结构设计规范的可靠度设计方法质疑_陈肇元
结构可靠度设计验算点法介绍
结构可靠度设计验算点法介绍摘要：工程结构应要求具有一定的可靠性，才能保证结构在规定的使用期内能够满足设计要求的各项使用功能。
本文对设计验算点法进行了分类与总结, 同时分析了此计算方法的缺点。
关键字：结构可靠度计算方法缺点1 引言工程可靠度是结构在规定的时间内，在规定的条件下，完成预定功能的概率。
是结构可靠性的概率度量[1]。
“规定时间”一般是指结构设计基准期，目前世界上大多数国家普通结构设计基准期均为50年。
设计基准期和设计使用年限是有区别的。
设计基准期是为确定可变作用及与时间有关的材料性能取值而选用的时间参数[2]。
所谓设计使用年限，是设计规定的结构或构件不需进行大修即可按其预定目的使用的时期。
是借鉴了国际标准ISO2394：1998提出的，又称为服役期、服务期等。
“预定的功能”指结构在设计基准期内，经济合理的满足下列要求：1、在正常的施工和正常使用时，能承受可能出现的各种作用；2、在正常使用时具有良好的工作性能；3、在正常维护下具有足够的耐久性能；4、在设计规定的偶然时间发生时及发生后，人能保持必须的稳定性。
上述要求的第1、4项关系到人身安全问题，属于结构的安全性，第2项关系到结构的适用性；第3项关系到结构的耐久性。
安全性、适用性和耐久性总称为可靠性。
要注意安全性与可靠性的区别，可靠性的范围更大[3]。
我国结构可靠度理论的研究相对起步较晚。
1954年，大连工学院提出用数理统计学中的误差公式，计算各种荷载组合的总超载系数及构件的总匀质系数，代替各分项系数。
1960年又提出用数理统计法计算的安全系数与经验系数相结合，设计混凝土结构构件。
1978年，借鉴了JCSS编制的《结构统一标准规范的国际体系》，采用了水准Ⅱ的概率极限状态设计法，进行《建筑结构统一设计标准》的编制和研究。
1992年正式颁布了适用于全国的《工程结构可靠度设计统一标准》（GB50216—94）等6个统一标准。
在“统一标准”的指导下，对建筑、水利等各专业结构设计规范进行了大规模的修订或编制。
混凝土结构耐久性设计规范选择与运用探讨 - 结构理论
混凝土结构耐久性设计规范选择与运用探讨- 结构理论混凝土结构耐久性设计有关规范《混凝土结构设计规范》（GB/T50010—2010）条文强制国家标准《混凝土结构耐久性设计规范》（GB/T50476—2008）推荐性国家标准《混凝土结构耐久性设计与施工指南》（CCES01—2004）土木工程学会标准《公路工程混凝土结构防腐蚀技术规范》（JTG/T B07—07—2006）交通行业推荐标准二．规范选择运用的原则（一）强制性标准和强制性条文技监局标发[2000]36号《关于强制性标准实行条文强制的若干规定》中规定，我国的强制性标准分为全文强制和条文强制两种形式：1．标准的全部技术内容需要强制时，为全文强制形式；2．标准中部分技术内容需要强制时，为条文强制形式。
（二）条文强制的强制性标准中的非强制条文与推荐性标准比较由于《关于强制性标准实行条文强制的若干规定》中第四部分第2条的以下表述：对于条文强制形式的标准，应根据具体情况，在标准“前言”的第一段以黑体字并采用下列方式之一写明：当标准中强制性条文比推荐性条文多时，写明：“本标准的第X章、第X条、第X条……为推荐性的，其余为强制性的”；当标准中强制性条文比推荐性条文少时，写明：“本标准的第X 章、第X条、第X条……为强制性的，其余为推荐性的”；当标准中强制性条文与推荐性条文在数量上大致相同时，写明：“本标准的第X章、第X条、第X条……为强制性的，其余为推荐性的。
”因此，可以得出以下结论：1．条文强制性标准中的非强制性部分为推荐性条文；2．条文强制性标准中的推荐性条文与推荐性标准中的条文地位与作用是等同的。
（三）推荐性标准和条文强制性标准中推荐性条文执行的原则1．推荐性标准在以下情况下必须执行(1) 法律法规引用的推荐性标准，在法律法规规定的范围内必须执行；(2) 强制性标准引用的推荐性标准，在强制性标准适用的范围内必须执行；(3) 企业使用的推荐性标准，在企业范围内必须执行；(4) 经济合同中引用的推荐性标准，在合同约定的范围内必须执行；(5) 在产品或其包装上标注的推荐性标准，则产品必须符合；(6) 获得认证并标示认证标志销售的产品，必须符合认证标准。
对混凝土结构设计方案安全度和规范修订的几点看法
对混凝土结构设计安全度和规范修订的几点看法陈肇元教授清华大学土木工程系教授中国工程院院士中国土木工程学会副理事长摘要对混凝土结构设计安全度和规范的修订，提出了以下三方面看法：①规范中的安全度设定水平需要大幅度提高；②关于可靠度设计理论；③关于设计规范的强制性。
关键词混凝上结构设计规范可靠度设计安全度设定水平对于混凝土结构设计规范中的安全度设置水平，我在1998年7月提交规范修订组领导的一封信中和1999年年初刊出的一篇文章[1]中已经表达了看法。
这篇题为《要大幅度提高建筑结构设计安全度》的文章，代表了一部分同志的看法，原本是应约撰写，从不同角度为规范修订提供参考意见。
这份材料中有两处不妥，一是对抗震设计的“小震不坏”原则提出了质疑而又未做详细解释。
我在原稿寄出后不久就写信通知要求删去，但最后还是未能及时转到杂志社并刊了出来。
另外，这篇文章冠以“建筑结构”的标题也不合适，因为文中只论及混凝土结构，而钢、木等结构的安全度可能是另一回事。
1、规范中的安全度设定水平需要大幅度提高我对规范低安全度的看法，最早源于从事高强混凝土结构科研和推广应用工作中的感受。
用现行规范设计C50～C60级高强混凝土结构，其安全储备比普通强度的混凝土还要低，给推广造成困难和阻力，何况一项新技术的开始应用会存在经验不足等问题，更需要有较为宽松的安全度环境；过低的安全度难免捉襟见肘，对新技术推广不利。
