《荷载与结构设计方法》课程教学资源（阅读材料）工业建筑可变作用的概率模型及可靠度

综述 工业建筑可变作用的概率模型及可靠度 姚继涛谷黄’幸坤涛 (1.西安建筑科技大学土木工程学院，西安710055：2.中治建筑研究总院有限公司，北京100088) 摘要：对工业建筑可变作用的概率模型及可靠度研究现状进行了综述，包括工业建筑可变作用的概率模 型、工业建筑设计可靠度，既有工业建筑鉴定评级可靠度、工业建筑时变可靠度4个方面，揭示了当前研究的不 足。工业建筑可变作用包括品车有载、工业建筑楼面活荷载和屋面积灰荷载，当前我国相关技术标准中荷载标 准值的取值虽是建立在实测统计资料基础上的保守值，但对吊车荷载及荷载效应的概率模型仅做了初步研究 对工业建筑楼面活荷载和屋面积灰荷载的概模型目前尚未有研究。工业建筑设计的目标可靠指标是以民用 建筑设计校准结果为依据给定的，设计可靠度、鉴定分级可靠度的校准工作均采用民用建筑的可变作用和3种 简单荷载组合，未考虑工业建筑特殊可变作用，校准结果是保守和粗略的。工业建筑时变可靠度涉及结构耐久 性和吊车梁疲劳问恩，是工业建筑全寿命可靠性分析与控制的理论基础，应给予足够重视. 关键词：工业建筑：概率模型：设计可靠度：鉴定分级可靠度：时变可靠度 D0L10.13204小.gyj201808026 ON THE PROBABILITY MODELS OF VARIABLE ACTIONS FOR INDUSTRIA L BUILDINGS AND ITS RELIABIL YAO Jita GU Hui XING Kuntao Abstract:The eviewed the reliability of industrial building orobability models including gs of th research.The iable s of industrial buildings include the crane load,the live load on industria building floor and the fouling load on roof.The characteristic values of these loads in the related specifications of statistical d only th 。 f the civil buildine nsidering the variable actions of industrial buildings.The time endent reliability of industrial buildings was related to the tural durability and the fatigue problems of crane beams.It should be paid much enough attention as the theoretical basis for the life reliability analysis and control of industrial buildings reliability 工业建筑可变作用的概率模型及可靠度研究 停留在相略估算的水平，采用民用建筑的常用可变 包括工业建筑特有的可变作用（吊车荷载、楼面活 荷载、积灰昔载)率模型的确立、典型构件设计可 “十三五"国家重点研发计划资助(2016Y00701301-01)。 靠度的校准、既有工业建筑鉴定分级可靠度 确定 和工业建筑时变可事度的研究。由于当前工业 一作者：姚继涛，男，1965年出生.博士.教授. 通信作者：谷， u 163.com 可变作用概率模型尚未建立，其可靠度的研究一直 收日期：2018=04=1 工业建统2018年第48卷第8期147 C)1994-019 China Academie Joural Electronie Publishing House All rights reserved.http://www.cnki.ne

Industrial Construction Vol. 48，No. 8，2018 工业建筑 2018 年第 48 卷第 8 期 147 檮檮檮檮 檮檮 檮檮 檮檮檮檮 殑 殑 殑 殑 综 述 工业建筑可变作用的概率模型及可靠度* 姚继涛1 谷 慧1 幸坤涛2 ( 1． 西安建筑科技大学土木工程学院，西安 710055; 2． 中冶建筑研究总院有限公司，北京 100088) 摘 要: 对工业建筑可变作用的概率模型及可靠度研究现状进行了综述，包括工业建筑可变作用的概率模 型、工业建筑设计可靠度、既有工业建筑鉴定评级可靠度、工业建筑时变可靠度 4 个方面，揭示了当前研究的不 足。工业建筑可变作用包括吊车荷载、工业建筑楼面活荷载和屋面积灰荷载，当前我国相关技术标准中荷载标 准值的取值虽是建立在实测统计资料基础上的保守值，但对吊车荷载及荷载效应的概率模型仅做了初步研究， 对工业建筑楼面活荷载和屋面积灰荷载的概率模型目前尚未有研究。工业建筑设计的目标可靠指标是以民用 建筑设计校准结果为依据给定的，设计可靠度、鉴定分级可靠度的校准工作均采用民用建筑的可变作用和 3 种 简单荷载组合，未考虑工业建筑特殊可变作用，校准结果是保守和粗略的。工业建筑时变可靠度涉及结构耐久 性和吊车梁疲劳问题，是工业建筑全寿命可靠性分析与控制的理论基础，应给予足够重视。 关键词: 工业建筑; 概率模型; 设计可靠度; 鉴定分级可靠度; 时变可靠度 DOI: 10. 13204 / j． gyjz201808026 ON THE PＲOBABILITY MODELS OF VAＲIABLE ACTIONS FOＲ INDUSTＲIAL BUILDINGS AND ITS ＲELIABILITY YAO Jitao1 GU Hui1 XING Kuntao2 ( 1． School of Civil Engineering，Xi'an University of Architecture and Technology，Xi'an 710055，China; 2． Central Ｒesearch Institute of Building and Construction Co． Ltd，MCC，Beijing 100088，China) Abstract: The paper reviewed the reliability of industrial buildings and its probability models，including the probability models of variable actions，the design reliability of industrial buildings，the classification reliability of existing industrial buildings，and the time-variant reliability of industrial buildings． It revealed the shortcomings of the current research． The variable actions of industrial buildings include the crane load，the live load on industrial building floor and the fouling load on roof． The characteristic values of these loads in the related specifications of China are conservative based on the measured statistical data，but only the crane load and its load affection was preliminarily studied with some literatures． There are few studies for the corresponding probability models of the live load on industrial building floor and the fouling load on roof． The target reliability index of the industrial buildings design was based on the reliability calibration results of the civil buildings． The calibration works of the design reliability and the classification reliability were used the three simple load combinations in civil buildings，not considering the variable actions of industrial buildings． The time-dependent reliability of industrial buildings was related to the structural durability and the fatigue problems of crane beams． It should be paid much enough attention as the theoretical basis for the life reliability analysis and control of industrial buildings． Keywords: industrial buildings; probability models; design reliability; identification reliability; time-dependent reliability * “十三五”国家重点研发计划资助( 2016YFC0701301 － 01) 。 第一作者: 姚继涛，男，1965 年出生，博士，教授。 通信作者: 谷慧，guhuiyatou@ 163． com。 收稿日期: 2018 － 04 － 16 工业建筑可变作用的概率模型及可靠度研究， 包括工业建筑特有的可变作用( 吊车荷载、楼面活 荷载、积灰荷载) 概率模型的确立、典型构件设计可 靠度的校准、既有工业建筑鉴定分级可靠度的确定 和工业建筑时变可靠度的研究。由于当前工业建筑 可变作用概率模型尚未建立，其可靠度的研究一直 停留在粗略估算的水平，采用民用建筑的常用可变

荷载（办公楼、住宅棱楼面活荷载）的概率模型，给 用建筑结构荷载规范》)在设计重级工作制的吊车 出可可堂度分析结果的相对保守估。丁业建可堂庄 梁、上翼缘及其制动结构的强度和稳定性，以及连接 的研究，应在工业建筑特有的可变作用概率模型完 的强度时，首先取横向水平荷载为小车制动力的 善的基础上，考虑构件抗力和荷载效应的随机过程 守估计值，然后考虑卡轨力的影响，引入动力放 理论，对典型构件进行可靠度分析，确保工业建筑设 大系数。但从1988年修订凹9一74)以来，考虑此 计安全度，并对服役过程中的安全性、经济性、耐久 法在概会上不洁晰，决定不再使用.即当前GB 性以及科学管理提供优化理论，为既有工业建筑结 50009一2012中并未考虑卡轨力问 构诊治与性能提升提供理论依据，推进绿色工业建 2)计算排架考虑多台吊车荷载时，对参与组台 筑的发展进程， 的最大吊车台数予以规定，且荷载组合效应标准值 志文精工业建前口可恋作用的想盔横型、工业建 乘以折减系数。设计厂房的吊车梁和排架时，考虑 纳设计可靠府、旺右工业建锁鉴定评级可靠府、工业 参与组合的吊车台数是根据所计算的结构构件能同 建筑时变可靠度4个方面的研究进行综述，揭示当 生效应的吊车 台数确定，主要取决于柱距的 前工业建筑可靠度研究的不足 小和房跨间的数量，其次是各吊车同时聚集在同 一柱距范围内的可能性。老虑多台吊车悠向荷费 1工业建筑可变作用的概率模型 时，对单层品车的单跨厂房的每个排架，参与组合的 工业建筑的可变作用，与民用建筑有者明显的 吊车台数不宜多于2台：对单层吊车的多跨厂房 区别（主要指荷载标准值的计算原则、荷载概率花 每个排架，不宜多于4台：考虑多台吊车水平荷载 型及模型参数选取的区别，包括吊车荷载、工业建 时，对单跨或多跨厂房的每个排架，参与组合的吊车 锁楼面活荷载和屋面积灰荷载。其中，品车荷载和 台数不成多干2台。实际T程中名台吊车组合村 层而积灰荷载是民用建筑不涉及的荷载，工业律筑 司时满大、小行车均位干荷载效应品不利位写 棱面活荷载也因厂房的特殊性（设备荷载、堆料荷 的极端情况不 可能出现)，设计时的荷载组合 载、操作荷载)与民用建筑楼面活荷载大有不同 荷载组合效应标准值（最大荷载效应值）的折减值 1.1吊车荷我的设计规定及概率模型 折减系数的确定有以下两种方法：1)考虑排架柱 吊车荷载是可动可变的动态作用，其影响因素 两台吊车组合，折减系数取为两台吊车按一台满载 同时具有时间和空间上的随机性，变化过程在设计 台空载计算和按两台同时满载计算 使用年限内是 随机过程 GB 5000 载效应的比值 :2)考虑吊车荷载单独作用效应 《建筑结构荷载规范》基于实测调研给出了吊车 多台吊车荷载组合效应的概率模型，取为设计基准 荷载设计的保守规定，部分学者根据统计资料，初步 期内多台吊车荷载组合效应概率分布的平均值，与 律立了吊车的概密横型 各台吊车载效应均取设计基准期讲行组合的极 国内技术标准的相关设计规定 分布的平均值的比值。 CBJ 9- 87《健筑结构荷 吊车荷载包括吊车竖向荷载和水平荷截（横向 载规范》 和B68 84《建筑结构设计统 水平荷载和纵向水平荷载)，其中纵向水平荷载因 准》8分别采用了上术两种方法.GB50009一2012 大车制动引起，由柱间支撑承担，竖向荷载和横向水 沿用了GBJ68一84的相关期定，采用第一种方法 平荷载由横向排架体系（吊车梁和 排架柱)承担 在吊车竖向荷载组合效应分析结果的基础上，给出 GB5000 2012对参与设计的吊车荷载（包 守取值，横向水平荷载组合效应计算时直接 括吊车竖向荷载和水平荷载)，及涉及多台吊车组 用可。相关技术标准和文献对多台吊车荷载组合 合的荷载效应的相关却定，是想据北言、上海、汁阳 时折减系数的规定值列于表1。经对比，GB 鞍山、大连等地的厂房吊车实测数据及调查统计资 50009一2012的取值最为保守，这可能会带来不必 料制定的。因 测统计资料并不完善 规定是保 要的经济浪费 的但也是租略的，主要表现如下 1.1.2国外技术标准的相关设计规定 )品车横向水平荷线取小车制动力的保守估 相比于我国技术标准对吊车荷载的设计规定 计值。工程中的品车横向水平荷载包含小车制动力 欧洲标准EN1991-30作了更为详细的说明，其 和卡轨力，其中卡轨力指吊车运行时，由于轨道不 考虑的吊车荷载作用种类与我国基本相同，但对各 直、吊车行驶时的歪斜，及生产、使用中难以控制的 类吊车的荷载取值规定更为细化·其中桥式起重花 各种因素产生的横向水平力。T们9一74《工业与民 的竖向荷载由小车在吊车桥架上的位置决定，并要 148 工业建筑2018年第48基第8别 19China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved. http://www.cnki.ne

