我国现行建筑结构设计规范可靠度的校核与分析

根据可靠度校核的非迭代方法推导了检验设计值点是否为设计验算点(理想设计值点)的公式,并建立了可接受设计值点的判断准则。采用非迭代方法对我国现行建筑结构设计规范中的15类典型构件的实际可靠指标进行校核,并对比分析了《建筑结构可靠性设计统一标准》(GB 50068—2018)对荷载分项系数调整带来的构件可靠指标变化。结果表明:荷载分项系数调整后,各类构件的实际可靠指标平均值比目标可靠指标大0.8,比调整前的可靠指标平均提高了0.28;混凝土、砌体和木构件的综合安全系数提高为原来的1.05倍,钢构件的综合安全系数提高为原来的1.07倍。各类构件以及同类构件在不同荷载比例和组合下的实际可靠指标差异很大,"恒荷载+风荷载"组合下构件的可靠指标明显低于"恒荷载+楼面活荷载"组合。不同类型荷载设计值的保证率差异过大是导致可靠指标离散性偏大的主要原因。永久荷载效应比例较大时,多数构件的设计值点不是可接受设计值点,既有建筑结构鉴定时的荷载标准值及荷载分项系数存在优化的空间。     

铝合金结构构件可靠度分析

以试验数据为基础,对铝合金结构基本构件(包括轴压构件、受弯构件和偏压构件)进行了设计可靠度分析。分析结果表明,构件类型和荷载组合对于结构构件可靠度的影响很大;在相同荷载条件下,轴压构件的可靠指标最低,受弯构件的可靠指标最高;对于同类构件,参与组合的风荷载越大,其可靠指标越低。最后,针对国产结构用铝合金6061-T6的构件承载力设计提出了合理的抗力分项系数和设计强度建议值。采用本文建议的强度设计值,铝合金结构基本构件的设计可靠指标平均值均大于3.70,完全满足《建筑结构可靠度设计统一标准》(GB 50068—2001)的规定。     

荷载分项系数调整对钢筋混凝土梁可靠性的影响分析

为明确新版《建筑结构可靠性设计统一标准》(GB 50068-2018)中的荷载分项系数调整对钢筋混凝土梁设计安全性的影响,参考已有统计参数模型,采用蒙特卡罗法对钢筋混凝土梁进行可靠指标计算。考虑抗弯和抗剪两种破坏模式、四种常用荷载组合等情形,分别计算了荷载分项系数调整后钢筋混凝土梁可靠指标的变化。结果表明：荷载分项系数调整后,对于办公楼活荷载、风荷载、雪荷载分别与恒载组合以及办公楼活荷载和风荷载与恒载联合组合的四种情况,钢筋混凝土梁的抗弯可靠指标提高了约9.7%～16.9%,基本满足目标可靠指标3.2的要求;当抗力分项系数在1.5～2.2范围变化时,钢筋混凝土梁的抗剪可靠指标增加较小,增幅仅约为0.05～0.20;当抗力分项系数取2.2时,钢筋混凝土梁的抗剪可靠指标基本满足目标可靠指标3.7的要求。     

可变荷载效应占高比重时荷载分项系数取值研究

针对现行可靠度设计统一标准给出的荷载分项系数值对应可变荷载效应比值取值范围较低,缺乏对该荷载分项系数值在可变荷载效应占高比重下适用性的充分考虑的情形,以钢拱架结构模型和RC框架柱模型为例,分析了可变荷载效应比值的取值范围,揭示了可变荷载效应比值将会较高的现象;基于可靠度理论并结合设计约束条件建立了荷载分项系数的计算方法;通过数值分析,求解得到了荷载分项系数值;最后分析了按多国规范用荷载分项系数进行结构设计的可靠指标随可变荷载效应比值的变化规律。结果表明：可变荷载效应占高比重时,按我国规范用荷载分项系数设计的混凝土和钢结构构件的可靠指标低于目标可靠指标较多;而美英两国规范用荷载分项系数的适用性要好于我国规范,但对应的钢结构构件的设计可靠指标仍偏低。从可靠性的角度为近年风、雪灾害中若干结构容易破坏的现象提供了补充解释,同时也为相关规范修订提供参考。     

