第十一届全国现代结构工程学术研讨会 浅谈结构目标可靠指标 赵洋赛立春 王振锋 (长安大学汽车学，西安71021)（中交天津港湾工程设计院，天300461） 辅要：本文在分析国家现行规范的基聪上，通过与原规范进行对佩，得出现行规范安全度设置水准在总体上有所提高。但 乳行（建筑结构可靠度设计统一标准）(GB50068-201)中仍沿用了（建筑结构没计统一标准）(GBJ68-84)中的 构构件目标可靠指标，文中以现行结构设计规范各荷线统计参数为分析基础，采用验算点法计算求得常用荷载比值 下可靠指标的平均值，并对延性破坏与脆性破坏分别统计分析，为结构安全度评估提供了科学的理论依据， 关健词：现行规范，对照，荷载统计参数，验算点法，安全度评估 一、引言 《建筑结构荷载规范》(GB50009-2001)对我国建筑结构安全度做了调整，其设置水准在整体上有所 提高。根据新的观测资料重新对全国各气象台站统计了风压和雪压，并将风、雪荷载基本值的重现期由原 标准的30年一遇修订为50年一遇，从而使风、雪荷载的标准值平均提高了约10%：楼面活荷载的标准值 由1.5KNm2提高到2.0KN/m,提高了约33%. 但是，现行规范中各种结构的目标可靠指标却没有同步进行修正，仍然沿用了《建筑结构设计统一标 准)(GB6884)②四规定的结构构件承载能力极限状态的可靠指标，见表1。所以，势必会给实际工程结构 的分析与可靠度评估带来不便。为此，我们有必要以现行规范为基础，对结构目标可靠指标进行重新统计 计算，以给结构分析与评估提供科学的理论依据。 表1建筑结构构件的目标可靠指标B值 安全等级 破坏类型 一级 二级 三级 延性破坏 37 32 2.7 脆性破坏 42 3.7 32 二、目标可靠指标的确定 (一)影响目标可靠指标的因素 目标可靠指标，即结构设计所预期的可靠指标，应根据结构重要性、结构失效破坏后果、结构破坏性 质及经济指标等因素结合公众承受心理加以综合确定。即对重要的结构（如重要纪念馆等）的目标可靠指 标需定的高些 次要的结构可以定的低些：对失效后果比较严重的结构及破坏时无明显征兆的脆性结构需 定的高些，这样才能保证不会造成较大的生命或财产损失。另外，经济指标也是对目标可靠指标起重要控 制作用的因素之一。 (二)目标可靠指标确定方法 在确定结构设计规范的目标可靠指标时，我国及世界上许多其它国家采用的方法主要是“校准法”， “校准法”即对现行结构设计规范进行反复计算研究分析，弄清现有结构设计总体的可靠度水准，并认为 工业建筑2011增刊 1401
第十一届全国现代结构工程学术研讨会 浅谈结构目标可靠指标 赵洋 赛立春 王振锋 (长安大学汽车学院，西安710021) (中交天津港湾工程设计院，天津300461) 摘要：本文在分析国家现行规范的基础上，通过与原规范进行对照，得出现行规范安全度设置水准在总体上有所提高。但 现行《建筑结构可靠度设计统一标准》(GB50068—2001)中仍沿用了《建筑结构设计统一标准》(GBJ68—84)中的结 构构件目标可靠指标。文中以现行结构设计规范各荷载统计参数为分析基础，采用验算点法计算求得常用荷载比值 下可靠指标的平均值，并对延性破坏与脆性破坏分别统计分析，为结构安全度评估提供了科学的理论依据。 关键词：现行规范，对照，荷载统计参数，验算点法，安全度评估 一、引言 《建筑结构荷载规范》(GB50009．2001)u】对我国建筑结构安全度做了调整，其设置水准在整体上有所 提高。根据新的观测资料重新对全国各气象台站统计了风压和雪压，并将风、雪荷载基本值的重现期由原 标准的30年一遇修订为50年一遇，从而使风、雪荷载的标准值平均提高了约10％；楼面活荷载的标准值 由1．5KN／m2提高到2．