2.2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算方法

結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，必須滿足一般的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，即在充分滿足功能要求的基礎(chǔ)上，做到安全可靠、技術(shù)先進(jìn)、確保質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)合理。結(jié)構(gòu)計(jì)算的目的是保證結(jié)構(gòu)構(gòu)件在使用荷載作用下能安全可靠地工作，既要滿足使用要求，又要符合經(jīng)濟(jì)要求。結(jié)構(gòu)計(jì)算的一般過程是根據(jù)擬定的結(jié)構(gòu)方案和構(gòu)造，按所承受的荷載進(jìn)行內(nèi)力計(jì)算，確定出各部件的內(nèi)力，再根據(jù)所用材料的特性，對(duì)整個(gè)結(jié)構(gòu)和構(gòu)件及其連接進(jìn)行核算，以符合經(jīng)濟(jì)、安全、適用等方面的要求。但從一些現(xiàn)場(chǎng)記錄、調(diào)查數(shù)據(jù)和試驗(yàn)資料來(lái)看，計(jì)算中所采用的標(biāo)準(zhǔn)荷載和結(jié)構(gòu)實(shí)際承受的荷載之間、材料力學(xué)性能的取值和材料實(shí)際數(shù)值之間、計(jì)算截面和材料實(shí)際尺寸之間、計(jì)算所得的應(yīng)力值和實(shí)際應(yīng)力數(shù)值之間，以及估計(jì)的施工質(zhì)量與實(shí)際質(zhì)量之間，都存在著一定的差異，所以計(jì)算的結(jié)果不一定安全可靠。為了保證安全，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)的計(jì)算結(jié)果必須留有余地，使之具有一定的安全度，使結(jié)構(gòu)在各種不利條件下能保證其正常使用。

我國(guó)工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法經(jīng)歷了采用總安全系數(shù)的容許應(yīng)力計(jì)算法、多系數(shù)的極限狀態(tài)計(jì)算方法、以結(jié)構(gòu)極限狀態(tài)為依據(jù)進(jìn)行多系數(shù)分析方法、采用單一安全系數(shù)的容許應(yīng)力設(shè)計(jì)法等發(fā)展過程。最后一種實(shí)質(zhì)上是半概率、半經(jīng)驗(yàn)的極限狀態(tài)計(jì)算方法，這種方法僅在荷載和材料強(qiáng)度的設(shè)計(jì)取值上分別考慮了各自的統(tǒng)計(jì)變異性，沒有對(duì)結(jié)構(gòu)可靠度給出科學(xué)的定量描述。

目前建筑結(jié)構(gòu)和高聳結(jié)構(gòu)采用的準(zhǔn)則是以概率為基礎(chǔ)的極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法，即根據(jù)結(jié)構(gòu)或構(gòu)件能否滿足功能要求來(lái)確定它們的極限狀態(tài)。一般規(guī)定有兩種極限狀態(tài)，第一種是結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的承載力極限狀態(tài)，包括靜力強(qiáng)度、動(dòng)力強(qiáng)度和穩(wěn)定等計(jì)算，達(dá)到此極限狀態(tài)時(shí)，結(jié)構(gòu)或構(gòu)件達(dá)到了最大承載能力而發(fā)生破壞，或達(dá)到了不適于繼續(xù)承受荷載的巨大變形；第二種是結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的變形極限狀態(tài)，或稱為正常使用極限狀態(tài)，達(dá)到此極限狀態(tài)時(shí)，結(jié)構(gòu)或構(gòu)件雖仍保持承載能力，但在正常荷載作用下產(chǎn)生的變形已使結(jié)構(gòu)或構(gòu)件不能滿足正常使用的要求（靜力作用產(chǎn)生的過大變形和動(dòng)力作用產(chǎn)生的劇烈振動(dòng)等），或不能滿足耐久性的要求。各種承重結(jié)構(gòu)都應(yīng)按照上述兩種極限狀態(tài)進(jìn)行設(shè)計(jì)。極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法比安全系數(shù)設(shè)計(jì)法更加合理些、先進(jìn)，它把有變異性的設(shè)計(jì)參數(shù)采用概率分析的方法引入了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中。根據(jù)應(yīng)用概率分析的程度可分為三種水準(zhǔn)類型，即半概率極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法、近似概率極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法和全概率極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法。我國(guó)采用的極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法屬于半概率極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法，即只有少量設(shè)計(jì)參數(shù)，如鋼材的設(shè)計(jì)強(qiáng)度、風(fēng)雪荷載等，采用概率分析確定其設(shè)計(jì)采用值，大多數(shù)荷載及其他不定性參數(shù)由于缺乏統(tǒng)計(jì)資料而仍采用經(jīng)驗(yàn)值；同時(shí)結(jié)構(gòu)構(gòu)件的抗力（承載力）和作用效應(yīng)之間并未進(jìn)行綜合的概率分析，因而仍然不能使所設(shè)計(jì)的各種構(gòu)件得到相同的安全度。20世紀(jì)60年代末，國(guó)外提出了近似概率設(shè)計(jì)法，主要是引入了可靠性設(shè)計(jì)理論（可靠性包括安全性、適用性和耐久性），把影響結(jié)構(gòu)或構(gòu)件可靠性的各種因素都視為獨(dú)立的隨機(jī)變量，根據(jù)統(tǒng)計(jì)分析確定失效概率來(lái)度量結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的可靠性。