5.2 結(jié)構(gòu)上的作用

5.2.1  結(jié)構(gòu)上的大部分作用，例如建筑結(jié)構(gòu)的樓面活荷載和風(fēng)荷載，它們各自出現(xiàn)與否以及出現(xiàn)時(shí)量值的大小，在時(shí)間和空間上都是互相獨(dú)立的，這種作用在計(jì)算其結(jié)構(gòu)效應(yīng)和進(jìn)行組合時(shí)，均可按單個(gè)作用考慮。某些作用在結(jié)構(gòu)上的出現(xiàn)密切相關(guān)且有可能同時(shí)以最大值出現(xiàn)，例如橋梁上諸多單獨(dú)的車輛荷載，可以將它們以車隊(duì)形式作為單個(gè)荷載來考慮。此外，冬季的雪荷載和結(jié)構(gòu)上的季節(jié)溫度差，它們的最大值有可能同時(shí)出現(xiàn)，就不能各自按單個(gè)作用考慮它們的組合。

5.2.2  對有可能同時(shí)出現(xiàn)的各種作用，應(yīng)該考慮它們在時(shí)間和空間上的相關(guān)關(guān)系，通過作用組合（荷載組合）來處理對結(jié)構(gòu)效應(yīng)的影響；對于不可能同時(shí)出現(xiàn)的作用，就不應(yīng)考慮其同時(shí)出現(xiàn)的組合。

5.2.3  作用按隨時(shí)間的變化分類是作用最主要的分類，它直接關(guān)系到作用變量概率模型的選擇。

永久作用的統(tǒng)計(jì)參數(shù)與時(shí)間基本無關(guān)，故可采用隨機(jī)變量概率模型來描述；永久作用的隨機(jī)性通常表現(xiàn)在隨空間變異上。可變作用的統(tǒng)計(jì)參數(shù)與時(shí)間有關(guān)，故宜采用隨機(jī)過程概率模型來描述；在實(shí)用上經(jīng)常可將隨機(jī)過程概率模型轉(zhuǎn)化為隨機(jī)變量概率模型來處理。

作用按不同性質(zhì)進(jìn)行分類，是出于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范化的需要，例如，車輛荷載，按隨時(shí)間變化的分類屬于可變荷載，應(yīng)考慮它對結(jié)構(gòu)可靠性的影響；按隨空間變化的分類屬于自由作用，應(yīng)考慮它在結(jié)構(gòu)上的最不利位置；按結(jié)構(gòu)反應(yīng)特點(diǎn)的分類屬于動(dòng)態(tài)荷載，還應(yīng)考慮結(jié)構(gòu)的動(dòng)力響應(yīng)。

在選擇作用的概率模型時(shí)，很多典型的概率分布類型的取值往往是無界的，而實(shí)際上很多隨機(jī)作用的量值由于客觀條件的限制而具有不能被超越的界限值，例如水壩的最高水位，具有敞開泄壓口的內(nèi)爆炸荷載等。選用這類有界作用的概率分布類型時(shí)，應(yīng)考慮它們的特點(diǎn)，例如可采用截尾的分布類型。

作用的其他分類，例如，當(dāng)進(jìn)行結(jié)構(gòu)疲勞驗(yàn)算時(shí)，可按作用隨時(shí)間變化的低周性和高周性分類；當(dāng)考慮結(jié)構(gòu)徐變效應(yīng)時(shí)，可按作用在結(jié)構(gòu)上持續(xù)期的長短分類。

5.2.4～5.2.7  作為基本變量的作用，應(yīng)盡可能根據(jù)它隨時(shí)間變化的規(guī)律，采用隨機(jī)過程的概率模型來描述，但由于對作用觀測數(shù)據(jù)的局限性，對于不同問題還可給以合理的簡化。譬如，在設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)結(jié)構(gòu)上的最不利作用（最大作用或最小作用），原則上也應(yīng)按隨機(jī)過程的概率模型，但通過簡化，也可采用隨機(jī)變量的概率模型來描述。