0KN／m2，提高了约33％。 但是，现行规范中各种结构的目标可靠指标却没有同步进行修正，仍然沿用了《建筑结构设计统一标 准》(GBJ68．84)12J规定的结构构件承载能力极限状态的可靠指标，见表1。所以，势必会给实际工程结构 的分析与可靠度评估带来不便。为此，我们有必要以现行规范为基础，对结构目标可靠指标进行重新统计 计算，以给结构分析与评估提供科学的理论依据。 表1建筑结构构件的目标可靠指标∥值 安全等级 破坏类型 一级 二级 三级 延性破坏 3．7 3．2 2．7 脆性破坏 4．2 3．7 3．2 目标可靠指标的确定 (一)影响目标可靠指标的因素 目标可靠指标，即结构设计所预期的可靠指标，应根据结构重要性、结构失效破坏后果、结构破坏性 质及经济指标等因素结合公众承受心理加以综合确定。即对重要的结构(如重要纪念馆等)的目标可靠指 标需定的高些，次要的结构可以定的低些；对失效后果比较严重的结构及破坏时无明显征兆的脆性结构需 定的高些，这样才能保证不会造成较大的生命或财产损失。另外，经济指标也是对目标可靠指标起重要控 制作用的因素之一。 (--)目标可靠指标确定方法 在确定结构设计规范的目标可靠指标时，我国及世界上许多其它国家采用的方法主要是“校准法”13-6]。 “校准法”即对现行结构设计规范进行反复计算研究分析，弄清现有结构设计总体的可靠度水准，并认为 工业建筑2011增刊 140l
第十一届全国现代结构工程学术研讨会 现行结构设计规范的可靠水准在总体上是合理的，不合理的地方加以局部调整 (三)目标可靠指标的统计计算 考虑到目标可靠指标的通用性，故选取了钢、薄钢、钢筋混凝土、砖石、木结构设计规范中的14种有 代表性的构件作为确定目标可靠指标的基础，分析了每种结构构件在恒载+住宅楼面活荷载、恒载+办公 楼面活荷载、恒载+风荷载简单荷载组合下的可靠指标，最后对延性破坏和脆性破坏分别加权平均确定结构 目标可靠指标。现行《建筑结构可靠度设计统一标准》(GB50068-2001)规定了我国现行房尾结构设计规 范的目标可靠指标B,如表1所示。安全等级为二级的属延性破坏的结构构件取B=3.2,属脆性破坏的结构 构件取B=3.7,对于其他安全等级，B取值是在此基础上分别增减0.5，以此相应的失效概率约相差一个数 量级。 已知X,=L,2,,m)的统计参数4x、gx及其分布 类型，极限状态方程g(K,X,…,X)=0 假定：设计验算点坐标值X一般取X=4x) 对排正态基本变量X,根据X,由公式以三[F,()】]口 及axp中[E们]/G)求出4代臂4ox 由as/儿含*4 以a4x、o,代入x=k+axB6x 和g,…,x)=0球出B值 按B值及式X=收+ax Bos求出X 以本次求得的X 作为下次的使用值 上次与本次求得之判s允许误差 本次求得的B值即为所求得可靠指标， 本次求得的X即为验算点的坐标值 围1目标可靠指标B的迭代框图 在进行新的可靠指标统计计算时，我们仍采用文献[2]的分析方法，其具体计算步骤可表述如下： 1402 工业建筑2011增刊
第十一届全国现代结构工程学术研讨会 现行结构设计规范的可靠水准在总体上是合理的，不合理的地方加以局部调整。 (三)目标可靠指标的统计计算 考虑到目标可靠指标的通用性，故选取了钢、薄钢、钢筋混凝土、砖石、木结构设计规范中的14种有 代表性的构件作为确定目标可靠指标的基础pjJ，分析了每种结构构件在恒载+住宅楼面活荷载、恒载+办公 楼面活荷载、恒载+风荷载简单荷载组合下的可靠指标，最后对延性破坏和脆性破坏分别加权平均确定结构 目标可靠指标。现行《建筑结构可靠度设计统一标准》(GB 50068．2001)规定了我国现行房屋结构设计规 范的目标可靠指标∥，如表l所示。