地震荷载动力分析与结构可靠度设计原理

由例题分析结果可见，若采用单一系数表达式，对于同一结构构件，当可变荷载与恒载的比值不同时，安全系数将不同，这给工程设计带来不便，且由于可变荷载的变异性相对较大，当其占主导地位时，由同一设计表达式设计的结构，其安全程度会降低。为此，国际上及我国各行业规范中通常采用下列形式的分项系数表达式

式中　γ0——结构重要性系数；

γG——恒载分项系数；

、——第1个和第i个可变荷载分项系数；

——恒载标准值效应；

——第1个可变荷载标准值效应，该效应大于其他任何第i个可变荷载标准值效应；

——第i个可变荷载标准值效应；(www.xing528.com)

——第i个可变荷载的组合值系数；

R（·）——结构构件的抗力函数；

γR——结构构件抗力分项系数；

fk——结构构件材料性能的标准值；

ak——结构构件几何尺寸的标准值。

该表达式是由一组分项系数和设计代表值组成，它们反应了由于各种不定性的影响。对每一个材料和作用的分项系数仅考虑其自身的变异性，使分项系数的概念比较明确。其中作用分项系数用来考虑作用对其标准值的不利变异（但它未考虑将作用换算成结构上的作用效应时的计算模式不定性，因为这样会造成同一种作用在不同结构上将会有不同的作用分项系数，给实用上带来不便）。材料性能分项系数用来考虑试件材料或岩、土等试件性能对其标准值的不利变异，它是从材料试件的试验统计资料出发，考虑试件材料性能本身的变异性，未考虑试件材料换算成结构中材料性能的不定性，也没有考虑计算成结构抗力时的不定性。因此，只要材料相同，在不同的结构中可以采用相同的材料性能分项系数。结构重要性系数是用来考虑工程结构及结构构件的结构安全级别的。从失效概率看，不同结构安全级别的结构失效概率应有差别。例如表6-2中，Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ级水工结构的目标可靠指标级差0.5，相当于失效概率相差约10倍，大致相当于以往安全系数相差10%。因此，取结构重要性系数为1.1、1.0、0.9。

此外，在《水工混凝土结构设计规范》中，还有设计状况系数和结构系数。设计状况系数考虑在不同设计状况下有不同的可靠度水平。结构系数在分项系数极限状态设计表达式中，用来考虑作用效应计算和抗力计算不定性以及作用、材料性能分项系数不能完全考虑的其他各种变异性。

这样，在规范设计表达式中，作用分项系数、材料性能分项系数及其标准值共同承担了一部分安全储备，对于目标可靠指标的其余安全储备，由结构系数承担。但具体而言，由于不同行业的结构型式、荷载类型不同，规范设计式的形式也不同。以下给出了适用于水工结构设计的《水工混凝土结构设计规范》（SL/T 191—96）和适用于建筑结构设计的《混凝土结构设计规范》（GB 50157—2003）中的设计表达式，以供学习和应用参考。