建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可靠度的影響因素與對(duì)策研究

安昕

武漢理工大設(shè)計(jì)研究院有限公司 湖北 武漢 430070

引言

目前，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的可靠度是設(shè)計(jì)師必須面對(duì)的重要問題之一。在建筑工程中，設(shè)計(jì)人員往往不重視建筑設(shè)計(jì)工作，從而導(dǎo)致建筑物的安全性和耐久性受到嚴(yán)重影響。因此，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的可靠度不僅會(huì)直接影響建筑工程的順利進(jìn)行，還會(huì)影響到建筑的整個(gè)壽命周期。

1 研究背景

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們對(duì)建筑質(zhì)量的要求越來越高。建筑的使用壽命縮短，不僅會(huì)增加工程造價(jià)，還會(huì)降低社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。因此，設(shè)計(jì)人員需要提高建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的可靠度。在施工過程中，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)缺乏可靠度，會(huì)導(dǎo)致安全事故的發(fā)生，從而給人民的生命財(cái)產(chǎn)造成極大的危害。因此，想要保證建筑物的穩(wěn)定性與耐久性，設(shè)計(jì)人員就必須做好設(shè)計(jì)方案審核工作，使設(shè)計(jì)方案能夠充分發(fā)揮作用，保證建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的可靠度，進(jìn)而減少麻煩和風(fēng)險(xiǎn)。目前，許多國家都已經(jīng)開始發(fā)展高層住宅，并且建立了相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)體系。

2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

我國對(duì)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面的研究起步較晚，雖然近些年取得了一定的成就，但受到許多因素的影響與制約，其設(shè)計(jì)水平和實(shí)際使用效果還存在著一些問題。因此，計(jì)算與分析建筑結(jié)構(gòu)的可靠度是十分重要的一項(xiàng)工作。國外主要從以下幾個(gè)方面來考慮建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的可靠度：①建筑物對(duì)抗震性能的要求較高，這也是建筑設(shè)計(jì)最大的特點(diǎn)；②在設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)計(jì)人員需要充分了解建筑工程的具體情況，并且根據(jù)這些條件來確定合理的設(shè)計(jì)方案；③在選擇結(jié)構(gòu)的剛度和強(qiáng)度時(shí)，設(shè)計(jì)人員不僅需要結(jié)合當(dāng)?shù)氐臍夂颦h(huán)境，還需要注意不同地區(qū)的差異性，從而保證建筑的安全性與穩(wěn)定性。目前，國內(nèi)關(guān)于高層建筑抗震性的相關(guān)研究較少，對(duì)大型民用建筑的抗震性研究更是少之又少，這使得人們的安全意識(shí)淡薄。隨著人口數(shù)量的不斷增加，城市建設(shè)的規(guī)模越來越大，導(dǎo)致安全事故頻繁發(fā)生，這嚴(yán)重威脅了人們的生命財(cái)產(chǎn)安全[1]。

3 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可靠度基本理論

建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可靠度的基本理論是：首先，設(shè)計(jì)人員需要在建筑物滿足使用功能和安全要求的前提下，綜合評(píng)價(jià)建筑結(jié)構(gòu)的安全性、穩(wěn)定性以及耐久性；然后，設(shè)計(jì)人員需要以保證建筑結(jié)構(gòu)的整體性為目的，合理評(píng)估與預(yù)測(cè)建筑各個(gè)部分的可靠度和經(jīng)濟(jì)性，從而使建筑設(shè)計(jì)的過程符合國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求；最后，設(shè)計(jì)人員需要準(zhǔn)確判斷建筑質(zhì)量、成本和工期等。

3.1 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可靠度

建筑結(jié)構(gòu)在實(shí)際使用過程中，會(huì)受到各種因素的影響和制約。因此，評(píng)價(jià)建筑結(jié)構(gòu)的可靠度是非常重要的一項(xiàng)工作。設(shè)計(jì)人員需要從設(shè)計(jì)的安全性、可靠度以及經(jīng)濟(jì)性等方面來考慮建筑物的整體性。從建筑設(shè)計(jì)的角度來看，評(píng)估建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的可靠度具有重要意義。因此，設(shè)計(jì)人員需要根據(jù)具體情況來選擇最合適的設(shè)計(jì)方案和施工方法，以保證建筑的安全性。我國的建筑工程設(shè)計(jì)起步較晚，隨著社會(huì)的發(fā)展和人們需求的不斷提高，設(shè)計(jì)人員需要積極學(xué)習(xí)國外先進(jìn)的技術(shù)，并且結(jié)合我國國情來制定完善的標(biāo)準(zhǔn)體系，從而提高建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的可靠度[2]。在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)人員首先需要保證所選擇的材料符合國家的相關(guān)規(guī)定，其次需要采取相應(yīng)的抗震措施，最后需要充分利用現(xiàn)有資源[3]。