   在一個(gè)確定的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期T內(nèi)，對荷載隨機(jī)過程作一次連續(xù)觀測（例如對某地的風(fēng)壓連續(xù)觀測30-50年），所獲得的依賴于觀測時(shí)間的數(shù)據(jù)就稱為隨機(jī)過程的一個(gè)樣本函數(shù)。每個(gè)隨機(jī)過程都是由大量的樣本函數(shù)構(gòu)成的。

    荷載隨機(jī)過程的樣本函數(shù)是十分復(fù)雜的，它隨荷載的種類不同而異。目前對各類荷載隨機(jī)過程的樣本函數(shù)及其性質(zhì)了解甚少。對于常見的活荷載、風(fēng)荷載、雪荷載等，為了簡化起見，采用了平穩(wěn)二項(xiàng)隨機(jī)過程概率模型，即將它們的樣本函數(shù)統(tǒng)一模型化為等時(shí)段矩形波函數(shù)，矩形波幅值的變化規(guī)律采用荷載隨機(jī)過程中任意時(shí)點(diǎn)荷載的概率分布函數(shù)來描述。

    對于永久荷載，其值在設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)基本不變，從而隨機(jī)過程就轉(zhuǎn)化為與時(shí)間無關(guān)的隨機(jī)變量，所以樣本函數(shù)的圖象是平行于時(shí)間軸的一條直線。此時(shí)，荷載一次出現(xiàn)的持續(xù)時(shí)間，在設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)的時(shí)段數(shù)=1，而且在每一時(shí)段內(nèi)出現(xiàn)的概率=1。

    對于可變荷載（活荷載及風(fēng)、雪荷載等），其樣本函數(shù)的共同特點(diǎn)是荷載一次出現(xiàn)的持續(xù)時(shí)間，在設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)的時(shí)段數(shù)r>1，且在內(nèi)至少出現(xiàn)一次，所以平均出現(xiàn)次數(shù)1。不同的可變荷載，其統(tǒng)計(jì)參數(shù)、以及任意時(shí)點(diǎn)荷載的概率分布函數(shù)都是不同的。

    對于活荷載及風(fēng)、雪荷載隨機(jī)過程的樣本函數(shù)采用這種統(tǒng)一的模型，為推導(dǎo)設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期最大荷載的概率分布函數(shù)和計(jì)算組合的最大荷載效應(yīng)（綜合荷載效應(yīng)）等帶來很多方便。

    當(dāng)采用一次二階矩極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法時(shí)，必須將荷載隨機(jī)過程轉(zhuǎn)化為設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期最大荷載

因已規(guī)定，故是一個(gè)與時(shí)間參數(shù)無關(guān)的隨機(jī)變量。

各種荷載的概率模型必須通過調(diào)查實(shí)測，根據(jù)所獲得的資料和數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析后確定，使之盡可能反映荷載的實(shí)際情況，并不要求一律選用平穩(wěn)二項(xiàng)隨機(jī)過程這種特定的概率模型。

任意時(shí)點(diǎn)荷載的概率分布函數(shù)是結(jié)構(gòu)可靠度分析的基礎(chǔ)。它應(yīng)根據(jù)實(shí)測數(shù)據(jù)，運(yùn)用檢驗(yàn)或檢驗(yàn)等方法，選擇典型的概率分布如正態(tài)、對數(shù)正態(tài)、伽馬、極值I型、極值Ⅱ型、極值Ⅲ型等來擬合，檢驗(yàn)的顯著性水平可取0.05。顯著性水平是指所假設(shè)的概率分布類型為真而經(jīng)檢驗(yàn)被拒絕的最大概率。

荷載的統(tǒng)計(jì)參數(shù)，如平均值、標(biāo)準(zhǔn)差、變異系數(shù)等，應(yīng)根據(jù)實(shí)測數(shù)據(jù)，按數(shù)理統(tǒng)計(jì)學(xué)的參數(shù)估計(jì)方法確定。當(dāng)統(tǒng)計(jì)資料不足而一時(shí)又難以獲得時(shí)，可根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)經(jīng)適當(dāng)?shù)呐袛啻_定。