148 工业建筑 2018 年第 48 卷第 8 期 荷载( 办公楼、住宅楼楼面活荷载) 的概率模型，给 出可靠度分析结果的相对保守值。工业建筑可靠度 的研究，应在工业建筑特有的可变作用概率模型完 善的基础上，考虑构件抗力和荷载效应的随机过程 理论，对典型构件进行可靠度分析，确保工业建筑设 计安全度，并对服役过程中的安全性、经济性、耐久 性以及科学管理提供优化理论，为既有工业建筑结 构诊治与性能提升提供理论依据，推进绿色工业建 筑的发展进程。 本文对工业建筑可变作用的概率模型、工业建 筑设计可靠度、既有工业建筑鉴定评级可靠度、工业 建筑时变可靠度 4 个方面的研究进行综述，揭示当 前工业建筑可靠度研究的不足。 1 工业建筑可变作用的概率模型 工业建筑的可变作用，与民用建筑有着明显的 区别( 主要指荷载标准值的计算原则、荷载概率模 型及模型参数选取的区别) ，包括吊车荷载、工业建 筑楼面活荷载和屋面积灰荷载。其中，吊车荷载和 屋面积灰荷载是民用建筑不涉及的荷载，工业建筑 楼面活荷载也因厂房的特殊性( 设备荷载、堆料荷 载、操作荷载) 与民用建筑楼面活荷载大有不同。 1. 1 吊车荷载的设计规定及概率模型 吊车荷载是可动可变的动态作用，其影响因素 同时具有时间和空间上的随机性，变化过程在设计 使用年限内是一个随机过程［1］。GB 50009—2012 《建筑结构荷载规范》［2］基于实测调研给出了吊车 荷载设计的保守规定，部分学者根据统计资料，初步 建立了吊车荷载的概率模型。 1. 1. 1 国内技术标准的相关设计规定 吊车荷载包括吊车竖向荷载和水平荷载( 横向 水平荷载和纵向水平荷载) ，其中纵向水平荷载因 大车制动引起，由柱间支撑承担，竖向荷载和横向水 平荷载由横向排架体系( 吊车梁和排架柱) 承担。 GB 50009—2012［2］对参与设计的吊车荷载( 包 括吊车竖向荷载和水平荷载) ，及涉及多台吊车组 合的荷载效应的相关规定，是根据北京、上海、沈阳、 鞍山、大连等地的厂房吊车实测数据及调查统计资 料制定的。因实测统计资料并不完善，规定是保守 的但也是粗略的，主要表现如下: 1) 吊车横向水平荷载取小车制动力的保守估 计值。工程中的吊车横向水平荷载包含小车制动力 和卡轨力，其中卡轨力指吊车运行时，由于轨道不 直、吊车行驶时的歪斜，及生产、使用中难以控制的 各种因素产生的横向水平力。TJ 9—74《工业与民 用建筑结构荷载规范》［3］在设计重级工作制的吊车 梁、上翼缘及其制动结构的强度和稳定性，以及连接 的强度时，首先取横向水平荷载为小车制动力的保 守估计值［4］，然后考虑卡轨力的影响，引入动力放 大系数。但从 1988 年修订 TJ 9—74［3］以来，考虑此 法在 概 念 上 不 清 晰，决 定 不 再 使 用，即 当 前 GB 50009—2012 中并未考虑卡轨力［2］。 2) 计算排架考虑多台吊车荷载时，对参与组合 的最大吊车台数予以规定，且荷载组合效应标准值 乘以折减系数。设计厂房的吊车梁和排架时，考虑 参与组合的吊车台数是根据所计算的结构构件能同 时产生效应的吊车台数确定，主要取决于柱距的大 小和厂房跨间的数量，其次是各吊车同时聚集在同 一柱距范围内的可能性。考虑多台吊车竖向荷载 时，对单层吊车的单跨厂房的每个排架，参与组合的 吊车台数不宜多于 2 台; 对单层吊车的多跨厂房的 每个排架，不宜多于 4 台; 考虑多台吊车水平荷载 时，对单跨或多跨厂房的每个排架，参与组合的吊车 台数不应多于 2 台。实际工程中多台吊车组合时， 同时满载且大、小行车均位于荷载效应最不利位置 的极端情况不可能出现［5］，设计时的荷载组合值取 荷载组合效应标准值( 最大荷载效应值) 的折减值。 折减系数的确定有以下两种方法: 1) 考虑排架柱上 两台吊车组合，折减系数取为两台吊车按一台满载， 一台空载计算和按两台同时满载计算的柱上最大荷 载效应的比值［5］; 2) 考虑吊车荷载单独作用效应和 多台吊车荷载组合效应的概率模型，取为设计基准 期内多台吊车荷载组合效应概率分布的平均值，与 各台吊车荷载效应均取设计基准期进行组合的极值 分布的平均值的比值［6］。GBJ 9—87《建筑结构荷 载规范》［7］ 和 GBJ 68—84《建筑结构设计统一标 准》［8］分别采用了上述两种方法，GB 50009—2012 沿用了 GBJ 68—84 的相关规定，采用第二种方法， 在吊车竖向荷载组合效应分析结果的基础上，给出 保守取值，横向水平荷载组合效应计算时直接引 用［9］。相关技术标准和文献对多台吊车荷载组合 时折 减 系 数 的 规 定 值 列 于 表 1。经 对 比，GB 50009—2012 的取值最为保守，这可能会带来不必 要的经济浪费。 1. 1. 2 国外技术标准的相关设计规定 相比于我国技术标准对吊车荷载的设计规定， 欧洲标准 EN 1991 － 3［10］作了更为详细的说明，其 考虑的吊车荷载作用种类与我国基本相同，但对各 类吊车的荷载取值规定更为细化。其中桥式起重机 的竖向荷载由小车在吊车桥架上的位置决定，并要

表1吊车荷载的折减系数 Table 1 Reduction factors of the crane load 序号吊车工作制程我日文然D) 10CT27584一88苏联荷载规范 文献[6] CB50009-2012 中级制 0.73-0.92 0.70 0.0 0.90 重级用 0.83-0.95 0.95 0.80 0.9 0.90 0.85 求考虑轮压对于轨道的偏心距（建议取为轨道上翼 击影响系数类似于我国规定的动力系数，仅对竖向 缘有效宽度的25%) 水平荷载分为5种类别：由 荷载进行放大：横向水平力取小车和额定吊重的 大车加速或减速引起的水平荷载：由小车加速或 20%,纵向水平力取最大轮压的10%，荷载取值 速引起的水平荷载：由吊车在曲引起的水平荷载 法基本上与我国相同。 (卡轨力)：大车移动时的摆冲力：小车移动时的缓 1.1.3吊车昔载橱率模型 冲力。设计时仅取5种水平荷载中的一种参与其他 目前，国外尚无吊车荷载及荷载效应概率模型 荷载的组合。对于悬挂吊车，水平荷载至少为最大 的相关具体研究，仅在国际标准化组织颁布的S0 竖向轮压的10% 2394:2015和结构安全联合委员会SC有 EN1991-3在计算吊车荷载标准值时，给出 的《概率模型规定》 ]中给出了可变荷载概率模型 不同工况下动力系数的7个不同取值。与我国技术 的确定方法及建议模型。我国对吊车荷载概率模型 标准要求不同的是：其对水平荷载和吊车偶然作用 的研究主要集中在二十世纪八九，十年代，当时为修 也给出了考虑振动的动力系数取值，且动力系数的 订9一74四中的定值法设计原则，对相关调研资 则较我国复杂，部分需经过简单计算才能 料进行了统计分析，期望采用随机过程概率模型描 定 述吊车荷载， EN1991-3对因大车制动引起的水平荷载的 吊车荷载是可动可变的动态作用，具有时间和 计算与我国规定相差不大，但对由小车制动引起的 空间上的双维度随机性，荷载作用过程在设计使用 水平荷载的规定，与我国基于调查数据的经验系数 年限内被视为随机过程四，荷载的概率模型包括吊 法不同，其取值基于与大车制动力引起起重机中心 车荷载任意时点的概率模型、设计基准期内最 弯矩的平衡计算得出，与前述考虑水平荷载5选 的概率模型和多台吊车荷载组合效应的概率模型 的规则相符，其实质是将两种不同方向的水平荷载 杨伟军等根据统计资料，分别对吊车竖向荀载和 作等效处理，而我国是将两种荷载予以分别考虑 横向水平荷载的概率模型做了初步研究 EN1991-3对卡轨力作了详细的计算说明，考 吊车竖向荷载：1)任意时点的概率分布：以无 虑了祸合作用系数和轨道的偏斜角度，而我国对 量纲量（实测吊车轮压与吊车额定最大轮压的日 轨力的研究成果尚不完善，在假设轨道无偏斜的前 值)作为基本统计量，经分布拟合和K8检验，确员 提下，依据实测资料对横向水平荷载给予保守规定 为极值I型分布，均值系数和变异系数由统计结果 将卡轨力隐含考忠。 给出：2)设计基准期内最大值的概率分布：假设为 EN1991-3中对计算多台吊车的组合效应时 极值1型分布，取额定最大轮压值作为荷载标准值 考虑的位 于最不利位置的吊车数量的规定如下： 并以其为最大值分布的 0.95 分位 数为原则，确定 于单层单跨厂房，计算竖向荷载效应时取3台，计第 型参数，计算均值系数和变异系 这种以荷载 水平荷载效应时取2台：对于单层彩跨厂房，计算竖 标准值的保证率计算模型参数的方法，是基于传统 向荷载效应时主跨取4台，次跨取2台，计算水平荷 经验设计法的理论反推，并未考虑荷载实际的随机 我效应时均取2台。 过程，在本质上是缺乏统计理论的经验方法 EN199 -6和EN 199 、9g 根据团 吊车横 水平荷载：)任意时点的橱 率分布 1991-3中吊车荷载取值的相关规定，对吊车梁的设 以采用直接法或间接法测试的吊车横向水平荷载系 计及疲劳计算作了专门说明，我国对此没有设立单 数（横向水平荷载值与小车自重和吊重和的比值） 独的规范。 作为基本统计量，经分布拟合和KS检验，确定 美国ASCE7-05对吊车荷载的规定相对较 为极值【型分布，均值系数和变异系数由统计结果 少，指出了设计吊车梁时应考虑最大轮压、垂直冲司 给出：2)设计基准期内最大值的概率分布。采用极 影响系数、横向水平力和纵向水平力。其中垂直种 值理论，取设计基准期内荷载的平均变动10次，确 工业建筑可变作用的概单模型及可靠度 一姚继涛，等 14g 194-019 China Academic Joumal Electronic Publishing Hous All rights reserved www.cnki.net

