第３０卷增刊
２００５年７月Ｊｏｕｒｎａｌ广西大学学报（自然科学版）ｏｆＧｕａｎｇｘｉＶ０１．３０，Ｓｕｐ．ＳｃｉＥｄ）Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ（ＮａｔＪｕｌｙ，２００５文章编号：１００ｌ一７４４５（２００５）增－０１６０—０４
建筑结构可靠度影响因素综述
李欣荣
（中建一局发展有限公司，北京１０００００）
摘要：简要概述了结构可靠度设计的基础、不确定因素和设计影响因素．初步比较了我国建筑结构设计可靠
度水平与美国等国水平的差异．
关键词：可靠度；建筑结构；影响因素
中图分类号：ＴＵ４７２文献标识码：Ａ
１结构设计的可靠度基础
结构的可靠度分析与设计理论，主要是基于构件可靠度设计和体系可靠度设计理论．
１．１结构的构件可靠度设计
基于荷载和抗力随机性的统计分析和模型化，构件的功能函数通常是随机变量的函数，可以表示为
Ｚ—ｇ（Ｘ１，Ｘ２，…Ｘ。）（１）
其中Ｘｉ（ｉ一１，２，…，咒）是荷载、抗力或它们的影响因素等随机变量．
功能函数可以方便地刻画构件的安全准则、极限状态和失效准则，它们分别相应于ｚ＞ｏ、Ｚ—ｏ和Ｚ＜ｏ等三种状态．ｚ＞Ｏ和ｚ＜Ｏ满足的概率就是构件相应于函数Ｚ描述的功能的可靠度和失效概率．
结构的可靠度设计就是要在规定的条件下，合理地确定结构形式、构件材料和尺寸，使所有的结构构件可靠度满足期望的可靠度水平（或称目标可靠度）．
（１）当功能函数ｚ是线性的且各随机变量ｘ。（？＝１，２，…，俄）是正态随机变量时，相应于功能函数Ｚ的构件可靠度Ｐ５与可靠指标ｐ有一一对应的关系，ｐ表示为
ｐ＝优：／盯。（２）
（２）对于非线性功能函数、非正态随机变量的情况，总可以通过验算点法（或称ｔ，ｃ法）将其与卢对应起来．
于是，结构的可靠度设计转化为用可靠指标表示的设计表达式：展≥［卢］（ｉ一１，２，…，ｍ）式中卢。和［卢］分别是构件的实际可靠指标和目标可靠指标．目前各国工程结构设计规范都是基于上述构件可靠度设计理论编制的．
１．２结构的体系可靠度设计
结构设计不仅要满足构件的可靠度要求，更应该满足结构整体（或称体系）的可靠度要求，这是结构设计发展的必然趋势．结构体系的可靠度分析是以结构的失效模式为基础的，结构的失效模式由若干构
——Ｈ。一——
ｌ毫ｌ件的失效组成，即＠＝｛ｎ汐，），式中汐产：｛ｚ，＜ｏ），是第歹个构件的失效事件．因此，形成结构失效模式的
Ⅳ一
失效构件形成一个并联子系统．结构体系的失效概率可以表示为Ｐ玎＝Ｐ｛ｎ＠），同时满足结构构件和整体可靠度要求的设计表达式可表示为Ｐ。＞［Ｐ。］（ｉ＝１，２，…，ｍ），并且Ｐ。＞［Ｐ。］，式中Ｐ，，＝１一Ｐ巾是结构的体系可靠度；［Ｐ。］是相应的目标可靠度．结构的体系可靠度分析面临两个大的困难：其一是结
收稿日期：２００５—０４—２０；修订日期：２００５—０５—１１作者简介：李欣荣（１９７３一），男．湖南桃江人。中建一局发展有限公司工程师．
增刊李欣荣等：建筑结构可靠度影响因素综述１６１构的失效模式多，搜索困难；其二是各失效模式相关，给可靠度计算带来困难．目前，结构体系可靠度分析还没有普遍认可的、简便实用的方法．因此，结构体系可靠度还没有象构件可靠度那样全面有效地进入设计规范，但是，北美的一些规范规定了结构设计要进行主要失效模式、失效路径和冗余度分析和考虑，这在一定程度上反映了对结构体系可靠度的要求．
２影响结构设计可靠度设计因素
对于只有两个基本变量——荷载效应Ｓ和抗力Ｒ的构件功能函数：
Ｚ—Ｒ—Ｓ，（３）
其中尺和５是互不相关的正态随机变量．