雖然任何作用都具有不同性質(zhì)的變異性，但在工程設(shè)計(jì)中，不可能直接引用反映其變異性的各種統(tǒng)計(jì)參數(shù)并通過復(fù)雜的概率運(yùn)算進(jìn)行設(shè)計(jì)。因此，在設(shè)計(jì)時(shí)，除了采用能便于設(shè)計(jì)者使用的設(shè)計(jì)表達(dá)式外，對作用仍應(yīng)賦予一個(gè)規(guī)定的量值，稱為作用的代表值。根據(jù)設(shè)計(jì)的不同要求，可規(guī)定不同的代表值，以使能更確切地反映它在設(shè)計(jì)中的特點(diǎn)。在本標(biāo)準(zhǔn)中參考國際標(biāo)準(zhǔn)對可變作用采用四種代表值：標(biāo)準(zhǔn)值、組合值、頻遇值和準(zhǔn)永久值，其中標(biāo)準(zhǔn)值是作用的基本代表值，而其他代表值都可在標(biāo)準(zhǔn)值的基礎(chǔ)上乘以相應(yīng)的系數(shù)后來表示。

作用標(biāo)準(zhǔn)值是指其在結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)可能出現(xiàn)的最大作用值。由于作用本身的隨機(jī)性，因而設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)的最大作用也是隨機(jī)變量，尤其是可變作用，原則上都可用它們的統(tǒng)計(jì)分布來描述。作用標(biāo)準(zhǔn)值統(tǒng)一由設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期最大作用概率分布的某個(gè)分位值來確定，設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期應(yīng)該統(tǒng)一規(guī)定，譬如為50年或100年，此外還應(yīng)對該分位值的百分位作明確規(guī)定，這樣標(biāo)準(zhǔn)值就可取分布的統(tǒng)計(jì)特征值（均值、眾值、中值或較高的分位值，譬如90%或95%的分位值），因此在國際上也稱標(biāo)準(zhǔn)值為特征值。

對可變作用的標(biāo)準(zhǔn)值，有時(shí)可以通過平均重現(xiàn)期的規(guī)定來定義，見附錄Ｂ.2.1第3款。

當(dāng)在實(shí)際工程中，由于無法對所考慮的作用取得充分的數(shù)據(jù)，不得不從實(shí)際出發(fā)，根據(jù)已有的工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，通過分析判斷后，協(xié)議一個(gè)公稱值或名義值作為作用的代表值。

當(dāng)有兩種或兩種以上的可變作用在結(jié)構(gòu)上要求同時(shí)考慮時(shí)，由于所有可變作用同時(shí)達(dá)到其單獨(dú)出現(xiàn)時(shí)可能達(dá)到的最大值的概率極小，因此在結(jié)構(gòu)按承載能力極限狀態(tài)設(shè)計(jì)時(shí)，除主導(dǎo)作用應(yīng)采用標(biāo)準(zhǔn)值為代表值外，其他伴隨作用均應(yīng)采用主導(dǎo)作用出現(xiàn)時(shí)段內(nèi)的最大量值，也即以小于其標(biāo)準(zhǔn)值的組合值為代表值（見附錄Ｂ.2.4）。

當(dāng)結(jié)構(gòu)按正常使用極限狀態(tài)的要求進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，例如要求控制結(jié)構(gòu)的變形、局部損壞以及振動(dòng)時(shí)，理應(yīng)從不同的要求出發(fā)，來選擇不同的作用代表值；目前規(guī)范提供的除標(biāo)準(zhǔn)值和組合值外，還有頻遇值和準(zhǔn)永久值。頻遇值是代表某個(gè)約定條件下不被超越的作用水平，例如在設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)被超越的總時(shí)間規(guī)定為某個(gè)較小的比率，或被超越的頻率限制在規(guī)定的頻率內(nèi)的作用水平。準(zhǔn)永久值是代表作用在設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)經(jīng)常出現(xiàn)的水平，也即其持久性部分，當(dāng)對持久性部分無法定性時(shí)，也可按頻遇值定義，在設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)被超越的總時(shí)間規(guī)定為某個(gè)較大的比率來確定（詳見附錄Ｂ.2.2和Ｂ.2.3）。

