建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可靠度影響因素與比較分析

陶然

就結(jié)構(gòu)可靠性而言，主要是指在具體設(shè)計(jì)過程中，在特定的環(huán)境和時(shí)間條件下所能實(shí)現(xiàn)的自身功能的計(jì)算。這種方法主要是從概率的角度來(lái)計(jì)算建筑物在其使用壽命期間能否達(dá)到預(yù)期的使用效果。本文對(duì)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可靠性的影響因素作了一定的分析。

當(dāng)前階段，采用隨機(jī)變量法計(jì)算整體可靠性有一定的缺陷，且相關(guān)的計(jì)算精度很有限，在對(duì)現(xiàn)行建筑工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行評(píng)定時(shí)，采用積分法存在很多局限性和問題，所以常常采用其他方法進(jìn)行可靠性分析。目前，在運(yùn)用笛卡爾隨機(jī)空間理論進(jìn)行結(jié)構(gòu)可靠度計(jì)算時(shí)，采用一次二階矩陣算法，采集樣本的均值和計(jì)算方法，實(shí)現(xiàn)了結(jié)構(gòu)的概率分布特征的描述。這種方法對(duì)樣本量的計(jì)算要求很高，一般情況下，計(jì)算結(jié)果與樣本量成正比。利用廣義隨機(jī)空間的一次二階矩陣方法，可以通過迭代計(jì)算，在廣義空間范圍內(nèi)完成結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可靠性的計(jì)算。在結(jié)構(gòu)可靠性計(jì)算過程中，采用拉普拉斯?jié)u近法，利用數(shù)學(xué)近似模型進(jìn)行可靠性計(jì)算。反應(yīng)面法也是可靠性計(jì)算中常用的一種方法，雖然它不能用實(shí)際功能函數(shù)表達(dá)式來(lái)計(jì)算，但是它本身可以用類似的替代方法來(lái)計(jì)算。此方法可大大減少整體計(jì)算次數(shù)，同時(shí)對(duì)理論計(jì)算和實(shí)際測(cè)試次數(shù)有較好的控制，在一定程度上保證了計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性。

一、建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可靠性影響因素分析與比較

1.抗力變化

抗力變化對(duì)結(jié)構(gòu)可靠度的影響對(duì)于建筑物是非常明顯的?？偟膩?lái)說(shuō)，對(duì)于建筑來(lái)說(shuō)，影響結(jié)構(gòu)整體抗力狀況的因素主要有荷載效應(yīng)、環(huán)境效應(yīng)和材料效應(yīng)。將負(fù)荷影響作為優(yōu)先。經(jīng)過大量的現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查與分析，我們發(fā)現(xiàn)，荷載對(duì)建筑物的影響，不僅影響建筑物的整體安全，而且在長(zhǎng)期的荷載作用下，還會(huì)對(duì)建筑物產(chǎn)生累積破壞。安全性效應(yīng)主要是指結(jié)構(gòu)在其設(shè)計(jì)荷載極限不能承受現(xiàn)有荷載壓力時(shí)，對(duì)結(jié)構(gòu)的安全性會(huì)產(chǎn)生影響，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)嚴(yán)重失效。累積損傷按其實(shí)際情況又可分為動(dòng)態(tài)計(jì)算損傷和靜態(tài)損傷。第二，影響環(huán)境因素。建筑在長(zhǎng)期的使用過程中，必然會(huì)受到周圍自然環(huán)境的影響。隨著各種腐蝕介質(zhì)的侵蝕，建筑物的可靠度自然也會(huì)受到影響。例如，當(dāng)?shù)叵滤?、土壤和空氣中的二氧化碳進(jìn)入混凝土內(nèi)部，與混凝土內(nèi)部的氫氧化鈣發(fā)生反應(yīng)，產(chǎn)生沉淀，降低混凝土的堿度，破壞鋼筋所顯示的鈍化膜，混凝土就會(huì)產(chǎn)生一定程度的碳化作用，從而降低建筑結(jié)構(gòu)的抗壓強(qiáng)度。第三，對(duì)材料的影響。建筑材料在長(zhǎng)期的使用過程中，還存在著一些老化問題，導(dǎo)致建筑材料本身的強(qiáng)度和力學(xué)性能逐漸降低，或者受到化學(xué)反應(yīng)的影響，結(jié)構(gòu)發(fā)生變化。這個(gè)材料問題，也是影響建筑結(jié)構(gòu)抗力，進(jìn)而影響整個(gè)設(shè)計(jì)可靠性的重要因素。