工业建筑可变作用的概率模型及可靠度———姚继涛，等 149 表 1 吊车荷载的折减系数 Table 1 Ｒeduction factors of the crane load 序号 吊车工作制 TJ 9 － 74 修订稿［4］ 文献［9］ ГOCT 27584—88 苏联荷载规范 文献［6］ GB 50009—2012 2 台 4 台 2 台 4 台 2 台 3 台 4 台 1 轻级制 — — 0. 85 0. 70 0. 85 0. 70 0. 90 0. 85 0. 80 2 中级制 0. 9 0. 73 ～ 0. 92 0. 85 0. 70 0. 90 0. 75 0. 90 0. 85 0. 80 3 重级制 1. 0 0. 85 ～ 0. 95 0. 95 0. 80 0. 95 0. 80 0. 95 0. 90 0. 85 求考虑轮压对于轨道的偏心距( 建议取为轨道上翼 缘有效宽度的 25% ) 。水平荷载分为 5 种类别: 由 大车加速或减速引起的水平荷载; 由小车加速或减 速引起的水平荷载; 由吊车歪曲引起的水平荷载 ( 卡轨力) ; 大车移动时的缓冲力; 小车移动时的缓 冲力。设计时仅取 5 种水平荷载中的一种参与其他 荷载的组合。对于悬挂吊车，水平荷载至少为最大 竖向轮压的 10% 。 EN 1991 － 3 在计算吊车荷载标准值时，给出了 不同工况下动力系数的 7 个不同取值。与我国技术 标准要求不同的是: 其对水平荷载和吊车偶然作用 也给出了考虑振动的动力系数取值，且动力系数的 选取原则较我国复杂，部分需经过简单计算才能 确定［10］。 EN 1991 － 3 对因大车制动引起的水平荷载的 计算与我国规定相差不大，但对由小车制动引起的 水平荷载的规定，与我国基于调查数据的经验系数 法不同，其取值基于与大车制动力引起起重机中心 弯矩的平衡计算得出，与前述考虑水平荷载 5 选 1 的规则相符，其实质是将两种不同方向的水平荷载 作等效处理，而我国是将两种荷载予以分别考虑。 EN 1991 － 3 对卡轨力作了详细的计算说明，考 虑了耦合作用系数和轨道的偏斜角度，而我国对卡 轨力的研究成果尚不完善，在假设轨道无偏斜的前 提下，依据实测资料对横向水平荷载给予保守规定， 将卡轨力隐含考虑。 EN 1991 － 3 中对计算多台吊车的组合效应时， 考虑的位于最不利位置的吊车数量的规定如下: 对 于单层单跨厂房，计算竖向荷载效应时取 3 台，计算 水平荷载效应时取 2 台; 对于单层多跨厂房，计算竖 向荷载效应时主跨取 4 台，次跨取 2 台，计算水平荷 载效应时均取 2 台。 EN 1993 － 6［11］ 和 EN 1993 － 1 － 9［12］ 根据 EN 1991 －3 中吊车荷载取值的相关规定，对吊车梁的设 计及疲劳计算作了专门说明，我国对此没有设立单 独的规范。 美国 ASCE 7 － 05［13］对吊车荷载的规定相对较 少，指出了设计吊车梁时应考虑最大轮压、垂直冲击 影响系数、横向水平力和纵向水平力。其中垂直冲 击影响系数类似于我国规定的动力系数，仅对竖向 荷载进行放大; 横向水平力取小车和额定吊重的 20% ，纵向水平力取最大轮压的 10% ，荷载取值方 法基本上与我国相同。 1. 1. 3 吊车荷载概率模型 目前，国外尚无吊车荷载及荷载效应概率模型 的相关具体研究，仅在国际标准化组织颁布的 ISO 2394∶ 2015［14］和结构安全联合委员会( JSCC) 颁布 的《概率模型规定》［15］中给出了可变荷载概率模型 的确定方法及建议模型。我国对吊车荷载概率模型 的研究主要集中在二十世纪八九十年代，当时为修 订 TJ 9—74［3］中的定值法设计原则，对相关调研资 料进行了统计分析，期望采用随机过程概率模型描 述吊车荷载。 吊车荷载是可动可变的动态作用，具有时间和 空间上的双维度随机性，荷载作用过程在设计使用 年限内被视为随机过程［1］，荷载的概率模型包括吊 车荷载任意时点的概率模型、设计基准期内最大值 的概率模型和多台吊车荷载组合效应的概率模型。 杨伟军等［16］根据统计资料，分别对吊车竖向荷载和 横向水平荷载的概率模型做了初步研究。 吊车竖向荷载: 1) 任意时点的概率分布: 以无 量纲量( 实测吊车轮压与吊车额定最大轮压的比 值) 作为基本统计量，经分布拟合和 K-S 检验，确定 为极值 I 型分布，均值系数和变异系数由统计结果 给出; 2) 设计基准期内最大值的概率分布: 假设为 极值 I 型分布，取额定最大轮压值作为荷载标准值， 并以其为最大值分布的 0. 95 分位数为原则，确定模 型参数，计算均值系数和变异系数［16］。这种以荷载 标准值的保证率计算模型参数的方法，是基于传统 经验设计法的理论反推，并未考虑荷载实际的随机 过程，在本质上是缺乏统计理论的经验方法。 吊车横向水平荷载: 1) 任意时点的概率分布。 以采用直接法或间接法测试的吊车横向水平荷载系 数( 横向水平荷载值与小车自重和吊重和的比值) 作为基本统计量［16］，经分布拟合和 K-S 检验，确定 为极值 I 型分布，均值系数和变异系数由统计结果 给出; 2) 设计基准期内最大值的概率分布。采用极 值理论，取设计基准期内荷载的平均变动 10 次，确

定为极值1型分布，计算模型参数，并以上述分布的 件车间、棉纺织车间、轮胎准备车间和粮食加工车 平均估作为标准估[6。GB50153 2008《T程结松 可.可按GB50009 2012回附录D,根据板整、次烫 可靠性设计统 标准》指出：作用标准值应按 间距、主架和车间名称选取。附录D对工业建筑楼 设计基准期内最不利作用概率分布具有一定保证率 面活荷载的标准值的规定，是按级差选取的，基本沿 的分位值确定，此处取为分布函数的0.5分位值，即 用了门9一74)的相关规定。附录中荷载标准值的 仅有50%的保证率.从取值原最剧上讲是非常激 取值是由等效换算原则确定的.即将调查资料中有 进的-可， 代表性的设备以最小间距布置在最不利位置，并逐 实际上，上述横向水平荷载设计基准期最大值 项计算等效均布活荷载，取接近 最大值的整数值 分布确定时，取荷载平均变动10次，即荷载的独 作为荷载标准值的最终值四。实际调查中发现，这 统计周期划分为5年，周期间的相关性较大，与极值 种极端最不利情况（全部最重设备、最密间距、作用 理论对统计周期独立性的要求相悖，对于一般的桥 在最不利位置)是不可能出现的，设计取值偏于 式起重机，吊车工作制为20年，根据极值理论对 保守 计周期的选取原则，理论上应取基准期内平均变动 对无设备区域的操作荷载.设计中荷载标准值 次数为5020.因此文献「161所确定的荷找模型参 按均布活荷载2kN/m2考虑，对推料较名的车间，操 数过于保守，标准值在以20年为统计周期确定的荷 作荷载取为2.5kN/m2。对生产车间的楼梯活荷载 载模型中具有高于0.5的保证率 和参观走廊活荷载，取为3.5kN/m2四 对吊车荷载组合效应概率模型的研究，杨伟 但是，历史调查资料和传统文献并未给出工业 等以数值摸拟为基础，借助Monte-Carlo法，通过拉 建筑楼面活荷载的概率分布及统计参数 ,相比力 制模拟的次数来控制误差和精度，并对随机所得的 公楼和律宅携楼面活箭找概率模刑的研究其枝形 荷载效应数据进行95%置信水平下的拟合分布检 有待进一步提出。工业楼面活荷载与民用建筑楼面 得出极值1型分布模型的 及相应的统计 活荷载的荷载性质是相同的，区别仅在 前者集中 这种方法所得的统计估计值具有随机性，员 荷载值和集中作用区域相对更大，故仍可将其概 然不是一个确定的解，其误差无法结确给出，一般仅 分布近似确定为极值「型，而其相应的模型参数需 用于可靠度近似方法分析的精度校核。T山9一4修 寻找有效的方法予以确定。 可组，借助影响线法进行了吊车荷载效应的组合分 1.3 屋面积灰荷载的设计规定及概率模型 析，考虑吊车出现在影响线上的概率为其在 影明 GB50009 2012编制时，针对屋面积灰荷 内运行的长度与车间内运行总长度的比值 载，实测调查了15个治金厂的25个车间，18个铸 而，文献21指出结构安全性设计应该考虑的是吊 浩车间、10个水混厂的27个车间.分析了各屋面的 车荷载在运行范围中可能出现的最不利情况，在实 结构情况、设计时采用的积灰荷载、除尘装置及使用 际调查任意时点影响线内吊车的台数时发现，吊车 情况、清灰 度及执行情况 屋面 不同都 出现的概率要远高于按运行长度确定的概率 灰源距离、不同风向下 一定时间内的积灰厚度、日积 要接近100%，但全部品车满载的可能性几乎为零 灰量、灰的性质和不同都度下灰的重府。话时对出 针对上述不足，文献「21门采用修正的Trukstra组合 屋面积灰湿容重和屋面最大容许积灰厚度，最终确 规则和误差传递公式，确定了多台吊车组合效应的 同级别考虑积灰荷载的标准值取值四。对 概率模型（极值 1型) 和统计参数，方法虽具有较 有大量排灰的厂房及其邻近建筑，具有 定除尘设 的理论意义，但样本统计数据陈旧，有待更新，获取 施和保证清灰制度的机械、治金、水泥等的厂房屋 充足的统计样本是个量大而广的工程，希望相关研 面，积灰荷载标准值按厂房类别取0.2,0.3.0.5 究人品千以重视。 75.10kN/m2不统 楼面活荷我的设计规定及概率模型 我 当前并未建立积灰荷载及其荷载效应的 工业建筑楼面活荷载，应根据功能要求按设备 率模型，仅有不同厂房的平均日积灰量和积灰重及 楼面活荷找和非设备区楼面活荷载分别考虑。对 的调查实测资料，一般而言，最大积灰荷载因清 于设备区楼面，或堆放原料、成品拉多较重的区域 灰制度的不同而不同，若假设清灰制度一定，则积灰 楼面活荷载值相对民用建筑楼面活荷载大，计算时 荷载多数集中于数值相对较小的范围，其分布函数 可按等效均布活荷载原则确定 具有极值1型分布的特征，模型参数需寻找合理的 对于一般的金工车间、仪器仪表车间、半导体器 方法，根据积灰重度，日积灰量、清灰制度及相应的 150 工业建筑2018年第48基第8别 19China Academic Joural Electronic Publishing House.All rights reserved http://www.cnki.ne