5.2.8 偶然作用是指在設(shè)計(jì)使用年限內(nèi)不一定出現(xiàn)，而一旦出現(xiàn)其量值很大，且持續(xù)期在多數(shù)情況下很短的作用，例如爆炸、撞擊、龍卷風(fēng)、偶然出現(xiàn)的雪荷載、風(fēng)荷載等。因此，偶然作用的出現(xiàn)是一種意外事件，它們的代表值應(yīng)根據(jù)具體的工程情況和偶然作用可能出現(xiàn)的最大值，并且考慮經(jīng)濟(jì)上的因素，綜合地加以確定，也可通過有關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。

對這類作用，由于歷史資料的局限性，一般都是根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)，通過分析判斷，經(jīng)協(xié)議確定其名義值。當(dāng)有可能獲取偶然作用的量值數(shù)據(jù)并可供統(tǒng)計(jì)分析，但是缺乏失效后果的定量和經(jīng)濟(jì)上的優(yōu)化分析時(shí)，國際標(biāo)準(zhǔn)建議可采用重現(xiàn)期為萬年的標(biāo)準(zhǔn)確定其代表值。

當(dāng)采用偶然作用為結(jié)構(gòu)的主導(dǎo)作用時(shí)，設(shè)計(jì)應(yīng)保證結(jié)構(gòu)不會(huì)由于作用的偶然出現(xiàn)而導(dǎo)致災(zāi)難性的后果。

5.2.9  地震作用的代表值按傳統(tǒng)都采用當(dāng)?shù)氐貐^(qū)的基本烈度，根據(jù)大部分地區(qū)的統(tǒng)計(jì)資料，它相當(dāng)于設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期為50年最大烈度90%的分位值。如果采用重現(xiàn)期表示，基本烈度相當(dāng)于重現(xiàn)期為475年地震烈度。我國《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》將抗震設(shè)防劃分三個(gè)水準(zhǔn)，第一水準(zhǔn)是低于基本烈度，也稱為眾值烈度，俗稱小震，它相當(dāng)于50年最大烈度36.8%的分位值；第二水準(zhǔn)是基本烈度；第三水準(zhǔn)是罕遇地震烈度，它遠(yuǎn)高于基本烈度，俗稱大震，相當(dāng)于50年最大烈度98%分位值，或重現(xiàn)期為2475年地震烈度。

5.2.10 為了能適應(yīng)各種不同形式的結(jié)構(gòu)，將結(jié)構(gòu)上的作用分成兩部分因素：與結(jié)構(gòu)類型無關(guān)的基本作用和與結(jié)構(gòu)類型（包括外形和變形性能）有關(guān)的因素?；咀饔?/span>通常具有隨時(shí)間和空間的變異性，它應(yīng)具有標(biāo)準(zhǔn)化的定義，例如對結(jié)構(gòu)自重可定義為結(jié)構(gòu)的圖紙尺寸和材料的標(biāo)準(zhǔn)重度；對雪荷載可定義標(biāo)準(zhǔn)地面上的雪重為基本雪壓；對風(fēng)荷載可定義標(biāo)準(zhǔn)地面上10m高處的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)距的平均風(fēng)速為基本風(fēng)壓，如此等等。而作用值應(yīng)在基本作用的基礎(chǔ)上，考慮與結(jié)構(gòu)有關(guān)的其他因素，通過反映作用規(guī)律的數(shù)學(xué)函數(shù)來表述，例如，對雪荷載的情況，可根據(jù)屋面的不同條件將基本雪壓換算為屋面上的雪荷載；對風(fēng)荷載的情況，可根據(jù)場地地面粗糙度情況、結(jié)構(gòu)外形及結(jié)構(gòu)不同高度，將基本風(fēng)壓換算為結(jié)構(gòu)上的風(fēng)荷載。

