2.1 术语
2.1.1 结构 structure
能承受作用并具有适当刚度的由各连接部件有机组合而成的系统。
2.1.2 结构构件 structural member
结构在物理上可以区分出的部件。
2.1.3 结构体系 structural system
结构中的所有承重构件及其共同工作的方式。
2.1.4 结构模型 structural model
用于结构分析、设计等的理想化的结构体系。
2.1.5 设计使用年限 design service life
设计规定的结构或结构构件不需进行大修即可按预定目的使用的年限。
2.1.6 设计状况 design situations
表征一定时段内实际情况的一组设计条件,设计应做到在该组条件下结构不超越有关的极限状态。
2.1.7 持久设计状况 persistent design situation
在结构使用过程中一定出现,且持续期很长的设计状况,其持续期一般与设计使用年限为同一数量级。
2.1.8 短暂设计状况 transient design situation
在结构施工和使用过程中出现概率较大,而与设计使用年限相比,其持续期很短的设计状况。
2.1.9 偶然设计状况 accidental design situation
在结构使用过程中出现概率很小,且持续期很短的设计状况。
2.1.10 地震设计状况 seismic design situation
结构遭受地震时的设计状况。
2.1.11 荷载布置 load arrangement
在结构设计中,对自由作用的位置、大小和方向的合理确定。
2.1.12 荷载工况 load case
为特定的验证目的,一组同时考虑的固定可变作用、永久作用、自由作用的某种相容的荷载布置以及变形和几何偏差。
2.1.13 极限状态 limit states
整个结构或结构的一部分超过某一特定状态就不能满足设计规定的某一功能要求,此特定状态为该功能的极限状态。
2.1.14 承载能力极限状态 ultimate limit states
对应于结构或结构构件达到最大承载力或不适于继续承载的变形的状态。
2.1.15 正常使用极限状态 serviceability limit states
对应于结构或结构构件达到正常使用的某项规定限值的状态。
2.1.16 不可逆正常使用极限状态 irreversible serviceability limit states
当产生超越正常使用要求的作用卸除后,该作用产生的后果不可恢复的正常使用极限状态。
2.1.17 可逆正常使用极限状态 reversible serviceability limit states
当产生超越正常使用要求的作用卸除后,该作用产生的后果可以恢复的正常使用极限状态。
2.1.18 耐久性极限状态 durability limit states
对应于结构或结构构件在环境影响下出现的劣化达到耐久性能的某项规定限值或标志的状态。
2.1.19 抗力 resistance
结构或结构构件承受作用效应和环境影响的能力。
2.1.20 结构整体稳固性 structural integrity;structural robustness
当发生火灾、爆炸、撞击或人为错误等偶然事件时,结构整体能保持稳固且不出现与起因不相称的破坏后果的能力。
2.1.21 关键构件 key member;key element
结构承载能力极限状态性能所依赖的结构构件。
2.1.22 连续倒塌 progressive collapse
初始的局部破坏,从构件到构件扩展,最终导致整个结构倒塌或与起因不相称的一部分结构倒塌。
2.1.23 可靠性 reliability
结构在规定的时间内,在规定的条件下,完成预定功能的能力。
2.1.24 可靠度 degree of reliability;reliability
结构在规定的时间内,在规定的条件下,完成预定功能的概率。
2.1.25 失效概率Pf probability of failure Pf
结构不能完成预定功能的概率。
2.1.26 可靠指标β reliability index β
度量结构可靠度的数值指标,可靠指标β为失效概率Pf负的标准正态分布函数的反函数。
2.1.27 基本变量 basic variable
代表物理量的一组规定的变量,用于表示作用和环境影响、材料和岩土的性能以及几何参数的特征。
2.1.28 功能函数 performance function
关于基本变量的函数,该函数表征一种结构功能。
2.1.29 概率分布 probability distribution
随机变量取值的统计规律,一般采用概率密度函数或概率分布函数表示。
2.1.30 统计参数 statistical parameter
在概率分布中用来表示随机变量取值的平均水平和离散程度的数字特征。
2.1.31 分位值 fractile
与随机变量概率分布函数的某一概率相应的值。
