建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計可靠度的影響因素與比較研究

何遠

【摘要】隨著城市化進程的迅速發(fā)展，我國建筑行業(yè)也在不斷的發(fā)展。而建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的可靠度直接關(guān)系著使用人員的人身安全，其重要性逐漸引起了大眾的關(guān)注。如何提高建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的可靠性成為了廣大建筑工程設(shè)計師的一個重要課題。本文就建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計方面進行了一些探討，分析了建筑結(jié)構(gòu)設(shè)可靠性的影響因素，從而提高建筑工程結(jié)構(gòu)設(shè)計的質(zhì)量，期望能為建筑設(shè)計行業(yè)的同行們提供一點淺薄的理論性參考。

【關(guān)鍵詞】建筑結(jié)構(gòu)；設(shè)計；可靠性；影響因素；比較分析

1、引 言

建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計是整個建筑施工的基礎(chǔ)，建筑建構(gòu)的可靠性直接影響著整個建筑的質(zhì)量安全。因此，綜合分析建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計可靠性的影響因素，優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計。本文首先分析了建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的四個可靠度的影響因素，即可變荷載水平和分布參數(shù) 、工程質(zhì)量、抗力衰減、最不利荷載效應(yīng)組合這四個方面的因素，從而引出目標可靠指標，并就目標可靠指標 、可變荷載 這兩個指標進行綜合比較研究。

2、建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計可靠度的影響因素分析

2.1 可變荷載水平和分布參數(shù)

在設(shè)定荷載要求不同的建筑結(jié)構(gòu)，對其建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的可靠度要求也是不同的。因此，在有關(guān)荷載水平和分布參數(shù)的影響下，占主導(dǎo)地位的就是可變荷載水平的影響。可變可在主要分為兩類，即自然環(huán)境荷載和樓面活荷載。其中，自然環(huán)境荷載就包括有風(fēng)載，雪載等受到自然規(guī)律要求或者受自然規(guī)律支配的荷載。樓面活荷載的主要要求是對基準期內(nèi)的荷載均值的大小進行相關(guān)設(shè)計。而對自然環(huán)境荷載的要求通常是和基準期的長短掛鉤的，這主要是由自然環(huán)境荷載是按照年最大值進行統(tǒng)計決定的，也就是說基準期越長，自然環(huán)境的荷載水平越高。因此，可變荷載概率的分布參數(shù)的精確程度直接影響建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的可靠度。

2.2 抗力衰減

由于建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計可靠度會受到環(huán)境荷載的影響，環(huán)境荷載的疲勞往往會導(dǎo)致環(huán)境腐蝕、材料老化、以及其他因素的發(fā)生，導(dǎo)致建筑結(jié)構(gòu)構(gòu)件的抗力隨著時間的推移逐步衰減。通過以下公式可知，

LR=LR（t）

這主要表現(xiàn)在抗力的標準差和均值是時間的函數(shù)。這也就意味著倘若我們能夠準確的掌握抗力的分布參數(shù)，就能夠從時間變化的規(guī)律中研究建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的可靠性，這對提高建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的可靠性有很大的現(xiàn)實意義。而且從發(fā)展的趨勢上看，充分考慮建筑結(jié)構(gòu)的抗力衰減能夠，對在設(shè)計環(huán)節(jié)預(yù)先計算衰減損耗，以減少后期的抗力衰減，提高建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的可靠性有著直觀重要的影響。

3、現(xiàn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計方法的不足

3.1設(shè)計年限的考慮情況的不充分

我國建筑結(jié)構(gòu)的使用年限標準主要有50年，70年和100年幾種情況，但是不同的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計決定著不同的使用年限。且使用年限變化也主要取決于建筑結(jié)構(gòu)的重要系數(shù)。但是，這仍然不是十分科學(xué)合理的，因為使用年限的增大不僅會導(dǎo)致建筑結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)的重要系數(shù)增加，建筑結(jié)構(gòu)的荷載也會隨之發(fā)生變化，這主要是因為重要性系數(shù)和恒載是正比例的關(guān)系，重要性系數(shù)的增大必然會導(dǎo)致恒載效應(yīng)增大。

3.2結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)的取值簡單

建筑結(jié)構(gòu)的重要性系數(shù)取值簡單，我國建筑結(jié)構(gòu)的重要性系數(shù)主要是由三個固定值決定的，即0.9、1.0、1.1。這幾個簡單的值并不能夠充分反映出建筑結(jié)構(gòu)不同的構(gòu)件在不同情況下的受力情況、荷載作用、重要性系數(shù)等。采用這樣簡單的計算往往會導(dǎo)致計算記過偏離實際情況，且通過這樣的方式統(tǒng)計出來的數(shù)據(jù)必然是保守數(shù)據(jù)，導(dǎo)致建筑結(jié)構(gòu)的安全性不足，因此，結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)的取值應(yīng)該充分靠多各個構(gòu)件的實際，不能一概而論。