5.2.11 當(dāng)作用對結(jié)構(gòu)產(chǎn)生不可忽略的加速度時(shí)，也即與加速度對應(yīng)的結(jié)構(gòu)效應(yīng)占有相當(dāng)比重時(shí)，結(jié)構(gòu)應(yīng)采用動(dòng)力模型來描述。此時(shí)，動(dòng)態(tài)作用必須按某種方式描述其隨時(shí)間的變異性（隨機(jī)性），作用可根據(jù)分析的方便與否而采用時(shí)域或頻域的描述方式，作用歷程中的不定性可通過選定隨機(jī)參數(shù)的非隨機(jī)函數(shù)來描述，也可進(jìn)一步采用隨機(jī)過程來描述，各種隨機(jī)過程經(jīng)常被假定為分段平穩(wěn)的。

在有些情況下，動(dòng)態(tài)作用與材料性能和結(jié)構(gòu)剛度、質(zhì)量及各類阻尼有關(guān)，此時(shí)對作用的描述首先是在偏于安全的前提下規(guī)定某些參數(shù)，例如結(jié)構(gòu)質(zhì)量、初速度等。通常還可以進(jìn)一步將這些參數(shù)轉(zhuǎn)化為等效的靜態(tài)作用。

如果認(rèn)為所選用的參數(shù)還不能保證其結(jié)果偏于安全，就有必要對有關(guān)作用模型按不同的假設(shè)進(jìn)行計(jì)算，從中選出認(rèn)為可靠的結(jié)果。

5.3 環(huán)境影響

5.3.1～5.3.2 環(huán)境影響可以具有機(jī)械的、物理的、化學(xué)的或生物的性質(zhì)，并且有可能使結(jié)構(gòu)的材料性能隨時(shí)間發(fā)生不同程度的退化，向不利方向發(fā)展，從而影響結(jié)構(gòu)的安全性和適用性。

環(huán)境影響在很多方面與作用相似，而且可以和作用相同地進(jìn)行分類，特別是關(guān)于它們在時(shí)間上的變異性，因此，環(huán)境影響可分類為永久、可變和偶然影響三類。例如，對處于海洋環(huán)境中的混凝土結(jié)構(gòu)，氯離子對鋼筋的腐蝕作用是永久影響，空氣濕度對木材強(qiáng)度的影響是可變影響等。

環(huán)境影響對結(jié)構(gòu)的效應(yīng)主要是針對材料性能的降低，它是與材料本身有密切關(guān)系，因此，環(huán)境影響的效應(yīng)應(yīng)根據(jù)材料特點(diǎn)而加以規(guī)定。在多數(shù)情況下是涉及到化學(xué)的和生物的損害，其中環(huán)境濕度的因素是最關(guān)鍵的。

如同作用一樣，對環(huán)境影響應(yīng)盡量采用定量描述；但在多數(shù)情況下，這樣做是有困難的，因此，目前對環(huán)境影響只能根據(jù)材料特點(diǎn)，按其抗侵蝕性的程度來劃分等級(jí)，設(shè)計(jì)時(shí)按等級(jí)采取相應(yīng)措施。

6  材料和巖土的性能及幾何參數(shù)

6.1  材料和巖土的性能

6.1.1～6.1.2  材料性能實(shí)際上是隨時(shí)間變化的，有些材料性能，例如木材、混凝土的強(qiáng)度等，這種變化相當(dāng)明顯，但為了簡化起見，各種材料性能仍作為與時(shí)間無關(guān)的隨機(jī)變量來考慮，而性能隨時(shí)間的變化一般通過引進(jìn)換算系數(shù)來估計(jì)。

