建筑结构构件的安全度与评定等级的关系

结构可靠度是指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；对于服役结构或构件而言，是指该结构（或构件）在一定的后续使用期内完成后续服役功能的概率。拟建结构安全度的保证是在设计基准期（对民用建筑结构来说，一般为50年）内，满足规范［35］中的可靠度（或可靠指标）要求；而服役建筑结构可靠性鉴定时，要求的安全度则是等级要求［188］。按一般的理论计算得出的结构或构件可靠度（安全度等）是定量的，但鉴定时则是定性的。那么，可靠度（或可靠指标）与分级评定的关系如何确定，相应的构件或结构（安全性）等级对应的失效概率为多少等问题，即使是对承载能力极限状态的等级评定和计算，现行的规范或标准中并没有给出，也不可能给出。因为结构或构件的失效概率，不仅与其使用期、使用条件等相关联，而且与结构的构件连接、重要性等不可统计的因素有关。

按照设计标准［35］中规定的构件承载能力极限状态的设计可靠指标如表8.7所示，这是一个最基本的要求。按对目前的设计安全度水准的研究分析［39］，无论是对钢筋混凝土结构、砌体结构还是钢结构和木结构等，均“提高了一点”，主要表现在荷载标准提高了［187］，永久荷载分项系数的提高（从原1.20提高到1.35）等。分析表明［39］，按规范的要求［35，187］，在不同的荷载组合和不同的受荷状态下的可靠度计算值是比原统一标准高［9］，如轴拉、轴压构件（住宅）提高了12%～15%。在已有民用建筑结构的构件鉴定标准中［188］，基于承载能力的等级评定要求如表8.8所示。从该要求分析，对重要构件（或主要构件及连接）的安全等级的分级，以比值R/（γ0S）＝1.00，0.95，0.85三个界限来确定，而对一般构件，则以比值为1.00，0.90，0.85三个界限确定。其中的R和S分别为构件的抗力和作用效应，γ0为结构重要性系数。au、bu、cu及du级的含义是：①au级是满足国家现行设计规范要求，具有足够的承载能力，不必采取措施；②bu级是安全性略低于国家现行设计规范要求，尚不显著承载能力，可不采取措施；③cu级是不满足国家现行设计规范要求，显著影响承载能力，应采取措施；④du级是极不符合国家现行设计规范要求，已严重影响承载能力，必须及时或立即采取措施。

表8.7　　设计标准［35］中的承载能力极限状态的构件设计可靠指标要求

是否满足现行的设计规范要求，鉴定标准［188］中的反映是R/（γ0S）的比值。该评级标准，并没有直接与可靠度（或失效概率）相联系。如上节所述，按可靠度计算理论得出的定量结论并不能用于已有结构（或构件）的分级鉴定中。按鉴定标准［188］，除构件外尚应对子单元（结构或结构的一个子系统）和单元（结构系统）进行鉴定，此时也未直接涉及可靠度（或失效概率）的问题。

对应于表8.8中的R/（γ0S）与构件计算可靠度之间的关系，即用计算的定量结论来给出结构（或构件）评定等级的依据。但因结构种类多，作用复杂，规范或标准不可能给定一个R/（γ0S）与其对应可靠度之间的关系。如民用住宅楼混凝土构件，对应于R/（γ0S）的不同等级［即表8.8中不同的R/（γ0S）大小］时，其计算的可靠度指标则由于受荷状态不同（轴压、受弯等）、荷载组合不同及荷载效应比值的不同（如永久荷载效应与可变荷载效应的比值）等，相应的结论（计算的可靠指标或可靠度）也不同。按安全等级为二级时，可计算各级构件所对应的承载能力极限状态时的可靠指标［142］，如表8.9所示。但该表中的β值并不等同于表8.8中的相对应au、bu等级的可靠指标，而是以1.00，0.92和0.87三个界限来确定，且没有考虑木结构构件，也未按新的荷载规范［187］考虑。但有一点是可以肯定的，即不同的构件、不同的破坏类型，对应于不同的分级标准下的可靠指标是可以通过大量的典型结构（或构件）计算出来的。

表8.8　民用建筑鉴定标准［188］中的基于承载能力（含连接）的构件等级评定要求(www.xing528.com)

表8.9　二级结构承载能力极限状态的构件对应于分级标准时的可靠指标［142］

对某种类型的结构的某类构件，在对应于au、bu和cu三种级别情况下，通过计算得出要求的最低可靠指标分别为βau、βbu和βcu［即对应于R/（γ0S）＝1.00，0.95，0.90］，也即可用对应于表8.8的要求用可靠指标来表示，这对于具体的结构类型和构件是可以做到的。按已有的研究结论［139］，被鉴定的结构构件计算的可靠指标为β，则β≥βau为au级构件，βbu≤β＜βau为bu级构件，βcu≤β＜βbu为cu级构件，而β＜βcu为du级构件，如表8.10所示。

按表8.10，如果已知表中的βau、βbu和βcu标准，则可以根据构件实测的有关数据，对构件的可靠指标进行计算，并比较即可确定构件的等级。至于βau、βbu和βcu的确定，对具体类型的构件，可通过典型构件的计算统计得出。但计算工作量较大，而且要选择有代表性的各种构件；不过可以认为，对一些最基本的典型构件是可以做到给定一个标准的，如上节所述。

表8.10　结构承载能力极限状态的构件可靠度与评级划分的关系