我国规范安全度与国外的差别已有不少资料作过报道，现在再看我国规范安全度从解放后的演变，以受弯构件为例，将安全度统一折算成解放初期按破损阶段设计方法时的总安全系数K，则在最早的东北人民政府设计规程中K等于2.0；后改为与当时的苏联规范相同即1.8，但钢材强度取值仍低于苏联；约在1956年后，按三系数极限状态方法的苏联规范设计，K降到约1.55～1.6，1965年我国颁布的BJG21-66规范与此相同；1974年颁布TJ10-74规范，受弯构件K值又略有降低；1989年颁布的现行规范，K值大体保持在1965年规范的水平。
结构设计规范应确保工程合理使用寿
第38卷第3期建 筑 结 构2008年3月结构设计规范应确保工程合理使用寿命要求———混凝土结构设计规范的问题讨论之二陈肇元(清华大学土木系 北京100084)[提要] 对结构的设计使用年限与《建筑法》提出的建筑物合理使用寿命之间的关系进行了探讨,指出混凝土结构设计所提供的结构耐久性或设计使用年限应具备足够的保证率或安全裕度,并认为现行混凝土结构设计规范所设置的耐久性水准不能满足《建筑法》规定的“必须确保”主体结构在合理使用寿命内的质量要求。
同时分析了我国混凝土结构工程短寿的多种原因,不仅要尽快提高技术规范的耐久与安全设置水准,而且要完善建筑物的管理制度。
[关键词] 建筑物 合理使用寿命 混凝土结构设计 设计使用年限 设计规范Code Provisions for Structural Design Shall E nsure the Adequate Service Life of BuildingsΠAuth ors:Chen Zhaoyuan (Dept.of C ivil Engineering,Tsinghua University,Beijing100084,China)Abstract:The relationship between the design life of building structures and the“adequate service life”of buildings as stipulated in Chinese Building Act is analyzed.It is n oted that the requirements for durability level or design life in current Chinese design codes for structural concrete cann ot be able to ensure the adequate life of buildings.Other factors result in sh ort life are als o discussed.K eyw ords:buildings;adequate service life;concrete structures design;design life;design codes1 工程的合理使用寿命与结构的设计使用年限使用寿命与使用年限为同义语,二者可从不同角度派生出多种术语,如合理使用寿命、设计使用年限、经济使用年限、剩余使用年限等等。
汶川地震引发的关于强柱弱梁的分析
汶川地震引发的关于强柱弱梁的分析汶川地震引发的关于强柱弱梁的分析摘要：框架结构抗震概念设计的要求，结构应具有多道抗震防线，其中⼀个原则是“强柱弱梁”。
但是在汶川地震中，“强梁弱柱”结构⼗分普遍。
本⽂从框架结构的破坏机制着⼿，结合国家规范，分析了各种导致不能实现“强柱弱梁”的因素，同时提出对现有规范的修订。
关键词：强柱弱梁；可靠度；⼤偏压；⼩偏压2008年5⽉12⽇14时28分四川省阿坝州汶川县(北纬31.00，东经103.40)发⽣了⾥⽒8.0级地震，震中位于汶川县映秀镇。
汶川⼤地震发⽣在青藏⾼原的东南边缘、川西龙门⼭的中⼼，位于汶川。
茂汶⼤断裂带上；震源深度约lO--20km，是⼀次以逆冲为主、兼少量右旋⾛滑分量的地震，断层向西北⽅向倾斜。
这次地震是新中国成⽴以来，破坏性最强，涉及范围最⼤的⼀次地震，直接严重受灾地区达10万平⽅公⾥，对四川省汶川县、都江堰市、北川县、青川县、绵⽵市、什邡市、彭州市及平武县等多个地区，以及陕西和⽢肃部分地区村镇的建、构筑物及⽣命线⼯程等造成了不同程度的破坏。
⼀．框架破坏机构和“强柱弱梁”按照钢筋混凝⼟框架柱抗震概念设计的要求，结构应具有多道抗震防线，其中的⼀个原则是“强柱弱梁”。
在强烈地震作⽤下，梁柱节点往往是多层框架破坏的主要部位。
地震中节点的破坏多为柱端混凝⼟被压碎、剥落，钢筋压屈外⿎，破坏⾸先发⽣在柱⼦上。
这对整个框架很不利，因为某层某⼀柱端发⽣破坏，其他柱端也容易发⽣破坏，从⽽使建筑物倒塌（见图⼀）。
反之，如果破坏发⽣在梁端，要待所有的梁或绝⼤部分的梁出现破坏时，整个建筑物才会倒塌。
所以，在设计上有意加强柱⼦的抗震能⼒，在地震作⽤下形成“梁铰型”破坏机制（见图⼆）。
可见，“强柱弱梁”型结构⾄少存在两道抗震防线：⼀是从弹性到部分梁出现塑性铰；⼆是从梁塑性铰发⽣较⼤转动到柱根部破坏。
在这两道防线之间，⼤量地震输⼊能量被结构的弹塑性变形所消耗【1】。
故结构设计时应达到“强柱弱梁”破坏形式的多层防线要求，但是在此次汶川地震中，框架柱的破坏明显重于梁，柱端与节点的破坏较为突出，即所谓的“强梁弱柱”结构很普遍。
我国建筑结构设计可靠度设定水平的分析与改进意见
我国建筑结构设计可靠度设定水平的分析与改进意见发布时间：2022-09-14T07:20:53.563Z 来源：《中国建设信息化》2022年第5月第9期作者：张振平[导读] 近几年来，我国在各个行业、各个领域都取得较大的发展成就，整体现代化水平逐步提高。
张振平大连城建设计研究院有限公司辽宁大连 116011 摘要：近几年来，我国在各个行业、各个领域都取得较大的发展成就，整体现代化水平逐步提高。
而建筑施工是我国现代化发展工作中的关键环节，对于我国的社会发展也有着重要影响。
