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20世纪中叶以来,世界各国纷纷致力于以概率理论为基础的建筑结构极限状态设计方法的研究,制定了许多标准和规范。我国于70年代末也从设计、荷载、材料三方面编制了《建筑结构设计统一标准》(GBJ68--84),该标准为结构设计规范的编制提供了依据。研究现行结构设计规范,不难发现,目前的分项系数设计表达式存在一定的局限性,很难完全满足工程需求。比如,浙江省台州市三门核电站,该核电站是继中国第一座自行设计、建造的核电站--秦山核电站之后,获准在浙江省境内建设的第二个核电基地。三门核电站总占地面积740万平方米,将建造6台单机装机容量为125万千瓦的AP1000核电机组,分三期建设。一期工程是国家首个核电自主化依托项目,其中一号机组为全球首台AP1000核电机组。三门核电站钢结构主厂房的设计基准期为60年,显然目前规范中的分项系数取值已不再适用,故重新分析该厂房的安全性并确定60年基准期下钢结构构件的设计表达式十分必要。
本文研究了《建筑结构设计统一标准》(GBJ68--84)和《建筑结构荷载规范》(GB50009--2001)的编制理论基础,从目标可靠指标、设计基准期、荷载三方面对钢结构构件进行了可靠性分析,确定60年基准期下的分项系数设计表达式。
首先,标准第一次提出了分项系数设计表达式,规范延续了标准中的分项系数设计表达式,但荷载标准已有所提高,所以,规范隐含的可靠指标比标准给出的建议值偏大一些,本文采用校准法校核了规范隐含的可靠指标,并进一步确定钢结构构件设计的目标可靠指标;
其次,逐项分析了规范与标准中的可变荷载设置水平,发现可变荷载荷载设置水平有所提高,并根据标准中提供的荷载统计参数,通过荷载等超概率原则计算了60年设计基准期下的可变荷载统计参数,给出了60年设计基准期下的可变荷载取值标准;
最后,综合考虑可靠度设置水平、结构设计基准期大小、荷载设置水平等因素,确定60年基准期下钢结构构件设计的分项系数设计表达式,填补了规范中分项系数设计表达式在60年基准期下的空白。
本项研究不仅是对现行结构设计规范钢结构设计可靠度水平的一次评估,而且也合理地给出了60年设计基准期下的荷载分项系数表达式,使其能够达到现行规范可靠度设置水平。此外,该研究方法可以推广到其它设计基准期的情况,其结论可供实际工程设计参考。