1 当仅有作用效应和结构抗力两个相互独立的基本变量且均服从正态分布时,结构构件的可靠指标可按下式计算:
(D.2.2-1)
式中——结构构件的可靠指标;
——结构构件作用效应的平均值和标准差;
——结构构件抗力的平均值和标准差。
2 当有多个相互独立的非正态基本变量且极限状态方程为式(4.3.5)时,结构构件的可靠指标按下面的公式迭代计算:
(D.2.2-2)
() (D.2.2-3)
() (D.2.2-4)
()(D.2.2-5)
() (D.2.2-6)
式中——结构构件的功能函数,包括计算模式的不定性;
()——基本变量;
()——基本变量的验算点坐标值;
——功能函数的一阶偏导数在验算点处的值;
、——基本变量的当量正态化变量的平均值和标准差;
、——基本变量的概率密度函数和概率分布函数;
、、——标准正态随机变量的概率密度函数、概率分布函数和概率分布函数的反函数。
3 当有多个非正态相关的基本变量且极限状态方程为式(4.3.5)时,将式(D.2.2-2)和式(D.2.2-3)用下面的公式替换后进行迭代计算:
(D.2.2-7)
() (D.2.2-8)
式中——当量正态化变量与的相关系数,可近似取变量与的相关系数。
D.3 结构可靠度校准
D.3.1 结构可靠度校准是用可靠度方法分析按传统方法所设计结构的可靠度水平,也是确定设计时采用的可靠指标的基础,校准中所选取的结构构件应具有代表性。
D.3.2 结构可靠度校准可采用下列步骤:
1 确定校准范围,选取结构物类型或结构材料形式,如混凝土结构、钢结构等,根据目标可靠指标的适用范围选取代表性的结构构件,包括构件的破坏形式;
2 确定设计中基本变量的取值范围,如可变作用的标准值与永久作用的标准值比值的范围;
3 分析传统方法的设计表达式,如受弯设计表达式、受剪设计表达式等;
4 计算不同构件的可靠指标;
5 根据构件在工程中的应用数量和重要性,确定一组权重系数,并满足
(D.3.2-1)
6 按下式确定所校准结构可靠指标的加权平均
(D.3.2-2)
D.3.3 结构或结构构件的目标可靠指标,应根据可靠度校准的经综合分析判断确定。
D.4 基于可靠指标的设计
D.4.1 根据目标可靠指标进行结构或结构构件设计时,可采用下列方法之一:
1 所设计结构或结构构件的可靠指标应满足下式要求:
≥ (D.4.1-1)
式中——所设计结构或构件的可靠指标;
——所设计结构或构件的目标可靠指标。
当不满足(D.4.1-1)式的要求时,应重新进行设计,直至满足要求为止。
2 对某些结构构件的截面设计,如钢筋混凝土构件截面配筋,当抗力服从对数正态分布时,可按下式直接求解结构构件的几何参数:
(D.4.1-2)
式中——抗力函数;
——迭代计算求得的正态化抗力的平均值;
——迭代计算求得的抗力验算点值;
——抗力的变异系数;
——材料性能平均值;
——几何参数的设计值,如钢筋混凝土构件钢筋的截面面积等。
D.4.2 当按可靠指标方法设计的结果与传统方法设计的结果有明显差异时,应分析产生差异的原因。只有当证明了可靠指标方法设计的结果合理后方可采用。
D.5 分项系数的确定方法
D.5.1 结构或结构构件设计表达式中分项系数的确定,应符合下列原则:
1 结构上的同种作用采用相同的作用分项系数,不同的作用采用各自的作用分项系数;
2 不同种类的构件有各自的抗力分项系数,同一种构件在任何可变作用下,抗力分项系数不变;
3 对各种构件在不同的作用效应比下,按所选定的作用分项系数和抗力系数进行设计,使所得的可靠指标与目标可靠指标具有最佳的一致性。
D.5.2 确定结构或结构构件设计表达式中的分项系数可采用下列步骤:
1 选定代表性的结构或结构构件或破坏方式、一个永久作用和一个可变作用组成的简单组合,如对建筑结构永久作用和楼面可变作用、永久作用和风作用组合及常用的可变作用标准值效应与永久作用标准值效应的比值;
2 对安全等级为二级的结构或结构构件,重要性系数取为1.0;
3 对选定的结构或结构构件,确定分项系数和下简单组合的作用效应设计值;
4 对选定的结构或结构构件,确定抗力系数下简单组合的抗力标准值;
5 计算选定结构或结构构件简单组合下的可靠指标;
6 对选定的所有代表性结构或结构构件、所有和的范围以0.1或0.05的级差,优化确定;选定一组使按分项系数表达时设计的结构或结构构件的可靠指标与目标可靠指标最接近的分项系数、和;
7 根据以往的工程经验,对优化确定的分项系数、和进行判断,必要时进行调整;
8 当永久作用起有利作用时,分项系数表达式中的永久作用取负号,根据已经选定的分项系数和,通过以0.1或0.05为级差优化确定分项系数;