对此，有关建筑施工企业和单位应该高度重视当前的建筑施工结构和技术，确保建筑结构能够在安全性和可靠性上持续提高，满足社会大众多样化的建筑施工需求和标准。
同时，还要着重考虑建筑结构的设计方案，因为设计工作是影响整个建筑结构可靠性的关键。
基于此，本文首先叙述我国建筑结构可靠度设计方法的演变情况，随后简要说明影响建筑结构设计可靠度的问题，接着对建筑结构设计可靠度的设定水平予以说明，最后阐释建筑结构设计可靠度的改进意见，以此来供相关专业人士交流思考。
关键词：建筑结构设计；可靠度；设定水平；分析；改进意见引言：随着我国城市化进程的不断加快，我国愈发重视建筑施工行业的发展情况，不断根据社会发展的需要而提出指导意见和要求，其中衡量建筑施工质量的关键就是建筑工程的设计可靠度。
对此，有关建筑施工设计人员一方面要考虑到物力层面的建筑可靠性，保证建筑具备一定的强度水平和抗震能力，另一方面还要考虑到经济层面，保证建筑设计方案经济、有效，具有持续利益价值。
而我国在上个世纪末也制定了一系列建筑结构规范统一标准，要求建筑施工设计人员能够依据标准实现建筑设计可靠性的提升，从而满足社会大众的多样性建筑需求。
对此，设计人员还需要加强研究和思考，不断探索改进的方法和策略，实现预期的可靠性发展目标。
一、我国建筑结构可靠度设计方法的演变情况随着我国经济的飞速发展，我国逐步意识到建筑施工的重要性，开始大力支持建筑工程的建设和发展，不断投入大量资源用于工程标准规范的建设工作。
混凝土结构的耐久性设计方法
境中延伸， 混凝土作为全球用量最大的人造材料， 人们 对其结构耐久性的需要就变得更加关切。混凝土结构 的耐久性是困扰当今世界各国的普遍问题，并非我国 所特有。如果说存在差异， 则在于这一问题至今尚未引 起国内有关部门和广大设计人员的足够重视，我们未 能像许多发达国家一样，随着问题的暴露和认识的深 化， 将它列为土木工程领域中的头等大事进行研究， 积 极采取相应混凝土的耐久性问题，从 ’$ 世纪 %$ 年代 中期起， 众多发达国家投入大量资金和人力， 掀起了以 耐久性为基本要求的高性能混凝土材料的发展研究。 混凝土结构的耐久性设计方法也成为研究的重点方 向。!""$ 年日本土木工程学会提出了混凝土结构耐久 性设计建议
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增加橡胶膜防水层 增加顶层用环氧涂膜钢筋
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采取了这种传统的设计方法，除港工混凝土结构防腐 蚀规范外， 要求的水准普遍偏低， 国内 !" 世纪 *" 年代
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建
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技
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第 !" 卷
颁布的规范（ 绝大部分仍有效使用至今） ， 在耐久性要 求上的总体水准与 #$ 年代相差无几。规范对不同使用 环境类别及其作用程度的划分也规定得不够明确和细 （ 中， 混凝土最低强度等级为 *+#， （ 用!级 %&% $’!()#） 以上钢筋时 *’$） ， 又无水胶比的明确限制， 板与梁的保 护层最小厚度分别仅为 ’ ,- 和 ! ,-， 这对长期处于露 天环境下的桥梁来说，很难达到防止钢筋锈蚀和混凝 土冻融腐蚀的目的。《 混凝土结构设计规范》 （ ./% +$( 的混凝土强度最低等级也是 *+#， 梁和板的最小 +0)0） 如果考虑到钢筋位置的施工允许偏差，实际允许的保 护层厚度就更小了。除水工结构规范外， 我国以往混凝 土结构规范对于寒冷地区冻融环境下的混凝土均无必 须外加引气剂以提高抗冻性的明确要求，因而大量露 天混凝土又普遍遭受冻害。对比国外的规范， 美国 2*3 规范规定现浇混凝土梁、板的保护层厚度在室内正常 环境下分别为 !1) ,- 和 +10 ,-，露天暴露于大气作用 的构件则不分梁或板至少均为 !1) ,- （ 钢筋直径小于 和 # ,-。英国规范规定正常室内环境下 *!$ +4 -- 时） 现浇混凝土的钢筋保护层厚度不小于 ’1# ,-， *!# 以上 对露天不受雨淋的环境， 规定混凝土的 混凝土为 ’ ,-； 最 低 强 度 等 级 为 *!# 和 相 应 的 保 护 层 最 小 厚 度 !1# 对露天干湿交替环境， 则最低为 *"$ 和相应的保护 ,-； 层最小厚度为 " ,-。 我国当时在役的 4$ 亿 - 民用建 据 +00# 年统计，
A1混凝土结构设计规范-GB 50010-2019
修订概况
2019年2月8日 第一次全体工作会议（北京）
成立修订组，分工。
2019年8月25~30日 第二次全体工作会议（成都）
讨论《征求意见初稿》，对各部分提出修订意见
2019年11月8~9日 第三次全体工作会议（北京）
讨论初稿，形成《征求意见稿》
◆2009年11月29日~12月2日 第四次全体工作会议（北京
《混凝土结构设计规范》
GB 50010-2019
修订背景、修订原则
修订背景
2
修订背景
沿革66, 74, 89 ,02规范，我国的工程规范大约每10年修订一次。
从规范颁布使用到现在，应用中发现了一些问题，有待研究 解决。
重大工程事故和灾害（“9.11”事件、汶川地震、玉树地震）
对汶川地震中“强柱弱梁”破坏模式的反思
结果：02规范比89规范配筋率提高15%；10规范比02规范配筋率提高15~20%。
GB 50010-2019颁布后，开展了第六批规范课题的研究, 为修订规范做准备
★ 解决高强钢筋引起正常使用状态问题（裂缝、变形等）的试验研究
★ 混凝土结构耐久性的调研分析 ★ 既有混凝土结构的再设计问题
