建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可靠度影響因素與比較分析

劉　玲（廣州寶賢華瀚建筑工程設(shè)計(jì)有限公司南昌分公司，江西南昌330000）

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建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可靠度影響因素與比較分析

劉玲（廣州寶賢華瀚建筑工程設(shè)計(jì)有限公司南昌分公司，江西南昌330000）

本文首先對(duì)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可靠度的基本概念與分析方法進(jìn)行了簡(jiǎn)要的介紹，然后對(duì)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可靠度的影響因素進(jìn)行了簡(jiǎn)要的分析，最后對(duì)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可靠度水平進(jìn)行了比較分析，具有一定的借鑒意義。

建筑結(jié)構(gòu)；可靠度；影響因素；比較分析

1　建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可靠度的基本概念與分析方法

1.1建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可靠度的基本概念

所謂的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可靠度就是指工程設(shè)計(jì)師設(shè)計(jì)的建筑結(jié)構(gòu)在既定的時(shí)間與環(huán)境之下實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)者要求功能的一種能力。因此可以理解為：建筑結(jié)構(gòu)可靠度指的是在其應(yīng)用期間可以順利的實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)功能的概率，我們可以用P1進(jìn)行表示，反之建筑結(jié)構(gòu)若無法實(shí)現(xiàn)預(yù)定功能，將這一概率稱之為失效概率，用P2進(jìn)行表示，因此可以得出P1+P2=1。因?yàn)楝F(xiàn)在很難得出實(shí)際隨機(jī)變量的參數(shù)與推斷結(jié)構(gòu)可靠度概率分布模型，因此在實(shí)際應(yīng)用中直接應(yīng)用積分法對(duì)P2開展計(jì)算也未必可以得出需要的計(jì)算精度。因此就那些大規(guī)模的建筑工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)而言，積分方法較不適用。

1.2建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可靠度的分析方法

當(dāng)前結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計(jì)可靠度分析方法有以下四種：①近似計(jì)算方法，這一方法主要是以笛卡爾隨機(jī)空間理論作為依據(jù)的一次二階矩陣算法，通過近似計(jì)算方法可以用計(jì)算采集樣本的方差與平均值對(duì)所有概率分布的特征進(jìn)行描述，唯有采集了足夠的樣本，這一計(jì)算方法的精度才可以符合工程的實(shí)際需求；②應(yīng)用廣義隨機(jī)空間之中的一次二階矩陣法。通常而言，在建筑工程實(shí)際施工中，可靠度計(jì)算的眾多隨機(jī)變量間往往有較大的相關(guān)性，能夠直接于廣義空間之中建立建筑結(jié)構(gòu)可靠度計(jì)算的迭代公式；③二次二階矩陣法，這一方法主要是應(yīng)用數(shù)學(xué)逼近模型之中的拉普拉斯?jié)u進(jìn)法來對(duì)建筑結(jié)構(gòu)的可靠度進(jìn)行研究，并取得和實(shí)際相符的結(jié)構(gòu)；④響應(yīng)面法，因?yàn)閷?shí)際生活中一些建筑結(jié)構(gòu)無法給出實(shí)際功能函數(shù)的表達(dá)式，因此相應(yīng)面法的主要原理為應(yīng)用具有明確表達(dá)式的函數(shù)來代替無法明確表達(dá)的結(jié)構(gòu)功能函數(shù)。就建筑結(jié)構(gòu)可靠度分析上而言，通過這一方法可以有效的降低理論計(jì)算與實(shí)際試驗(yàn)的次數(shù)，從而使得建筑結(jié)構(gòu)可靠度分析的精度得以有效的提高。

2　建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可靠度的影響因素分析

2.1目標(biāo)可靠指標(biāo)

在既定的荷載效應(yīng)S以及抗力R之下，如圖1所示，能夠直觀的看出，實(shí)際上目標(biāo)可靠指標(biāo)為荷載效應(yīng)與規(guī)定抗力概率密度PR以及PS搭接的面積。除此之外，目標(biāo)可靠指標(biāo)還是建筑結(jié)構(gòu)安全水平的一項(xiàng)綜合指標(biāo)，對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的可靠度水平具有十分直接而重要的影響。在我國(guó)建筑設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)之中規(guī)定，目標(biāo)可靠指標(biāo)是在既定荷載與抗力的概率分布之下對(duì)原規(guī)范安全系數(shù)進(jìn)行校準(zhǔn)而確定下來的。

