为克服目前基于构件极限状态可靠度理论的现行设计方法存在的缺陷,论文着重探讨平面钢框架结构整体极限状态系统可靠性设计方法,使之既能最大限度地利用结构的强度储备,又能充分考虑结构设计变量不确定性的影响,从而使设计的结构达到经济实用可靠的目的。 论文的主要研究内容： 1. 阐述了现行钢结构设计方法存在的缺陷及研究进展,引出研究的课题。概述了结构可靠度的基本概念、常用的概率分布、影响可靠性的随机性因素、结构构件可靠度分析方法以及结构体系可靠度分析方法。 2. 采用国际通用有限元软件ANSYS模拟塑性区法对平面钢框架结构进行二阶弹塑性分析。通过与试验结果对比分析表明,这种非线性有限元分析可以比较准确地计算结构的极限承载力。 3. 为了减小随机抽样带来的统计相关,基于概率论相关系数求解原理,Cholesky分解等,提出了一种改进拉丁超立方抽样方法。结合改进拉丁超立方抽样方法、误差传递原理、非线性有限元法和可靠度计算的验算点法等,提出基于结构整体极限承载力的系统可靠度分析方法。算例表明,此系统可靠度分析方法具有较高的计算精度,且具有很高的计算效率。对于大型结构承载力极限状态的系统可靠性分析,具有更加积极的意义。 4. 提出采用误差传递原理分析结构体系抗力统计参数的方法,结合非线性有限元法和可靠度计算的验算点法,提出基于结构整体极限承载力的系统可靠度分析的简化方法。它不需要大量的随机抽样,也不需要大量的有限元分析,计算简单快捷。算例表明,它具有很好的精度,可靠度指标误差在3％以内。对于结构体系中各构件抗力的概率统计特征相近的结构(如平面钢框架结构),此方法比较准确,而对于随机性不明确、体系中各构件变异性相差较大的结构,计算误差较大,不宜采用。 5. 采用系统可靠度分析方法得到多层钢框架结构体系抗力的概率统计参数；运用优化方法,得出在两种荷载工况下基于系统可靠性高等设计(RAD)的实用设计表达式。探讨了随机变量相关性以及恒活比取值范围对设计表达式中分项系数取值的影响。抗力与活载相关性的影响较大,其它因素影响较小。设计实例的研究表明,对于简支构件,在用钢量与可靠度指标上,RAD方法与钢结构规范(GB50017-2003)方法设计的结构或构件都一致；对于多层钢框架,则RAD方法比钢结构规范(GB50017-2003)方法设计的结构用钢量小,且实际系统可靠指标与目标可靠指标比较接近,符合结构整体设计的要求。 通过分析研究,初步建立了平面钢框架结构系统可靠性设计理论。相信随着高等分析理论和系统可靠性理论的日臻完善,建立在以结构整体极限状态和结构整体极限承载力为目标的结构高等设计方法,终将取代基于构件承载力极限状态的现行钢结构设计方法。