150 工业建筑 2018 年第 48 卷第 8 期 定为极值 I 型分布，计算模型参数，并以上述分布的 平均值作为标准值［16］。GB 50153—2008《工程结构 可靠性设计统一标准》［17］指出: 作用标准值应按在 设计基准期内最不利作用概率分布具有一定保证率 的分位值确定，此处取为分布函数的 0. 5 分位值，即 仅有 50% 的 保 证 率，从取值原则上讲是非常激 进的［18 － 20］。 实际上，上述横向水平荷载设计基准期最大值 分布确定时，取荷载平均变动 10 次，即荷载的独立 统计周期划分为 5 年，周期间的相关性较大，与极值 理论对统计周期独立性的要求相悖，对于一般的桥 式起重机，吊车工作制为 20 年，根据极值理论对统 计周期的选取原则，理论上应取基准期内平均变动 次数为 50 /20，因此文献［16］所确定的荷载模型参 数过于保守，标准值在以 20 年为统计周期确定的荷 载模型中具有高于 0. 5 的保证率。 对吊车荷载组合效应概率模型的研究，杨伟军 等以数值模拟为基础，借助 Monte-Carlo 法，通过控 制模拟的次数来控制误差和精度，并对随机所得的 荷载效应数据进行 95% 置信水平下的拟合分布检 验，得出极值 I 型分布模型的结论及相应的统计参 数［16］。这种方法所得的统计估计值具有随机性，显 然不是一个确定的解，其误差无法精确给出，一般仅 用于可靠度近似方法分析的精度校核。TJ 9—74 修 订组，借助影响线法进行了吊车荷载效应的组合分 析，考虑吊车出现在影响线上的概率为其在影响线 内运行的长度与车间内运行总长度的比值［9］。然 而，文献［21］指出结构安全性设计应该考虑的是吊 车荷载在运行范围中可能出现的最不利情况，在实 际调查任意时点影响线内吊车的台数时发现，吊车 出现的概率要远高于按运行长度确定的概率，一般 要接近 100% ，但全部吊车满载的可能性几乎为零。 针对上述不足，文献［21］采用修正的 Trukstra 组合 规则和误差传递公式，确定了多台吊车组合效应的 概率模型( 极值 I 型) 和统计参数，方法虽具有较强 的理论意义，但样本统计数据陈旧，有待更新，获取 充足的统计样本是个量大而广的工程，希望相关研 究人员予以重视。 1. 2 楼面活荷载的设计规定及概率模型 工业建筑楼面活荷载，应根据功能要求按设备 区楼面活荷载和非设备区楼面活荷载分别考虑。对 于设备区楼面，或堆放原料、成品较多较重的区域， 楼面活荷载值相对民用建筑楼面活荷载大，计算时 可按等效均布活荷载原则确定［22］。 对于一般的金工车间、仪器仪表车间、半导体器 件车间、棉纺织车间、轮胎准备车间和粮食加工车 间，可按 GB 50009—2012［2］附录 D，根据板跨、次梁 间距、主梁和车间名称选取。附录 D 对工业建筑楼 面活荷载的标准值的规定，是按级差选取的，基本沿 用了 TJ 9—74［3］的相关规定。附录中荷载标准值的 取值是由等效换算原则确定的，即将调查资料中有 代表性的设备以最小间距布置在最不利位置，并逐 项计算等效均布活荷载，取接近于最大值的整数值， 作为荷载标准值的最终值［22］。实际调查中发现，这 种极端最不利情况( 全部最重设备、最密间距、作用 在最不利位 置) 是不可能出现的，设 计 取 值 偏 于 保守。 对无设备区域的操作荷载，设计中荷载标准值 按均布活荷载2 kN /m2 考虑，对堆料较多的车间，操 作荷载取为 2. 5 kN /m2 。对生产车间的楼梯活荷载 和参观走廊活荷载，取为 3. 5 kN /m2［22］。 但是，历史调查资料和传统文献并未给出工业 建筑楼面活荷载的概率分布及统计参数［22］，相比办 公楼和住宅楼楼面活荷载概率模型的研究，其模型 有待进一步提出。工业楼面活荷载与民用建筑楼面 活荷载的荷载性质是相同的，区别仅在于，前者集中 荷载值和集中作用区域相对更大，故仍可将其概率 分布近似确定为极值 I 型，而其相应的模型参数需 寻找有效的方法予以确定。 1. 3 屋面积灰荷载的设计规定及概率模型 GB 50009—2012［2］ 编制 时，针对屋面积灰荷 载，实测调查了 15 个冶金厂的 25 个车间、18 个铸 造车间、10 个水泥厂的 27 个车间，分析了各屋面的 结构情况、设计时采用的积灰荷载、除尘装置及使用 情况、清灰制度及执行情况、屋面上不同部位、不同 灰源距离、不同风向下一定时间内的积灰厚度、日积 灰量、灰的性质和不同湿度下灰的重度。通过对比 屋面积灰湿容重和屋面最大容许积灰厚度，最终确 定按不同级别考虑积灰荷载的标准值取值［23］。对 有大量排灰的厂房及其邻近建筑，具有一定除尘设 施和保证清灰制度的机械、冶金、水泥等的厂房屋 面，积灰荷载标准值按厂房类别取 0. 2，0. 3，0. 5， 0. 75，1. 0 kN /m2 不等［23］。 我国当前并未建立积灰荷载及其荷载效应的概 率模型，仅有不同厂房的平均日积灰量和积灰重度 的调查实测资料［23］，一般而言，最大积灰荷载因清 灰制度的不同而不同，若假设清灰制度一定，则积灰 荷载多数集中于数值相对较小的范围，其分布函数 具有极值 I 型分布的特征，模型参数需寻找合理的 方法，根据积灰重度，日积灰量、清灰制度及相应的

昔载级别取值千以确定， 上述标准在校准时没有考虑工业建筑的特殊性，采 用与民用律筑同等的目标可靠指标，有待讲一步 2设计可靠度的研究 老究 设计可靠度研究，涉及构件设计时的目标可菊 22设计可靠指标有待进一步确定 指标和设计可靠指标。前者在设计方法中各分项系 目前我国工业建筑采用的结构设计方法是以可 数、组合系数确定之前确定，后者是在设计方法确定 竞度理论为基钟采用分项系数设计表达式表达的 后经校准所得。 概率极明状态设计法，设计中的变量和参数（加材 2.1 目标可靠指标有待考究 料分项系数、荷载分项系数、多种荷载共同作用的 构件设计选用的目标可靠指标，是其可接受的 合值系数)的取值应按概率方法确定。然而，由于 最低可靠指标四，作为结构优化设计的控制因素， 获取各变量的统计数据有很多困难，因此对工业建 理论上应由各结构的重要性、失效后果、破坏性质 筑设计中的相关参数是以民用建筑概率分析为基 经济指标等因素确定。当前目标可靠指标的确定有 础，根据工程经验确定的，规范的科学性和设计的质 两种方案 一种是采用类比失效概率，针对不同建到 量将受到影响-。 失效后果和安全措施的相对成本，给出可接受的年 理论上，相比于单一安全系数表达式，采用分项 失效概率，由年失效概率确定年可靠指标：一种是根 系数设计表达式，在不同的荷载效应比值下.可获得 据传统的设计标准，采用“校准法”确定基于臣标泪 较好的可靠度一致性，但分析表明：按目前的分项系 数方法设计的结构可靠度 致性仍较差。这是 文献[15]和1s02394 采用了第 一种万 因为技术标准中对分项系数的确定，考虑了单 法，欧洲EN1990、美国ASCE1]和GB50068- 全系数法的成熟经验，以影响结构安全的基本量行 2017《肆筑结构可靠度统计统一标准》采用了“按 为随机变量，借助统计分析和概率反算，是经转轨套 谁法 改所得的过波办法，属于半概率设计方法。其取 “校准法”默认原经验设计标准的可靠度水 值是以设计可靠指标与目标可靠指标 一致为原则 总体上的合理性，在原标准基础上反演分析，确定末 对恒载+办公楼楼面活荷载，恒载+住宅楼面活局 来结构的安全水平，是对原经验设计标准的继承和 载，恒载+风荷载3种简单组合情况优化计算所 发展方法简单可行，在国内外得到了广泛应用」 得。文献「171指出，对干可变荷载（吊车荷载 “校准法”的优点在于：继承了原规范的安全水准 工业楼面活荷载及积灰荷载情况) 因缺乏统计资 保持了规范安全水准的连续性，避免了结构失效概 料，GB68一84未作分析计算，目前只能根据工程 率运算值与真正失效率概念的混淆。我国GB) 经合确定 68一84考虑设计中常用构件和其在结构工程中 因此，采用橱率极限状态设计法设计的工业 的用量比例，选取14种有代表性的构件，采用？ 筑，其可靠指标仍是未知的，需在工业建筑可变作用 荷单的常遇荷组合（恒载+办公楼棱面活荷载 概率模型确定的基础上，对当前设计规范做进 恒载+住宅楼面活荷载、恒载+风荷载)及常用福 校准。同时，对原技术标准基于单一安全系数设 载效应比，通过调查统计抗力及荷载的各模型参数 法的设计可靠度也应做进一步校准，以验证新旧标 采用概率方法校准了安全系数设计法隐含的可靠指 准工业建筑设计可靠度的一致性。 标，以反映我国 构 可靠度的 一般水准 校准结 总体平均值为3.3，延性破坏对应的平均值为322 鉴定分级可靠度的研究 并以此为依据规定一般工业与民用建筑的各构科 目前，GB50144一2008《工业建筑可靠性鉴定 (二级安全等级)，延性破坏的目标可靠指标为 标准》采用“校准法”确定鉴定分级可靠度平均 3.2,对破坏前无明显征兆的跪性破坏为3.7，并沿 水平时，由于工业建筑可变作用的概率模型尚未建 用至今 立，故引用民用建筑的可变荷载进行分析 ,校准结 虽然“校准法”对原标准不一致的安全系数设 存在偏差，但目前尚未有相关研究成果 ,若能 计法给予了一致的可靠度度量2，但值得注意的 科学建立工业建筑可变作用的概率模型，可据此对 是：工业建销与民用建锁相比，比工作环境的复杂树 标准中鉴定分级可度重新准」 不容忽视，特别是吊车荷载、积灰荷载、大型设备 工业筑可靠性鉴定标准的发 堆积荷载等的概率特性，与常用校准荷载酸然不同， 我国建筑诊断改造领域的第一部标准是YBJ 工业建筑可变作用的概单模型及可靠度 一姚继涛，等 151 1994-2019 China Academic Joumal Eleetronie Publishing Hous All rights reserved http: /www.cnki.ne

