2.2 结构设计计算方法

结构设计时，必须满足一般的设计准则，即在充分满足功能要求的基础上，做到安全可靠、技术先进、确保质量和经济合理。结构计算的目的是保证结构构件在使用荷载作用下能安全可靠地工作，既要满足使用要求，又要符合经济要求。结构计算的一般过程是根据拟定的结构方案和构造，按所承受的荷载进行内力计算，确定出各部件的内力，再根据所用材料的特性，对整个结构和构件及其连接进行核算，以符合经济、安全、适用等方面的要求。但从一些现场记录、调查数据和试验资料来看，计算中所采用的标准荷载和结构实际承受的荷载之间、材料力学性能的取值和材料实际数值之间、计算截面和材料实际尺寸之间、计算所得的应力值和实际应力数值之间，以及估计的施工质量与实际质量之间，都存在着一定的差异，所以计算的结果不一定安全可靠。为了保证安全，结构设计时的计算结果必须留有余地，使之具有一定的安全度，使结构在各种不利条件下能保证其正常使用。

我国工程结构设计方法经历了采用总安全系数的容许应力计算法、多系数的极限状态计算方法、以结构极限状态为依据进行多系数分析方法、采用单一安全系数的容许应力设计法等发展过程。最后一种实质上是半概率、半经验的极限状态计算方法，这种方法仅在荷载和材料强度的设计取值上分别考虑了各自的统计变异性，没有对结构可靠度给出科学的定量描述。

目前建筑结构和高耸结构采用的准则是以概率为基础的极限状态设计法，即根据结构或构件能否满足功能要求来确定它们的极限状态。一般规定有两种极限状态，第一种是结构或构件的承载力极限状态，包括静力强度、动力强度和稳定等计算，达到此极限状态时，结构或构件达到了最大承载能力而发生破坏，或达到了不适于继续承受荷载的巨大变形；第二种是结构或构件的变形极限状态，或称为正常使用极限状态，达到此极限状态时，结构或构件虽仍保持承载能力，但在正常荷载作用下产生的变形已使结构或构件不能满足正常使用的要求（静力作用产生的过大变形和动力作用产生的剧烈振动等），或不能满足耐久性的要求。各种承重结构都应按照上述两种极限状态进行设计。极限状态设计法比安全系数设计法更加合理些、先进，它把有变异性的设计参数采用概率分析的方法引入了结构设计中。根据应用概率分析的程度可分为三种水准类型，即半概率极限状态设计法、近似概率极限状态设计法和全概率极限状态设计法。我国采用的极限状态设计法属于半概率极限状态设计法，即只有少量设计参数，如钢材的设计强度、风雪荷载等，采用概率分析确定其设计采用值，大多数荷载及其他不定性参数由于缺乏统计资料而仍采用经验值；同时结构构件的抗力（承载力）和作用效应之间并未进行综合的概率分析，因而仍然不能使所设计的各种构件得到相同的安全度。20世纪60年代末，国外提出了近似概率设计法，主要是引入了可靠性设计理论（可靠性包括安全性、适用性和耐久性），把影响结构或构件可靠性的各种因素都视为独立的随机变量，根据统计分析确定失效概率来度量结构或构件的可靠性。