安全等级为二级的属延性破坏的结构构件取∥=3．2，属脆性破坏的结构 构件取∥=3．7，对于其他安全等级，∥取值是在此基础上分别增减0．5，以此相应的失效概率约相差一个数 量级[31。 己毗(f=l，2，…，以)的统计参数‰、％及其分布 类型，极限状态方程g(墨，X2，…，Ⅸ。)=o 假定：设计验算点坐标值F(一般取F=：h) 对非正蕊墅汹，根据砰，由公式～气‘命1[‘w)]气 及‰．=伊{矿1[气“’)])／矗@‘)求出反、吒代考茕‰、％ 毗=蚓一他一乱叫啦拙 以本次求得的．F 作为下次的使用值 以印‰、‰代州=心+ax，甄 和g(葛，蔓，．．·，Z)=o求出∥值 按∥值及式．F=段。+口K,aO-x，求出F 上次与本次求得∥之差I≤允许误差 是 本次求得的芦值即为所求得可靠指标， 本次求得的F即为验算点的坐标值 图1 目标可靠指标∥的迭代框图 在进行新的可靠指标统计计算时，我们仍采用文献【2】的分析方法，其具体计算步骤可表述如下： 1402 工业建筑2011增刊
第十一届全国现代结构工程学术研讨会 (1)设可变荷载标准值效应S2为一定值，由荷载效应比值p=S2/Sa求出恒载标准值效应S.,根据 设计表达式求出结构抗力标准值R: (2)由求出的S、S:、R及表2、表3中的统计参数，可求出极限状态方程R-S。-S。=0中各随 表2各种荷载设计基准期统计参数 荷载分类 平均值/标准值 变异系数 分布类型 水久荷载 1.06 Q07 正态分布 楼血活载（住） 0.64 0.233 极值1型 楼面活载（办） 0.524 0.288 极值I型 风荷载 0.908 0.193 极值】型 乐荷载 1.029 0.225 极值1型 可变荷载标准值效应与恒载标准值效应的常用比值对各类材料的结构是不同的，一般情况下，砖石结 构较低，薄钢结构较高。参照文献31，各种结构构件的常用比值荷载效应比值列于表3，在各种简单组 合及常用p情况下的B的平均值也列于表3 表3各种结构构件的计算参数及可靠指标 安会系教荷按效应 常用P情况B的半均值 序号 结构构件种类 4/R S6+o(办)S6+。(间S%+S, 1 轴心受压 1.11 0.12 141 0.25 3.78 3.56 2.92 2 偏心受因 0.15 1.41 ,0 3.78 357 2.0 1 轴心受压 121 05 0.5 4.11 3.89 3.20 偏心受压 o 0.15 1.52 2.0 4.13 3.91 3.23 3.0 轴心受压 121 025 2.30 0.1 420 408 387 6 偏心受压 1.26 0.30 2.30 025 3.67 3.57 3.33 0.5 7 受剪 1.02 0.27 2.50 3.60 3.48 3.23 075 8 轴心受压 1.23 0.23 1.83 02 381 365 325 术 9 受剪 138 0.5 0.27 1.87 1.5 379 3.6 3.28 10 轴心受拉 1.10 0.10 1.40 01 3.90 3.71 3.13 11 筋 轴心受压 1.33 0.17 1.55 0.25 4.27 4.12 3.67 12 大偏心受压 16 0.13 1.55 05 4.28 4.11 3.60 13 受 1.13 Q10 .0 4.08 3.89 14 受曾 1.24 0.19 155 2.0 3.64 3.47 304 工业建筑201增刊 1403
