1、概述建筑結(jié)構(gòu)必須滿足安全性、適用性、耐久性（通?？偡Q為可靠性）三方面的功能，即在正常施工和正常使用時，能承受可能出現(xiàn)的各種作用；在正常使用時具有良好的工作性能；在正常維護下具有足夠的耐久性等等。結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)的一部分如果超過某一特定狀態(tài)，就可能不滿足設(shè)計規(guī)定的（上述）某一功能，此特定狀態(tài)被定義為該功能的極限狀態(tài)。
極限狀態(tài)一般表述為兩類，一類為承載能力極限狀態(tài)，另一類為正常使用根限狀態(tài)。前者刻畫結(jié)構(gòu)由于喪失安全性功能己經(jīng)不能使用的各種狀況，后者則描述結(jié)構(gòu)因不滿足適用性條件或耐久性要求而不好使用的各種狀況。
對于承載能力極限狀態(tài)，國內(nèi)外開展的研究比較多，其成果在國際標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)可靠性總原68―84）中反映得比較充分。相比之下，正常使用極限狀態(tài)則因為其復(fù)雜性，各國的研究工作都還沒有太多的進展。目前，國內(nèi)外都在積極地、逐步地推廣應(yīng)用高強鋼材，有些構(gòu)件因此存在由安全性控制設(shè)計向適用性控制設(shè)計過渡的可能性。本研究是與建設(shè)部、國家自然科學(xué)基金項目“建筑結(jié)構(gòu)正常使用極限狀態(tài)可靠性研究”有關(guān)的一部分工作，針對建筑鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件正常使用極限狀態(tài)可靠性之適用性問題作一些探討，以適應(yīng)基本建設(shè)中鋼結(jié)構(gòu)工程發(fā)展的新趨勢、新需求，也為正在修訂中的國家標(biāo)準(zhǔn)GB 68補充建筑結(jié)構(gòu)正常使用極限狀態(tài)的可靠性分析內(nèi)容提供。
2鋼結(jié)構(gòu)正常使用根限狀態(tài)的設(shè)計表達(dá)式建筑鋼結(jié)構(gòu)的正常使用極限狀態(tài)，考查的對象為“影響正常使用或外觀的變形”以及“影響正常使用的振動”。本文側(cè)重于“影響正常使用或外觀的變形”，關(guān)于振動，其范圍主要局限于有動力荷載作用的某些工業(yè)建筑，對此，鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范（GB 17―88）未直接提出控制振動位移的明確要求，而是通過限制構(gòu)件長細(xì)比的辦法，間接地控制可能產(chǎn)生的影響正常使用的構(gòu)：戴國欣（1955―）男（漢族）江蘇南京人，重慶建筑大學(xué)副教授。
件振動。實際上，若能對靜力位移進行有效的限制，也可以間接達(dá)到有效地限制振動位移的目的。但在各種不同情況下，滿足“不影響正常使用的振動”條件的靜力位移限值或振動位移限值這一問題，需要另外研究并補充相關(guān)規(guī)定。為此，本文提供了處理建議。
21建立極限狀態(tài)設(shè)計表達(dá)式鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件的變形可以表達(dá)成：梁構(gòu)件的相對變形值：3/L柱構(gòu)件的相對變形值：I/H鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件變形極限狀態(tài)可以歸納為：鋼構(gòu)件采用鋼材的彈性模量；分別是與梁構(gòu)件端部條件、跨度，與柱構(gòu)件端部條件、高度有關(guān)的系數(shù)；l、1、一變形值，分別表示梁最大豎向位移和柱最大層間位移；h、h鋼構(gòu)件對應(yīng)于變形l、l的截面慣性距；分別是梁的跨度和柱的高度；例如，跨中一個集中荷載F作用下的簡支梁構(gòu)件：C=12/L，S=FL/4；滿跨均布荷載q作用下的簡支梁構(gòu)件：C=384W40L），S=qL2/8等等。
我們定義變形極限狀態(tài)表達(dá)式因此可寫作：一設(shè)計規(guī)范規(guī)定的構(gòu)件相對變形限值；相對變形達(dá)到限值方法，計算其可靠指標(biāo)卩以及失效概率Pf. 22分析方法簡述設(shè)結(jié)構(gòu)極限狀態(tài)方程為：其中的X（i=1，23，n）為設(shè)計所必須考慮的任意分布的基本變量，它們被處理為隨機變量。作標(biāo)準(zhǔn)化變換，即令：的座標(biāo)，可得：假定卩的初值（例如卩=），可得xr的初值。對非正態(tài)變量要進行當(dāng)量正態(tài)化處理，即在x/處令非正態(tài)分布變量與當(dāng)量正態(tài)分布變量兩者有相同的累積分布函數(shù)值和相同的概率密度函數(shù)值。若設(shè)非正態(tài)分布變量的分布函數(shù)為f（xr）、其概率密度函數(shù)為/（xr）標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布的分布函數(shù)為（工/）、其概率密度函數(shù)為 抗力不定性采用隨機變量Kr描述備R=（知+ 4+鑾分別考慮取1.0、1.C5、1.1，龜/分別取0.05、0.1、0.15等。這樣便可以通過式（3）和式⑷求得統(tǒng)計量Kr、KKr的值，不過它們不只是一組值，而是經(jīng)組合在一定范圍內(nèi)的若干組值。