2.外部載荷

本文在分析現(xiàn)有建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可靠性影響的基礎(chǔ)上，主要依據(jù)《建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》的目標(biāo)可靠性指標(biāo)進(jìn)行了計(jì)算和衡量。目標(biāo)可靠性指標(biāo)的確定，主要從抗力和載荷的概率分布條件出發(fā)，分析計(jì)算了規(guī)范安全系數(shù)。但是，必須認(rèn)識(shí)到，雖然結(jié)構(gòu)指標(biāo)和可靠性指標(biāo)相同，但是結(jié)構(gòu)比例卻有很大差別。從負(fù)荷角度看，可變負(fù)荷是主負(fù)荷。一般來(lái)說(shuō)，可變荷載還可以分為地面活荷載和自然荷載。底板活荷載是基底階段荷載的均值，自然荷載與基底階段的長(zhǎng)度相關(guān)。

3.載荷水平變化的參數(shù)分布

由于受到自然條件的影響，在結(jié)構(gòu)參數(shù)和承載力的共同作用下，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可靠性的分配主要取決于不同的負(fù)載功率和負(fù)載能力。根據(jù)建筑結(jié)構(gòu)在自然條件下的水平結(jié)構(gòu)、荷載水平、建筑的結(jié)構(gòu)荷載及自然地面活荷載的沖擊荷載，按照建筑在風(fēng)荷載結(jié)構(gòu)上參考期的最大概率分布數(shù)值，確定結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)值。當(dāng)各個(gè)建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)壽命不一致時(shí)，應(yīng)按有關(guān)規(guī)定執(zhí)行，相應(yīng)的設(shè)計(jì)荷載和耐久性措施應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)壽命確定。超負(fù)荷使用、結(jié)構(gòu)開啟、使用功能改變、使用環(huán)境惡化等應(yīng)用與環(huán)境的變化都會(huì)影響其安全與使用壽命。在設(shè)計(jì)使用期間，任何結(jié)構(gòu)更改（正在建造中或已經(jīng)存在）都必須獲得設(shè)計(jì)批準(zhǔn)或技術(shù)認(rèn)證，以確保結(jié)構(gòu)的安全和功能使用。

4.工程的質(zhì)量

建筑內(nèi)部結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，無(wú)論設(shè)計(jì)方案還是施工質(zhì)量，都會(huì)直接導(dǎo)致建筑的實(shí)際阻力和設(shè)計(jì)阻力發(fā)生偏差。因此，在進(jìn)行阻力統(tǒng)計(jì)分析時(shí)，應(yīng)盡可能對(duì)影響工程質(zhì)量的因素進(jìn)行分析和研究，以便提前予以考慮。加強(qiáng)工程建設(shè)各環(huán)節(jié)的質(zhì)量管理確保整個(gè)工程的質(zhì)量，保證結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的可靠性，提高結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的可靠性。

5.抗力衰減

疲勞影響是由環(huán)境負(fù)荷、環(huán)境腐蝕、材料老化等不利因素引起的。電阻隨時(shí)間逐漸減小，其時(shí)間函數(shù)為標(biāo)準(zhǔn)差和平均電阻。結(jié)構(gòu)的阻抗分布參數(shù)隨時(shí)間的變化規(guī)律是結(jié)構(gòu)可靠度研究的重要內(nèi)容。因此，在未來(lái)的工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，必須考慮到阻抗衰減對(duì)可靠性的影響。

