基于系統(tǒng)可靠度指標(biāo)的建筑框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

摘 要：隨著我們國家國民經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，在建筑的領(lǐng)域中也取得了非凡的成果，但是在現(xiàn)行的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范中，都是針對(duì)于結(jié)構(gòu)構(gòu)件的可靠度進(jìn)行計(jì)算的，而且沒有對(duì)結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)性做一個(gè)很好的考慮，也可以說現(xiàn)在的建筑框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)根本就不能準(zhǔn)確的反映整體結(jié)構(gòu)的可靠性。為此，下面我們就對(duì)這一問題進(jìn)行詳細(xì)的分析，和大家一起分享結(jié)構(gòu)體系抗力調(diào)整法。

關(guān)鍵詞：系統(tǒng)可靠度指標(biāo)；建筑框架；整體結(jié)構(gòu)；抗力調(diào)整法；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2015.22.077

0 前言

結(jié)構(gòu)體系抗力調(diào)整法在實(shí)際的運(yùn)用中，可以對(duì)整體結(jié)構(gòu)體系的可靠性的分析，還有結(jié)構(gòu)體系的可靠度調(diào)整內(nèi)容分成兩個(gè)步驟來完成，然后依據(jù)結(jié)構(gòu)自身的各個(gè)失效模式的可靠性指標(biāo)，還有相對(duì)應(yīng)的目標(biāo)可靠指標(biāo)性的比值，作為對(duì)抗力進(jìn)行調(diào)整的主要依據(jù)，然后就可以進(jìn)行結(jié)構(gòu)的各失效模式可靠度的分配以及調(diào)整，進(jìn)而通過結(jié)構(gòu)體系可靠度的指標(biāo)，為所設(shè)定的參數(shù)直接進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)。

1 建筑框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本原則

1.1 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重要性

在進(jìn)行建筑框架方面的設(shè)計(jì)中，因?yàn)椴煌臋C(jī)構(gòu)構(gòu)件相應(yīng)有其不同的作用，而且構(gòu)件決定了其結(jié)構(gòu)的整個(gè)體系，因此對(duì)其的設(shè)計(jì)就顯得尤為重要。那么在具體的設(shè)計(jì)階段，就需要有經(jīng)驗(yàn)的設(shè)計(jì)人員，針對(duì)結(jié)構(gòu)構(gòu)件在不同位置，或者是不同構(gòu)造中所起到重要性的不同，對(duì)其進(jìn)行深入的有意設(shè)計(jì)，抓住設(shè)計(jì)中的重點(diǎn)內(nèi)容，以此來確保建筑框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確性，保障其整體的設(shè)計(jì)質(zhì)量。業(yè)內(nèi)人士都十分清楚，這些結(jié)構(gòu)構(gòu)件對(duì)外力擁有一定的抵抗作用，如果遇到非常大的外力破壞時(shí)，如果設(shè)計(jì)不合理，或者設(shè)計(jì)中沒有考慮其負(fù)載的強(qiáng)度，那么就很容易導(dǎo)致構(gòu)件損壞，或者部分和整體的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)發(fā)生變形和應(yīng)力變化，為了保證重要的構(gòu)件不能受到損害，在設(shè)計(jì)支初就要區(qū)分好構(gòu)件的重要性。

1.2 在設(shè)計(jì)的過程中，一定要保證結(jié)構(gòu)體系的平衡性

我們?cè)趯?duì)建筑框架進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的時(shí)候，有一點(diǎn)是非常的值得注意，就是在現(xiàn)實(shí)中對(duì)建筑框架結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，一定要遵循剛?cè)岵?jì)的設(shè)計(jì)原則，因?yàn)樵谠O(shè)計(jì)中如果結(jié)構(gòu)過于剛硬，那么就會(huì)產(chǎn)生變形能力非常差的問題，如果其過于柔弱，那么整體結(jié)構(gòu)就變得非常脆。當(dāng)建筑框架受到比較大的外力破壞后就容易受到損壞。因此在設(shè)計(jì)中，一定要注意剛?cè)岵?jì)的原則。

