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基于结构体系可靠性的现有结构安全性等级划分

文档作者：刘闯刘西拉文档来源：清华大学		点击数：	更新时间： 2021年06月16日
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一
基于结构体系可靠性的现有结构
安全性等级划分
———————～ 一 TI Iu J?／／’．
(请华大学土木系，北京，100084)
，『1 摘要本文在研究了CT．业厂房可靠性鉴定标准~(GBJ144-0o)中关于结构构件可毒性鉴定
方法的基础上，对照《建筑结构设计统一标准 (GBJ68—8{)中的有关规定，对各等级构件的可毒性
指标B进行了分析、估箅．并进一步推广到结构体系。提出的观点是；现有结构的安全性主要由结构
的承载力决定I对于整体结构体系，其安全性分级标准是随结构形式的变化而变化的，这也是结构
体系与构件之间的一十显著区别．
关键词结构体系可毒性结构安全性等级划分临界状态 彦小肄
皂豺 屹
1 前言 了笔者的一些观点。
对于结构设计而言，结构可靠性可以作 2 构件安全性等级的划分
为协调结构安全适用与经济的一个重要指 《鉴定标准》中，对于结构构件的可靠性
标 “，而《建筑结构设计统一标准》(GBJ68- 等级划分的主要标准是构件的承载力，而关
8I) (以下简称《统一标准》)的颁布实施进 于构件本身的一些物理量则作为次要因素来
一步推动了可靠性理论在结构工程中的应 考虑，并按一定的经验性规则来评价构件的
用。与之相应，《工业厂房可靠性鉴定标准》 可靠性。笔者认为，影响现有结构(构件)的可
(GBJ44—90)[a (以下简称《鉴定标准》)的颁 靠性状态的各种因素中，对结构安全性起决
布，使得现有结构的可靠性鉴定有章可循。由 定作用的是构件的撅限承载能力，而其他因
于目前结构可靠性理论发展水平的局限，这 素，诸如裂缝、变形、偏差等，其影响可以体现
两部玑范的理论基础均为构件的可靠性。在 在构件的承载力下降上。根据现有结构(构
《鉴定际准》中，虽然提供了整体结构的可靠 件)的极限承裁能力及结构(构件)所受外力，
性鉴定方法，但都是在结构构件可靠性分级 可计算出其可靠性指标B[”，从而得出构件
的基础上，嵌据一定的经验性推理规则得到 的安全性等级。
的，缺乏更深层的理论基础。广义地讲，结构 以钢筋砼结构为例。承载力这一项共分
可靠性包含了安全性、耐久性和适用性三个 、 、c、 四个等级。具体取值范围如表1 。其
方面，《鉴定}示准》中综合考虑了这三个方面； 中。n级为符合国家现行标准规范要求的；
狭义地讲，结构可靠性是针对安全性而言的。 级为略低于现行标准规范的，但不影响安全
本文仅就安全性问题展开讨论。 及正常使用；c级为不符合国象标准规范要
本文将这两部规范加以比较。提出了对 求，影响安全或正常使用的； 级为严重不符
应于《鉴定标准》中各等级构件的可靠性指标 台国家标准规范要求，危及安全或不能正常
的大致范围，进一步推广到结构体系。并提出 使用的，必须立即采取措施。
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对照《统一标准》，有表2所示的关于结
构(构件)可靠性指标的规定。以延性破坏为
例，设安全等级为二级，即 o=1．0，则n级构
件对应的可靠性指标应为 一3．2。那么，此
时式R／ s≥I所代表的意义是；构件在一定
外载作用下，其可靠性指标 在3．2以上。
袭l 混凝土结构或构件承裁能力评定等级
承 载 锃 力
结构或构件种类 R， s
屋架．托槊 屋面
禁、平台主檗、柱 < 1．0 < 0 92
和中镀、重 缎工怍 ≥1．0 ≥0 <0．87
．92 ≥ 0．87
科吊车禁
一般构件(接整、 <1．0 <0．90
现挠槿、粟等) ≥ 1．0 ≥ 0
． 90 ≥ 0-B5 < 0 B5
注t R为结构或构件的抗力 s为结构或构件的怍用
效应m 为墙梅重要性幕数．对安垒等级一级、二级、三级的
结梅梅件，可分别取为1．1、1．O、0．9．
表2 结构构件承载能力极限状志
设计时采用的可靠性指标 值
安全等级
醢坏类型
一级 二级 三级
jl性破坏 3．7 2．
船性破坏 { 2 3．2
设外力s的均值为 ，均方差为“，抗力
R的均值为 ，均方差为 ，则构件的可靠性
指标 为(设R、8均服从正态分布)；
： (1)
0 七d
对于Ⅱ极构件，其 值是 ≥3．2，那么
对于6级、c级、 级呢?
假设一根钢筋砼梁，处于纯弯此状态，如
图I所示 其中， =100．0kN·m，变异系数
为 ．=0．I，c =0．I，若要使之达到P．o=
3．2，即为fir级构件，则必须有：
U ≥ + Po0 + 一．no+
+ 3．2 v，( ·CV_)。+ (m ·cv．) (2)
30
。( 三 。
凰I
解之可得：
≥ 160．5 (kN ·m)
假设外力不变、树料的离散性也不变，只
是构件承载力有退化，且退化系数取为表l
中的折减系数，则近似可得：
届≥ V D ’十； 一2．7：且。
Do≥ ·3
其中，o'rFCV · ·0．92
R= CV · | = Cv -0．87．u|
则：d b：G．o一且0=0．5，
A8 = 8 一8 = q．^
对于不同的“、 和 ，将得出不同
的 、 。计算表明， 、 基本上只随 。、
en 有关，而与 u 的大小关系不大，即当
构件抗力和外载荷作用效应的离散程度相同
的情况下，虽然承载力和外力作用效应的均
值不同，但各等级之间的可靠性指标 的差
值是相同的 图2表示了某些情况下它们之
间的关系。
从图2可以看出，构件承载力和外力作
用的离散性越大，则各等级的可靠性指标之
差反而变化越小，尤其是在 =0．1、CV 一
0．3的情况下，其 、 风的值基本上是不变
的。这里，取 一0．5， 一0．4，则对于安
全等级为二级的结构(构件)有；且≥3．2，2．7
≤ <3．2，2．3≤ <2．7。这样选取，与《统
一标准》中所规定的，各安全等级的 值之问
相差0．5是较为相符的。
由上述分析可知，对于现有结构构件的
安全性评估、分级、可通过计算构件的可靠性
指标的方法来完成 按上述计算过程．类似可
得其他种类构件的安全性等级的划分标准。
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圈2
作为示例，这里给出二级结构的钢筋砼构件 别列入表3、表4。
和钢结构构件的安全性等级划分的标准，分
寰3 钢筋砼构件安全性等级划分标准(--级)
安全性等墩
构件种类
屋集 托架、屋面粱、平台主粱 拄冲墩和重级 ≥
3．2 2． ≤ m<3．2 2．3≤ <2．7 ·<2．3
工作制吊车檗
一般构件 凡≥3 2 2．6≤m<3．2 2 2≤ <2．6 <2．2
寰4 钢结构构件安全性等级划分标准(--级)
安垒性等级
构件种类
屋架 托颦 粱、拄、中鳜和重级制吊车粱 且≥3．2 2．8≤岛<3．2 2．s≤

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