工业建筑可变作用的概率模型及可靠度———姚继涛，等 151 荷载级别取值予以确定。 2 设计可靠度的研究 设计可靠度研究，涉及构件设计时的目标可靠 指标和设计可靠指标。前者在设计方法中各分项系 数、组合系数确定之前确定，后者是在设计方法确定 后经校准所得。 2. 1 目标可靠指标有待考究 构件设计选用的目标可靠指标，是其可接受的 最低可靠指标［24］，作为结构优化设计的控制因素， 理论上应由各结构的重要性、失效后果、破坏性质、 经济指标等因素确定。当前目标可靠指标的确定有 两种方案: 一种是采用类比失效概率，针对不同建筑 失效后果和安全措施的相对成本，给出可接受的年 失效概率，由年失效概率确定年可靠指标; 一种是根 据传统的设计标准，采用“校准法”确定基于原标准 的目标可靠指标值，有效继承原设计方法的可靠经 验［24 － 25］。文献［15］和 ISO 2394［14］采用了第一种方 法，欧洲 EN 1990［26］、美国 ASCE［13］和 GB 50068— 2017《建筑结构可靠度统计统一标准》采用了“校 准法”。 “校准法”默认原经验设计标准的可靠度水准 总体上的合理性，在原标准基础上反演分析，确定未 来结构的安全水平，是对原经验设计标准的继承和 发展，方法简单可行，在国内外得到了广泛应用。 “校准法”的优点在于: 继承了原规范的安全水准， 保持了规范安全水准的连续性，避免了结构失效概 率运算值与真正失效率概念的混淆［27］。我国 GBJ 68—84［8］考虑设计中常用构件和其在结构工程中 的用量比例，选取 14 种有代表性的构件，采用 3 种 简单的常遇荷载组合( 恒载 + 办公楼楼面活荷载、 恒载 + 住宅楼面活荷载、恒载 + 风荷载) 及常用荷 载效应比，通过调查统计抗力及荷载的各模型参数， 采用概率方法校准了安全系数设计法隐含的可靠指 标，以反映我国结构可靠度的一般水准。校准结果 总体平均值为 3. 3，延性破坏对应的平均值为 3. 22， 并以此为依据规定一般工业与民用建筑的各构件 ( 二级安全等级) ［26］，延性破坏的目标可靠指标为 3. 2，对破坏前无明显征兆的脆性破坏为 3. 7，并沿 用至今［26］。 虽然“校准法”对原标准不一致的安全系数设 计法给予了一致的可靠度度量［28］，但值得注意的 是: 工业建筑与民用建筑相比，其工作环境的复杂性 不容忽视，特别是吊车荷载、积灰荷载、大型设备及 堆积荷载等的概率特性，与常用校准荷载截然不同， 上述标准在校准时没有考虑工业建筑的特殊性，采 用与民用建筑同等的目标可靠指标，有待进一步 考究。 2. 2 设计可靠指标有待进一步确定 目前我国工业建筑采用的结构设计方法是以可 靠度理论为基础，采用分项系数设计表达式表达的 概率极限状态设计法，设计中的变量和参数( 如材 料分项系数、荷载分项系数、多种荷载共同作用的组 合值系数) 的取值应按概率方法确定。然而，由于 获取各变量的统计数据有很多困难，因此对工业建 筑设计中的相关参数是以民用建筑概率分析为基 础，根据工程经验确定的，规范的科学性和设计的质 量将受到影响［28 － 29］。 理论上，相比于单一安全系数表达式，采用分项 系数设计表达式，在不同的荷载效应比值下，可获得 较好的可靠度一致性，但分析表明: 按目前的分项系 数方法设计的结构可靠度一致性仍较差［29］。这是 因为技术标准中对分项系数的确定，考虑了单一安 全系数法的成熟经验，以影响结构安全的基本量作 为随机变量，借助统计分析和概率反算，是经转轨套 改所得的过渡办法，属于半概率设计方法［30］。其取 值是以设计可靠指标与目标可靠指标一致为原则， 对恒载 + 办公楼楼面活荷载，恒载 + 住宅楼面活荷 载，恒载 + 风荷载 3 种简单组合情况优化计算所 得［30］。文献［17］指出，对于可变荷载( 吊车荷载、 工业楼面活荷载及积灰荷载情况) ，因缺乏统计资 料，GBJ 68—84［8］未作分析计算，目前只能根据工程 经验确定。 因此，采用概率极限状态设计法设计的工业建 筑，其可靠指标仍是未知的，需在工业建筑可变作用 概率模型确定的基础上，对当前设计规范做进一步 校准。同时，对原技术标准基于单一安全系数设计 法的设计可靠度也应做进一步校准，以验证新旧标 准工业建筑设计可靠度的一致性。 3 鉴定分级可靠度的研究 目前，GB 50144—2008《工业建筑可靠性鉴定 标准》［31］采用“校准法”确定鉴定分级可靠度平均 水平时，由于工业建筑可变作用的概率模型尚未建 立，故引用民用建筑的可变荷载进行分析，校准结果 存在偏差，但目前尚未有相关研究成果［32 － 34］，若能 科学建立工业建筑可变作用的概率模型，可据此对 标准中鉴定分级可靠度重新校准。 3. 1 工业建筑可靠性鉴定标准的发展 我国建筑诊断改造领域的第一部标准是 YBJ

219一1989《钢铁工业建（构）筑物可靠性鉴定规 文的要求，GB50144一2008考虑我国综合国力的提 程》，以抗力和荷载效应之比，表达确定结构构件 高和可靠度设置水准的调整，对时标准GB144 的承载能力分级。 标准编制时，原治金部建筑研 1990进行了全面修订。2013年，根据住房和城乡建 总院会同相关单位，对工业建筑破坏及倒塌事故资 设部“住房城乡建设部关于印发2014年工程建 料开展了专题研究，剖析了典型结构构件的可靠度 标准规范制订修订计划的通知”（建标2013]169 水平，研究了我国不同时期工业建筑结构可靠度水 号)，提出了进一步修订国家标准《工业建筑可靠性 平与寿命之间的关系提出了与国家标准可靠度水 鉴定标准》的要求以协谓设计标准、检测技术标准 准相适应的工业建筑结构构件承我能力可靠指材 的最新修订，并纳入建、构筑物鉴定加固理论的最新 并对以抗力和荷载效应比表达的承我能力分级标 研究成果。规范修订组根据现行各类设计标准的可 进行相应的校准，但校准过程中仅考虑民用建筑可 靠度控制水平和S013822:2010《结构设计基础 变作用，未考虑工业建筑可变作用。 既有结构的评定》别提出的“最小结构处理”原则 在YB1219一1989的其上，组缩制了当 锋打了基于可靠指标分级标准的构件载能力分 部工业建筑鉴定国家标准GB14 -1990《红业j 标准对应的抗力荷载效应比 房可靠性签定标准》 ,对工业)房的鉴定程序、 上述各标准规定的工业建筑承载能力评级 层分级评定方法和评级标准做了更加明确的规定 标准汇总于表2（限于篇幅，此处仅以混凝土结 但各分级标准对应的可靠指标与YBJ219一1989无 构为例)，各标准对应的可靠指标分级标准汇总 异。随后，根据住房和城乡建设部建标[2001]87号 表3 表2混凝土结构承载能力评级标准 Table 2 Classification standard of concrete structures bearing capacity 观范 结构或构件种判 不同分组标准下的承载能力R小为习 -1990 屋架、托架、星面袋、平台主梁，柱和中领、电级工作制吊车梁 0g7 件包括、浇板、梁等) 1.0 20.85 0.85 GB5014-200g CB50144报批移[ 重委构件 1.00 次要构 1.00 0.87 ≥0.80 <0.80 表3物件靠指标分级标准 1990均有一定的提高.且从安全和扩大处理面方面 Table3 Component reiability index standard 分析，提高幅度适当。GB50144报批稿考虑了“最 文献 不同分级标 下的B平均 小结构处理”和“减少工程处置量”原则，相比 50144一2008，对c、d级评级标准略有降低，对a、b级 GB144一1990 292.7 <27 评级标准不变，可常度设置水准基本保持稳定， 一20 3.2分级标准对应的可靠指标 分级标准对应可靠指标的确定，是以抗力和荷 载 应比表达的结构构件承载能力分级标准临界 3.2<3.2 为依据，校准工业建筑典型结构构件可靠度结果的 构件设计要求3.452.95<295 平均值，作为各等级平定标准对应的可订靠度水 注：表中给出的是各种情况平均值。 准。一直以来，由于工业建筑可变作用的概率模 由表2和表3可以看出.GB50144-一2008相比 型尚未建立，校准时只能采用民用建筑的 可变作用 CBI144一1990.b、c,d级评级标准的分级界限路右 及对应的荷载组合，其结果不能准确反映分级标 降低，但由于GB50144 -2008制定时，与其对应自 的可靠度水平，仅能作为当前标准的粗略参考，各标 设计标准经过新一轮修订，抗力和荷载效应计算规 准对应的构件承载能力在各等级界限下的可靠度平 定略有变化，对结构安全度设置水准总体予以提高 的情当平寿4。 为避鱼沿用原评级标准的分级界限导致对己右工业 由表4可知，GB144一1990中a级对应的可靠 建筑要求过严，对分级标准作了适当调整，实质上名 指标平均 与GB50153 -2008中规定的 级安全 评级标准对应的可靠度设置水准，相比GBJ144- 等级下的目标可靠指标相当，C级与三级相当。 152 工业建筑2018年第48基第8别 19China Academic Joural Electronie Publishing House.All rights reserved http://www.cnki.ne

152 工业建筑 2018 年第 48 卷第 8 期 219—1989《钢铁 工 业 建( 构) 筑 物 可 靠 性 鉴 定 规 程》［35］，以抗力和荷载效应之比，表达确定结构构件 的承载能力分级。标准编制时，原冶金部建筑研究 总院会同相关单位，对工业建筑破坏及倒塌事故资 料开展了专题研究，剖析了典型结构构件的可靠度 水平，研究了我国不同时期工业建筑结构可靠度水 平与寿命之间的关系，提出了与国家标准可靠度水 准相适应的工业建筑结构构件承载能力可靠指标， 并对以抗力和荷载效应比表达的承载能力分级标准 进行相应的校准，但校准过程中仅考虑民用建筑可 变作用，未考虑工业建筑可变作用。 在 YBJ 219—1989 的基础上，编制组编制了首 部工业建筑鉴定国家标准 GBJ 144—1990《工业厂 房可靠性鉴定标准》［36］，对工业厂房的鉴定程序、分 层分级评定方法和评级标准做了更加明确的规定， 但各分级标准对应的可靠指标与 YBJ 219—1989 无 异。随后，根据住房和城乡建设部建标［2001］87 号 文的要求，GB 50144—2008 考虑我国综合国力的提 高和可靠度设置水准的调整，对 标 准 GBJ 144— 1990 进行了全面修订。2013 年，根据住房和城乡建 设部“住房城乡建设部关于印发 2014 年工程建设 标准规范制订修订计划的通知”( 建标［2013］169 号) ，提出了进一步修订国家标准《工业建筑可靠性 鉴定标准》的要求，以协调设计标准、检测技术标准 的最新修订，并纳入建、构筑物鉴定加固理论的最新 研究成果。规范修订组根据现行各类设计标准的可 靠度控制水平和 ISO 13822∶ 2010《结构设计基础 － 既有结构的评定》［37］提出的“最小结构处理”原则， 修订了基于可靠指标分级标准的构件承载能力分级 标准对应的抗力荷载效应比［38］。 上述各标准规定的工业建筑承载能力评级 标准汇总 于 表 2 ( 限 于 篇 幅，此处仅以混凝土结 构为例) ，各标准对应的可靠指标分级标准汇总 于表 3。 表 2 混凝土结构承载能力评级标准 Table 2 Classification standard of concrete structures bearing capacity 规范 结构或构件种类 不同分组标准下的承载能力 Ｒ /( γ0 S) a 级 b 级 c 级 d 级 GBJ 144—1990［36］ 屋架、托架、屋面梁、平台主梁、柱和中级、重级工作制吊车梁 ≥1. 00 ≥0. 92 ≥0. 87 ＜ 0. 87 一般构件( 包括楼盖、现浇板、梁等) ≥1. 00 ≥0. 90 ≥0. 85 ＜ 0. 85 GB 50144—2008［31］ 重要构件 ≥1. 00 ≥0. 90 ≥0. 85 ＜ 0. 85 次要构件 ≥1. 00 ≥0. 87 ≥0. 82 ＜ 0. 82 GB 50144 报批稿［32］ 重要构件 ≥1. 00 ≥0. 90 ≥0. 83 ＜ 0. 83 次要构件 ≥1. 00 ≥0. 87 ≥0. 80 ＜ 0. 80 表 3 构件可靠指标分级标准 Table 3 Component reliability index classification standard 破坏 类型 文献 不同分级标准下的 β 平均值 a 级 b 级 c 级 d 级 延性 破坏 脆性 破坏 GBJ 144—1990［36］ GB 50144—2008［31］ GB 50144 报批稿［32］ 重要构件 次要构件 GBJ 144—1990［36］ GB 50144—2008［31］ GB 50144 报 批稿［32］ 重要构件 次要构件 3. 2 2. 9 2. 7 ＜ 2. 7 3. 6 3. 2 3. 0 ＜ 2. 7 设计要求 3. 2 2. 7 ＜ 2. 7 设计要求 2. 95 2. 45 ＜ 2. 45 3. 7 3. 4 3. 2 ＜ 3. 2 4. 1 3. 7 3. 4 ＜ 3. 2 设计要求 3. 7 3. 2 ＜ 3. 2 设计要求 3. 45 2. 95 ＜ 2. 95 注: 表中给出的是各种情况平均值。 由表 2 和表 3 可以看出，GB 50144—2008 相比 GBJ 144—1990，b、c、d 级评级标准的分级界限略有 降低，但由于 GB 50144—2008 制定时，与其对应的 设计标准经过新一轮修订，抗力和荷载效应计算规 定略有变化，对结构安全度设置水准总体予以提高， 为避免沿用原评级标准的分级界限导致对已有工业 建筑要求过严，对分级标准作了适当调整，实质上各 评级标准对应的可靠度设置水准，相比 GBJ 144— 1990 均有一定的提高，且从安全和扩大处理面方面 分析，提高幅度适当［32］。GB 50144 报批稿考虑了“最 小结构处理”和“减少工程处置量”原则，相比 GB 50144—2008，对 c、d 级评级标准略有降低，对 a、b 级 评级标准不变，可靠度设置水准基本保持稳定［32］。 3. 2 分级标准对应的可靠指标 分级标准对应可靠指标的确定，是以抗力和荷 载效应比表达的结构构件承载能力分级标准临界值 为依据，校准工业建筑典型结构构件可靠度结果的 平均值，作为各等级评定标准对应的可靠度水 准［32］。一直以来，由于工业建筑可变作用的概率模 型尚未建立，校准时只能采用民用建筑的可变作用 及对应的荷载组合，其结果不能准确反映分级标准 的可靠度水平，仅能作为当前标准的粗略参考，各标 准对应的构件承载能力在各等级界限下的可靠度平 均值汇总于表 4。 由表 4 可知，GBJ 144—1990 中 a 级对应的可靠 指标平均值与 GB 50153—2008 中规定的二级安全 等级下的目标可靠指标相当，c 级与三级相当。一