2 框架結(jié)構(gòu)在可靠性方面的設(shè)計(jì)分析

在進(jìn)行框架結(jié)構(gòu)可靠性方面的設(shè)計(jì)過程中，必須先要掌握結(jié)構(gòu)體系的抗力調(diào)整法，也就是用近似的估算進(jìn)行結(jié)構(gòu)體系在可靠性，以及抗力性方面的分析。但是在分析的過程中，必須要根據(jù)結(jié)構(gòu)體系，以及失效的模式，結(jié)構(gòu)構(gòu)件這三者之間的聯(lián)系進(jìn)行有效的分析，在使用過程中，主要分為兩個(gè)步驟：第一步就是分析可靠性；第二步就是研究調(diào)整可靠度。應(yīng)用結(jié)構(gòu)體系的抗力調(diào)整法，在實(shí)際的設(shè)計(jì)工程、建筑結(jié)構(gòu)中，其操作過程并不復(fù)雜，在實(shí)踐的檢驗(yàn)中，其實(shí)用性也非常好，這些方面都充分的體現(xiàn)出結(jié)構(gòu)體系的抗力調(diào)整法在現(xiàn)場(chǎng)的使用價(jià)值。但是有一點(diǎn)是值得注意的，與國外的發(fā)達(dá)國家進(jìn)行比較，由于我國科學(xué)技術(shù)發(fā)展比較晚，在研究投資上還存在問題，因此在可靠度方面存在不同程度的問題，上述這些原因也就直接造成了結(jié)構(gòu)體系抗力調(diào)整法不能切合實(shí)際，那么在以后的科學(xué)發(fā)展中，有關(guān)設(shè)計(jì)人員必須加強(qiáng)對(duì)結(jié)構(gòu)體系抗力調(diào)整方面的研究。在調(diào)整結(jié)構(gòu)構(gòu)件可靠度方面，必須不斷的進(jìn)行計(jì)算，直到符合設(shè)計(jì)要求為止。在進(jìn)行實(shí)際的操作中，結(jié)構(gòu)體系的抗力調(diào)整法主要的研究對(duì)象就是建筑框架結(jié)構(gòu)，計(jì)算的原理在可靠性設(shè)計(jì)方面的適用情況也是非常多的。針對(duì)于建筑框架結(jié)構(gòu)中進(jìn)行的可靠性設(shè)計(jì)問題而言，結(jié)構(gòu)體系的抗力調(diào)整法的使用價(jià)值是非常高。如果想要想提高建筑框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的效率，那么就要在開展對(duì)建筑框架結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)工作之前，設(shè)計(jì)人員必須要結(jié)合自身的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，然后合理的運(yùn)用系統(tǒng)運(yùn)行中的效應(yīng)進(jìn)行判斷。

3 建筑框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可靠性的分析

在建筑框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面，一種就是通過主失效的模式對(duì)可靠度進(jìn)行分析，而另一種就是失效概率的計(jì)算方法分析可靠性。

（1）主失效模式的計(jì)算方法。主失效模式的計(jì)算方法主要是運(yùn)用了一次二階矩陣法，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行失效概率的計(jì)算，從中分析出失效模式的相關(guān)系數(shù)，再結(jié)合失效模式失效概率的極限值，把無用的失效模式進(jìn)行刪除，有關(guān)人士都清楚，其最終的計(jì)算公式為：Pf.l（F，M）=MAXPf（S，F(xiàn)，M）t.10-z。在公式中，Pf（S，F(xiàn)，M）i為結(jié)構(gòu)失效模式的失效概率，和失效概率限值，其中Pf.l（F，M）則表示的是失效概率限值。

（2）建筑結(jié)構(gòu)失效模式方效概率的計(jì)算方式為PF（S·M·M）≤ T（F·M.），ai=Bi（F.M.）/Br（.F.M.） 式中的PF（S·M·M是結(jié)構(gòu)的失效模式的允許失效概率，而T（F·M.）和Bi（F.M.）分別是結(jié)構(gòu)體系的第i個(gè)失效模式的可靠指標(biāo)，還有失效模式的目標(biāo)可靠指標(biāo)。

如果想要實(shí)現(xiàn)主失效模式的計(jì)算，那么首先要知道建筑結(jié)構(gòu)的失效概率，在一般情況下，串聯(lián)主失效模式是計(jì)算建筑結(jié)構(gòu)失效的系統(tǒng)，最后這個(gè)系統(tǒng)就是失效概率的計(jì)算模式，使用一次二階矩的計(jì)算方法，就可以計(jì)算出各個(gè)失效模式的失效概率，以及失效模式之間的相關(guān)系數(shù)，公式是Pfl（F·M·）=max pf（S·F.M）×10-2，，式中的Pfl（F·M·）和Pf（F·M·）分別是結(jié)構(gòu)失效模式的失效概率和失效概率限值.和相關(guān)性判別系數(shù)，刪去次要的失效模式，求得主失效模式這樣就可以計(jì)算出來我們想要的結(jié)果了。