4
★ 结构分析方法(弹塑性损伤本构模型、结构计算模型等) ★ 间接作用（温差、收缩等）效应及裂缝控制 ★ 钢筋综合抗力（强度、延性等）及对结构破坏的影响 ★ 各种配筋构造（并筋、锚固、连接、最小配筋率等）的试验
①现浇楼板的贡献；②柱端施工缝的影响。
对框架结构楼梯间设计要求
①考虑楼梯对结构刚度的贡献；②进行楼梯02规范修订前：陈肇元“要大幅度提高结构可靠度”
理由：①结构设计可靠度低（包括荷载取值及分项系数）； ②工程事故频发；③国家经济实力增强。
针对结构设计规范可靠度设计方法探讨
针对结构设计规范可靠度设计方法探讨作者：苏涣珉张涛来源：《城市建设理论研究》2013年第09期摘要：建国初期，苏联的工程建设标准和规范发挥了巨大的积极作用，促进了国民经济的复苏。
而我国自己的结构设计规范是在70年代初期开始修订的。
由于当时缺少技术储备，各材料结构设计规范可靠度设计方法各行其是，各显神通。
随着社会的发展和进步，建筑的结构设计规范则需要更准确，更严格，以适应建筑行业的需求。
而面对日新月异的技术革新和建筑需求，结构设计规范可靠度设计方法也会提出新的质疑。
我国的结构设计规范的安全设置水准与国际通用标准之间还存在差距，现行的结构设计规范可靠度设计方法尚需改进和研讨。
关键字：结构设计规范；设计方法；质疑；评价；改进中图分类号：TU318文献标识码： A 文章编号：1 我国建筑结构设计规范可靠度设计方法的发展史建国以来，国民经济迅速恢复建设和发展，为了适应大规模建设活动的需求，我国和苏联合作，在工程建设领域全面采用了前苏联的工程建设标准和规范，为我国的经济建设发挥了积极的作用。
在70年代初期，前国家建设委员会统一组织了一次工程建设标准和规范的全面制定、修订工作。
由于当时缺少必要的技术储备各材料结构设计规范可靠度设计方法各行其是，有采用极限状态设计的“中老K”、“大老K”的，也有采用允许应力设计方法的，可谓各显神通，但其本质仍是原苏联规范的套改，未有实质性的变化；因而社会反响比较大，给学校教学和设计单位的设计工作都造成了一定的困难。
为此，原国家建委标准定额部门于1976年为解决这一问题，组织各材料结构设计规范管理组共同联合开展“结构安全度和荷载组合”的重大研究课题，由中国建筑科学研究院任主持单位。
由于当时国内政治环境巨大变化和科技人员的思想解放，依靠社会主义的优越性，各材料的结构设计规范管理组及数十个参与单位，齐心协力，瞄准当时国际正在提倡的概率极限状态设计方法，全方位地开展了对影响结构安全度的主要因素进行调查统计，取得了一大批十分珍贵的统计数据，如楼面活载、结构自重、风雪荷载及各种结构材料的强度变异等。
珠海市建筑工程质量通病防治措施
珠海市建筑工程质量通病防治措施》编制情况介绍林奕禧孙伟强珠海市建设工程质量监督检测站519015一、引言由我站编制的《珠海市建筑工程质量通病防治措施一》和《珠海市建筑工程质量通病防治措施二》，已由珠海市建设局分别于1999 年和2000 年批准在全市实施[1][2] 。
两部通病治理措施实施以来，对提高我市建筑工程质量起到明显的指导作用，先后涌现出一批国家及省市优良样板工程；其中，中山大学珠海校区教学楼荣获“鲁班奖”。
市民对这一时期以来建设的工程质量投诉也明显减少，省建设厅和省总站有关领导对我市治理建筑工程质量通病的做法给予充分肯定，兄弟城市的建筑工程质量管理部门也予较高评价。
从上世纪九十年代初开始到目前我站所受理的质量投诉和质量鉴定的案例中，除地基基础、空心砖等新型墙体材料、二次装饰装修引起的损害和相邻工程施工对既有建筑引起的损害问题外，其它质量投诉及质量纠纷问题几乎都可以在两部通病治理措施中找到答案。
国家建筑工程新一代设计规范和施工质量验收规范已于去年始相继出台，根据国家对地方标准有关管理规定，原两部通病治理措施需做修订，目前已完成修订工作并由市建设局批准在全市实施[3] 。
现就《珠海市建筑工程质量通病防治措施》（以下简称《防治措施》）有关情况作如下介绍：二、土建部分1、《防治措施》比现行设计规范要求严格的规定有14.2.5 和等条文。
主要考虑：⑴ 建筑外转角板块开裂及刚度突变处梁板开裂的质量通病俯拾皆是，这类问题是我市建筑工程特别是住宅工程质量投诉的第一热点问题，是建设单位与施工单位、购房单位与售房单位各种纠纷的突破口。
业内人士对此已形成共识：开裂的主要原因是砼收缩与温差应力引起的。
⑵ 随着建筑业的发展，超长度建筑经常出现，高层建筑和大跨度、大荷载工业建筑等对砼强度要求越来越高，泵送砼施工工艺的广泛使用也使水泥和掺合料用量猛增，砼收缩和温差应力对建筑工程的影响呈上升态势。
⑶ 统计我站近期鉴定的24 个项目548 个梁板构件的实测资料，砼梁板施工3年后的强度实测平均值高于设计要求〜的构件数占总数的66%，大于的构件数占总数的11%。
大幅度提高建筑结构设计安全度的必要性
・４ ・ ９
２ 建筑结构设计 的低 安全度是 我 国改革开 放前物质 匮乏 国情 的产物
从解 放后 到 改革开放 前 ， 国财 政 状况 长期拮 我
震 害造成 的经 济损 失将 是 巨大 的。所 以 ， 陈肇 元 教 授 的观点 很有 现 实意 义 ， 认 为 ： 国家 确定 的抗 他 在 震设 防标 准 的基 础 上 ， 主应根 据 自身 的需要 和经 业 济情 况确定 建 筑 的抗 震 设 防标 准 。我 国 现行 的建 筑抗震 设计 规范 中 ， 根据建 筑 的重要 性将 其分 为 甲
九九九 年年 初 ， 宁波跨 海大桥 在施 工 中发 生
了桥 体 断裂 的重 大 事 故 。事 故 的直 接 原 因是 桥 体
截 面 高度太小 ， 构 的破坏是 典 型的受压 破坏 。大 结 桥 的设计 者为 了大 桥 的美观 ， 在设计 中采 用 了规 范 所 允许 的最小 的截 面 。如 果设 计 者 在设 计 时 留有 充 分 的安全裕 度 ， 这一 事故是 完全 可 以避 免 的。但