表4构件承载能力怎)在各等级界限下的B平均值 府纯问颗.重占是对既有结构未来围役能力的评估， 其中.荷载效应随时间变化的研究，应将可变岩 Table 4 TheBaverage value of the component bearing 载视为随机过程，一般可简化为平稳二项随机过程 capacityunder different levels of the hierarchy 若不改变建筑物的功能，荷载的任意时点概率模型 a级和 b级和 本质上不变：而荷载设计基准期最大值模型，将转变 为目标使用期内的荷载最大值棋型，其模型参数需 GBJ 144 990 根据目标使用期作相应调整0。若资金允许，可 配合荷载实测试 次要构件 ,对模型作进一步修正 3.50 3.14 296 抗力随时间变化的研究，是将设计中假设的随机 36 变量模型，转变为既有结构中实际的随机过程模 GB144-1990 型回，一般考虑混凝土的损伤、钢筋的锈蚀、材料强 重要构 度的劣化等导致抗力随时间的衰减模型。 工业建筑 GB50144 41 3.70 32 因使用功能不同，建筑内局部环境差异较大，不同 报批 4.1 5.45 29 境中构件耐久性腐蚀差异性较大，即抗力衰减差异性 注 较大。同时，吊车梁疲劳是吊车梁抗力衰减的主要问 两者的平均情远 题，玻劳可靠度的研究是保证吊车梁服役的重中之重 般工业建筑的设计使用年限为50年，其设计可竞府 目前工业建筑时变可靠度研究 考虑了耐 水平应按二级安全等级洗取，GBJ144一1990对分 久性对构件抗力的影响，提出了抗力衰减的函数表 级标准可靠指标的选取原则是正确的。GB 达式，致力于构件耐久性寿命预测阳 ,但大部分 1990在评定分级标准自 研究仅针对县体的某类耐久性作用环境，对工业建 可靠度水准上整体提升，GB50144报批稿 对 筑复杂的耐久性环境适用性不强。 因此文献[47 标准中的心级标准予以调减b级变化不大，对鉴定 提出，在确定抗力衰减函数与时间幂次数关系的 评级子以话当放宽，即原来应坡评为d级的构件，可 础上，同时考虑荷载的非平稳随机过程，可根据贝叶 能会被评为©级，不需立即处理，判定其发生安全事 斯推断理论和低维积分，计算时变可靠度，经验 故的可能性降低 算该方法的计算结果与Monte-Carlo模拟结果相近。 GB50144- 2008和最新报批稿中a级对应的 业建筑时变可靠度的研究 ,因涉及的环境作用较 可靠指标平均值为一级安全等级的目标可靠指标 为复杂，若能应用上述方法，在确定抗力衰减函数与 值，直观上认为标准控制较严格，但因校准时未老虑 时间幂次关系的基础上，将耐久性问颗通用化和简 工业建筑可变作用（吊车荷载、工业建筑楼面活荷 单化，将能很好地解决目前工业建筑时变可靠度研 载和屋面积灰荷载)的概率模型，而是简单地以民 究的关键问题，但其适用性需进一步验证。 用建筑棱面活荷载、风荷载和雪荷载的概率模型和 统计参数为依据，荷载均值和变异性相对较小，校准 5结束语 结果必然偏大，此处易引起相关人员的困惑。 工业建筑的可靠度研究，由于其自身工作环境 因此，准确考虑工业建筑可变作用概率模型，分 的复杂性和作用的多维性，仍存在很多尚未解决的 析GB5014 2008中各分级标准对应的平均可靠 问题 未来在结构可靠度理论不断完善的基础 指标，是以可靠度理论为基础确定鉴定评级标准的 应首先致力于解决工业建筑可变作用的建模问题 重费环节。 科学合理地确定品车荷载、工业建筑楼而活荷载和 屋面积灰荷载的概率模型及模型参数。随后，根据 4时变可靠度的研究 上述荷载模型，对工业建筑典型构件采用原安全系 结构时变可靠度研究，从内容上讲包括抗力和 数设计法和现概率极限状态设计法的设计可靠度过 荷载效应随时间变化的研究。从意义上讲，是结构 行校准，分析当前标准对应的设计可靠度水平，及对 全过程可靠性管理的一个重要环节，是确保结构全 原经验设计的维承性和一致性：并对《工业建筑可 寿合周期安全性建立者虑安全控制和风险优化的 靠性鉴定标准》给出的鉴定分级可靠度进行校准分 可靠性管理框架的基础性研究 工业建筑时 析，揭示既有工业建筑鉴定评级可靠度的实际水平 可靠度研究涉及结构构件耐久性和吊车梁疲劳可靠 最后，应在上述工作的基础上，致力于荷载的随机过 工业建筑可变作用的概单模型及可靠度 一姚继涛，等 153 1994-019 China Academic Joural Electronic Publishing House All rights reserved cnki.ne

工业建筑可变作用的概率模型及可靠度———姚继涛，等 153 表 4 构件承载能力 Ｒ γ0 ( S )在各等级界限下的 β 平均值 Table 4 The β average value of the component bearing capacity Ｒ γ0 ( S ) under different levels of the hierarchy 破坏 类型 规范 a 级和 b 级 界限 b 级和 c 级 界限 c 级和 d 级 界限 延性 破坏 脆性 破坏 GBJ 144—1990［36］ GB 50144— 2008［31］ 重要构件 次要构件 GB 50144 报批稿［32］ 重要构件 次要构件 GBJ 144—1990［36］ GB 50144— 2008［31］ 重要构件 次要构件 GB 50144 报批稿［32］ 重要构件 次要构件 3. 20 2. 96 2. 79 3. 50 3. 24 3. 07 3. 50 3. 14 2. 96 3. 64 3. 22 2. 95 3. 64 2. 98 2. 45 3. 72 3. 42 3. 23 4. 11 3. 70 3. 49 4. 11 3. 57 3. 37 4. 11 3. 70 3. 22 4. 11 3. 45 2. 95 注: 表中数值表示十余种典型构件在各等级界限下的可靠指标 β 值的平均值; GBJ 144—1990 未分重要构件与次要构件，为 两者的平均情况。 般工业建筑的设计使用年限为 50 年，其设计可靠度 水平应按二级安全等级选取，GBJ 144—1990 对分 级标准可靠指标的选取原则是正确的。 GB 50144—2008 较 GBJ 144—1990 在评定分级标准的 可靠度水准上整体提升，GB 50144 报批稿［32］对原 标准中的 c 级标准予以调减，b 级变化不大，对鉴定 评级予以适当放宽，即原来应被评为 d 级的构件，可 能会被评为 c 级，不需立即处理，判定其发生安全事 故的可能性降低。 GB 50144—2008 和最新报批稿中 a 级对应的 可靠指标平均值为一级安全等级的目标可靠指标 值，直观上认为标准控制较严格，但因校准时未考虑 工业建筑可变作用( 吊车荷载、工业建筑楼面活荷 载和屋面积灰荷载) 的概率模型，而是简单地以民 用建筑楼面活荷载、风荷载和雪荷载的概率模型和 统计参数为依据，荷载均值和变异性相对较小，校准 结果必然偏大，此处易引起相关人员的困惑。 因此，准确考虑工业建筑可变作用概率模型，分 析 GB 50144—2008 中各分级标准对应的平均可靠 指标，是以可靠度理论为基础确定鉴定评级标准的 重要环节。 4 时变可靠度的研究 结构时变可靠度研究，从内容上讲包括抗力和 荷载效应随时间变化的研究。从意义上讲，是结构 全过程可靠性管理的一个重要环节，是确保结构全 寿命周期安全性，建立考虑安全控制和风险优化的 可靠性管理框架的基础性研究［39］。工业建筑时变 可靠度研究涉及结构构件耐久性和吊车梁疲劳可靠 度等问题，重点是对既有结构未来服役能力的评估。 其中，荷载效应随时间变化的研究，应将可变荷 载视为随机过程，一般可简化为平稳二项随机过程。 若不改变建筑物的功能，荷载的任意时点概率模型 本质上不变; 而荷载设计基准期最大值模型，将转变 为目标使用期内的荷载最大值模型，其模型参数需 根据目标使用期作相应调整［40 － 41］。若资金允许，可 配合荷载实测试验，对模型作进一步修正。 抗力随时间变化的研究，是将设计中假设的随机 变量模型，转变为既有结构中实际的随机过程模 型［42］，一般考虑混凝土的损伤、钢筋的锈蚀、材料强 度的劣化等导致抗力随时间的衰减模型。工业建筑 因使用功能不同，建筑内局部环境差异较大，不同环 境中构件耐久性腐蚀差异性较大，即抗力衰减差异性 较大。同时，吊车梁疲劳是吊车梁抗力衰减的主要问 题，疲劳可靠度的研究是保证吊车梁服役的重中之重。 目前工业建筑时变可靠度研究，较多考虑了耐 久性对构件抗力的影响，提出了抗力衰减的函数表 达式，致力于构件耐久性寿命预测［43 － 46］，但大部分 研究仅针对具体的某类耐久性作用环境，对工业建 筑复杂的耐久性环境适用性不强。因此文献［47］ 提出，在确定抗力衰减函数与时间幂次数关系的基 础上，同时考虑荷载的非平稳随机过程，可根据贝叶 斯推断理论［48］和低维积分，计算时变可靠度，经验 算该方法的计算结果与 Monte-Carlo 模拟结果相近。 工业建筑时变可靠度的研究，因涉及的环境作用较 为复杂，若能应用上述方法，在确定抗力衰减函数与 时间幂次关系的基础上，将耐久性问题通用化和简 单化，将能很好地解决目前工业建筑时变可靠度研 究的关键问题，但其适用性需进一步验证。 5 结束语 工业建筑的可靠度研究，由于其自身工作环境 的复杂性和作用的多维性，仍存在很多尚未解决的 问题。未来在结构可靠度理论不断完善的基础上， 应首先致力于解决工业建筑可变作用的建模问题， 科学合理地确定吊车荷载、工业建筑楼面活荷载和 屋面积灰荷载的概率模型及模型参数。随后，根据 上述荷载模型，对工业建筑典型构件采用原安全系 数设计法和现概率极限状态设计法的设计可靠度进 行校准，分析当前标准对应的设计可靠度水平，及对 原经验设计的继承性和一致性; 并对《工业建筑可 靠性鉴定标准》给出的鉴定分级可靠度进行校准分 析，揭示既有工业建筑鉴定评级可靠度的实际水平。 最后，应在上述工作的基础上，致力于荷载的随机过

