建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可靠度的影響因素與比較研究

王 麗

(北京炎黃聯(lián)合國際工程設(shè)計(jì)有限公司 南京 210000)

1 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可靠度的定義以及意義

可靠度在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的定義是指在一定的時(shí)間內(nèi)建筑結(jié)構(gòu)能夠應(yīng)對(duì)不同環(huán)境的影響，實(shí)現(xiàn)獲得設(shè)計(jì)預(yù)期功能的能力，使其承受住不同環(huán)境壓力，獲得一定的使用功能和建筑壽命?？傮w而言，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的可靠度可以量化，其數(shù)值越高就意味著該建筑的使用壽命就越長，同時(shí)，也意味著建筑結(jié)構(gòu)在使用的過程中具備良好的使用性能和安全性。

2 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可靠度的基本理論

2.1 具備一定規(guī)范性的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

在現(xiàn)實(shí)社會(huì)的生產(chǎn)應(yīng)用和建設(shè)中，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可靠度的理論將會(huì)被轉(zhuǎn)化應(yīng)用成一些能夠表示隨機(jī)變量的公式，將校準(zhǔn)經(jīng)驗(yàn)量化[1]，從而更好地控制設(shè)計(jì)。作為輔助性理論工具，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)于失效概率在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可靠性中的影響的度量進(jìn)行。隨著我國建筑行業(yè)對(duì)于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可靠度的重視提高，研究不斷得到深入，相關(guān)的理論已經(jīng)獲得了較為喜人的成果，但是理論應(yīng)用于實(shí)踐仍然需要一些規(guī)范操作，在基本理論點(diǎn)的原則上加以完善。

2.2 保持一定可靠性的結(jié)構(gòu)體系

結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的規(guī)范性是要求在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的過程中，相關(guān)的設(shè)計(jì)內(nèi)容要符合法規(guī)制度，具備一定的強(qiáng)制性。對(duì)于設(shè)計(jì)工程者而言，所設(shè)計(jì)出的建筑產(chǎn)品必須負(fù)擔(dān)得起相關(guān)的法律責(zé)任，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和建造中，整個(gè)過程中都需要遵守我國法規(guī)政策的要求，在此基礎(chǔ)上，到結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)成果出現(xiàn)問題時(shí)，就相關(guān)的工作人員和施工單位承擔(dān)失職后的法律后果。建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)者們，在法律規(guī)范的要求之下，可以根據(jù)不同的施工要求和標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)行靈活的設(shè)計(jì)，通過科學(xué)而規(guī)范的操作從而提高建筑物的質(zhì)量和施工水平。

3 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可靠度的影響因素

3.1 荷載變化參數(shù)分布影響

根據(jù)不同的建筑結(jié)構(gòu)會(huì)有不同的荷載設(shè)定要求。針對(duì)不同的建筑我們可以看到，荷載的變化能力和水平是會(huì)影響到建筑結(jié)構(gòu)的可靠度的。干擾主要表現(xiàn)在兩個(gè)層次上，分別是：建筑樓面的荷載水平和自然環(huán)境下結(jié)構(gòu)荷載水平[2]。其中建筑樓面結(jié)構(gòu)荷載是指在設(shè)計(jì)周期內(nèi)荷載概率會(huì)分散在不同的分位值上，需要按照標(biāo)準(zhǔn)來進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；自然條件下的結(jié)構(gòu)荷載水平是指結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的可靠度會(huì)受到建筑區(qū)域的自然環(huán)境影響。另外，不同類型的建筑在使用壽命上會(huì)有所不同。建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可以通過改變?cè)O(shè)計(jì)方案，削弱環(huán)境影響，以及改變用途來延長或縮短建筑物的使用年限，對(duì)建筑物的安全可靠性也會(huì)帶來改變。

3.2 建筑結(jié)構(gòu)的抗力衰減影響

通過對(duì)建筑結(jié)構(gòu)可靠度的理論研究過程中，我們發(fā)現(xiàn)建筑結(jié)構(gòu)的抗力衰減也將會(huì)對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)帶來一定的可靠度影響，這其中主要是受到了建筑環(huán)境的荷載作用的干擾。比如，在施工環(huán)境的影響下，建筑材料會(huì)在不同程度上出現(xiàn)侵蝕和損壞，從而對(duì)可靠度帶來了負(fù)面的影響，造成建筑結(jié)構(gòu)抵抗力衰減，并且在建筑的元件應(yīng)用過程中，也會(huì)受到周邊環(huán)境變化和時(shí)間推移的影響，使得這些部件的性能下降。因此，在進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的過程中，相關(guān)的設(shè)計(jì)工作者需要充分考慮到抗力衰減的分布情況，形成一系列的具有參考價(jià)值的函數(shù)，發(fā)現(xiàn)客觀變化的規(guī)律，根據(jù)規(guī)律的變化，調(diào)整設(shè)計(jì)方案，進(jìn)行提前的方案預(yù)算，以便尋找出最有效的措施來提高建筑物的穩(wěn)定性和使用壽命。