建筑结构构件可靠度校核的非迭代方法

针对以概率理论为基础的结构承载能力极限状态方程,提出了一种直接校核结构构件可靠度的非迭代方法。根据正态随机变量下结构可靠度的一次二阶矩理论,证明了在一般设计值点与设计验算点计算的可靠指标完全相等,可以省去搜索设计验算点的迭代计算过程。本文提出了荷载效应与结构抗力分项可靠指标的计算公式,建立了通过荷载效应及结构抗力分项可靠指标计算结构可靠指标的方法,同时证明了如设计值点正好是设计验算点,则结构可靠指标等于荷载效应和结构抗力分项可靠指标的平方和之根。对典型结构构件的分析表明,虽然现行设计规范中较多情况下的设计值点偏离设计验算点较远,但在现行设计规范的设计值点进行当量正态化可近似代替在设计验算点进行当量正态化,由此引起的可靠指标计算误差可忽略不计。最后,对本文方法的适用范围进行了探讨。     

以概率理论为基础的极限状态设计方法——我国《建筑结构设计统一标准》(初稿)中的若干概念问题

本文对我国《建筑结构设计统一标准》(初稿)采用的以概率理论为基础的极限状态设计方法作了概要的综合介绍。文中着重论述了这种设计方法的概念,包括:荷载效应与结构抗力的变异性,荷载效应的组合形式,结构可靠度的度量和概率分析,结构的目标可靠指标与安全等级,结构构件的设计表达式和分项系数的确定,以及结构可靠度与材料、构件质量控制的关系等。最后概述了这一标准的特点。     

钢管脚手架相关规范对荷载规定讨论

根据JGJ 162—2008《建筑施工模板安全技术规范》和GB 50009—2012《建筑结构荷载规范》,对JGJ 166—2008《建筑施工碗扣式钢管脚手架安全技术规范》中关于荷载分项系数的取值进行更正,并结合工程实例进行验证对比,结果表明按照更正后的荷载分项系数进行支架模版的设计更加安全合理。目前JGJ 130—2011《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》中关于荷载组合和荷载设计值的规定已经与JGJ 162—2008《建筑施工模板安全技术规范》统一,因此建议新版的《建筑施工碗扣式钢管脚手架安全技术规范》也对此进行修订。     

海洋大气环境下钢筋混凝土梁可预期寿命设计方法

基于时变可靠性分析,采用荷载与抗力分项系数,提出了海洋大气环境下钢筋混凝土梁可预期寿命设计方法。首先,基于混凝土中Cl~-传输模型确定了钢筋初始锈蚀时刻;其次,考虑钢筋锈蚀不均匀性对横截面积分布以及钢筋力学性能的影响,计算了锈蚀梁在预期服役寿命内的时变可靠指标;再次,对结构设计的初始目标可靠指标进行调整,从而保证结构在预期服役寿命内的最低可靠指标仍满足现行规范要求。在极限状态设计表达式基础上,通过可靠性分析计算了不同目标可靠指标调整值以及预期服役寿命要求下钢筋混凝土结构各构件梁荷载和抗力(受弯承载力)分项系数。最后通过钢筋混凝土梁的设计算例说明本文方法的有效性。     