幅 度提 高 建 筑 结构 设 计 安 全 度 的 ，要 性 。 Ｅ －
关 键词 ： 建筑结构； 全度； 安 地震； 计； 设 原则
中图分类 号 ：Ｕ ０ ． 文 献标识 码 ： 文章 编号 ：６ ２ ９４ ２ １ ）４一（ ４ —０ Ｔ ２ １１ Ｂ １７ —９ ９ （０ ０ ０ Ｘ ８ ３ ）
Ｏ 高建 筑 结构 设 计 安 全 度 的 必要 性
安 颖
（ 马铜 股 份 公 司设 计 院 安 徽 马 鞍 山 ２３０ ） ４ ００
摘 要 ： 据我国经济 根 社会发展的现实 情况进行分析， 我国 针对 现行建筑结构设计 标准 安全度偏低的情况， 论述了 我国大
结构设计规范的可靠度设计方法质疑
自%B&# 年 国 家 计 委 颁 发《 建 筑 结 构 设 计 统 一 标 准 》（CDE%F&—&#）［%］以 来 ，我 国 的 建 筑 结 构 设 计 规 范 已 从&$年代末期起摒弃了传统的安全 系 数 设 计 方 法，从 而统一采用了以概率理论为基础的可靠度设计方法。 其它工程部门 如 公 路、铁 路 的 结 构 设 计 规 范 也 正 在 作 这样的转变。建筑结构设计规范在采用了可靠度设计 方法之后，究 竟 给 工 程 设 计 带 来 了 哪 些 好 处？ 我 们 又 从中获得了哪些教益？现提出一些问题希望得到结构 工程界同行的指正。下面的讨论限于混凝土结构的设 计，所指的可靠 度 设 计 方 用 的，而 不 是 一 般 的 可 靠 度 理 论 或 在 其他方面的应用。
8)>）。
这里需要对! 的名称加以说明：式（%）是可靠 指 标 的基本公式，! 和" 可以表示为承载力极限状态下、使
用极限状态下或耐久性极限状态 下 的 不 同 抗 力 与 效
图% !，" 的概率密度 分布曲线
图" !H" 的概率 密度分布曲线
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应。规范中 的 ! 值 只 是 承 载 力 极 限 状 态 下 的 可 靠 指 标，因此应称之 为 安 全 性 可 靠 指 标，而 使 用 性、耐 久 性 等也应有各自 的 ! 值。! 越 大，失 效 概 率 !! 就 越 低。 就结构的安全 可 靠 性 而 言，我 国 结 构 设 计 规 范 确 定 的 对延性 构 件 的 ! 值 一 般 为 "#$，脆 性 构 件 则 为 "#%，相 应 的 失 效 概 率 约 为&’("到&’()的 量 级 。
概述结构设计规范可靠度设计方法
概述结构设计规范可靠度设计方法摘要：结构规范的可靠度可以理解为结构或是构建在允许的时间范围内，在条件范围内完成预先指定目标的成功率。
而结构可靠度属于从数学角度出发，对这一成功率在不同条件影响下完成结果的定量表达。
虽然是定量表达，但是与其它定量表达理论不同的是，结构可靠度定量表达的只是概率，并非固定的数量值，因此依旧存在波动性和不确定性。
基于结构可靠度值的不确定性，当代概率论被引进到结构可靠度理论基础之中，并发挥了关键性的作用。
关键词：建筑结构；可靠度；设计；研究随着我国基础建设的加快，建筑行业蓬勃发展，由此带来的行业内部发展良莠不齐的现象，需要用完善的专业评价体系去约束和保障工程质量，我国目前对结构可靠度的应用已经初具规模，其应用领域涉及设备的检验、耐久性分析、结构抵抗灾害性气象能力、建筑行业相关规程的制定以及设备缺陷诊断等，几乎涵盖了与建筑相关的所有领域。
在现阶段，对建筑结构设计可靠度理论的深入研究具有重要意义。
一、建筑结构设计可靠度理论建筑结构是由钢、木、砖石、混凝土及钢筋混凝土等建造的各种建筑物和构筑物。
建筑物的安全性能关系着经济、社会发展，更关系着人身安全。
特别是一些具有时代文化特征的重要建筑物，其安全性能更显得尤为重要。
在土木工程领域，结构可靠度的分析计算受到荷载作用、环境作用、材料内部作用以及可能出现的超重荷载等诸多因素影响制约，无法科学地协调结构安全、适用经济等各项指标之间的矛盾，使它们达到合理的平衡。
故建筑结构可靠度的研究显得尤为重要。
近年来，可靠度理论日渐完善，计算方法也多种多样。
选择合理的计算方法（中心点法、验算点法、Monte Carlo Method），也能使建筑结构可靠度的计算或者设计更精确。
当前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、构件可靠度设计理论以荷载和抵抗力的随机统计和数据建模进行分析，构件可靠度设计理论的函数为一组随机变量的统计函数，表达式为：Z=g(X1,X2,X3,⋅⋅⋅Xn) （1）其中Xi (i=1,2,3,…,n）是荷载、抵抗力或与之相关的其它随机变量。
浅议建筑结构设计可靠度的有关问题
浅议建筑结构设计可靠度的有关问题摘要：在我国建筑行业不断发展的同时，人们对建筑工程的要求也是越来越高。
建筑结构设计的可靠度分析计算受到了荷载作用、环境作用、材料内部作用、可出现的超重荷载等多因素的影响，无法科学的协调结构安全及实适用经济等各项指标之间的矛盾，使它们能够达到合理的平衡。
关键词：建筑结构；设计；可靠度；问题前言：若要提高结构设计的可靠度，结构地直接造价将有所提高，而维修费用将减少，投资风险亦将减少，若是降低工程的造价，则维修费用及投资风险也会相应的提高。
所以，确定建筑结构设计的可靠度实际上是在结构造价与结构风险间权衡得失，以寻求最佳的选择方法。
一、建筑工程结构可靠度的研究现状1、在役结构的可靠性评估和维修决策问题对在役建筑结构的可靠性评估与维修决策已成为建筑结构学的边缘学科。
它不仅涉及结构力学、断裂力学、建筑材料科学、工程地质学等基础理论，而且与施工技术、检测手段和建筑物的维修使用情况等有密切的关系。
对已有结构可靠度的评估采用的方法属于“实用分析法”，是在传统经验方法的基础上，结合现代检测手段和计算技术的一种评估方法。