2.2可變荷載水平與分布參數(shù)

一般而言，在目標(biāo)可靠指標(biāo)相等而荷載大小不等的時(shí)候，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的可靠度也會(huì)存在一定的差別，因此我們可知可變荷載在荷載水平之中具有十分重要的作用。在建筑工程中可以把可變荷載分為兩個(gè)方面，分別是：自然環(huán)境荷載水平與樓面活荷載水平。其中自然環(huán)境荷載水平主要是因?yàn)橹卮?/p>

圖1荷載PR和抗力PS概率密度及其關(guān)系自然災(zāi)害或者地震作用而產(chǎn)生的，而樓面活荷載水平主要是通過控制荷載均值來不斷提高建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。需要注意的是，自然條件下的荷載水平和基準(zhǔn)時(shí)間具有重要的聯(lián)系，但因?yàn)樽匀画h(huán)境荷載水平大多是依據(jù)年限最大統(tǒng)計(jì)值來計(jì)算出的，因此荷載水平會(huì)隨著基準(zhǔn)時(shí)間的延長(zhǎng)而變高。通過一系列的調(diào)查實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，可變荷載概率分布參數(shù)準(zhǔn)確與否同樣會(huì)對(duì)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可靠度產(chǎn)生相應(yīng)的影響，若將圖1之中的實(shí)線當(dāng)做目標(biāo)可靠指標(biāo)荷載效應(yīng)，而把圖中的虛線也當(dāng)做荷載效應(yīng)，這代表著建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)并非最終目標(biāo)可靠指標(biāo)，其仍需再次的進(jìn)行計(jì)算。

2.3工程質(zhì)量

在建筑工程開始正式的施工前，若工程施工方未將工程的設(shè)計(jì)、施工以及驗(yàn)收等工作環(huán)節(jié)的質(zhì)量控制工作做好，極易致使建筑結(jié)構(gòu)的實(shí)際抗力和所設(shè)計(jì)的抗力之間存在較大的偏差，進(jìn)而導(dǎo)致建筑結(jié)構(gòu)的可靠度無法達(dá)到所規(guī)定的可靠度。因此，在對(duì)建筑結(jié)構(gòu)抗力開展統(tǒng)計(jì)與分析的時(shí)候，應(yīng)該重點(diǎn)對(duì)影響建筑工程質(zhì)量的因素開展研究，并且及時(shí)的采取措施進(jìn)行有效的處理。除此之外，還應(yīng)該不斷增強(qiáng)對(duì)工程施工過程的質(zhì)量管理工作，保證建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的科學(xué)性與合理性，從而使得建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的可靠性得以有效的保證。

2.4最不利荷載效應(yīng)組合

經(jīng)過相關(guān)的調(diào)查研究發(fā)現(xiàn)，我國(guó)的建筑結(jié)構(gòu)構(gòu)件可靠指標(biāo)通常是依據(jù)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)確定的，也就是根據(jù)三種基本荷載效應(yīng)組合以及十四種基本構(gòu)件校準(zhǔn)來確定的。建筑結(jié)構(gòu)的其他荷載效應(yīng)組合之下的目標(biāo)可靠指標(biāo)和這一水平是同等的。通常而言，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是不利于荷載效應(yīng)組合控制作用的發(fā)揮的，其發(fā)揮的不利程度的不同，會(huì)使得建筑結(jié)構(gòu)實(shí)際可靠度也有所不同，而建筑結(jié)構(gòu)可變荷載水平的影響因素也與之相似。在對(duì)建筑構(gòu)件目標(biāo)可靠指標(biāo)進(jìn)行校準(zhǔn)的時(shí)候，應(yīng)該遵循“恒載+風(fēng)載+活載”以及“恒載+風(fēng)載+雪載+活載”，這兩種荷載效應(yīng)組合的目標(biāo)可靠質(zhì)保是相同的，但是其具有不同的可靠度水平。

3　建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可靠度水平比較分析

3.1可靠指標(biāo)

