이 섹션에서는 확률 또는 신뢰성에 기반한 설계 기준의 개념과 발전 이론에 대해 다룰 것입니다. 설계 기준은 설계 과정에서 필요로 하는 최소한의 안전성 수준을 명시하며, 규정의 출발점이 됩니다. 2장에서 다룬 바와 같이, 구조물의 안전성은 신뢰가능성 분석을 통한 신뢰성 지수 또는 파괴 확률에 의해 결정되므로, 설계 기준은 신뢰성에 근거한 설계 기준이어야 합니다. 신뢰성에 근거한 설계 기준은 2.1절에서 설명한 신뢰성 해석의 다양한 단계에 따라 4단계로 나눠볼 수 있습니다. 첫 번째 단계(Level 1) 설계 기준에서는 신뢰성이 안전 계수에 의해 포함되며, 대표적으로 하중 저항 계수 설계법(Load and Resistance Factor Design Method)이 있습니다. 두 번째 단계(Level 2)는 구조물의 신뢰성 지수가 목표 신뢰성 지수에 도달할 수 있도록 설계하는 기준입니다. 세 번째 단계(Level 3)는 완전한 신뢰성 분석에 의한 파괴 확률이 적절한 범위 내로 유지될 수 있도록 설계하며, 네 번째 단계(Level 4)는 비용을 포함한 총 예상 비용 최대화를 목표로 하는 설계 기준을 가리킵니다. 이상적으로는, 설계자는 신뢰성 지수 또는 파괴 확률을 계산하고 설계 기준이 요구하는 기준을 만족하는지 확인해야 합니다. 하지만 이것은 신뢰성 분석에 대한 심도 있는 지식과 더욱 정확한 데이터를 필요로 합니다. 현재로서는 이러한 요구사항을 충족하는 것이 어려우므로, 대부분은 하중 저항 계수 설계법에 근거한 첫 번째 단계 설계 기준을 주로 사용하고 있습니다. 현재 전 세계 주요 설계 기준은 이미 하중 저항 계수 설계법을 채택하였으며, 미국의 철골 구조 설계 기준(AISC, 1986), Eurocode(1984), OHBDC(1991), AASHTO(1998) 등이 대표적입니다.
하중 저항 계수 설계법은 확률에 근거한 한계 상태 설계법으로서, 첫 번째 단계 설계 기준에 해당합니다. 이 설계 방법에서는 하중의 불확실성을 하중 계수로, 저항의 불확실성을 저항 계수로 표현하며, 일반적인 설계 공식은 다음과 같습니다. 이때 은 부재 강도 또는 저항을, 는 여러 하중을, 는 저항 계수를, 는 하중 계수를 나타냅니다. 만약 하중이 정전하중과 가변하중의 합이라면, 으로, 공식(3.1)은 다음과 같이 됩니다. 이 설계 방법은 설계식인 공식(3.1) 또는 공식(3.2)가 기존 강도 설계법과 비슷하고 설계자들에게 익숙한 형식이므로, 바로 설계에 적용할 수 있어 매우 편리합니다. 따라서 현재 전 세계의 대부분의 설계 기준은 이 방식을 채택하고 있습니다. 저항 계수()와 하중 계수()는 각 하중 조합의 경우에 대해 두 번째 단계 신뢰성 분석을 통해 적절하고 균일한 안전성을 보장할 수 있도록 결정됩니다.