4 調(diào)整可靠度的方法

4.1 失效模式的失效概率值分析

如果先進(jìn)行結(jié)構(gòu)體系的失效概率進(jìn)行分析，必須根據(jù)公式PF（S·M·M）≤ T（F·M.），ai=Bi（F.M.）/Br（.F.M.）進(jìn)行計(jì)算分析，不難計(jì)算出與失效模式相互對(duì)應(yīng)的失效概率，其計(jì)算的公式是：Pf，t（F，M）=Pf，tn在這個(gè)公式中，n 是和建筑結(jié)構(gòu)的失效模式的失效概率的限值相對(duì)應(yīng)的主失效模式相比較，其失效的概率比前者高出的數(shù)量。

4.2 抗力的調(diào)整系數(shù)的計(jì)算方法

建立一個(gè)失效模式中，其可靠指標(biāo)都是相同的，而對(duì)主失效模式的分析中，其一樣有與之對(duì)應(yīng)的可靠指標(biāo)數(shù)值，通過有關(guān)的計(jì)算就可以得到，具體公式為Pfl（F·M·）=max pf（S·F.M）×10-2，，該公式是比較常用，而且計(jì)算效率比較高。通過公式就可以知道其主失效模式，以及所對(duì)應(yīng)的結(jié)構(gòu)體系的抗力調(diào)整系數(shù)，如果在應(yīng)用中抗力有了一定的調(diào)整，其主失效模式和失效概率的關(guān)系就表現(xiàn)是Pf（S，F(xiàn)，M）i小于或等于Pfx（F，M），在這個(gè)公式里，（F，M）表示的意義，其實(shí)是失效模式中所容許的失效概率值，根據(jù)國家的現(xiàn)實(shí)情況，可靠度理論在具體應(yīng)用中是可行的，實(shí)踐也證明其在建筑框架的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中作用非常大。

4.3 結(jié)構(gòu)體系失效率的驗(yàn)算

對(duì)結(jié)構(gòu)體系中的失效概率進(jìn)調(diào)整完之后，當(dāng)數(shù)值符合我國有關(guān)規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)的時(shí)候，其各個(gè)失效模式就有對(duì)應(yīng)結(jié)構(gòu)抗力調(diào)整的系數(shù)，那么就需要依據(jù)這個(gè)系數(shù)，做好結(jié)構(gòu)構(gòu)件的抗力性的調(diào)整工作，主要是針對(duì)構(gòu)構(gòu)件幾何參數(shù)做好調(diào)整，修改好材料特性，在此基礎(chǔ)上完成整個(gè)體系相關(guān)的設(shè)計(jì)工作，最后再進(jìn)行核查，發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)解決，如果解決不了就要及時(shí)反應(yīng)到領(lǐng)導(dǎo)，不能有一絲一毫的馬虎行為，確保結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的科學(xué)性和完整性。

5 總結(jié)

通過對(duì)建筑框架結(jié)構(gòu)可靠性設(shè)計(jì)方面的分析，我們知道了結(jié)構(gòu)體系的抗力調(diào)整方法是非常有效的一種方法，而且其實(shí)用性也是非常強(qiáng)的，而且還能對(duì)可靠度進(jìn)行近似的計(jì)算。因?yàn)閲以谘芯靠煽慷确矫娴馁Y金不足，所以在未來必須投入大量的人力物力，加強(qiáng)其在可靠度方面面的研究，提高我國建筑框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的整體水平。

參考文獻(xiàn)：

[1]趙尚傳，趙國藩，貢金鑫.混凝土結(jié)構(gòu)基于可靠性和優(yōu)化理論剩余壽命分析[J].工業(yè)建筑，2002（04）：37-39.

[2]中華人民共和國建設(shè)部.建筑結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)〔GB50068-2001〕[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2D01.

[3]趙國藩，貢金鑫，趙尚傳.我國土木工程結(jié)構(gòu)可靠性研究的一些進(jìn)展[J].大連理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2000（40）：253-258.

[4]孫旭儒.系統(tǒng)可靠度指標(biāo)下的建筑框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析[J].中國建筑金屬結(jié)構(gòu)，2013（36）：61-61.

[5]余天意，趙昕.基于可靠度指標(biāo)的超高層建筑抗風(fēng)舒適度性能評(píng)價(jià)[C]//第四屆全國建筑結(jié)構(gòu)技術(shù)交流會(huì)論文集（下），2013.

[6]梁麗芳，都軍花.淺談建筑框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)存在問題及對(duì)策[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)，2009：36-36.