9 对安全等级为一、三级的结构或结构构件,以上面确定的安全等级为二级结构或结构构件的分项系数为基础,同样以按分项系数表达式设计的结构或结构构件的可靠指标与目标可靠指标最接近为条件,优化确定结构重要性系数。
D.6 组合值系数的确定方法
D.6.1 可变作用组合值系数的确定应符合下列原则:
在可变作用分项系数、和抗力分项系数已给定的前提下,对两种或两种以上可变作用参与组合的情况,确定的组合值系数应使按分项系数表达式设计的结构或结构构件的可靠指标与目标可靠指标具有最佳的一致性。
D.6.2 确定可变作用的组合值系数可采用下列步骤:
1 以安全等级为二级的结构或结构构件为基础,选定代表性的结构或结构构件或破坏方式、由一个永久作用和两个或两个以上可变作用组成的组合和常用的主导可变作用标准值效应与永久作用标准值效应的比值、伴随可变作用标准值效应与主导可变作用标准值效应的比值;
2 根据已经确定的分项系数、,计算不同结构或结构构件、不同作用组合和常用的作用效应比下的抗力设计值;
3 根据已经确定的抗力分项系数,计算不同结构或结构构件、不同作用组合和常用的作用效应比下的抗力标准值;
4 计算不同结构或结构构件、不同作用组合和常用的作用效应比下的可靠指标;
5 对选定的所有代表性结构或结构构件、作用组合和常用的作用效应比,优化确定组合值系数,使按分项系数表达式设计的结构或结构构件的可靠指标与目标可靠指标具有最佳的一致性;
6 根据以往的工程经验,对优化确定的组合值系数进行判断,必要时进行调整。
附录E 既有结构的可靠性评定
E.1 一般规定
E.1.1 本附录适用于按有关标准或行业的规则建造的既有结构的可靠性评定。
E.1.2 在下列情况下宜对既有结构的可靠性进行评定:
1 结构的使用时间超过规定的年限;
2 结构的用途或使用要求发生改变;
3 结构的使用环境恶化;
4 结构存在较严重的质量缺陷;
5 出现材料性能劣化、构件损伤或其他不利状态;
6 对既有结构的可靠性有怀疑或有异议。
E.1.3 既有结构的可靠性评定应在保证性能的前提下,尽量保全结构,延长结构的使用年限。
E.1.4 既有结构的可靠性评定可分为承载能力评定、适用性评定和耐久性评定,必要时尚应进行抗灾害能力评定。
E.1.5 既有结构的可靠性评定,应根据国家现行有关标准的要求进行。
E.1.6 既有结构的可靠性评定应按下列步骤进行:
1 明确评定的对象、内容和目的;
2 通过调查或检测获得与结构上的作用和结构实际的性能和状况的相关数据和信息;
3 对实际结构的可靠性进行分析;
4 提出评定报告。
E.2 承载能力评定
E.2.1 既有结构承载能力的评定可分成结构体系和构件布置、构件的连接和构造、作用与作用效应的分析、构件与连接的承载力等评定项目。
E.2.2 既有结构的结构体系和构件布置,应以现行结构设计规范的要求为依据对实际状况进行评定。
E.2.3 既有结构的连接和与构件承载力相关的构造,应以现行结构设计规范的要求为依据对实际状况进行评定。
E.2.4 结构构件的承载力应以本标准规定的可靠指标为基准,对构件承载力与作用效应之间的关系予以评价,其中构件连接的可靠指标可略大于构件的可靠指标。
E.2.5 结构构件和连接的承载力可采取下列方法进行评定:
1 基于结构良好状态的评定方法;
2 基于材料性能分项系数;
3 构件分项系数的评定方法;
4 基于可靠指标的评定方法;
5 重力荷载检验的评定方法等。
E.2.6 当结构处于良好使用状态时,宜采用基于结构良好状态的评定方法,此时对同时满足下列要求的结构,可评定其承载力符合要求:
1 结构未出现明显的影响结构正常使用的变形、裂缝、位移、振动等适用性问题;
2 在评估使用年限内,结构上的作用和环境不会发生显著的变化。
E.2.7 当采取基于分项系数或安全系数的方法评定时,对同时满足下列要求的结构,可评定其承载力符合要求。
1 构件的承载力应按现行结构设计标准提供的结构计算模型确定,且应对模型中指标或参数进行符合实际情况的调整:
1)构件材料强度的取值,宜以实测数据为依据,按现行结构检测标准规定的方法确定;
2)计算模型的几何参数,可按构件的实际尺寸确定;
3)在计算分析构件承载力时,应考虑不可恢复性损伤的不利影响;
4)经过验证后,在计算模型中可增补对构件承载力有利因素的实际作用。
2 作用和作用效应按国家现行标准的规定确定,并可进行下列参数或分析方法的调整:
1)永久作用应以现场实测数据为依据按现行建筑结构荷载标准规定的方法确定;
2)部分可变作用可根据评估使用年限情况采用考虑结构设计使用年限的荷载调整系数;