2.1.32 名义值 nominal value
用非统计方法确定的值。
2.1.33 极限状态法 limit state method
不使结构超越某种规定的极限状态的设计方法。
2.1.34 容许应力法 permissible stress method,allowable stress method
使结构或地基在作用标准值下产生的应力不超过规定的容许应力的设计方法。
2.1.35 单一安全系数法 single safety factor method
使结构或地基的抗力标准值与作用标准值的效应之比不低于某一规定安全系数的设计方法。
2.1.36 作用 action
施加在结构上的集中力或分布力和引起结构外加变形或约束变形的原因。前者为直接作用,也称为荷载;后者为间接作用。
2.1.37 外加变形 imposed deformations
结构在地震、不均匀沉降等因素作用下,边界条件发生变化而产生的位移和变形。
2.1.38 约束变形 constrained deformations
结构在温度变化、湿度变化及混凝土收缩等因素作用下,由于存在外部约束而产生的内部变形。
2.1.39 作用效应 effect of action
由作用引起的结构或结构构件的反应。
2.1.40 单个作用 single action
可认为与结构上的任何其他作用之间在时间和空间上为统计独立的作用。
2.1.41 永久作用 permanent action
在设计使用年限内始终存在且其量值变化与平均值相比可以忽略不计的作用;或其变化是单调的并趋于某个限值的作用。
2.1.42 可变作用 variable action
在设计使用年限内其量值随时间变化,且其变化与平均值相比不可忽略不计的作用。
2.1.43 偶然作用 accidental action
在设计使用年限内不一定出现,而一旦出现其量值很大,且持续期很短的作用。
2.1.44 地震作用 seismic action
地震动对结构所产生的作用。
2.1.45 土工作用 geotechnical action
由岩土、填方或地下水传递到结构上的作用。
2.1.46 固定作用 fixed action
在结构上具有固定空间分布的作用。当固定作用在结构某一点上的大小和方向确定后,该作用在整个结构上的作用即得以确定。
2.1.47 自由作用 free action
在结构上给定的范围内具有任意空间分布的作用。
2.1.48 静态作用 static action
使结构产生的加速度可以忽略不计的作用。
2.1.49 动态作用 dynamic action
使结构产生的加速度不可忽略不计的作用。
2.1.50 有界作用 bounded action
具有不能被超越的且可确切或近似掌握界限值的作用。
2.1.51 无界作用 unbounded action
没有明确界限值的作用。
2.1.52 作用的标准值 characteristic value of an action
作用的主要代表值。可根据对观测数据的统计、作用的自然界限或工程经验确定。
2.1.53 设计基准期 design reference period
为确定可变作用等取值而选用的时间参数。
2.1.54 可变作用的组合值 combination value of a variable action
使组合后的作用效应的超越概率与该作用单独出现时其标准值作用效应的超越概率趋于一致的作用值;或组合后使结构具有规定可靠指标的作用值。可通过组合值系数对作用标准值的折减来表示。
2.1.55 可变作用的频遇值 frequent value of a variable action
在设计基准期内被超越的总时间占设计基准期的比率较小的作用值;或被超越的频率限制在规定频率内的作用值。可通过频遇值系数对作用标准值的折减来表示。
2.1.56 可变作用的准永久值 quasi-permanent value of a variable action
在设计基准期内被超越的总时间占设计基准期的比率较大的作用值。可通过准永久值系数对作用标准值的折减来表示。
2.1.57 可变作用的伴随值 accompanying value of a variable action
在作用组合中,伴随主导作用的可变作用值。可变作用的伴随值可以是组合值、频遇值或准永久值。
2.1.58 作用的代表值 representative value of an action
极限状态设计所采用的作用值。它可以是作用的标准值或可变作用的伴随值。
2.1.59 作用的设计值 design value of an action
作用的代表值与作用分项系数的乘积。
2.1.60 作用组合 combination of actions;荷载组合 load combination
在不同作用的同时影响下,为验证某一极限状态的结构可靠度而采用的一组作用设计值。
2.1.61 环境影响 environmental influence
