3.1 极限状态的分项系数设计方法

3.1.1、3.1.2 这两条是对极限状态的规定。承载能力极限状态可理解为结构或结构构件发挥允许的最大承载能力的状态。结构构件由于塑性变形而使其几何形状发生显著改变，虽未达到最大承载能力，但已彻底不能使用，也属于达到这种极限状态。正常使用极限状态可理解为结构或结构构件达到使用功能上允许的某个限值的状态。例如，某些构件必须控制变形、裂缝才能满足使用要求。因过大的变形会造成如房屋内粉刷层剥落、填充墙和隔断墙开裂及屋面积水等后果；过大的裂缝会影响结构的耐久性；过大的变形、裂缝也会造成用户心理上的不安全感。

     这两种极限状态有显著的差异。超过了结构的承载能力极限状态，导致的结果是结构失效，需要拆除或大修；而超过了正常使用极限状态，通常不会导致结构的破坏，在消除外部不利因素之后，结构一般还能继续正常使用（需要区分可逆和不可逆的正常使用状态）。

3.1.3 结构设计时，应针对各种设计状况和相关的承载能力极限状态、正常使用极限状态进行分析。其目的是要验证在各种内外部因素的条件下（作用、材料特性、几何形状），结构不会超过极限状态。当有充分依据表明，结构满足其中一种极限状态，另一种极限状态自然满足时，可以只验算起控制作用的极限状态。如果不能确定，则必须对两种状态分别进行计算和验算。

3.1.4 结构的作用、环境影响以及自身特性都是随时间变化的，设计状况代表了在一定时间段内结构的内外环境状态。需要根据结构的实际情况（使用条件、环境条件等）选择与此相对应的设计状况，包括持久设计状况、短暂设计状况、偶然设计状况，对处于地震设防区的结构尚应考虑地震设计状况。

     地震设计状况需要和偶然设计状况区别开来，主要是因为地震作用具有与火灾、爆炸、撞击或局部破坏等偶然作用不同的特点。首先，地震设防区需要进行抗震设计，而且很多结构是由抗震设计控制的；其二，地震作用是能够统计并有统计资料的，可以根据地震的重现期确定地震作用。

3.1.5 为了保证结构的安全性和适用性，结构设计时选定的设计状况，应当涵盖所能够合理预见到的各种可能性。承载能力涉及结构安全和人身安全，因此各种设计状况下均应加以验算；而持久设计状况适用于结构正常使用时的情况，因此还应当进行正常使用极限状态设计。其他设计状况是否进行正常使用极限状态设计不做强制要求，可根据实际情况确定。

3.1.6 结构按极限状态设计时，对不同的设计状况应采用相应的作用组合，在每一种作用组合中还必须选取其中的最不利组合进行有关的极限状态设计。

3.1.7 本条规定了承载能力极限状态作用组合的具体操作要求。

3.1.8 所谓可逆的正常使用极限状态，是指在导致超出极限状态的因素移除之后，结构可以恢复正常的极限状态，比如超出极限状态要求的振动或临时性的位移等；而不可逆的正常使用极限状态，则是指一旦超出极限状态，结构不能再恢复正常的极限状态，比如永久性的局部损坏，或永久变形。不可逆的正常使用极限状态所采用的设计准则，与承载能力极限状态类似；而可逆的正常使用极限状态，其设计准则可根据实际情况确定。

3.1.9 本条规定了各种基本变量设计的确定方法。作用的设计值F_d一般可表示为作用的代表值F_r与作用的分项系数γ_F的乘积。对可变作用，其代表值包括标准值、组合值、频遇值和准永久值。组合值、频遇值和准永久值可通过对可变作用标准值的折减来表示，即分别对可变作用的标准值乘以不大于1的组合值系数ψ_c、频遇值系数ψ_f和准永久值系数ψ_q。

3.1.10 本条规定了承载能力极限状态的设计要求。作用组合效应设计值，包括了各种与采用的作用组合相对应的效应设计值，如轴力、弯矩设计值或表示几个轴力、弯矩向量的设计值。