则构件的可靠指标为ｐ一尝竺（４）
√盯女＋盯§
式中卢和仃是相应下标量的均值和标准差．
随机变量Ｒ和Ｓ的概率密度函数及其关系如图１所示．
Ｊｐ
Ｄｘ
图１荷载户。和抗力夕。概率密度及其关系
２．１目标可靠指标
在给定的抗力尺和荷载效应Ｓ下，参考图１，直观地说，目标可靠指标［明实际上是规定抗力和荷载效应的概率密度ＰＲ和Ｐｓ搭接的面积．［明是结构安全水平的综合指标，是影响结构设计可靠度水平最直接的指标．我国《建筑结构设计统一标准》（ＧＢＪ６８—８４）和其它大多数国家的结构设计标准，目标可靠指标［ｐ］都是在给定抗力和荷载的概率分布条件下校准原规范安全系数来确定的．
２．２可变荷载水平与分布参数
在相同的目标可靠指标下，荷载设定的大小不同，结构设计可靠度水平截然不同．在荷载水平的影响中，可变荷载占主导地位．可变荷载大致可以分为两类：其一是楼面活荷载；其二是自然环境荷载，包括诸如风载、雪载和地震作用等受自然规律支配发生的荷载或作用．楼面活荷载的水平，主要是设计基准期内荷载均值的大小；自然环境荷载的水平，主要与基准期长短有关．因为大多数自然环境荷载都是按年最大值统计确定的，基准期越长，荷载水平越高．可变荷载概率分布参数确定的准确程度，也将影响结构设计的可靠度．例如，假定在图１中的实线是相应于目标可靠指标［ｐ］的设计荷载效应，虚线是实际的荷载效应，显然，我们设计的结构并不真正具备设定的目标可靠指标［仞．
’２．３最不利荷载效应组合
我国构件目标可靠指标是《建筑结构设计统一标准》（ＧＢＪ６８—８４）按三种基本荷载效应组合、１４种基本构件校准确定的，其它各种荷载效应组合下的目标可靠指标均与此水平相同．结构设计通常是最不利荷载效应组合起控制作用，最不利的程度不同，结构实际的可靠度也将不同，可变荷载水平的影响因素类似．在校准构件目标可靠指标时，“恒载＋活载＋风载”与“恒载＋活载＋雪载＋风载”两种不同荷载
１６２广西大学学报（自然科学版）第３０卷效应组合下（可变荷载基准期相同）具有相同的目标可靠指标，其实，两者的可靠度水平是不同的．２．４抗力衰减
由于环境荷载疲劳效应导致的累积损伤、环境腐蚀和材料老化等不利因素的影响，构件的抗力将随时间衰减，具体表现在抗力的均值和标准差是时间的函数，即卢一触（￡），盯＝妇（￡）．如果能准确把握抗力分布参数随时间变化的规律，则结构设计应采用期望结构使用年限Ｔ。的构件剩余抗力的分布参数触（丁。）和ｄＲ（Ｌ）．目前，这一工作国内外都在研究中，从发展的趋势看，构件的抗力衰减将会在结构设计或规范中予以考虑．
３结构设计可靠度水平的初步比较
３．１目标可靠指标
根据国际标准化组织的结构可靠性总原则（ＩＳ０２３９４：１９９８），对于不同重要性的结构，承载能力极限状态的构件目标可靠指标分别为３．１、３．８、４．３．我国统一标准（ＧＢＫ６８—８４）规定，延性和脆性破坏的构件分别为２．７、３．２、３．７和３．２、３．７、４．２。显然，两者比较接近，但我国最低值稍偏低一些．我国钢筋混凝土构件的目标可靠度与美国接近，比墨西哥低．在恒载＋活载组合下，我国钢构件目标可靠指标与美国接近，但节点指标远低于美国；在含地震的组合下，美国的地震水平相当于我国的众值烈度，但可靠度远高于我国．
３．２可变荷载
由于楼面活荷载是随机变量，荷载水平关键是均值的大小．美国楼面活荷载采用的标准值比我国大，而且平均值约比我国大一倍．中国和美国的自然环境荷载水平大体相当，主要是基准期一样（均为５０年）的原因．此外，风荷载标准值中国为３０年一遇、美国用５０年一遇，但风荷载均值与标准值的比，中国高于美国，因此，两国风荷载均值大体相当．这一结果表明，可变荷载的标准值只是一个名义值，荷载水平主要体现在均值的大小上．