环境对结构产生的各种机械的、物理的、化学的或生物的不利影响。环境影响会引起结构材料性能的劣化,降低结构的安全性或适用性,影响结构的耐久性。
2.1.62 材料性能的标准值 characteristic value of a material property
符合规定质量的材料性能概率分布的某一分位值或材料性能的名义值。
2.1.63 材料性能的设计值 design value of a material property
材料性能的标准值除以材料性能分项系数所得的值。
2.1.64 几何参数的标准值 characteristic value of a geometrical parameter
设计规定的几何参数公称值或几何参数概率分布的某一分位值。
2.1.65 几何参数的设计值 design value of a geometrical parameter
几何参数的标准值增加或减少一个几何参数的附加量所得的值。
2.1.66 结构分析 structural analysis
确定结构上作用效应的过程或方法。
2.1.67 一阶线弹性分析 first order linear-elastic analysis
基于线性应力-应变或弯矩-曲率关系,采用弹性理论分析方法对初始结构几何形体进行的结构分析。
2.1.68 二阶线弹性分析 second order linear-elastic analysis
基于线性应力-应变或弯矩-曲率关系,采用弹性理论分析方法对已变形结构几何形体进行的结构分析。
2.1.69 有重分布的一阶或二阶线弹性分析 first order or second order linear-elastic analysis with redistribution
结构设计中对内力进行调整的一阶或二阶线弹性分析,与给定的外部作用协调,不做明确的转动能力计算的结构分析。
2.1.70 一阶非线性分析 first order non-linear analysis
基于材料非线性变形特性对初始结构的几何形体进行的结构分析。
2.1.71 二阶非线性分析 second order non-linear analysis
基于材料非线性变形特性对已变形结构几何形体进行的结构分析。
2.1.72 一阶或二阶弹塑性分析 first order or second elastoplastic analysis
基于线弹性阶段和随后的无硬化阶段构成的弯矩-曲率关系的结构分析。
2.1.73 刚性-塑性分析 rigid plastic analysis
假定弯矩-曲率关系为无弹性变形和无硬化阶段,采用极限分析理论对初始结构的几何形体进行的直接确定其极限承载力的结构分析。
2.1.74 既有结构 existing structure
已经存在的各类建筑结构。
2.1.75 评估使用年限 assessed working life
可靠性评定所预估的既有结构在规定条件下的使用年限。
2.1.76 荷载检验 load testing
通过施加荷载评定结构或结构构件的性能或预测其承载力的试验。
本章的术语和符号主要依据国家标准《工程结构设计基本术语标准》GB/T 50083-2014、《工程结构设计通用符号标准》GB/T 50132-2014、国际标准《结构可靠性总原则》ISO 2394:2015和国家标准《工程结构可靠性设计统一标准》GB 50153-2008,并参考欧洲规范《结构设计基础》EN 1990:2002等。
2.1.2 结构构件
例如,柱、梁、板、基桩等。
2.1.5 设计使用年限
在2000年第279号国务院令颁布的《建设工程质量管理条例》中,规定了基础设施工程、房屋建筑的地基基础工程和主体结构工程的最低保修期限为设计文件规定的该工程的“合理使用年限”;《结构可靠性总原则》ISO 2394:1998中,提出了“设计工作年限(design working life)”,其含义与“合理使用年限”相当。
在原国家标准《建筑结构可靠度设计统一标准》GB 50068-2001中,已将“合理使用年限”与“设计工作年限”统一称为“设计使用年限”,并规定建筑结构在超过设计使用年限后,应进行可靠性评估,根据评估结果,采取相应措施,并重新界定其使用年限。
设计使用年限是设计规定的一个时段,在这一规定时段内,结构只需进行正常的维护而不需进行大修就能按预期目的使用,完成预定的功能,即建筑结构在正常使用的维护下所应达到的使用年限,如达不到这个年限则意味着在设计、施工、使用与维护的某一或某些环节上出现了非正常情况,应查找原因。所谓“正常维护”包括必要的检测、防护及维修。
2.1.6 设计状况
以房屋建筑为例,建筑结构承受家具和正常人员荷载的状况属持久状况;结构施工时承受堆料荷载的状况属短暂状况;结构遭受火灾、爆炸、撞击等作用的状况属偶然状况;结构遭受地震作用的状况属地震状况。
2.1.11 荷载布置