既有建筑结构构件的安全性分析

提出了基于目标使用期的既有建筑结构构件承载能力验算的极限状态表达式。根据适用于既有结构的荷载和抗力概率模型,考虑14种代表性的结构构件、不同的可变荷载效应与永久荷载效应的比值、3种可变荷载效应与永久荷载效应的简单组合,对不同目标使用期内的荷载分项系数进行了优化分析。结果为:永久荷载分项系数γG=1.0(当永久荷载对结构有利时,γG=0.6),可变荷载分项系数γQ=1.3。由荷载分项系数进一步优化分析得出不同构件的承载力分项系数为γR=1.1～1.8。按目标可靠指标增减0.25确定了既有建筑结构构件承载能力的等级评定标准。经工程实例验证,所提分析方法更加符合实际情况,合理实用。     

钢结构的概率极限状态设计方法

本文重点讲解了建立在概率论基础上采用可靠指标的概率极限状态设计法,是如何应用和引入新订《钢结构设计规范》(GBJ17-88)中的。文章通过对荷载效应和结构构件抗力基本统计参数的分析;通过对旧规范的β值“校准”,对钢构件统一的抗力分项系数γ_R 值的由来,作了简要明确的阐述和说明。     

对钢结构加固技术规程可靠度水平的评价

基于可靠性原理，根据服役钢结构维修、加固的需要，以钢结构轴心受力构件为例推导分析了抗力统计参数的计算公式。根据建筑结构荷载标准，采用“校准法”计算了现行钢结构加固技术规程的可靠度水平。结果表明，当钢结构轴心受力构件按《钢结构检测评定及加固技术规程》加固后，其可靠指标基本上满足《建筑结构可靠度设计统一标准》的要求，说明《钢结构检测评定及加固技术规程》中规定的加固方法基本是合理的。     

随机性验证荷载对既有建筑结构构件可靠度的影响分析

对既有建筑结构构件进行安全性评定时,容易推断其在已服役时间内的随机性验证荷载。以混凝土受弯、大偏压和轴压三类构件为例,研究了随机性验证荷载作用下结构构件可靠指标的时变规律。不考虑抗力退化时构件可靠指标和失效概率的时变规律分析表明：①经5年左右的验证荷载作用后,构件的失效概率均趋于与服役时间成正比;既有结构评定时的构件失效概率回复至零,且失效概率增长速率基本与原设计构件相同;②评定时的已服役时间越长、评估使用年限越短、永久荷载占比越大,验证荷载引起的构件可靠指标基本增量越大,而三类构件之间的可靠指标基本增量差异不大;③验证荷载引起的可靠指标综合增量由可靠指标基本增量和评估使用年限缩短引起的可靠指标增量构成,且后者大于前者;④评估使用年限不超过5年和已服役时间的一半时,验证荷载的有利作用较显著,采用基于良好结构状态的评定方法评定既有结构构件的安全性时应限定评估使用年限和已服役时间。完整的结构构件时变可靠指标分析应同时考虑抗力退化、验证荷载作用以及评估使用年限缩短的影响,验证荷载作用及评估使用年限缩短可抵消部分因抗力退化引起的可靠指标降低。     

浅谈建筑结构荷载分项系数的应用

根据现行《建筑结构荷载规范》中关于荷载分项系数的规定,对其实际应用进行简要分析,并提出了计算由永久荷载效应控制的组合值时应注意的问题,以供参考。     

钢管混凝土轴压构件简化公式的可靠指标分析

本文根据《建筑结构可靠度设计统一标准》(GB50068-2001)和《建筑结构设计统一标准》(GBJ68-84),利用一次二阶矩法中的验算点法(JC法),计算了韩林海教授所提出的两种截面形式的钢管混凝土轴压构件设计简化公式的可靠指标。计算结果表明:两种截面形式的钢管混凝土轴压构件的可靠指标,均符合规范中目标可靠指标的要求:可靠指标受混凝土强度等级、含钢率大小的影响较大,此外,钢材种类、荷载比也有一定影响     