6.1.3  用材料的標(biāo)準(zhǔn)試件試驗(yàn)所得的材料性能，一般說來，不等同于結(jié)構(gòu)中實(shí)際的材料性能，有時(shí)兩者可能有較大的差別。例如，材料試件的加荷速度遠(yuǎn)超過實(shí)際結(jié)構(gòu)的受荷速度，致使試件的材料強(qiáng)度較實(shí)際結(jié)構(gòu)中偏高；試件的尺寸遠(yuǎn)小于結(jié)構(gòu)的尺寸，致使試件的材料強(qiáng)度受到尺寸效應(yīng)的影響而與結(jié)構(gòu)中不同；有些材料，如混凝土，其標(biāo)準(zhǔn)試件的成型與養(yǎng)護(hù)與實(shí)際結(jié)構(gòu)并不完全相同，有時(shí)甚至相差很大，以致兩者的材料性能有所差別。所有這些因素一般習(xí)慣于采用換算系數(shù)或函數(shù)來考慮，從而結(jié)構(gòu)中實(shí)際的材料性能與標(biāo)準(zhǔn)試件材料性能的關(guān)系可用下式表示：

    由于結(jié)構(gòu)所處的狀態(tài)具有變異性，因此換算系數(shù)或函數(shù)也是隨機(jī)變量。

6.1.4  材料強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值一般取概率分布的低分位值，國際上一般取0.05分位值，本標(biāo)準(zhǔn)也采用這個(gè)分位值確定材料強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值。此時(shí)，當(dāng)材料強(qiáng)度按正態(tài)分布時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)值為

當(dāng)按對數(shù)正態(tài)分布時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)值近似為

式中、及分別為材料強(qiáng)度的平均值、標(biāo)準(zhǔn)差及變異系數(shù)。

    當(dāng)材料強(qiáng)度增加對結(jié)構(gòu)性能不利時(shí)，必要時(shí)可取高分位值。

6.1.5  巖土性能參數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)值當(dāng)有可能采用可靠性估值時(shí)，可根據(jù)區(qū)間估計(jì)理論確定，單側(cè)置信界限值由式求得，式中為學(xué)生氏函數(shù)，按置信度1－和樣本容量確定。

6.2  幾何參數(shù)

6.2.1  結(jié)構(gòu)的某些幾何參數(shù)，例如梁跨和柱高，其變異性一般對結(jié)構(gòu)抗力的影響很小，設(shè)計(jì)時(shí)可按確定量考慮。

7     結(jié)構(gòu)分析和試驗(yàn)輔助設(shè)計(jì)

7.1  一般規(guī)定

7.1.1～7.1.3   結(jié)構(gòu)分析是確定結(jié)構(gòu)上作用效應(yīng)的方法，結(jié)構(gòu)上的作用效應(yīng)是指在作用影響下的結(jié)構(gòu)反應(yīng)，包括構(gòu)件截面內(nèi)力（如軸力、剪力、彎矩、扭矩）以及變形和裂縫。

在結(jié)構(gòu)分析中，宜考慮環(huán)境對材料、構(gòu)件和結(jié)構(gòu)性能的影響，如濕度對木材強(qiáng)度的影響，高溫對鋼結(jié)構(gòu)性能的影響等。

7.2  結(jié)構(gòu)模型

7.2.1      建立結(jié)構(gòu)分析模型一般都要對結(jié)構(gòu)原型進(jìn)行適當(dāng)簡化，考慮決定性因素，忽略次要因素，并合理考慮構(gòu)件及其連接，以及構(gòu)件與基礎(chǔ)間的力—變形關(guān)系等因素。

7.2.2      一維結(jié)構(gòu)分析模型適用于結(jié)構(gòu)的某一維尺寸（長度）比其他兩維大得多的情況，或結(jié)構(gòu)在其他兩維方向上的變化對結(jié)構(gòu)分析結(jié)果影響很小的情況，如連續(xù)梁；二維結(jié)構(gòu)分析模型適用于結(jié)構(gòu)的某一維尺寸比其他兩維小得多的情況，或結(jié)構(gòu)在某一維方向上的變化對分析結(jié)果影響很小的情況，如平面框架；三維結(jié)構(gòu)分析模型適用于結(jié)構(gòu)中沒有一維尺寸顯著大于或小于其他兩維的情況。