用于算例的荷載統(tǒng)計量列入表1，由于荷載規(guī)范GB 9正在修訂之中，辦公樓及住宅樓面活荷載標(biāo)準(zhǔn)值由1500kN/m2調(diào)整為2000kN/m2，調(diào)整前后的統(tǒng)計值分別列出；風(fēng)荷載由30年統(tǒng)計值調(diào)整為50年統(tǒng)計值，因我國采用50年設(shè)計基準(zhǔn)期，只列出了調(diào)整后的值。
算例采用基本荷載組合，荷載效應(yīng)比值按GB 68―84取用，表2、表3給出了FOSM法之CHECK-POINT法的計算結(jié)果（限于篇幅，只列出了四種常遇荷載效應(yīng)比值即0.25、0. 4計算結(jié)果分析與建議算例顯示，鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件正常使用極限狀態(tài)可靠指標(biāo)的計算值大致在0.0 ~1.5之間，這些值比較承載能力極限狀態(tài)可靠指標(biāo)運算值要低得多。因為構(gòu)件達(dá)到正常使用極限狀態(tài)時，僅僅是“不好使用”而不象諸如強度破壞、疲勞破壞、喪失穩(wěn)定等等承載能力極限狀態(tài)“不能使用”的情況那么嚴(yán)重，對它設(shè)置較低的可靠度是合理的。
針對不同的情況，正常使用極限狀態(tài)宜設(shè)置不同的可靠度尺度。一般可以劃分成可逆的和不可逆的兩類，構(gòu)件在靜力荷載作用下的彈性位移或變形、在通常（非地震）動力荷載下產(chǎn)生的振動位移或變形是可逆的，裂縫則是不可逆的。ISO 2394建議：卩=0用于可逆的使用極限狀態(tài)，卩=1.5用于不可逆的使用極限狀態(tài)。
國內(nèi)曾作過一些調(diào)查41，統(tǒng)計結(jié)果表明，凡設(shè)計滿足規(guī)范關(guān)于使用極限狀態(tài)變形限值要求的，一般使用情況為“正常”、“良好”、“極良好”；不滿足規(guī)范變形限值要求的，出現(xiàn)“稍晃動”、正常使用的變形“的控制，也在一定程度上控制了”影響正常使用的振動“?？偟恼f來，鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范對于使用極限狀態(tài)的控制是比較有效的，算例也顯示，其可靠度一般不低于ISO2394的建議值。
使用極限狀態(tài)的可靠度分析中，統(tǒng)計量Kif以往沒有作過調(diào)查統(tǒng)計，所以暫時無法研究其分布，客觀上的相對變形臨界值的設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)也需要界定。我們不能肯定設(shè)計規(guī)范規(guī)定的諸多相對變形限值百分之百的合理，某些偏離的情況并不排除。Km取值直接影響到使用極限狀態(tài)的失效概率計算也直接關(guān)系結(jié)構(gòu)的用鋼指標(biāo)，因此如何獲得其統(tǒng)計規(guī)律比如某些特征值顯得非常重要，目前我們還只能從大體上推斷它的取值范圍，并求得有關(guān)的上界與下界。
客觀上的相對變形臨界值，須依靠實際經(jīng)驗或通過工程調(diào)查判定。舉例來說，屋面變形較明顯而產(chǎn)生積水或剛開始漏水時，檁條的相對變形值可以作為其客觀上相對變形的臨界值；對吊車梁，導(dǎo)致輕微卡軌時的相對變形值可以視作其客觀上相對變形的臨界值等等。
關(guān)于“影響正常使用的振動”這一問題，由于人們對振動的感受程度上存在個體差異，標(biāo)準(zhǔn)也不太容易準(zhǔn)確把握。國內(nèi)外資建設(shè)的某發(fā)電廠工程（國外設(shè)計）鋼結(jié)構(gòu)廠房使用（行車運行）時，振動非常明顯，行車司機反映，啟動或剎車時特別不適應(yīng)，工作時心理壓力較重。經(jīng)驗算發(fā)現(xiàn)該廠房構(gòu)件長細(xì)比不滿足我國鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范的限值要求。國內(nèi)外對使用極限狀態(tài)的控制限值不完全一致，反映出對此問題認(rèn)識上的差異，在把握尺度上有出入，這有待進行更多的調(diào)查與研究。
影響正常使用振動問題的控制，除了可以繼續(xù)完善原有控制長細(xì)比方法，還可以考慮其他途徑。一是研究動力荷載下結(jié)構(gòu)構(gòu)件產(chǎn)生的振動位移，將控制振動轉(zhuǎn)化為控制位移或變形，歸入“影響正常使用的變形”一類；二是應(yīng)用模糊論方法探討此“模糊”問題。對上面提到的K設(shè)置，也可以用模糊論方法處理。