程理论和抗力衰减模型的分析与研究，建立工业建 时李可靠度平估方法，或现工业建全寿命可靠 性分析与控制 2]提范修订组。关干工业建筑楼面活荷载.建筑结 1971):36-39 参考文献 【23】荷我规范修订组.屋面积灰荷载】.建筑结构.19762)：41， 2]中华人民共知 24] 房和减多建设都.建筑结构荷战规范：GB .23121-194-195 00092012「s1.北：中国建工业出社.202 [25]需卓民。结构版率极限状态设计法的进展：国际标准结构可 [B3)国家基本建议委员会工业与民用建筑结构荷载规范：刀9 皇性总原侧》(1996)接遂（一[」】.建筑结构.1998(7） 74[S.北京：中国建筑工业出版社，197 53-5 利日 下横向水平荷载的实测 [26] Basis of St EN199 200 ]何平著.机城工业厂房吊车荷我的统计取值.建筑科学 2]页金金，魏工程结构可性设计原理[.北京：机根 98811:60-6 工业出服社，2012 [6】何平.徐鸿业。吊车经向荷我效应的组合小.建筑结构。 [28]李鞋华.概极限态设计法浅释[U].工业建筑，1988,18 94:26 22 [29] [8】中华人民共和国国家计划委员会.建筑结构设计统一标准： [30】严松老，周佳媚，高波.结构可靠性设计分项系数研究1.西 B68一84[S].北京：中国建工量出版社，1984 南交通大学学报.2002(6)：623-627 [9)】荷载规范修订组。 硅筑结构荷载规范中的吊车问题U] 3] 中华人民共和国住房 城乡建设部。工业建筑可靠性鉴定 ,197 中业定筑可性鉴定标 BS EN 准X报批稿)的修钉及主受内容】.工业建筑，016.46 1991-3:206[s1 n.206 11):152-156 de 3:Design of [33】阵猛，张智，邢俊敏.在役工业可靠性整定理论的研究与 B4] ,等我国工业建筑可靠性鉴定及其发 展北建筑大学学报2063：49_54 sEN1093-1-g:200s [35]中华人民共和国治金工业部.钢铁工业建（构）筑物可靠性空 Is]. n:British 定规程：YB)219一19%9[S].北京：中国建筑工业出版社 [13]ASC and Other St 6 华人民共和国建设部. 工业厂房可靠雀鉴定标准：G 0[S】.北京：中国理筑工业出版社.1990 [14]IS0.Gom 1e030 3710.Bases for Desiv 2015 [S].Geneva:Intemationul Org :501382:2010【s Ceneva:Intemationa 201 [15]JcSs cde【s].im tee on [38J 现存结 [6]杨伟军，志整赵传智.单层厂房吊车荷我效应的统计分析 T业前.2005.3521：103-10m. U.长沙交通学学报.1995(1)：73-78 [39]赵国落，贡金鑫，赵尚传.工程结构生命全过程可靠度[1].北 [17]中华人民共和国住房和城乡建设部工程结构可靠性设计统一标 京：中铁出版社200 准：CB0L3 北京 :中国建筑工业出版社20图 的全随机过程核 [8 11 BHATTACHARYA B.LI D.CHAJES M.Reliabil Data [J] [41】杜斌，赵人达，包太既有桥梁结构时变可靠度计算的荷我取值 e20s1051.50-43 [].沈阳建筑大学学服（自然科学0,20105）：28-832 [19]BIROLINI A.Modem Stocha P s Methods for Multi-tate [42]AKIYAMA M DAN M F.YOSHIDA System Reli nt [C]//Multi-State System Reliability for Engineers and Industrial Mangen 2001131.3768-3770 [3]金伟良，钟小平。结构全寿命的耐久性与安全性适用性的关 系[U】.建筑结构学报，2D09(6):1-7 (下转第201页) 154 工业建筑2018年第48基第8别 019China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved http://www.cnki.ne

154 工业建筑 2018 年第 48 卷第 8 期 程理论和抗力衰减模型的分析与研究，建立工业建 筑时变可靠度评估方法，实现工业建筑全寿命可靠 性分析与控制。 参考文献 ［1］ 杨伟军，赵传智． 吊车荷载对钢筋混凝土单层厂房柱可靠度的 影响［J］． 工业建筑，1994，24( 5) : 12 － 15． ［2］ 中华人民共和国住房和城乡建设部． 建筑结构荷载规范: GB 50009—2012［S］． 北京: 中国建筑工业出版社，2012． ［3］ 国家基本建设委员会． 工业与民用建筑结构荷载规范: TJ 9— 74［S］． 北京: 中国建筑工业出版社，1974． ［4］ 刘百铨，石禄麟，葛曼云． 工业厂房吊车横向水平荷载的实测 研究［J］． 建筑结构学报，1980( 2) : 1 － 9． ［5］ 何平蕃． 机械工业厂房吊车荷载的统计取值［J］． 建筑科学， 1988( 1) : 60 － 66． ［6］ 何平蕃，徐鸿业． 吊车竖向荷载效应的组合［J］． 建筑结构， 1984( 4) : 26 － 32． ［7］ 中华人民共和国国家计划委员会． 建筑结构荷载规范: GBJ 9—87［S］． 北京: 中国建筑工业出版社，1987． ［8］ 中华人民共和国国家计划委员会． 建筑结构 设 计 统 一 标 准: GBJ 68—84［S］． 北京: 中国建筑工业出版社，1984． ［9］ 荷载规范修订组． 建筑结构荷载规范中的吊车荷载问题［J］． 设计标准规范工作动态，1977( 1) : 37 － 44． ［10］ Standards Policy and Strategy Committee． Eurocode 1: Actions on Structures － Part3∶ Actions Induced by Cranes and Machinery: BS EN 1991 － 3∶ 2006［S］． London: British Standards Institution，2006． ［11］ Standards Policy and Strategy Committee． Eurocode 3 ∶ Design of Steel Structures － Part6: ∶ Crane Supporting Structures ∶ BS EN 1993 － 6∶ 2007［S］． London: British Standards Institution，2007． ［12］ Standards Policy and Strategy Committee． Eurocode 3: Design of Steel Structures － Part 1 － 9∶ Fatigue: BS EN 1993 － 1 － 9 ∶ 2005 ［S］． London: British Standards Institution，2005． ［13］ ASCE． Minimum Design Loads for Buildings and Other Structure: ASCE / SEI 7 － 05［S］． Washington D C: The American Society of Civil Engineers，2006． ［14］ ISO． General Principles on Ｒeliability for Structures: ISO 2394 ∶ 2015［S］． Geneva: International Organization for Standardization， 2015． ［15］ JCSS． Probabilistic Model Code ［S］． Joint Committee on Structural Safety，1999． ［16］ 杨伟军，姚志坚，赵传智． 单层厂房吊车荷载效应的统计分析 ［J］． 长沙交通学院学报，1995( 1) : 73 － 78． ［17］ 中华人民共和国住房和城乡建设部． 工程结构可靠性设计统一标 准: GB 50153—2008［S］． 北京: 中国建筑工业出版社，2008． ［18］ BHATTACHAＲYA B，LI D，CHAJES M． Ｒeliability-Based Load and Ｒesistance Factor Ｒating Using In-Service Data［J］． Journal of Bridge Engineering，2005，10( 5) : 530 － 543． ［19］ BIＲOLINI A． Modern Stochastic Process Methods for Multi-State System Ｒeliability Assessment［C］/ /Multi-State System Ｒeliability Analysis and Optimization for Engineers and Industrial Managers． Springer London: 2010: 29 － 115． ［20］ AＲANGIO S． Ｒeliability Based Approach for Structural Design and Assessment: Performance Criteria and Indicators in Current European Codes and Guidelines ［J］． International Journal of Lifecycle Performance Engineering，2012，1( 1) : 64 － 91． ［21］ 姚继涛，谷 慧． 工业厂房吊车荷载的概率模型和组合方法 ［J］． 建筑结构学报，2016( 11) : 160 － 166． ［22］ 荷载规范修订组． 关于工业建筑楼面活荷载［J］． 建筑结构， 1977( 1) : 36 － 39． ［23］ 荷载规范修订组． 屋面积灰荷载［J］． 建筑结构，1976( 2) : 41 － 45，49． ［24］ ＲACKWITZ Ｒ． Structural Ｒeliability － Analysis and Prediction ［J］． Structural Safety，2001，23( 2) : 194 － 195． ［25］ 邵卓民． 结构概率极限状态设计法的进展: 国际标准《结构可 靠性总原则》( 1996 ) 综 述 ( 一) ［J］． 建筑 结 构，1998 ( 7 ) : 53 － 57． ［26］ CEN． Eurocode － Basis of Structural Design: EN 1990 － 2002 ［S］． Brussels: European Committee for Standardization，2002． ［27］ 贡金鑫，魏巍巍． 工程结构可靠性设计原理［M］． 北京: 机械 工业出版社，2012． ［28］ 李继华． 概率极限状态设计法浅释［J］． 工业建筑，1988，18 ( 2) : 2 － 6． ［29］ 冯云芬． 可靠度理论在结构设计中的若干应用研究［D］． 大 连: 大连理工大学，2015． ［30］ 严松宏，周佳媚，高波． 结构可靠性设计分项系数研究［J］． 西 南交通大学学报，2002( 6) : 623 － 627． ［31］ 中华人民共和国住房和城乡建设部． 工业建 筑 可 靠 性 鉴 定 标 准: GB 50144—2008［S］． 北京: 中国建筑工业出版社，2008． ［32］ 岳清瑞，幸坤涛，惠云玲． GB 50144《工业建筑可靠性鉴定标 准》( 报 批 稿) 的修订及主要内容［J］． 工 业 建 筑，2016，46 ( 11) : 152 － 156． ［33］ 陈猛，张哲，邢俊敏． 在役工业建筑可靠性鉴定理论的研究与 应用［J］． 河南科学，2011( 9) : 1094 － 1098． ［34］ 惠云玲，岳清瑞，幸坤涛，等． 我国工业建筑可靠性鉴定及其发 展［J］． 北京建筑大学学报，2016( 3) : 49 － 54． ［35］ 中华人民共和国冶金工业部． 钢铁工业建( 构) 筑物可靠性鉴 定规程: YBJ 219—1989［S］． 北京: 中国建筑工业出版社， 1989． ［36］ 中华人民共和国建设部． 工 业 厂 房 可 靠 性 鉴 定 标 准: GBJ 144—1990［S］． 北京: 中国建筑工业出版社，1990． ［37］ ISO． Bases for Design of Structures － Assessment of Existing Structures: ISO 13822 ∶ 2010 ［S］． Geneva: International Organization for Standardization，2010． ［38］ 姚继涛． 现存结构可靠性评定方法的进展: 国际标准《结构设 计基础———现存结构的评定》ISO 13822 ∶ 2001( E) 综述［J］． 工业建筑，2005，35( 2) : 103 － 107． ［39］ 赵国藩，贡金鑫，赵尚传． 工程结构生命全过程可靠度［M］． 北 京: 中国铁道出版社，2003． ［40］ 杜斌，向天宇，赵人达． 结构时变可靠度计算的全随机过程模 型［J］． 中国工程科学，2010，3( 12) : 108 － 112． ［41］ 杜斌，赵人达，包太． 既有桥梁结构时变可靠度计算的荷载取值 ［J］． 沈阳建筑大学学报( 自然科学版) ，2010( 5) : 828 － 832． ［42］ AKIYAMA M， DAN M F， YOSHIDA I． Time-Dependent Ｒeliability Analysis of Existing ＲC Structures in a Marine Environment Using Hazard Associated with Airborne Chlorides ［J］． Engineering structures，2010，11( 32) : 3768 － 3779． ［43］ 金伟良，钟小平． 结构全寿命的耐久性与安全性、适用性的关 系［J］． 建筑结构学报，2009( 6) : 1 － 7． ( 下转第 201 页)