4、建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計可靠度水平比較分析

為了能夠最優(yōu)地確定各個分項的指標，在進行建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的時候，建筑設(shè)計師往往會根據(jù)不同構(gòu)件對建筑荷載的抗力值和標準值進行設(shè)定，從而優(yōu)化建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計，達到可靠指標的要求。因此，在進行建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的時候，要注意以下兩點，一是結(jié)構(gòu)設(shè)計可靠度的水平的比較，二是調(diào)整結(jié)構(gòu)設(shè)計的可靠度水平。在進行比較的時候，主要比較以下兩個方面，即可變荷載和可靠指標。

4.1可靠指標

在國際上對建筑結(jié)構(gòu)的可靠性要求主要是根據(jù)其承載力決定的。不同建筑結(jié)構(gòu)的的承載極限狀況主要按照3.1、3.8、4.3這三個指標判別可靠度。我國對建筑結(jié)構(gòu)的靠靠性原則規(guī)定，已經(jīng)建筑的脆性、延性的構(gòu)件指標主要有兩個，分別是2.7、3.2、3.7和3.2、3.7、4.2。通過上上述數(shù)值，我們不難看出。雖然我國的可靠性指標雖然已經(jīng)逐漸接近國際水準，但是我國的標準指標仍然是偏低的。筆者就美國，墨西哥的建筑結(jié)構(gòu)可靠性指標進行對比，如圖1所示：

極限狀態(tài) 中國 美國 墨西哥

抗壓 3.66 4.10 5.80

抗彎 3.29 3.20 4.25

抗剪 3.05 3.00 4.75

抗扭 2.80 5.21

太偏心受壓 3.64 3.90 5.57

表1 ：鋼筋混凝土構(gòu)件目標可靠指標比較分析表

如圖所述，通過表1，我們不難看出，我國建筑結(jié)構(gòu)的混凝土構(gòu)件目標倘若和美國相比，則相關(guān)指標的可靠度和美國較為接近，但是我國建筑結(jié)構(gòu)的趕緊混凝土構(gòu)件目標的靠靠度與墨西哥相比的話則要低得多，因此，我們主要將相關(guān)指標和美國相比，主要參數(shù)對比圖2所示：

荷載驗算組合 中國（偏壓構(gòu)件） 美國

恒載+活載（或雪載） 3.04 3.00（構(gòu)件）

4.50（構(gòu)件）

恒載+活載+風(fēng)載 2.83（不含荷載效應(yīng)） 2.5

恒載+活載+地震 1.03（眾值烈度） 1.75

0.0054（基本烈度）

表2 ：鋼構(gòu)件目標可靠指標比較分析表

通過表2可知，在在恒載+活載的組合下，我國鋼筋構(gòu)件的目標可靠值逐漸接近美國水準，相關(guān)指標的差距不到，但是節(jié)點的指標則略低于美國，且建筑結(jié)構(gòu)在含有地震的組合下，眾值烈度指標和美國的水平相當(dāng)。盡管如此，從總體上看，我國建筑結(jié)構(gòu)的可靠度仍然遠遠低于美國。

4.2 可變荷載

由于樓面的活荷載是隨即變量，且荷載水平主要取決于均值的大小。我國活荷載準值和美國相比，美國采用的活荷載標志值比我國大得多，美國的標注值比我國要大一倍。在自然荷載的對比上，我國和美國的荷載標準值水平是大致相當(dāng)?shù)摹５俏覈娘L(fēng)荷標準值是30年一遇，美國則是50年一遇，因此，我國和美國的風(fēng)荷載均值的對比，我國比美國要高。當(dāng)然，可變荷載的標準值只不過是一個名義上的參考值，荷載的總體水平仍然是體現(xiàn)在總均值的大小上。

結(jié)束語

綜上所述，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的可靠性直接影響著整個建筑工程的施工質(zhì)量，因此，建筑工程結(jié)構(gòu)設(shè)計的可靠度應(yīng)該引起廣大建筑工程師的重視。在設(shè)計的過程中，要全面分析影響建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計可靠度的影響因素，并進行綜合的分析，盡可能地完善和優(yōu)化建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計方案。在未來，隨著建筑工程設(shè)計師的水平不斷提高，不斷深入研究其可靠性的影響因素，必然會促進我國建筑行業(yè)跨進一個新的平臺。

參考文獻

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