目前，对已有结构的可靠度分析方法，是以当时实测的结构材料强度和构件截面尺寸为依据的，没有考虑腐蚀环境中材料性能的变化。
同时，如何根据已有结构本身材料性能的实测结果，来推断该结构的抗力随时间的变化而变化的规律，进而计算该结构继续使用期内的可靠度或评估该结构的使用寿命，是已有结构可靠度研究的一项重要内容。
随着使用年限的增长，混凝土的老化问题日益突出。
对于耐久性不足或老化的结构，存在一个最佳维修决策的问题。
在目前的研究中，有些内容过于理论化，与实际工程问题相差较远。
另外，对处于不同环境下建筑物使用寿命的安全性评估问题，在结构设计的工作寿命期如何通过正常使用和必要的维护保证结构应有的可靠度，超过正常使用年限后如何安全地继续服役等都应该是可靠度研究的重要方面。
2、腐蚀环境下结构可靠度的分析对于钢筋混凝土结构，其常见的腐蚀失效模式为：混凝土的碳化作用引起钢筋腐蚀、氯离子侵蚀引起钢筋局部腐蚀、硫酸盐或硫酸溶液对混凝土的腐蚀破坏。
建筑结构若干方面思考
建筑结构若干方面思考一、对建筑结构可靠度设计理论的反思1、认为分项多安全系数设计方法要比可靠度方法更为灵活实用。
在确定安全系数时，同样可以利用可靠度理论一起作分析，最后选定合适的系数值。
鉴于现行建筑结构设计规范已经采用了可靠度理论，不足之处可继续改进，而其设计公式的表达形式又与分项多安全系数基本相似，所以也不必再回到老路上去。
现行可靠度设计规范中的分项系数，其含义可以模糊些，考虑更多的经验因素，这在可靠度理论中也是说得过去的。
规范采用可靠度理论应采取实事求是的态度，能用的尽量用，尚不成熟的将来再用，不宜用行政手段一刀切去追求“统一”。
2、认为我国规范采用了先进的可靠度理论，用失效概率度量结构的可靠性，通过将抗力和作用效应相互独立。
将随机过程化为随机变量并以经验为校准点，成功地将这一理论用于建筑结构设计规范中，这是我国规范先进性的一种表现。
工程设计采用可靠度理论为国际标准组织（ISO）所提倡，是国际上大势所趋；多次国际安全度会议也倾向于采纳ISO提出的在设计规范中采用可靠度理论的原则。
可靠度理论一样重视经验，可靠度取值用校准法确定。
2、认为可靠度理论是分析和度量结构安全性的一种先进手段，但在应用上还有其局限性，比如结构可靠度分析的三个约束条件：将抗力与作用效应分离，将随机过程变为随机变量，以及将截面承载力的安全指标β作为结构的可靠指标，随着认识的发展都值得质疑。
用概率可靠度理论需要进行大量数据统计，但不论荷载统计或抗力统计都还存在一些问题，规范安全度还需考虑将来可能出现的荷载变化。
概率可靠度理论会有意或无意地简化、忽略本应考虑但又无法用这一理论处理的因素，如一定程度的人为失误以及社会。
经济因素等。
可靠度理论强调三个正常，即正常设计。
正常施工和正常使用，但正常和不正常有时不易界定。
匆忙地将可靠度理论推广于各种规范，会带来一些不必要麻烦，比如地基基础规范中，地基承载力强度的设计值竟比标准值还高，抗震设计规范中不得不引入调整系数。
结构设计规范的可靠度设计方法质疑_陈肇元
第32卷第4期建筑结构2002年4月结构设计规范的可靠度设计方法质疑陈肇元(清华大学土木系北京100084)杜拱辰(中国建筑科学研究院北京100013)[提要]讨论了建筑结构设计规范采用可靠度设计方法的缺陷与问题。
结构设计规范面对复杂多样的结构群体,从统计数学观点出发的可靠度设计方法难以完整描述和概括这些结构设计中需要考虑的众多不确定性与不确知性。
规范中的可靠度设计方法尚不成熟。
目前,用多安全系数表达的设计方法可能更适用于各种结构的设计规范。
[关键词]混凝土结构结构设计设计规范可靠度T he problems from applica t ion of reliability method in structural design code s are discussed.In fa ct,the structural de-sign code must be geared to the needs of a large circ le of complex and various struc tures,many uncertainties,such as random ness and fussyness,and ignora nce m ust be considere d.Some of them cannot be de scribed by probabili stic method,w hich has been commonly used in current design codes.In this case,the mult-i safety-factor may be more flexible for va rious different structura l codes.K eyword s:structural de sign;de sign c odes;reliabilit y自1984年国家计委颁发5建筑结构设计统一标准6(GBJ168)84)[1]以来,我国的建筑结构设计规范已从80年代末期起摒弃了传统的安全系数设计方法,从而统一采用了以概率理论为基础的可靠度设计方法。
混凝土结构的安全性与规范的可靠度设计方法
混凝土结构的安全性与规范的可靠度设计方法
陈肇元
【期刊名称】《建筑技术》
【年(卷),期】2001(000)010
【摘要】我国混凝土结构设计规范的安全设置水准与国际通用标准之间存在着相当大的差距.现行规范采用的可靠度设计方法并没有使结构的安全性有所改善;相反,这一方法本身尚需改进和探讨.增加结构设计的安全性需要从结构构件承载能力的安全度、结构整体牢固性和结构耐久性等多方面努力,这三者都应提高;考虑到我国的国情,设计规范的安全设置水准还应适当考虑人为差错的不利影响.工程设计人员在结构的安全性上更应考虑业主与使用者的要求和利益,并向他们负责,以适应我国经济转型后所带来的种种变化.
