修订，给出了术语、符号，规定了必须严格执行的强制性条文，把土木工程各领域工程结构设计的共性要求列入了正文，将专门领域的具体规定和对专门问题的规定列入了附录 ^[4] 。GB 50153-2008总则中除继续规定宜采用概率极限状态设计法，同时也可采用容许应力法或单一安全系数等经验方法。

三

工程结构通用规范

GB 55001-2021为系列全文强制性规范之一，具有技术法规属性，编制重点是提要求，而非具体的操作方法 ^[12] 。GB 55001-2021的技术条文主要源于《工程结构可靠性设计统一标准》（GB 50153-2008）、《建筑结构荷载规范》（GB 50009-2012）和房屋建筑、公路、港工、水利水电行业的相关标准。GB 55001-2021的内容架构和要素构成与欧洲规范EN1990:2002和 EN1991:2002基本一致，同时借鉴了美国模式规范IBC的“结构设计”相关内容，分项系数和活荷载等关键指标的取值与美国共识标准ASCE/SEI7-22和欧洲规范保持了一致性。

GB 55001-2021除对极限状态分项系数设计方法做出详细规定外，还规定了容许应力法和安全系数法的设计表达式。分项系数取值与GB 50068-2018一致。

四

总结

本文总结了建筑结构可靠性（度）设计标准、工程结构可靠性（度）设计标准以及工程结构通用规范的发展过程与修订内容，可以得到如下结论：

1、概率极限状态设计法是工程结构可靠性设计方法发展的里程碑，但容许应力法和安全系数法在仍有存在必要和工程价值；

2、采用分项系数是极限状态设计法的一种简化方式，分项系数的取值与作用组合方式经历了时代发展过程，也将继续发展完善；

3、如何建立工程结构标准规范层次体系，如何借鉴与对标国外行业标准规范，如何适应我国工程行业特点和历史发展，这些问题均值得继续深入研究。

参考文献：

[1] GBJ 68-84 建筑结构设计统一标准 [S]. 北京：中国建筑工业出版社，1984.

[2] GB 50153-92 工程结构可靠度设计统一标准 [S]. 北京：中国计划出版社，1992.

[3] GB 50068-2001 建筑结构可靠度设计统一标准 [S]. 北京：中国建筑工业出版社，2001.

[4] GB 50153-2008 工程结构可靠性设计统一标准 [S]. 北京：中国建筑工业出版社，2008.

[5] GB 50068-2018 建筑结构可靠性设计统一标准 [S]. 北京：中国建筑工业出版社，2018.

[6] GB 55001-2021 工程结构通用规范 [S]. 北京：中国建筑工业出版社，2021.

[7] 李明顺,邵卓民.我国《建筑结构设计统一标准》(初稿)的几个特点[J].建筑结构,1981,(04):1-8.

[8] 李明顺.《建筑结构可靠度设计统一标准》(报批稿)的主要特色[J].建筑科学,2000,(06):1-3.

[9] 李明顺,胡德炘,史志华.《建筑结构可靠度设计统一标准》(GB50068—2001)的技术合理性与依据[J].建筑结构,2002,(01):61-66.

[10] 李明顺.工程结构可靠度设计统一标准及概率极限状态设计方法概述[J].建筑科学,1992,(02):3-7.

[11] 邵卓民.工程结构设计准则的演进[J].工业建筑,1993,(05):48-50.

[12] 陈凯,肖从真,金新阳,等.《工程结构通用规范》编制概要[J/OL].建筑结构,1-6[2024-09-24].