国家标准《建筑结构荷载规范》修订概要

国家标准《建筑结构荷载规范》此次修订是在全球气候变化、反恐以及经济全球化的背景下进行的。修订要点主要包括增加温度作用和偶然荷载内容,规范涵盖范围由直接作用扩充到间接作用。收集补充了我国最新的风、雪和气温气象数据,更新各城市基本雪压和风压值,填补建筑结构设计全国基本气温数据空白,以应对灾害性天气对工程结构安全构成的威胁。调整部分楼面及构件的活荷载,增加可变荷载考虑设计使用年限调整系数,完善并适当提升建筑结构的可靠水准。补充各类屋面的不均匀积雪分布情况,以提高大跨轻型屋面抗雪灾能力。规范修订全方位综合调整了风荷载水准,修订后的风荷载计算公式与参数更加通用透明,另外还增加了高层建筑横风向及扭转风振响应计算。     

规范修订对复合地基设计的影响

分析了由于《建筑地基基础设计规范》以及《建筑结构荷载规范》的修订,荷载取值的变化,在采用荷载设计值进行复合地基设计是所产生的问题,并提出了相应的改进意见。     

《建筑结构设计统一标准》问题专栏(九)(十)(十一)木结构可靠度分析

<正> 本文采用概率方法,以可靠指标β为度量尺度,对现行《木结构设计规范》(GBJ5-73)的构件可靠度进行了校准分析,为《建筑结构设计统一标准》(初稿)(以下简称《统一标准》)提供背景材料。一、基本统计参数有关荷载方面的统计参数,已载于《建筑结构构件可靠度的计算》一文中。影响木结构构件抗力的因素较多,与其他结构构件一样,一般归结为材料性能、几何特征和计算模式精确性等三个方面来分     

国际标准“设计值法”在我国结构可靠度设计中的应用

介绍了我国现行结构设计标准中采用的设计方法存在的不足和国际标准中提出的工程结构可靠度"设计值法"的基本思想。根据我国荷载、抗力的统计结果及设计值法的荷载、抗力设计值的取值原则,考虑活荷载与恒荷载的比值对结构可靠度的影响,对不同类型构件在轴心受压条件下的可靠度进行系统的分析。分析表明:"设计值法"隐含的可靠度水平较我国的设计方法明显偏低,无法直接用于我国结构设计。依据我国结构设计的目标可靠指标对其进行修正,初步建立适用于我国结构设计的荷载、抗力设计值法取值参数。     

海洋大气环境下钢筋混凝土梁可预期寿命设计方法

基于时变可靠性分析,采用荷载与抗力分项系数,提出了海洋大气环境下钢筋混凝土梁可预期寿命设计方法。首先,基于混凝土中Cl-传输模型确定了钢筋初始锈蚀时刻;其次,考虑钢筋锈蚀不均匀性对横截面积分布以及钢筋力学性能的影响,计算了锈蚀梁在预期服役寿命内的时变可靠指标;再次,对结构设计的初始目标可靠指标进行调整,从而保证结构在预期服役寿命内的最低可靠指标仍满足现行规范要求。在极限状态设计表达式基础上,通过可靠性分析计算了不同目标可靠指标调整值以及预期服役寿命要求下钢筋混凝土结构各构件梁荷载和抗力(受弯承载力)分项系数。最后通过钢筋混凝土梁的设计算例说明本文方法的有效性。     

增大住宅楼建筑设计基准期的探讨

目前,我国的建筑设计规范规定设计基准期为50年,而国家对民用建筑出让土地使用权的期限为70年,20年的差值使得住宅房屋在土地使用权的期限内必须进行房屋安全性评估,超役期的建筑投入大量后期维护费用的可能性大大提高,因此,将设计基准期提高到70年是很有必要的。本文就设计基准期提高到70年后,对民用住宅楼建筑的荷载标准值统计参数、构件抗力统计参数及分项系数表达式中各分项系数的取值的变化做了计算分析,根据GB50068-2001《建筑结构可靠度设计统一标准》中建议的计算方法,给出新的便于设计使用的分项系数设计表达式。