【总页数】5页(P682-686)
【作者】陈肇元
【作者单位】清华大学土木系，北京100084
【正文语种】中文
【中图分类】TU311.2
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混凝土结构的安全性与规范的可靠度设计方法
682陈肇元,1931年10月生,浙江宁波人,清华大学土木系,教授,100084,北京收稿日期:2001-06-02建筑技术Architecture Technology 建筑技术问题研讨第32卷第10期Vol.32No.101结构安全性结构安全性是结构在各种因素作用下防止破坏倒塌的能力。
安全性是结构设计最主要的追求目标,它的内容至少应包括结构构件承载能力的安全性、结构的整体牢固性和结构的耐久安全性。
1.1结构构件承载能力的安全程度在结构设计中,习惯上用结构构件的安全系数(现行混凝土结构设计规范中用可靠指标或分项系数)作为安全性的一种度量,表示设计赋予结构防止承载力失效的安全度。
下面先对建国以来设计安全系数的演变作一简要回顾。
在建国前和建国初期,我国建筑结构设计采用容许应力设计方法,要求结构构件截面按弹性阶段工作产生的材料最大应力,不超出材料的允许应力,这里的安全系数是材料的标准强度与允许应力的比值。
在早期的容许应力方法中,一般以材料的平均强度作为标准值。
1952年,东上端应采用双铰摇臂支承;当屋盖可能产生较大水平位移时,尚应考虑上部支承点可以水平滑动。
(2)拉杆桁架的拉杆应采用不锈钢圆棒,杆件端部螺丝端杆应连接可靠。
拉杆桁架杆件不承受轴向压力,应注意在正反向荷载作用下结构保持稳定,不产生机动位移。
拉杆桁架平面外应有可靠拉结,组成稳定的空间结构。
拉杆桁架杆件应施加预应力。
决定初始预应力应考虑扣除预应力损失。
拉杆桁架内力分析时应考虑几何非线性影响。
拉杆桁架的挠度不应超过其跨度的1/300。
(3)拉索桁架的受压腹杆宜采用不锈钢棒材或管材;拉索宜采用不锈钢丝或高强钢丝组成的钢绞线(钢丝直径不小于1mm,7股、19股或37股),也可以采用钢芯铝绞线。
钢丝绳的弹性模量低,轴向伸长大,尽量避免使用。
不得采用麻芯钢丝绳。
由高强钢丝组成的钢索应进行表面防腐处理。
应通过试验确定钢索的屈服拉力、破断拉力和弹性模量。
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第32卷第4期建筑结构2002年4月结构设计规范的可靠度设计方法质疑陈肇元(清华大学土木系北京100084)杜拱辰(中国建筑科学研究院北京100013)[提要]讨论了建筑结构设计规范采用可靠度设计方法的缺陷与问题。
结构设计规范面对复杂多样的结构群体,从统计数学观点出发的可靠度设计方法难以完整描述和概括这些结构设计中需要考虑的众多不确定性与不确知性。
规范中的可靠度设计方法尚不成熟。
目前,用多安全系数表达的设计方法可能更适用于各种结构的设计规范。
[关键词]混凝土结构结构设计设计规范可靠度T he problems from applica t ion of reliability method in structural design code s are discussed.In fa ct,the structural de-sign code must be geared to the needs of a large circ le of complex and various struc tures,many uncertainties,such as random ness and fussyness,and ignora nce m ust be considere d.Some of them cannot be de scribed by probabili stic method,w hich has been commonly used in current design codes.In this case,the mult-i safety-factor may be more flexible for va rious different structura l codes.K eyword s:structural de sign;de sign c odes;reliabilit y自1984年国家计委颁发5建筑结构设计统一标准6(GBJ168)84)[1]以来,我国的建筑结构设计规范已从80年代末期起摒弃了传统的安全系数设计方法,从而统一采用了以概率理论为基础的可靠度设计方法。
其它工程部门如公路、铁路的结构设计规范也正在作这样的转变。
建筑结构设计规范在采用了可靠度设计方法之后,究竟给工程设计带来了哪些好处?我们又从中获得了哪些教益?现提出一些问题希望得到结构工程界同行的指正。
下面的讨论限于混凝土结构的设计,所指的可靠度设计方法也只是我国建筑结构设计统一标准中所采用的,而不是一般的可靠度理论或在其他方面的应用。
一、结构可靠性的一般概念[1,2]11可靠性与可靠指标工程系统的可靠性问题本质上是一个供与求的关系问题。
换句话说,可靠性可以表达为如何决定一个系统的能力(供给)以满足某种要求(需要)。
结构的可靠性,就是结构或结构构件在其设计工作寿命期限内满足各种规定要求的能力。
可靠性的程度可以用不同方法度量,既可以用定值,也可以用概率。
由于/供0、/需0任何一方都受制于很多不确定因素,为了准确表达/供应0大于/需要0的可靠性程度,通常将可靠性这一术语与概率相联系,并将可靠性的概率度量称为可靠度。
以概率论为基础的解决供、需关系的可靠性理论,是第二次世界大战期间提出来的。
战后,一些可靠性理论家开始研究在土建结构中的应用。
现以结构的可靠性为例,简要介绍经典可靠性理论中可靠指标B的意义及其计算式。
设有一类结构构件,其抗力R及荷载效应S都是可统计的呈正态分布(或可换算为当量正态分布)的独立随机变量,图1为其概率密度分布曲线,两者的平均值分别为LR和LS,标准差分别RR和RS。
当R小于S,则构件失效。
图2为R-S的概率密度分布曲线,其中R-S为负值处的阴影面积即为失效概率。
在概率方法中,失效概率P f通常用它对应的安全概率P s或可靠指标B来表示,P f与B在数值上有确定的对应关系。
对于正态分布的随机变量,通过概率运算(从略),可以建立B的计算公式如下:B=LR-L SR2R+R2S(1)式中:LR-L S称为结构安全裕量(safety margin),B称为安全指标(safet y index)或可靠指标(reliabilility in-dex)。