3.1.11 作用组合效应设计值，包括了各种与采用的作用组合相对应的效应设计值，如变形、裂缝等的设计值。

3.1.12 结构重要性系数γ₀是考虑结构破坏后果的严重性而引入的系数，对于安全等级为一级和三级的结构构件分别取1.1和0.9。可靠度分析表明，采用这些系数后，结构构件可靠指标值较安全等级为二级的结构构件分别增减0.5左右。考虑不同投资主体对建筑结构可靠度的要求可能不同，故本条仅规定重要性系数的下限值。另外应注意，结构重要性和结构的抗震类别并不一定完全对应。

3.1.13～3.1.15  在“以概率理论为基础、以分项系数表达的极限状态设计方法”中，将对结构可靠度的要求分解到各种分项系数设计取值中，作用（包括永久作用、可变作用等）分项系数取值越高，相应的结构可靠度设置水平也就越高。但从概率的观点看，一个结构可靠与否是随机事件，无论其可靠度水平有多高，都不能做到100％安全可靠，总会有一定的失效概率存在，因此不可避免地存在着由于结构失效带来的风险（危及人的生命、造成经济损失、对社会或环境产生不利影响等）。人们只能做到把风险控制在可接受的范围内。一般来说，可靠度设置水平越高风险水平就越低，相应的一次投资的经济代价也越高；相反，可靠度设置水平越低风险水平就越高，而相应的一次投资的经济代价则越低。在经济发展水平较低的时候，对结构可靠度的投入受到经济水平的制约，在保证“基本安全”的前提下，人们不得不承受较高的风险；而在经济发展水平较高的条件下，人们更多会选择较高的结构可靠度从而降低所承担的风险。

     荷载效应组合的设计值中，荷载分项系数应根据荷载不同的变异系数和荷载的具体组合情况（包括不同荷载的效应比），以及与抗力有关的分项系数的取值水平等因素确定，以使在不同设计情况下的结构可靠度能趋于一致。由于历史原因，国内各行业领域采用的分项系数有所不同。本条根据不同行业领域给出了分项系数的取值要求。

     本规范第3.1.13条规定了房屋建筑结构的分项系数取值要求。对永久作用系数γ_G和可变荷载系数γ_Q的取值，分别根据对结构构件承载能力有利和不利两种情况，作出了具体规定。考虑到标准值大于4kN/m²的工业楼面活荷载，变异系数通常比较小，其分项系数规定为1.4。

     在倾覆、滑移或漂浮等有关结构整体稳定性的验算中，永久作用效应一般对结构是有利的，荷载分项系数应取小于1.0的值。虽然各结构标准已经广泛采用分项系数表达方式，但对永久作用分项系数的取值，如地下水荷载的分项系数，各地方有差异，目前还不可能采用统一的系数。因此，本规范仅规定永久作用有利时，分项系数取不大于1.0的值，但不规定具体数值。

3.1.16  本条规定了设计工作年限的调整系数。确定γL可采用两种方法:（1）使结构在设计工作年限TL内的可靠指标与在设计基准期T的可靠指标相同；（2）使可变荷载按设计工作年限TL定义的标准值Q_kL与按设计基准期T（50年）定义的标准值Qk具有相同的概率分位值。按第二种方法进行分析比较简单，当可变荷载服从极值Ⅰ型分布时，可以得到γ_L的表达式：

式中，k_Q为可变荷载设计基准期内最大值的平均值与标准值之比；δ_Q为可变荷载设计基准期最大值的变异系数。表1给出了部分可变荷载对应不同设计工作年限时的调整系数，比较可知规范的取值基本偏于保守。

     对于风、雪荷载，可通过选择不同重现期的值来考虑设计工作年限的变化。对温度作用，还没有太多设计经验，考虑设计工作年限的调整尚不成熟。因此，可变荷载调整系数的具体数据，仅限于楼面和屋面活荷载。

     根据表1计算结果，对本规范表3.1.16中所列以外的其他设计工作年限对应的γ_L值，按线性内插计算是可行的。

     对于荷载标准值不会随时间明显变化的荷载，如楼面均布活荷载中的书库、储藏室、机房、停车库，以及工业楼面均布活荷载等，不需要考虑设计工作年限调整系数。