3.3 不利荷載效應(yīng)影響

按照相關(guān)的法律規(guī)定結(jié)合不同的建筑設(shè)計(jì)需求，選擇出最合理的荷載效應(yīng)組合，一般情況下可以采用基本組合方式來進(jìn)行施工圖設(shè)計(jì)。但是對(duì)于特殊的建筑案例，就需要建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)者積極地開辟出新型的、具有創(chuàng)新性和針對(duì)性的設(shè)計(jì)組合，從承載能力的極限狀態(tài)和角度出發(fā)進(jìn)行組合設(shè)計(jì)。我國已經(jīng)出臺(tái)了一系列的規(guī)定，明確了在不同荷載效應(yīng)組合的設(shè)計(jì)之下應(yīng)該采取怎樣的設(shè)計(jì)，從而有效地保證了多種可能下的荷載組合，也可以維持在良好的可靠度之內(nèi)。我們需要關(guān)注的是，國家出臺(tái)的規(guī)定所給出來的組合表達(dá)方式，是建立在荷載及荷載效應(yīng)能夠滿足一定客觀規(guī)律的線性關(guān)系之下的，而對(duì)于非線性的建筑設(shè)計(jì)，就需要建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)者們進(jìn)一步的加強(qiáng)實(shí)踐能力，結(jié)合不同的問題類型，積極采用其他的科學(xué)方法進(jìn)行組合設(shè)計(jì)。比如，當(dāng)建筑的使用壽命和功能要求不一致的時(shí)候，我們可以通過調(diào)整載荷系數(shù)，對(duì)變荷載標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行一定的調(diào)整，從而也能夠獲得建筑設(shè)計(jì)的可靠度。

4 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可靠度的比較研究

4.1 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范性的比較

為了保證結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的可靠度，需要以建筑結(jié)構(gòu)自身功能保持正常運(yùn)行的基礎(chǔ)之上，使用建筑的內(nèi)部人員他們的生命和財(cái)產(chǎn)都不會(huì)受到影響，即保持建筑強(qiáng)度和使用功能相協(xié)調(diào)的要求。同時(shí)，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可靠度還要求，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不僅能夠完成建筑結(jié)構(gòu)的展現(xiàn)，還要具有較強(qiáng)的可備維修和修復(fù)的空間。隨著可靠度理論的研究深入以及我國建筑市場行業(yè)的國際化進(jìn)程，我國的專家學(xué)者們開始對(duì)我國的建筑設(shè)計(jì)可靠度與國際市場和國際相關(guān)理論進(jìn)行對(duì)比。通過對(duì)比研究，專家們發(fā)現(xiàn)，我國設(shè)計(jì)規(guī)范的可靠度要低于歐美發(fā)達(dá)國家，而且，許多建筑物的樓層自身的可靠度儲(chǔ)備設(shè)施與歐美發(fā)達(dá)國家也有相當(dāng)大的距離。但是，我國建筑受壓鋼筋的使用比例，最小的配筋量，剪力墻結(jié)構(gòu)鋼筋使用率基本與國際標(biāo)準(zhǔn)保持一致。所以相關(guān)的設(shè)計(jì)者們?cè)诠ぷ髟O(shè)計(jì)中，可以根據(jù)不足來進(jìn)行加強(qiáng)，而對(duì)于較好的方面需要保持一貫的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。

4.2 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理性的比較

我國建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范中一系列相關(guān)的規(guī)章制度以及標(biāo)準(zhǔn)制定都是建立在可靠度原則之上的，所以，一般情況下建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范都能夠滿足我國當(dāng)前的社會(huì)發(fā)展需求。并且，我國建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)其合理性不僅會(huì)反映在建筑設(shè)計(jì)技術(shù)層面，對(duì)于我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展方針政策上也有較強(qiáng)的適用價(jià)值。比如，對(duì)于建筑材料的使用總量的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，就是根據(jù)我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展的現(xiàn)有狀況進(jìn)行規(guī)定的，雖然現(xiàn)行的標(biāo)準(zhǔn)與歐美發(fā)達(dá)國家還存在著一定的距離，但是卻最適合我國發(fā)展的方針政策，具有因地制宜的合理性特點(diǎn)。

5 結(jié)語

綜上所述，我國改革開放30年以來，建筑行業(yè)取得了卓越的發(fā)展進(jìn)步，所取得的成績有目共睹，這其中是離不開建筑結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計(jì)的輔助的。為了使建筑結(jié)構(gòu)能夠更加符合我國未來的發(fā)展、社會(huì)的進(jìn)步，保持良好的安全性、穩(wěn)定性和較長的使用壽命，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)者們?nèi)匀灰獔?jiān)定目標(biāo)，對(duì)于可靠度指標(biāo)、可變荷載、結(jié)構(gòu)抗力和施工質(zhì)量等營養(yǎng)因素要提高重視，通過采取更積極有效的辦法，運(yùn)用科技手段進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，從而使我國建筑結(jié)構(gòu)獲得更好的使用性能。