7.2.4      在許多情況下，結(jié)構(gòu)變形會(huì)引起幾何參數(shù)名義值產(chǎn)生顯著變異。一般稱這種變形效應(yīng)為幾何非線性或二階效應(yīng)。如果這種變形對結(jié)構(gòu)性能有重要影響，原則上應(yīng)與結(jié)構(gòu)的幾何不完整性一樣在設(shè)計(jì)中加以考慮。

7.2.5      結(jié)構(gòu)分析模型描述各有關(guān)變量之間物理上、或經(jīng)驗(yàn)上的關(guān)系。這些變量一般是隨機(jī)變量。計(jì)算模型一般可表達(dá)為：

式中   —— 模型預(yù)測值；

 —— 模型函數(shù)；

（=1，2，…，n） —— 基本變量。

如果模型函數(shù)是完整、準(zhǔn)確的，變量（=1，2，…，n）值在特定的試驗(yàn)中經(jīng)量測已知，則結(jié)果可以預(yù)測無誤；但多數(shù)情況下模型并不完整，這可能因?yàn)槿狈τ嘘P(guān)知識(shí)，或者為設(shè)計(jì)方便而過多簡化造成的。模型預(yù)測值的試驗(yàn)結(jié)果可以寫成如下：

式中（=1，2，…，n）為有關(guān)參數(shù)，它包含著模型不定性，且按隨機(jī)變量處理。在多數(shù)情況下其統(tǒng)計(jì)特性可通過試驗(yàn)或觀測得到。

7.3  作用模型

7.3.1      一個(gè)完善的作用模型應(yīng)能描述作用的特性，如作用的大小、位置、方向、持續(xù)時(shí)間等。在有些情況下，還應(yīng)考慮不同特性之間的相關(guān)性，以及作用與結(jié)構(gòu)反應(yīng)之間的相互作用。

在多數(shù)情況中，結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)反應(yīng)是由作用的大小、位置或方向的急劇變化所引起的。結(jié)構(gòu)構(gòu)件的剛度或抗力的突然改變，亦可能產(chǎn)生動(dòng)態(tài)效應(yīng)。當(dāng)動(dòng)態(tài)性能起控制作用時(shí)，需要比較詳細(xì)的過程描述。動(dòng)態(tài)作用的描述可以時(shí)間為主或以頻率為主給出，依方便而定。為描述作用在時(shí)間變化歷程中的各種不定性，可將作用描述為一個(gè)具有選定隨機(jī)參數(shù)的時(shí)間非隨機(jī)函數(shù)，或作為一個(gè)分段平穩(wěn)的隨機(jī)過程。

7.4  分析方法

7.4.1～7.4.2   當(dāng)結(jié)構(gòu)的材料性能處于彈性狀態(tài)時(shí)，一般可假定力與變形(或變形率)之間的相互關(guān)系是線性的，可采用彈性理論進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析，這種情況下，分析比較簡單，效率也較高；而當(dāng)結(jié)構(gòu)的材料性能處于彈塑性狀態(tài)或完全塑性狀態(tài)時(shí)，力與變形(或變形率)之間的相互關(guān)系比較復(fù)雜，一般情況下都是非線性的，這時(shí)宜采用彈塑性理論或塑性理論進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析。

7.4.3     結(jié)構(gòu)動(dòng)力分析主要涉及到結(jié)構(gòu)的剛度、慣性力和阻尼。動(dòng)力分析剛度與靜力分析所采用的原則一致。盡管重復(fù)作用可能產(chǎn)生剛度的退化，但由于動(dòng)力影響，亦可能引起剛度增大。慣性力是由結(jié)構(gòu)質(zhì)量、非結(jié)構(gòu)質(zhì)量和周圍流體、空氣和土壤等附加質(zhì)量的加速度引起的。阻尼可由許多不同因素產(chǎn)生，其中主要因素有：