3)在计算作用效应时,应考虑轴线偏差、尺寸偏差和安装偏差等的不利影响;
4)应按可能出现的最不利作用组合确定作用效应。
3 按上述方法计算得到的构件承载力不小于作用效应或安全系数不小于有关结构设计标准的要求。
E.2.8 当可确定一批构件的实际承载力及其变异系数时,可采用基于可靠指标调整抗力分项系数的评定方法,此时对同时满足下列要求的一批构件,可评定其承载力符合要求:
1 作用效应的计算,应符合E.2.7的规定;
2 根据结构构件承载力的实际变异情况调整抗力分项系数;
3 按上述原则计算得到的承载力不小于作用效应。
E.2.9 对具备相应条件的结构或结构构件,可采用基于荷载检验的评定方法,此时对同时满足下列要求的结构或结构构件,可评定其承载力符合要求:
1检验荷载的形式应与结构承受的主要作用的情况基本一致,检验荷载不应使结构或构件出现不可逆的变形或损伤;
2 荷载检验及相应的计算分析结果符合有关标准的要求。
E.2.10 对承载力评定为不符合要求的结构或结构构件,应提出采取加固措施的建议,必要时也可提出对其限制使用的要求。
E.2.11 构件的作用效应,应按下列规定确定:
1 结构分析宜考虑轴线的偏差和不可恢复性变形等对作用效应的影响;
2 当不能确定作用效应的不定性时,应使有所有可能出现不利组合效应的包络作为作用效应的评定值。
E.3 适用性评定
E.3.1 既有结构的适用性评定,应包括正常使用极限状态和结构维系建筑功能的能力等分项。
E.3.2 结构构件正常使用极限状态的评定,应以现行结构设计规范规定的限值为基准对结构构件的状况予以评价。
E.3.3 结构构件的变形、位移和开裂等状况可通过现场的检测确定;现场测定时应区分施工偏差和构件的变形。
E.3.4 当结构构件的变形或位移不能通过现场测试确定时,应附加结构分析的方法。
E.3.5 当结构的位移或变形对建筑的使用功能构成影响时,应评定为结构构件维系建筑功能的能力不足。
E.4 耐久性评定
E.4.1 既有结构的耐久性评定,应以判定结构相应耐久年限与评估使用年限之间关系为目的。
E.4.2 既有结构耐久性极限状态的标志或限值宜按本标准附录G的有关规定确定。
E.4.3 既有建筑结构耐久性的评定应实施下列的现场检测:
1 确定已出现耐久性极限状态标志的构件和连接;
2 测定构件材料性能劣化的状况;
3 测定有害物质的含量和状况;
4 确定环境侵蚀性的变化动情况。
E.4.4 对于已经出现耐久性极限标志的构件或连接,应进行构件承载力的评定和适用性评定,在评定时应考虑不可恢复性损伤对的实际影响。
E.4.5 对于未出现耐久性极限状态标志和达到限值的构件和连接,可推定耐久年限。
E.4.6 结构构件的耐久年限可采取下列的方法推定:
1 经验的方法;
2 依据实际劣化情况验证或校准已有模型的方法;
3 基于快速检验的方法;
4 其他适用的方法等。
E.5 抗灾害能力的评定
E.5.1 建筑物受到的灾害,主要包括其可能遭受的罕遇地震、洪水、爆炸、非正常撞击、火灾等偶然作用。
E.5.2 既有结构抗灾害能力,宜从结构体系与构件布置、连接与构造、承载力、防灾减灾和防护措施等方面综合评定。
E.5.3 对于罕遇地震可采取下列方法予以评定:
1 按现行规范对建筑物的总高度、层数、高宽比等限制要求和结构构造措施进行大震不倒的评定;
2 采取有结构的分析措施对结构整体的变形限值和薄弱层变形限值的评定析措施。
E.5.4 对于可能受到洪水影响的既有结构,除应考虑洪水的冲击作用和浸泡作用外,还应考虑洪水对地基影响。
E.5.5 对于发生在内部的爆炸等偶然作用应进行下列三种境况的评定:
1 爆炸发生时和发生后,避免结构出现整体倒塌的能力或个别构件破坏后避免结构出现连续倒塌的能力;
2 爆炸发生时,避免建筑内部人员受到严重伤害的防护措施;
3 减小爆炸对周边建筑影响的措施。
E.5.6 当即有建筑结构周边有爆炸源时,应评价避免爆炸造成人员受到伤害的防护措施和结构及围护结构避免破坏的能力。
E.5.7 对于发生在建筑内部和外部的撞击,应进行下列的评定:
1 防止撞击发生的措施和减小撞击作用效应的措施;
2 结构局部破坏或个别构件丧失承载力,避免结构出现局部坍塌或连续倒塌的能力。
E.5.8 对于发生在建筑内部的火灾,可进行下列的评定:
1 对于未设置喷淋设施的建筑,可评价可燃物全部燃烧的持续时间与结构构件耐火极限的关系;
2 对于设置喷淋设施的建筑,应评价烟感和喷淋设施的有效性;
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