荷载布置就是布置荷载的位置、大小和方向。只有自由作用有荷载布置的问题,固定作用不存在这个问题。荷载布置通常被称为图形加载。荷载布置的一个最简单例子,如对一根多跨连续梁,有各跨均加载、每隔一跨加载或相邻二跨加载而其余跨均不加载等荷载布置。
2.1.12 荷载工况
荷载工况就是确定荷载组合和每一种荷载组合下的各种荷载布置。假设某一结构设计共有3种荷载组合,荷载组合①有3种荷载布置,组合②有4种荷载布置,组合③有12种荷载布置,则该结构设计共有19种荷载工况。设计时对每一种荷载工况都要按本标准式(8.2.4)计算出荷载效应,结构各截面的荷载效应最不利值就是按式(8.2.4)计算的基本组合的效应设计值。
除有经验、有把握排除对设计不起控制的荷载工况外,对每一种荷载工况均需要进行相应的结构分析。分析的目的是要找到各个截面、各个构件、结构各个部分及整个结构的最不利荷载效应。只要达到这个目的,任何计算过程都是可以的。
当荷载与荷载效应为线性关系时,叠加原理适用,荷载组合可转换为荷载效应叠加,即用本标准式(8.2.4-2)取代式(8.2.4-1),此时,可先对每一种荷载(每一种布置),计算出其荷载效应,然后按式(8.2.4-2)进行荷载效应叠加。
2.1.18 耐久性极限状态
当环境影响的效应明确时,宜采用耐久性能的某项规定限值界定耐久性极限状态,如混凝土结构中钢筋达到锈蚀的碳化深度、临界氯离子浓度等;对无法定量化的状态,可采用耐久性能的某项标志界定耐久性极限状态,如钢结构中构件出现锈蚀迹象,砌体结构中构件表面出现冻融损伤,木结构中胶合木结构防潮层丧失防护作用或出现脱胶现象等。
2.1.19 抗力
例如,承载力、刚度、抗裂度及材料的抗劣化能力等。
2.1.20 结构的整体稳固性
结构的整体稳固性系指结构在遭遇偶然事件时,仅产生局部的损坏而不致出现与起因不相称的整体性破坏。
2.1.21 关键构件
采用国际标准《结构可靠性总原则》ISO 2394:2015关于“key element”的术语。
2.1.24 可靠度
对于新建结构,“规定的时间”是指设计使用年限。结构的可靠度是对可靠性的定量描述,即结构在规定的时间内,在规定的条件下,完成预定功能的概率。这是从统计数学观点出发的比较科学的定义,因为在各种随机因素的影响下,结构完成预定功能的能力只能用概率来度量。结构可靠度的这一定义,与其他各种从定值观点出发的定义是有本质区别的。
2.1.26 可靠指标β
对于新建结构,与可靠度相对应的可靠指标β,是指设计使用年限的β。
2.1.30 统计参数
例如,平均值、标准差、变异系数等。
2.1.32 名义值
例如,根据物理条件或经验确定的值。
2.1.34 容许应力法
结构或地基规定的容许应力由材料或岩土强度标准值除以某一安全系数得到。
2.1.39 作用效应
例如,内力、变形和裂缝等。
2.1.53 设计基准期
原标准中的设计基准期,一是用于可靠指标β,指设计基准期的β,二是用于可变作用的取值。本标准中设计基准期只用于可变作用的取值。
设计基准期是为确定可变作用的取值而规定的标准时段,它不等同于结构的设计使用年限。设计如需采用不同的设计基准期,则必须相应确定在不同的设计基准期内最大作用的概率分布及其统计参数。
2.1.54 可变作用的组合值~2.1.56 可变作用的准永久值
根据组合值系数ψc、频遇值系数ψf和准永久值系数ψq的定义,它们之间一般存在ψq≤ψf≤ψc≤1关系。
2.1.57 可变作用的伴随值
在作用组合中,伴随主导作用的可变作用值。主导作用:在作用的基本组合中为代表值采用标准值的可变作用;在作用的偶然组合中为偶然作用;在作用的地震组合中为地震作用。
2.1.58 作用的代表值
作用代表值包括作用标准值、组合值、频遇值和准永久值,其量值从大到小的排序依次为:作用标准值>组合值>频遇值>准永久值。这四个值的排序不可颠倒,但个别种类的作用,组合值与频遇值可能取相同值。
2.1.60 作用组合;荷载组合
原标准《建筑结构可靠度设计统一标准》GB 50068-2001在术语上都是沿用作用效应组合,在概念上主要强调的是在设计时对不同作用(或荷载)经过合理搭配后,将其在结构上的效应叠加的过程。实际上在结构设计中,当作用与作用效应间为非线性关系时,作用组合时采用简单的线性叠加就不再有效,因此在采用效应叠加时,还必须强调作用与作用效应“可按线性关系考虑”的条件。为此,在不同作用(或荷载)的组合时,不再强调在结构上效应叠加的涵义,而且其组合内容,除考虑它们的合理搭配外,还应考虑它们在某种极限状态结构设计表达式中设计值的规定,以保证结构具有必要的可靠度。
2.1.67 一阶线弹性分析~2.1.73 刚性-塑性分析
一阶分析与二阶分析的划分界限在于结构分析时所依据的结构是否已考虑变形。如依据的是初始结构即未变形结构,则是一阶分析;如依据的是已变形结构,则是二阶分析。
事实上结构承受荷载时总是要产生变形的,如变形很小,由结构变形产生的次内力不影响结构的安全性和适用性,则结构分析时可略去变形的影响,根据初始结构的几何形体进行一阶分析,以简化计算工作。