偏大，即N2 参考文献 400 [1]陈传尧.疲劳与断裂[M].武汉：华中科技大学出版社，2002 [2]郑云，叶列平，岳清瑞.RP加固钢结构的研究进展[J】.工 200 业建筑，2005,35(8)：20-25. [3]CHEN T.YU QQ,GU X L.et al.Stress Intensity Factors (K) R100 树80 of Cracked Non-oad-Carrying Cruciform Welded Joints Repaired 60 with CFRP Materials [J].Composites Part B(Engineering). 2013,45(1):1629-1635. 40 10 105 10 [4]MADDOX S J.An Analysis of Fatigue Cracks in Fillet Welded 循环次致 Joints [J ]International Journal of Fracture,1975,11 (2): 注：Ns为单边加周上限；N2为单边加固下限： 221-243. No.p为未加固实际值。 [5]HOBBACHER A.Recommendations for Fatigue Design of Welded 图7双侧裂纹-单侧加固S-N曲线 Joints and Components M].New York:Welding Research Fig.7 Double-side cracks-single-side reinforced S-curves Council,2009. [6]吴伟健，陈涛.CFRP布单侧加固非承重十字焊接接头应力强 度因子分析).建筑结构学报，2014（增刊1）：101-106. 4结束语 [7]CHEN T.ZHAO X L.GU X L,et al.Numerical Analysis on 1)利用PARIS公式求得的疲劳裂纹扩展寿命 Fatigue Crack Growth Life of Non-oad-Carrying Cruciform Welded 偏小过多、太过保守，相比之下，运用NASGRO公式 Joints Repaired with FRP Materials [J].Composites Part B 求得的疲劳寿命更趋于真实解。 (Engineering,2014,56:171-177. 2)单侧裂纹时，单、双侧碳纤维复材加固均可 [8]COURTIN S.GARDIN C.BBZINE G,et al.Advantages of the J- Integral Approach for Calculating Stress Intensity Factors When 明显降低裂纹尖端处K,并能显著提高疲劳裂纹扩 Using the Commercial Finite Element Software ABAQUS [J]. 展寿命：单侧加固相对双侧加固，裂纹深度较小时， Engineering Fracture Mechanics,2005,72(14):2174-2185. 前者K,小于后者，裂纹深度大于某一值时，双侧加 [9]EKHA J,SCHON J.Effect of Secondary Bending on Strength 固K值较小，并非单侧加固的K恒小于双侧加固， Prediction of Composite.Single Shear Lap Joints []Composites 但疲劳寿命还是单侧加固略高。 Science and Technology,2005.65(6):953-965. 3)双侧裂纹时，无论单、双侧碳纤维复材加固， [10]BEASY.BEASY V10r12 Documentation [M].Southampton: Computational Mechanics.BEASY Ltd.2009. 一侧裂纹的扩展会导致异侧裂纹尖端处K,减小：双 [11]British Standards Institution.Guide to Methods for Assessing the 侧碳纤维复材加固可以显著降低裂纹尖端处K,并 Acceptability of Flaws in Metallic Structures:BS 7910:2005 [S]. 延长疲劳裂纹扩展寿命，但单侧碳纤维复材加固反 London:2005. 而降低了结构疲劳寿命。 [12]HOBBACHER A.Recommendations for Fatigue Design of Welded 4)为延长结构疲劳寿命、获得更好的加固效 Joints and Components [M].New York:The Welding Research Council,2009. 果，建议焊接接头出现单侧裂纹时，宜采用单侧碳纤 [13]Japanese Society of Steel Construction.Fatigue Design 维复材加固：出现双侧裂纹时，应采用双侧碳纤维复 Recommendations for Steel Structures English Version)[R]. 材加固，切忌单侧加固。 Tokyo:JSSC Technical Report.1995 (上接第154页) [44]LI Q W,ELLINGWOOD B R.Damage Inspection and Engineering,2017(5):1 -7. Vulnerability Analysis of Existing Buildings with Steel Moment- [47]LI Q W.WANG C,ELLINGWOOD B R.Time-Dependent Reliability Resisting Frames [J].Engineering Structures.2008.30(2): of Aging Structures in the Presence of Non-Stationary Loads and 338-351. Degradation []Structural Safety,2015(52):132 -141. [45]秦权，杨小刚.退化结构时变可靠度分析[山].清华大学学报 [4]CHEN H P.Monitoring-Based Reliability Analysis of Aging (自然科学版)，2005(6)：733-736. Concrete Structures by Bayesian Updating [J].Journal of [46]YAO J,GU H.Durability Assessment Based on Design-Value Aerospace Engineering.2017.30(2):DOI:10.1061/(ASCE) Method for Structure Design [J ]KSCE Journal of Civil AS.1943-5525.0000587. 碳纤雏复材加围非承重十字焊接接头的应力强度因子与疲劳寿命数值研究一黄诚，等 201 (C)1994-2019 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved.http://www.cnki.net

碳纤维复材加固非承重十字焊接接头的应力强度因子与疲劳寿命数值研究———黄 诚，等 201 偏大，即 NSg_2。 注: NSg_1为单边加固上限; NSg_2为单边加固下限; NO_0为未加固实际值。 图 7 双侧裂纹 － 单侧加固 S － N 曲线 Fig． 7 Double-side cracks—single-side reinforced S-N curves 4 结束语 1) 利用 PAＲIS 公式求得的疲劳裂纹扩展寿命 偏小过多、太过保守，相比之下，运用 NASGＲO 公式 求得的疲劳寿命更趋于真实解。 2) 单侧裂纹时，单、双侧碳纤维复材加固均可 明显降低裂纹尖端处 KI，并能显著提高疲劳裂纹扩 展寿命; 单侧加固相对双侧加固，裂纹深度较小时， 前者 KI 小于后者，裂纹深度大于某一值时，双侧加 固 KI 值较小，并非单侧加固的 KI 恒小于双侧加固， 但疲劳寿命还是单侧加固略高。 3) 双侧裂纹时，无论单、双侧碳纤维复材加固， 一侧裂纹的扩展会导致异侧裂纹尖端处 KI 减小; 双 侧碳纤维复材加固可以显著降低裂纹尖端处 KI 并 延长疲劳裂纹扩展寿命，但单侧碳纤维复材加固反 而降低了结构疲劳寿命。 4) 为延长结构疲劳寿命、获得更好的加固效 果，建议焊接接头出现单侧裂纹时，宜采用单侧碳纤 维复材加固; 出现双侧裂纹时，应采用双侧碳纤维复 材加固，切忌单侧加固。 参考文献 ［1］ 陈传尧． 疲劳与断裂［M］． 武汉: 华中科技大学出版社，2002． ［2］ 郑云，叶列平，岳清瑞． FＲP 加固钢结构的研究进展［J］． 工 业建筑，2005，35( 8) : 20 － 25． ［3］ CHEN T，YU Q Q，GU X L，et al． Stress Intensity Factors ( KI ) of Cracked Non-Load-Carrying Cruciform Welded Joints Ｒepaired with CFＲP Materials［J］． Composites Part B ( Engineering ) ， 2013，45( 1) : 1629 － 1635． ［4］ MADDOX S J． An Analysis of Fatigue Cracks in Fillet Welded Joints［J］． International Journal of Fracture，1975，11 ( 2 ) : 221 － 243． ［5］ HOBBACHEＲ A． Ｒecommendations for Fatigue Design of Welded Joints and Components ［M］． New York: Welding Ｒesearch Council，2009． ［6］ 吴伟健，陈涛． CFＲP 布单侧加固非承重十字焊接接头应力强 度因子分析［J］． 建筑结构学报，2014 ( 增刊 1) : 101 － 106． ［7］ CHEN T，ZHAO X L，GU X L，et al． Numerical Analysis on Fatigue Crack Growth Life of Non-Load-Carrying Cruciform Welded Joints Ｒepaired with FＲP Materials［J］． Composites Part B ( Engineering) ，2014，56: 171 － 177． ［8］ COUＲTIN S，GAＲDIN C，BBZINE G，et al． Advantages of the J￾Integral Approach for Calculating Stress Intensity Factors When Using the Commercial Finite Element Software ABAQUS［J］． Engineering Fracture Mechanics，2005，72( 14) : 2174 － 2185． ［9］ EKHA J，SCHN J． Effect of Secondary Bending on Strength Prediction of Composite，Single Shear Lap Joints［J］． Composites Science and Technology，2005，65( 6) : 953 － 965． ［10］ BEASY． BEASY V10r12 Documentation ［M］． Southampton: Computational Mechanics． BEASY Ltd，2009． ［11］ British Standards Institution． Guide to Methods for Assessing the Acceptability of Flaws in Metallic Structures: BS 7910: 2005［S］． London: 2005． ［12］ HOBBACHEＲ A． Ｒecommendations for Fatigue Design of Welded Joints and Components［M］． New York: The Welding Ｒesearch Council，2009． ［13］ Japanese Society of Steel Construction． Fatigue Design Ｒecommendations for Steel Structures ( English Version) ［Ｒ］． Tokyo: JSSC Technical Ｒeport，1995． ( 上接第 154 页) ［44］ LI Q W， ELLINGWOOD B Ｒ． Damage Inspection and Vulnerability Analysis of Existing Buildings with Steel Moment- Ｒesisting Frames［J］． Engineering Structures，2008，30 ( 2 ) : 338 － 351． ［45］ 秦权，杨小刚． 退化结构时变可靠度分析［J］． 清华大学学报 ( 自然科学版) ，2005( 6) : 733 － 736． ［46］ YAO J，GU H． Durability Assessment Based on Design-Value Method for Structure Design ［J］． KSCE Journal of Civil Engineering，2017( 5) : 1 － 7． ［47］ LI Q W，WANG C，ELLINGWOOD B Ｒ． Time-Dependent Ｒeliability of Aging Structures in the Presence of Non-Stationary Loads and Degradation［J］． Structural Safety，2015( 52) : 132 － 141． ［48］ CHEN H P． Monitoring-Based Ｒeliability Analysis of Aging Concrete Structures by Bayesian Updating ［J］． Journal of Aerospace Engineering，2017，30 ( 2) : DOI: 10． 1061 /( ASCE) AS． 1943 － 5525． 0000587．