图1R,S的概率密度分布曲线图2R-S的概率密度分布曲线这里需要对B的名称加以说明:式(1)是可靠指标的基本公式,R和S可以表示为承载力极限状态下、使用极限状态下或耐久性极限状态下的不同抗力与效应。
规范中的B值只是承载力极限状态下的可靠指标,因此应称之为安全性可靠指标,而使用性、耐久性等也应有各自的B值。
B越大,失效概率Pf就越低。
就结构的安全可靠性而言,我国结构设计规范确定的对延性构件的B值一般为312,脆性构件则为317,相应的失效概率约为10-3到10-4的量级。
21安全系数与可靠指标最早的结构安全性设计计算方法,是结构按弹性阶段工作的许可应力设计方法,后来发展到以结构构件的承载能力达到极限状态(破损阶段)作为考虑安全性的出发点,即从许可应力方法发展到极限强度方法,包括我国早期混凝土结构设计规范采用总安全系数的破损阶段设计方法,以及后来的采用多安全系数的极限状态设计方法与现行规范的概率可靠度设计方法。
在破损阶段设计方法中,结构的安全性用总安全系数K表达。
若一个构件的最大抗力为R,在荷载等各种作用下产生的荷载效应为S,则设计的基本表达式为K S[R。
K值基于经验确定,在这一方法中,确定R 所用的材料强度计算值取平均强度值。
多安全系数设计方法是总安全系数方法的发展[3],当今国际上的结构设计规范基本上都采用多安全系数设计方法,在设计表达式中引入了荷载安全系数和抗力安全系数(或钢材和混凝土的材料强度安全系数),另外还有反映结构重要性程度或反映结构工作条件的安全系数。
在多安全系数设计方法中,材料强度计算值用的不是平均值,而是根据材料强度的统计资料,取一定保证率下的某一分位值作为标准值。
所以多安全系数设计方法中也用到了概率方法,但安全系数的数值主要结合经验确定。
经过一定的换算,多安全系数方法的安全度也可以近似折算成总安全系数K表示。
一百多年来,结构的安全性设计经过不断总结成功和失败的经验,安全系数的形式和取值一再修正,到20世纪中叶已达到了比较可靠的程度。
混凝土受弯构件对极限强度的换算总安全系数K值在发达国家内一般都取2左右,受压构件的K值则更大些。
安全系数尽管是个来自经验的笼统数据,但它确实概括了过去长时间内所有不利和有利于结构安全性的因素及其组合的影响,既包括荷载的可能超载和材料强度的不均匀性,也包括一般设计、施工和使用中可能出现的人为差错。
所以总安全系数K值实质上包括了过去能统计的和不能统计的可以影响结构安全性的所有因素。
这也是为什么总是要用K值作为标准来检验或校准以后出现的各种结构安全性设计方法(包括可靠度方法)的道理。
安全系数和可靠指标B都是用来作为结构安全性的一种度量的。
如定义k=L R/L S为中心安全系数,从式(1)可导出B与k的关系式[1,4],两者可相互换算,但B更突出考虑了离散系数D R和D S的影响。
为了照顾设计人员的习惯,现行规范中的可靠度设计方法所采用的一般表达式最终经过换算,在形式上变成与多安全系数方法的表达式相似,即也分别用荷载分项系数、材料分项系数等各个分项系数与多安全系数设计方法中的各个分项安全系数相对应,但二者在实质上有着根本区别:多安全系数主要基于经验相互独立地确定;而现行规范中的分项系数则从B导出,这样每一个分项系数都同时与荷载和抗力的变异系数DS和DR有关。
所谓的荷载分项系数也与抗力中的材料变异性发生关系,而对于材料强度的分项系数来说,也与荷载的变异性有关。
可以说,现行规范中的分项系数已失去了原来分项安全系数的物理概念。
二、结构设计规范采用可靠度设计方法的缺陷与问题可靠度理论无疑有其先进性和科学性。
结构的抗力与荷载效应值确实都是随机变量,根据它们的概率密度分布曲线,可求出其可靠指标和相应的失效概率。
但是这个科学性的前提是要有比较准确可靠的R和S 的概率分布曲线。
实际上,影响R和S的因素太多,有的虽然知道但统计不了,有的还不知道更无从统计,有的虽可统计但结果不能直接应用,何况结构设计规范所面对的对象是各种各样类型的结构群体,与之有关的不确定性和不确知性更是非常错综复杂,这就给可靠度方法在结构设计规范中的应用造成许多一时难以解决的困难,而勉强应用的结果必然带来众多问题。
由于涉及面太宽,以下仅对几个明显的问题进行叙述和讨论。
考虑到我国结构设计规范的可靠度理论是以ISO2394)86为主要依据的,因而在下面的叙述中还涉及到ISO2394中的一些问题。
11规范中的可靠指标与失效概率的虚拟性如果说安全系数还能宏观地给人以安全程度大小的概念,那么现行规范所给出的可靠指标及其相应的失效概率(10-3到10-4的量级)则变成了远离实际的虚假值。
可靠指标作为一个用于比较的相对参考值还是有其价值的,问题在于规范[1]及其说明中却不提这一事实,而国内的教科书也多以规范说法为主导,以至于使人信以为真,误认为可靠指标B反映的是真实或较为接近实际的失效概率。
由于不能获得精确的抗力和荷载效应的概率分布曲线,B值最终还得依靠过去的安全系数进行所谓/校准0来确定。
这样一来,现行规范的结构安全设置水准在本质上就与过去没有根本区别,只是换了一种说法而已。
过去强调说结构可靠度设计的主要优点在于能给出比较真实的失效概率,但用在规范里实际上做不到。
结构的安全可靠指标B不反映真实失效概率,在ISO2394)1998[5]中业已明确指出:/应该强调B值和它对应的失效概率都是形式上的(formal)或概念上的(notional)数值,其意图主要是作为编制协调一致的设计规则的一个工具,而不是为了给出对结构失效概率的描述0。
结构设计规范设置的安全度水准的高低,在过去采用安全系数方法时本来还是比较清楚并很容易理解的。
但自采用可靠度以后,安全度的概念更加模糊不清。
其实如前所述,可靠指标与中心安全系数是可以相互换算的,而中心安全系数与总安全系数K大致相等。
我国建筑结构设计规范的安全设置水准要比国外低得多。
比如从设计荷载看,恒载分项安全系数我国为112(在新修订的规范里对恒载为主的特殊场合已改为1135),国外为114;活载分项安全系数国内为114,国外为116~117。
再从材料设计强度看,混凝土强度分项安全系数国内为1135(在新修订的规范里已改为114),国外约为115;钢材强度分项安全系数国内有的还不到111,国外约为1115。
尤其是常用活荷载,如民用房屋和剧院楼面荷载的设计标准值又普遍较国外低不少。