（a）     材料阻尼，例如源于材料的彈性特性或塑性特性；

（b）    連接中的摩擦阻尼；

（c）     非結(jié)構(gòu)構(gòu)件引起的阻尼；

（d）    幾何阻尼；

（e）     土壤材料阻尼；

（f）     空氣動(dòng)力和流體動(dòng)力阻尼。

在一些特殊情況下，某些阻尼項(xiàng)可能是負(fù)值，導(dǎo)致從環(huán)境到結(jié)構(gòu)的能量流動(dòng)。例如疾馳、顫動(dòng)和在某些程度上的游渦所引起的反應(yīng)。對于強(qiáng)烈地震時(shí)的動(dòng)力反應(yīng)，一般需要考慮循環(huán)能量衰減和滯回能量消失。

7.5  試驗(yàn)輔助設(shè)計(jì)

7.5.1～7.5.2   試驗(yàn)輔助設(shè)計(jì)(簡稱試驗(yàn)設(shè)計(jì))是確定結(jié)構(gòu)和結(jié)構(gòu)構(gòu)件抗力、材料性能、巖土性能、以及結(jié)構(gòu)作用和作用效應(yīng)設(shè)計(jì)值的方法。該方法以試驗(yàn)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)評(píng)估為依據(jù)，與概率設(shè)計(jì)和分項(xiàng)系數(shù)設(shè)計(jì)概念相一致。在下列情況下可采用試驗(yàn)輔助設(shè)計(jì)：

1  規(guī)范沒有規(guī)定或超出規(guī)范適用范圍的情況；

2  計(jì)算參數(shù)不能確切反映工程實(shí)際的特定情況；

3  現(xiàn)有設(shè)計(jì)方法可能導(dǎo)致不安全或設(shè)計(jì)結(jié)果過于保守的情況；

4  新型結(jié)構(gòu)（或構(gòu)件）、新材料的應(yīng)用或新設(shè)計(jì)公式的建立；

5  規(guī)范規(guī)定的特定情況。

對于新技術(shù)、新材料等，在工程應(yīng)用中特別慎重，可能還有其他政策和規(guī)范要求，也應(yīng)遵守。

8  分項(xiàng)系數(shù)設(shè)計(jì)方法

8.1  一般規(guī)定

8.1.1  盡管概率極限狀態(tài)設(shè)計(jì)方法全部更新了結(jié)構(gòu)可靠性的概念與分析方法，但提供給設(shè)計(jì)人員實(shí)際使用的仍然是分項(xiàng)系數(shù)設(shè)計(jì)表達(dá)方式，它與設(shè)計(jì)人員長期使用的表達(dá)形式相同，從而易于掌握。

概率極限狀態(tài)設(shè)計(jì)方法必須以統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，考慮到對各類建筑結(jié)構(gòu)所具有的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)在質(zhì)與量二個(gè)方面都很有很大差異，在某些領(lǐng)域根本沒有統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，因而規(guī)定當(dāng)缺乏統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)時(shí)，可以不通過可靠指標(biāo)，直接按工程經(jīng)驗(yàn)確定分項(xiàng)系數(shù)。

8.1.2        規(guī)定了各種基本變量設(shè)計(jì)值的確定方法。

1        作用的設(shè)計(jì)值一般可表示為作用的代表值與作用的分項(xiàng)系數(shù)的乘積。對可變作用，其代表值包括標(biāo)準(zhǔn)值、組合值、頻遇值和準(zhǔn)永久值。組合值、頻遇值和準(zhǔn)永久值可通過對可變作用標(biāo)準(zhǔn)值的折減來表示，即分別對可變作用的標(biāo)準(zhǔn)值乘以不大于1的組合值系數(shù)、頻遇值系數(shù)和準(zhǔn)永久值系數(shù)。

建筑結(jié)構(gòu)按不同極限狀態(tài)設(shè)計(jì)時(shí)，在相應(yīng)的作用組合中對可能同時(shí)出現(xiàn)的各種作用，應(yīng)采用不同的作用設(shè)計(jì)值，見下表：