3.2 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可靠度的依據(jù)

建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可靠度的依據(jù)包括以下幾個(gè)方面。①建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是建筑設(shè)計(jì)的重要環(huán)節(jié)。在開展建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作時(shí)，設(shè)計(jì)人員需要考慮多方面的因素。②設(shè)計(jì)人員必須根據(jù)構(gòu)件的尺寸等參數(shù)來計(jì)算建筑結(jié)構(gòu)的剛度和強(qiáng)度，同時(shí)應(yīng)根據(jù)相關(guān)的規(guī)范要求來選擇正確的計(jì)算方法。③建筑總平面布局和平面布置需要保證建筑與周邊環(huán)境相協(xié)調(diào)。合理布置建筑空間，有利于提高建筑工程的安全性、可靠度。④橋梁、水利樞紐等大型工程項(xiàng)目的建設(shè)都會(huì)影響到人們的生命財(cái)產(chǎn)安全。因此，設(shè)計(jì)人員應(yīng)重視這些工程的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作。⑤建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的可靠度不達(dá)標(biāo)，會(huì)導(dǎo)致一系列的問題發(fā)生，比如房屋倒塌、人員傷亡等安全事故。因此，為了保證施工的順利完成，設(shè)計(jì)人員必須加強(qiáng)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可靠度分析與研究。

3.3 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可靠度的計(jì)算方法

在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)各個(gè)階段中分析建筑結(jié)構(gòu)的可靠度時(shí)，設(shè)計(jì)人員需要考慮工程的實(shí)際情況和各種參數(shù)，以保證建筑質(zhì)量，從而為后續(xù)施工提供一定的參考依據(jù)。因此，在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)人員必須根據(jù)具體的要求來確定最合理的設(shè)計(jì)方案和組合方式，從而保證建筑物的安全性。在評(píng)估建筑設(shè)計(jì)的可靠度時(shí)，設(shè)計(jì)人員常用的方法有極限狀態(tài)法、概率論法、綜合評(píng)價(jià)法等，其中最常用的是極限狀態(tài)方法。對(duì)于某一個(gè)建筑方案而言，如果該建筑的抗震設(shè)防等級(jí)較低，那么它就不能夠滿足該建筑的抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)要求；如果該建筑的抗震設(shè)防等級(jí)較高且存在其他問題，那么它就不能達(dá)到預(yù)期的抗震效果。

3.4 結(jié)構(gòu)可靠度的影響因素

當(dāng)結(jié)構(gòu)可靠度的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系具有一定的規(guī)律性時(shí)，設(shè)計(jì)人員可以通過分析結(jié)構(gòu)的可靠度來確定一個(gè)合理的結(jié)構(gòu)可靠度函數(shù)關(guān)系。在實(shí)際工程建設(shè)中，不同建筑的受力情況是不一樣的。在地震作用下，建筑物會(huì)發(fā)生豎向變形或水平位移，并且豎向剛度也會(huì)隨著地震的次數(shù)增加而降低。因此，設(shè)計(jì)人員需要根據(jù)具體的地質(zhì)條件和周邊環(huán)境，來選擇合適的結(jié)構(gòu)可靠度系數(shù)。同時(shí)，設(shè)計(jì)人員還需要注意這些影響因素對(duì)結(jié)構(gòu)的影響程度，并且結(jié)合建筑的使用壽命，采取相應(yīng)的措施來提高建筑的可靠度與安全性。因此，為了保證建筑設(shè)計(jì)的安全性，設(shè)計(jì)人員必須嚴(yán)格按照相關(guān)規(guī)范要求，并且根據(jù)施工進(jìn)度、材料特性以及現(xiàn)場(chǎng)狀況等，來準(zhǔn)確判斷和計(jì)算各種影響因素的約束值，進(jìn)而制訂合理的設(shè)計(jì)方案。另外，設(shè)計(jì)人員還需要考慮一些其他的影響因素，如溫度、濕度等。