４结论
（１）结构设计可靠度的主要影响因素有：目标可靠度指标、可变荷载水平、工程质量、最不利荷载效应组合和抗力衰减．荷载和抗力分项系数设计表达式是结构构件可靠度设计的一种实用表达式，其中荷载和抗力标准值、分项系数和组合系数只是在上述影响因素设定水平的条件下，按误差最小的原则优化确定的协调量．结构设计可靠度水平的比较和调整，宜直接调整上述影响因素的设定水平．
（２）我国统一标准规定的构件目标可靠指标在大多数情况下与美国大体相当，但抗风，特别是抗震的可靠指标要比美国低；风、雪和地震等自然环境荷载与美国大体相当，但楼面活荷载平均值要比美国低大约一半，这一点应引起特别注意．
（３）从结构可靠度设计规范发展的角度来说，工程质量的随机影响能在规范和设计中考虑的要尽量考虑，同时要加强质量控制；抗力衰减和结构体系可靠度，将以不同的形式进入结构设计规范，我国应在此方面加强研究，积极考虑．结构可靠度理论是结构设计和规范制定的基础，在某种程度上标志着一个国家结构工程发展的水平，我国应在此领域长期投资，持久的研究，为规范的修订提供充足的成果储备．
参考文献：
［１］欧进萍，建筑结构设计可靠度的影响因素与比较研究，建筑科学，１９９９．５．
［２］赵国藩，工程结构可靠性理论与应用，大连：大连理工大学出版社，１９９９．
［３］赵国藩，影响工程结构可靠度的主要问题及对微调的建议，建筑科学，１９９９．５［４］吴世伟，结构可靠度分析，人民交通出版社，１９９０．
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（ＣｈｉｎａＮｏ．１ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｂｕｒｅａｕｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｌｔｄ．，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００００，Ｃｈｉｎａ）
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Ｋｅｙｗｏｒｄ：ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ；ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ；ｉｎｆｌｕｅｎｃｅｆａｃｔｏｒｓ（责任编辑张晓云）
建筑结构可靠度影响因素综述
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年，卷(期)：李欣荣， LI Xin-rong中建一局发展有限公司,北京,100000广西大学学报（自然科学版）JOURNAL OF GUANGXI UNIVERSITY （NATURAL SCIENCE EDITION）2005,30(z1)
参考文献(4条)
1. 吴世伟 结构可靠度分析 1990
2. 赵国藩 影响工程结构可靠度的主要问题及对微调的建议 1999
3. 赵国藩 工程结构可靠性理论与应用 1999
4. 欧进萍 建筑结构设计可靠度的影响因素与比较研究 1999(05)
本文链接：http://d.g.wanfangdata.com.cn/Periodical_gxdxxb2005z1049.aspx