厂房结构可靠度 (structural reliability of industrial building)

在规定的时间内和规定的条件下，厂房结构完成预定功能的概率。它采用以概率理论为基础的极限状态设计方法分析确定。规定的时间是指设计基准期，规定的条件是指正常设计、正常施工和正常使用的条件，预定功能是指厂房结构的承载能力、适用性和耐久性。

设计基准期和预定功能厂房结构设计基准期是在计算结构可靠度时，考虑各项基本变量，如荷载与时间的关系时取用的基准时间。一般取为50年。

厂房结构预定功能包括能承受正常施工和使用可能出现的各种作用，如荷载、温度变化、不均匀沉降和地震作用等；在正常使用时具有良好的工作性能，足够的耐久性以及发生偶然事件后，仍能保持必须的整体稳定性。

结构极限状态结构或结构的一部分，当超过某一特定状态则不能满足设计规定的某一功能要求时，此特定状态即称为该功能的极限状态。极限状态分为承载能力极限状态和正常使用极限状态。承载能力极限状态是对应于结构或结构构件达到最大承载能力或不适于继续承载的变形。如结构构件或连接因荷载超过材料强度而破坏、失稳、倾覆等。正常使用极限状态是对应于结构构件达到正常使用或耐久性功能的某项规定限值。如影响正常使用或外观的变形，影响正常使用或耐久性的局部损伤、振动等。

结构可靠度计算厂房结构可靠度或失效概率的计算较困难，因而各国均采用可靠指标Β度量。可根据影响可靠度的各基本变量的统计平均值、标准差、概率分布类型以及极限状态方程计算β值。β值越大，表明结构构件的可靠度越大。

利用结构构件的可靠指标，可直接设计结构构件。结构构件的可靠指标应不小于规定的限值。在中国，设计一般工业和民用建筑的承载能力极限状态时，若为延时破坏，可靠指标应不小于3.2；若为脆性破坏。应不小于3.7。这种设计方法合理地计人各影响因素的变异，但需要大量的统计资料，并需进行概率运算。这种方法也称结构构件可靠度的水准2方法或一次二阶矩方法。

对于大量的一般性结构构件，为了简化计算，设计时仍采用确定性的极限状态设计表达式。

极限状态设计表达式极限状态设计表达式是由荷载代表值、材料性能标准值、几何参数标准值以及各种分项系数表达的。

对于承载能力极限状态，在考虑有关的分项系数后，应使由荷载标准值产生的截面内力不大于该截面按材料性能和几何参数标准值求得的抵抗内力。

对于正常使用极限状态，应使按荷载的短期效应组合和长期效应组合计算的结构构件的变形和局部损伤(如裂缝)不超过相应的规定限值。

荷载代表值可分为标准值和准永久值。荷载标准值用于承载能力极限状态和正常使用极限状态的短期效应组合。当荷载统计资料齐全时，荷载标准值应采用其概率分布的某个上分位值，也可采用规定的正常情况下的偏大值。可变荷载的准永久值则用于正常使用极限状态的长期效应组合，其值小于标准值，但在设计基准期内作用的时间较长。

在进行承载能力极限状态设计时，荷载的标准值要乘以荷载分项系数。一般，荷载分项系数大于1。计入荷载分项系数是为了考虑荷载的变异对承载能力的影响。当有多个可变荷载同时作用时，还应计入小于1的荷载组合系数，以考虑多个可变荷载同时达到标准值的可能性较小的影响。

截面的抵抗能力和构件的变形、损伤值，取决于材料性能和几何参数的标准值。

材料性能中的强度标准值，可以根据材料试件的试验资料统计确定，一般取其概率分布的某个下分位值。在承载能力极限状态设计中，为了考虑其他因素对材料性能和构件截面抗力的影响，材料性能标准值要除以大于1的材料性能分项系数。其他材料性能，如弹性模量等一般取其概率分布的平均值作为标准值。正常使用极限状态设计时，各种材料性能均取用标准值。

几何参数，如截面面积、惯性矩等的标准值，常取用其设计尺寸计算。

此外，对于承载能力极限状态，设计时还应计入结构构件的重要性系数，以考虑不同安全等级的结构构件对可靠度的不同要求。

在荷载、材料性能和几何参数标准值给定的前提下，上述各种分项系数根据下列原则优选确定：使按极限状态设计表达式设计的各种结构构件(包括各种不同的结构材料和不同的受力状态)所具有的可靠指标，与规定的可靠指标限值的误差最小。所以，上述的极限状态设计表达式从形式上与传统方法相同，并不涉及各基本变量的统计参数和概率运算，但它们却具有实质性的区别，各种分项系数是根据基本变量的统计特性，以结构可靠度的概率分析为基础经优选确定的，而不是仅根据经验确定的。

对结构构件一个截面的可靠度计算研究比较充分，可付诸实用或采用与其对应的极限状态设计表达式。但对于整个构件，以致整个房屋的结构体系和不同破坏形式的可靠度计算，由于问题复杂，尚未彻底解决。对于已建房屋的结构可靠性评价的研究更不充分，世界各国大多采用实用鉴定法，仅将影响可靠性的各种因素一一列出，再根据各影响因素的属性和重要程度分类排队，构成多层次的综合评定。要使已建房屋可靠度分析达到水准2方法的水平，是今后长期研究的方向。