4 提高建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可靠度的策略

建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是建筑工程的基礎(chǔ)環(huán)節(jié)，建筑設(shè)計(jì)可靠度是保證建筑的質(zhì)量和安全的前提條件。在建筑設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)人員需要根據(jù)實(shí)際情況來選擇合理的設(shè)計(jì)方案、施工工藝，并且嚴(yán)格把控各個(gè)環(huán)節(jié)，以保證建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的可靠度，從而提高建筑工程的安全性與穩(wěn)定性。建筑結(jié)構(gòu)的可靠度主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：①結(jié)構(gòu)抗震性能要求；②結(jié)構(gòu)剛度要求；③地震作用下的承載力計(jì)算分析要求；④使用年限內(nèi)的抗震能力需求；⑤材料的選型要求與加工要求等。因此，設(shè)計(jì)人員可以從這些方面出發(fā)，確定一個(gè)最理想的方案，然后按照一定的原則將它應(yīng)用于具體的設(shè)計(jì)中。

4.1 確定影響因素

建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可靠度的影響因素主要包括以下幾點(diǎn)。①建筑物的使用功能。建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需要滿足人們的日常生活需要。保證建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的安全性和可靠度，有利于充分發(fā)揮建筑結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢(shì)。②建筑物的平面布置。在建筑設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)人員應(yīng)綜合考慮各個(gè)房間的朝向、間距以及采光通風(fēng)等問題，使建筑的整體布局更加合理，從而減少出現(xiàn)裂縫的可能性。③建筑物的抗震性能。在分析建筑結(jié)構(gòu)的抗震性能時(shí)，設(shè)計(jì)人員必須綜合考慮地震的發(fā)生概率和破壞程度等因素。另外，設(shè)計(jì)人員還應(yīng)考慮建筑材料的耐久性、耐火等級(jí)等因素。④建筑物的體型系數(shù)。不同類型的建筑物有不同的體形系數(shù)。因此，在選擇建筑物的尺寸時(shí)，設(shè)計(jì)人員應(yīng)將這些指標(biāo)作為參考依據(jù)。當(dāng)建筑物的面積較大時(shí)，設(shè)計(jì)人員可通過適當(dāng)降低房屋高度來減小占地面積，但不能超過一定的范圍。

4.2 結(jié)構(gòu)有限元建模

本文通過分析結(jié)構(gòu)模型，得出以下結(jié)論。①在一般情況下，建筑結(jié)構(gòu)的整體剛度變化較小。然而，在特殊情況下，受到外界環(huán)境因素的影響和各種材料的限制，建筑結(jié)構(gòu)各個(gè)部分的變形較大（如鋼筋混凝土的剛度與強(qiáng)度都會(huì)隨著使用時(shí)間的增加而減小，但其撓曲幅度卻較大）。②如果將梁柱的受力特點(diǎn)作為主要考慮對(duì)象，那么其計(jì)算結(jié)果也就較為理想，并且也能夠滿足工程要求；若將梁柱的受力特征當(dāng)作一個(gè)簡(jiǎn)單的問題來處理，則會(huì)增加運(yùn)算量。③在建筑設(shè)計(jì)中，工作人員需要保證房屋的承載能力滿足使用要求。因此，想要保證建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的可靠度，設(shè)計(jì)人員就必須嚴(yán)格控制構(gòu)件的尺寸以及質(zhì)量，同時(shí)盡量避免出現(xiàn)誤差。

4.3 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可靠度試驗(yàn)

建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可靠度試驗(yàn)是指在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，檢測(cè)建筑結(jié)構(gòu)的可靠度，并且根據(jù)測(cè)試結(jié)果來評(píng)價(jià)建筑結(jié)構(gòu)的可靠度。