第十一届全国现代结构工程学术研讨会 (1)设可变荷载标准值效应＆。为一定值，由荷载效应比值p=＆。／&。求出恒载标准值效应&。，根据 设计表达式求出结构抗力标准值凡。 (2)由求出的&。、&。、盈及表2、表3中的统计参数，可求出极限状态方程R一&一So=o中各随 机变量的平均值与标准差。 (3)根据结构极限状态方程及表2、表3统计数据，按图1所示的验算点法求出∥值。 表2各种荷载设计基准期统计参数 荷载分类 平均值／标准值 变异系数 分布类型 永久荷载 1．06 O．07 正态分布 楼面活载(住) 0．644 0．233 极值I型 楼面活载(办) 0．524 0．288 极值I型 风荷载 0．908 0．193 极值I型 雪荷载 1．029 0．225 极值I型 可变荷载标准值效应与恒载标准值效应的常用比值对各类材料的结构是不同的，一般情况下，砖石结 构较低，薄钢结构较高。参照文献【3】，各种结构构件的常用比值荷载效应比值p列于表3。在各种简单组 合及常用P情况下的∥的平均值也列于表3。 表3各种结构构件的计算参数及可靠指标 安全系数 荷载效应 常用p情况∥的平均值 序号 结构构件种类 pt|R【 万 足 p &+&(办) &+＆(住) SG+Sw 1 轴心受压 I．1l O．12 1．41 0．25 3．78 3．56 2．92 O．5 钢 2 偏心受压 1．2l O．15 1．41 1．O 3．78 3．57 3．oo 2．0 3 轴心受压 I．2I O．15 1．50 O．5 4．1l 3．89 3．20 薄 1．O 4 钢 偏心受压 1．20 O．15 1．52 2．O 4．13 3．91 3．23 3．0 5 轴心受压 1．21 0．25 2．30 O．1 4．20 4．08 3．81 6 砖 偏心受压 l，26 Or30 2。．30 O．25 3．67 3．57 3．33 石 O．5 7 受剪 1．02 0．27 2．50 3．60 3．48 3．23 0．75 8 轴心受压 1．23 n23 l。83 o．25 3，8】 3，65 3．25 木 O．5 9 受剪 1．38 0．27 1．87 3．79 3．64 3．28 1．5 10 钢 轴心受拉 1．10 O．iO 1．40 O．1 3．90 3．71 3．13 11 筋 轴心受压 1．33 O．17 1．55 O．25 4．27 4．12 3．67 12 混 大偏心受』矗 1．16 0．13 1．55 0．5 4．28 4．11 3．60 13 凝 受弯 1．13 O．10 1．40 1．O 4．08 3．89 3．3l 14 土 受剪 1．24 0．19 1．55 2．O 3．64 3．47 3．04 工业建筑2011增刊 1403
第十一届全国现代结构工程学术研讨会 根据表3的计算统计结果，可知结构构件可靠指标的总平均值为3.66，与其相对应的结构失效概率为 1.26×10,反映了我国现行规范的可靠度水平。对于总共14种构件，其中属于延性破坏者，B平均值为 3.56,根据此结果，可对一般工业与民用建筑的各种构件，属于延性破坏的目标可靠指标取为355，即进行 结构设计时对延性构件应以达到可靠指标B=3.55作为设计目标：属脆性破坏的目标可靠指标取为4.05，因 为脆性破环前结构构件无明显的变形或其它预兆，其破坏后果要比延性破坏严重。 比较可得，修订后的目标可靠指标对于延性破坏者提高约10.9%，属脆性破坏者提高约9.5%，提高幅 度较大。同时，我们可以根据所得数据，分析各种结构构件的现行统计可靠度是否合理。在今后各本设计 规范编制与修订时，可以考虑各种构件的破坏性质及失效后果等因素，对不够合理的可靠指标进行局部适 当调整，以使其更加科学合理的指导结构分析与设计及安全度评估工作， 三、结论 (1)我国现行规范经过修订，在安全度水准上总体有所提高，同时也使我国与欧洲、美国等发达国家 之间的安全度水准有所缩小，体现了我国综合国力的日益增强。 (2)以现行规范和文献3]提供的各种荷载及构件抗力统计参数为基础，利用校准法的基本思想，采用 结构可靠度分析的验算点法求得各种荷载效应比值下结构目标可靠指标的平均值。 (3)经过计算分析，得出规范修订后结构构件目标可靠指标属延性破坏者为B=3.55,比原规范B=3.2 提高约10.9%：属脆性破坏者为B=4.05,比原规范B=3.7提高约9.5%.可得出，可靠度水平整体提高约10% 左右。为今后结构分析设计及安全度评估提供了科学的理论依据。 参考文献 (1)G闭50009-2001《建筑结构荷载规范).中华人民共和国国家标准.北京：中国建筑工业出版杜，2006 (2)GBJ6884《建筑结构设计统一标准).中华人民共和国国家标准，北京：中国建筑工业出版杜，1984 (3) (4) 3一2001《建筑结构可靠度设计统一标准》的技术合理性与依据[J1.建筑结构，2002,32 (1):61-66 (5)《建筑结构安全度水准修订评估》课题组。建筑结构安全度水准修订评估.建筑科学，2002,10 李国强，黄宏伟等。 工程结构荷载与可家度设计原理（第三版）。北京 ,中国建筑工业出版社.200 1404 工业建筑2011增刊
第十～届全国现代结构工程学术研讨会 根据表3的计算统计结果，可知结构构件可靠指标的总平均值为3．66，与其相对应的结构失效概率为 1．26×104，反映了我国现行规范的可靠度水平。对于总共14种构件，其中属于延性破坏者，夕平均值为 3．56，根据此结果，可对一般工业与民用建筑的各种构件，属于延性破坏的目标可靠指标取为3．55，即进行 结构设计时对延性构件应以达到可靠指标∥-3．55作为设计目标；属脆性破坏的目标可靠指标取为4．05，因 为脆性破坏前结构构件无明显的变形或其它预兆，其破坏后果要比延性破坏严重。 比较可得，修订后的目标可靠指标对于延性破坏者提高约10．9％，属脆性破坏者提高约9．5％，提高幅 度较大。同时，我们可以根据所得数据，分析各种结构构件的现行统计可靠度是否合理。在今后各本设计 规范编制与修订时，可以考虑各种构件的破坏性质及失效后果等因素，对不够合理的可靠指标进行局部适 当调整，以使其更加科学合理的指导结构分析与设计及安全度评估工作。 三、结论 一、 ；-一P【o (1)我国现行规范经过修订，在安全度水准上总体有所提高，同时也使我国与欧洲、美国等发达国家 之间的安全度水准有所缩小，体现了我国综合国力的日益增强。 (2)以现行规范和文献[3】提供的各种荷载及构件抗力统计参数为基础，利用校准法的基本思想，采用 结构可靠度分析的验算点法求得各种荷载效应比值下结构目标可靠指标的平均值。 (3)经过计算分析，得出规范修订后结构构件目标可靠指标属延性破坏者为∥-3．55，比原规范p=3．2 提高约10．9％：属脆性破坏者为∥=4．05，比原规范∥-3．7提高约9．5％。可得出，可靠度水平整体提高约10％ 左右。为今后结构分析设计及安全度评估提供了科学的理论依据。 参考文献 (1)GB50009--2001《建筑结构荷载规范》．中华人民共和国国家标准．北京：中国建筑工业出版社，2006 (2)GBJ68-84《建筑结构设计统一标准》．中华人民共和国国家标准．北京：中国建筑工业出版社，1984 (3)李继华，林忠民等．建筑结构概率极限状态设计．北京．中国建筑工业出版社．1990 (4) 李明顺，胡德妍，史志华．GB50068--2001《建筑结构可靠度设计统一标准》的技术合理性与依据[J]．建筑结构，2002，32 (1)：61-66 (5) 《建筑结构安全度水准修订评估》课题组．建筑结构安全度水准修订评估．建筑科学，2002，10 (6) 李国强，黄宏伟等．工程结构荷载与可靠度设计原理(第三版)．北京：中国建筑工业出版社，2005 1404 工业建筑2011增刊