二、對(duì)提高結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可靠性的幾點(diǎn)思考

建筑用能系統(tǒng)的可靠性要求建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)者必須提高對(duì)其可靠性的重視程度，同時(shí)又要提高自身的專業(yè)技術(shù)水平，以高度的責(zé)任感對(duì)待建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作。建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)本身具有很強(qiáng)的專業(yè)性、復(fù)雜性、嚴(yán)謹(jǐn)性和準(zhǔn)確性，只有具備較強(qiáng)的專業(yè)素質(zhì)、工作態(tài)度和責(zé)任心，才能更好地遵循相關(guān)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，確保建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理科學(xué)。深入研究并嚴(yán)格遵循國(guó)家建筑規(guī)范，是進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重要環(huán)節(jié)。認(rèn)真處理設(shè)計(jì)工作中的各種違規(guī)或“鉆空子”行為，確保設(shè)計(jì)工作符合規(guī)范要求。建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員還應(yīng)掌握更科學(xué)的可靠性計(jì)算方法。例如，概率設(shè)計(jì)法（極限狀態(tài)法），其設(shè)計(jì)原則主要是，對(duì)于規(guī)定的極限狀態(tài)，荷載作用（結(jié)構(gòu)的內(nèi)力）大于結(jié)構(gòu)的抗力值（結(jié)構(gòu)的承載能力）的概率（破壞概率），不應(yīng)考慮超過規(guī)定的極限狀態(tài)。

1.建立健全管理體制和保障機(jī)制

為保證建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作的順利進(jìn)行，提高結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的可靠性，各建筑設(shè)計(jì)企業(yè)應(yīng)加強(qiáng)管理系統(tǒng)和保障機(jī)制的建設(shè)，根據(jù)企業(yè)的具體情況和設(shè)計(jì)的實(shí)際情況，制定相應(yīng)的管理系統(tǒng)和保障機(jī)制，明確結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程、任務(wù)分工和問題處理流程等，以保證結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的順利進(jìn)行。

2.提高設(shè)計(jì)師的綜合素質(zhì)

各設(shè)計(jì)單位應(yīng)加強(qiáng)對(duì)工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師綜合素質(zhì)的培養(yǎng)，定期或不定期組織相關(guān)專業(yè)技術(shù)能力較強(qiáng)的人員對(duì)本企業(yè)內(nèi)的相關(guān)工程結(jié)構(gòu)工程師進(jìn)行教育培訓(xùn)，以提高其專業(yè)技術(shù)水平。其次，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)企業(yè)應(yīng)積極開展各種形式的宣傳教育活動(dòng)，使廣大設(shè)計(jì)師充分認(rèn)識(shí)到自己的工作重要性，增強(qiáng)責(zé)任感和榮譽(yù)感。

3.遵守有關(guān)的政策規(guī)范要求

為保證建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)順利通過評(píng)審，每一位建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)者都應(yīng)首先充分了解相關(guān)法律法規(guī)，并結(jié)合工程實(shí)際，對(duì)建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和設(shè)計(jì)。第二，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)企業(yè)要嚴(yán)格按照法律法規(guī)和規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)建筑結(jié)構(gòu)指標(biāo)進(jìn)行嚴(yán)格的審核和統(tǒng)計(jì)，提高設(shè)計(jì)的可靠性、安全性和耐久性。

三、結(jié)語(yǔ)

總的來(lái)說(shuō)，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可靠性一直是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作中不可缺少的一部分。伴隨著我國(guó)建筑技術(shù)的不斷發(fā)展，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的可靠性研究水平不斷提高，其應(yīng)用領(lǐng)域也越來(lái)越廣泛。建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)者在新的環(huán)境和形勢(shì)下，應(yīng)不斷提高自身的專業(yè)素質(zhì)和能力，確保結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的可靠性，為建筑工程的順利、安全、可靠施工提供重要保障和支持。