在施工時(shí)，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可靠度試驗(yàn)是一項(xiàng)非常重要的工作內(nèi)容，它能夠準(zhǔn)確反映建筑的質(zhì)量，同時(shí)也能為后期的設(shè)計(jì)工作提供參考依據(jù)。建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可靠度試驗(yàn)主要包括兩個(gè)方面：測(cè)量建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的可靠度、評(píng)估和分析建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的可靠度。在分析建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可靠度時(shí)，設(shè)計(jì)人員可以利用可靠度計(jì)算方法來綜合評(píng)價(jià)建筑工程的整體質(zhì)量和安全性能，從而為建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供可靠的參考依據(jù)。在實(shí)際工作中，在評(píng)估建筑的安全性和穩(wěn)定性時(shí)，設(shè)計(jì)人員需要考慮各種因素，例如地震、水文、地質(zhì)條件等因素（這些因素都會(huì)影響建筑物的使用年限）。因此，在設(shè)計(jì)過程中，設(shè)計(jì)人員需要充分利用相關(guān)理論知識(shí)，并且根據(jù)具體的情況確定最合適的方案以及措施，從而實(shí)現(xiàn)建筑工程效益的最大化。針對(duì)不同的設(shè)計(jì)方案，設(shè)計(jì)人員需要采取相應(yīng)的保護(hù)措施，以防止發(fā)生安全事故，從而保證人們的生命財(cái)產(chǎn)安全。除此之外，一旦發(fā)生突發(fā)事件，設(shè)計(jì)人員需要及時(shí)解決，以免造成不必要的經(jīng)濟(jì)損失。另外，設(shè)計(jì)人員必須嚴(yán)格按照規(guī)范要求來開展設(shè)計(jì)工作，避免因?yàn)槿藶橐蛩囟裣掳踩[患。因此，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可靠度試驗(yàn)是做好建筑設(shè)計(jì)工作的重要保障。

4.4 建筑結(jié)構(gòu)防腐設(shè)計(jì)

建筑結(jié)構(gòu)防腐設(shè)計(jì)既是提高建筑結(jié)構(gòu)抗腐蝕能力的重要途徑，也是保證建筑結(jié)構(gòu)安全的一項(xiàng)關(guān)鍵措施。

在施工過程中，工作人員需要嚴(yán)重控制建筑材料的質(zhì)量。在使用材料時(shí)，工作人員需要做好材料的保護(hù)工作，避免材料因運(yùn)輸不合理、儲(chǔ)存不當(dāng)而損壞。同時(shí)，工作人員需要做好房屋的防潮、防水工作，防止因滲漏問題而影響建筑的安全性和耐久性。針對(duì)有特殊要求的建筑，工作人員需要采取有效措施來減少或者消除這些危害，比如：可以采用非承重墻體加固的方式來保護(hù)墻體結(jié)構(gòu)；可以利用抗裂砂漿來增加保溫層的抗裂能力和提高保溫層表面強(qiáng)度。

5 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可靠度的比較研究

為了保證結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的可靠性，必須保持建筑結(jié)構(gòu)的正常運(yùn)行，不會(huì)影響使用建筑的內(nèi)部人員的生命和財(cái)產(chǎn)安全，即保持建筑強(qiáng)度和使用功能之間的協(xié)調(diào)性的要求。同時(shí)，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的可靠性也要求結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不僅能完成建筑結(jié)構(gòu)的展示，而且具有強(qiáng)大的維護(hù)和維修空間。隨著可靠性理論研究的深入和中國建筑市場(chǎng)行業(yè)的國際化進(jìn)程，中國專家學(xué)者開始將中國建筑設(shè)計(jì)可靠性與國際市場(chǎng)及相關(guān)國際理論進(jìn)行比較。然而，我國建筑受壓鋼筋的使用比例、剪力墻結(jié)構(gòu)鋼筋的最小配筋量和使用率基本符合國際標(biāo)準(zhǔn)。因此，相關(guān)設(shè)計(jì)師可以根據(jù)自己的不足加強(qiáng)自己的工作設(shè)計(jì)，在更好的方面需要保持一致的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。

6 結(jié)束語

綜上所述，為了提高建筑的可靠度和安全性，本文分析了建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可靠度的影響因素，并且結(jié)合相關(guān)理論，提出了相應(yīng)的策略。影響建筑結(jié)構(gòu)可靠度的因素與對(duì)策研究，可以為相關(guān)工作人員提供參考，進(jìn)而為制訂合適的設(shè)計(jì)方案打下良好的基礎(chǔ)。