據(jù)相關(guān)調(diào)查研究發(fā)現(xiàn)，國(guó)際上對(duì)建筑結(jié)構(gòu)可靠性要求是依照結(jié)構(gòu)的承載力所決定的。建筑結(jié)構(gòu)的承載極限通常根據(jù)3.1、3.8以及4.3三個(gè)指標(biāo)來對(duì)其可靠度進(jìn)行判別。當(dāng)前我國(guó)建筑結(jié)構(gòu)的延性與脆性構(gòu)件的指標(biāo)主要有：2.7、3.2、3.7以及3.2、3.7、4.2。就以上數(shù)值我們可以發(fā)現(xiàn)，我國(guó)的可靠性指標(biāo)雖然已慢慢接近國(guó)際的水平，但仍然較低。相關(guān)工作人員根據(jù)中國(guó)、美國(guó)以及墨西哥的建筑結(jié)構(gòu)可靠度指標(biāo)開展了對(duì)比分析，如表1所示。

表1　鋼筋混凝土構(gòu)件目標(biāo)可靠指標(biāo)比較分析表

從表格中的數(shù)據(jù)我們可以發(fā)現(xiàn)，我國(guó)和美國(guó)在鋼筋混凝土構(gòu)件目標(biāo)可靠指標(biāo)上較為接近，但是相比于墨西哥，我國(guó)的鋼筋混凝土構(gòu)件目標(biāo)可靠度較低。因此對(duì)我國(guó)和美國(guó)在鋼筋混凝土構(gòu)件可靠指標(biāo)開展了進(jìn)一步的比較分析，如表2所示。

表2　鋼構(gòu)件目標(biāo)可靠指標(biāo)比較分析表

從表2中的數(shù)據(jù)我們可以發(fā)現(xiàn)，在恒載與荷載的組合之下，我國(guó)的鋼筋構(gòu)件目標(biāo)可靠之與美國(guó)的值較為接近，相關(guān)指標(biāo)之間的差距較小，但節(jié)點(diǎn)指標(biāo)較之于美國(guó)略低，而且在存在地震的組合之下，建筑結(jié)構(gòu)的眾值烈度指標(biāo)與美國(guó)相差較小。但是，就總體而言我國(guó)的建筑結(jié)構(gòu)可靠度與美國(guó)的相比仍然有較大的差距。

3.2可變荷載

因?yàn)榻ㄖ敲娴幕詈奢d是一個(gè)隨即變量，而且荷載的水平是由均值的大小所決定的。通過我國(guó)與美國(guó)活荷載準(zhǔn)值的比較，美國(guó)應(yīng)用的活荷載標(biāo)志值要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于我國(guó)，大約為我國(guó)的二倍。就自然荷載的對(duì)比，中美荷載標(biāo)準(zhǔn)值水平并沒有較大的差別，但美國(guó)的風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值是50年一遇，而我國(guó)的則是30年一遇，所以，相比于美國(guó)，我國(guó)的風(fēng)荷載均值要高得多。需要注意的是，可變荷載的標(biāo)準(zhǔn)值僅僅是個(gè)名義上的參考值，建筑結(jié)構(gòu)荷載的水平仍主要體現(xiàn)于總均值之上。

4　結(jié)束語

從上文我們可知，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可靠度對(duì)建筑工程的整體質(zhì)量具有直接的影響，所以，建筑工程師應(yīng)該重視建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可靠度相關(guān)內(nèi)容。在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的時(shí)候，應(yīng)該對(duì)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可靠度的影響因素進(jìn)行全面的分析，并開展系統(tǒng)分析，盡量不斷完善并優(yōu)化建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方案，這需要相關(guān)工作人員的不懈努力。

［1］趙爽奇.建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可靠度的影響因素與比較研究［J］.知識(shí)經(jīng)濟(jì)，2014（3）：90～91.

［2］何 遠(yuǎn).建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可靠度的影響因素與比較研究［J］.建筑工程技術(shù)與設(shè)計(jì)，2014（35）：129～130.

［3］劉桂芳.建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可靠度的影響因素與比較研究［J］.中國(guó)科技博覽，2015（4）：108～109.

2016-2-21

TU318

A

2095-2066（2016）10-0163-02