建筑結構設計可靠度的影響因素與比較研究

何遠

【摘要】隨著城市化進程的迅速發展，我國建筑行業也在不斷的發展。而建筑結構設計的可靠度直接關系著使用人員的人身安全，其重要性逐漸引起了大眾的關注。如何提高建筑結構設計的可靠性成為了廣大建筑工程設計師的一個重要課題。本文就建筑結構設計方面進行了一些探討，分析了建筑結構設可靠性的影響因素，從而提高建筑工程結構設計的質量，期望能為建筑設計行業的同行們提供一點淺薄的理論性參考。

【關鍵詞】建筑結構；設計；可靠性；影響因素；比較分析

1、引 言

建筑結構設計是整個建筑施工的基礎，建筑建構的可靠性直接影響著整個建筑的質量安全。因此，綜合分析建筑結構設計可靠性的影響因素，優化結構設計。本文首先分析了建筑結構設計的四個可靠度的影響因素，即可變荷載水平和分布參數 、工程質量、抗力衰減、最不利荷載效應組合這四個方面的因素，從而引出目標可靠指標，并就目標可靠指標 、可變荷載 這兩個指標進行綜合比較研究。

2、建筑結構設計可靠度的影響因素分析

2.1 可變荷載水平和分布參數

在設定荷載要求不同的建筑結構，對其建筑結構設計的可靠度要求也是不同的。因此，在有關荷載水平和分布參數的影響下，占主導地位的就是可變荷載水平的影響。可變可在主要分為兩類，即自然環境荷載和樓面活荷載。其中，自然環境荷載就包括有風載，雪載等受到自然規律要求或者受自然規律支配的荷載。樓面活荷載的主要要求是對基準期內的荷載均值的大小進行相關設計。而對自然環境荷載的要求通常是和基準期的長短掛鉤的，這主要是由自然環境荷載是按照年最大值進行統計決定的，也就是說基準期越長，自然環境的荷載水平越高。因此，可變荷載概率的分布參數的精確程度直接影響建筑結構設計的可靠度。

2.2 抗力衰減

由于建筑結構設計可靠度會受到環境荷載的影響，環境荷載的疲勞往往會導致環境腐蝕、材料老化、以及其他因素的發生，導致建筑結構構件的抗力隨著時間的推移逐步衰減。通過以下公式可知，

LR=LR（t）

這主要表現在抗力的標準差和均值是時間的函數。這也就意味著倘若我們能夠準確的掌握抗力的分布參數，就能夠從時間變化的規律中研究建筑結構設計的可靠性，這對提高建筑結構設計的可靠性有很大的現實意義。而且從發展的趨勢上看，充分考慮建筑結構的抗力衰減能夠，對在設計環節預先計算衰減損耗，以減少后期的抗力衰減，提高建筑結構設計的可靠性有著直觀重要的影響。

3、現行結構設計方法的不足

3.1設計年限的考慮情況的不充分

我國建筑結構的使用年限標準主要有50年，70年和100年幾種情況，但是不同的建筑結構設計決定著不同的使用年限。且使用年限變化也主要取決于建筑結構的重要系數。但是，這仍然不是十分科學合理的，因為使用年限的增大不僅會導致建筑結構結構的重要系數增加，建筑結構的荷載也會隨之發生變化，這主要是因為重要性系數和恒載是正比例的關系，重要性系數的增大必然會導致恒載效應增大。

3.2結構重要性系數的取值簡單

建筑結構的重要性系數取值簡單，我國建筑結構的重要性系數主要是由三個固定值決定的，即0.9、1.0、1.1。這幾個簡單的值并不能夠充分反映出建筑結構不同的構件在不同情況下的受力情況、荷載作用、重要性系數等。采用這樣簡單的計算往往會導致計算記過偏離實際情況，且通過這樣的方式統計出來的數據必然是保守數據，導致建筑結構的安全性不足，因此，結構重要性系數的取值應該充分靠多各個構件的實際，不能一概而論。

4、建筑結構設計可靠度水平比較分析

為了能夠最優地確定各個分項的指標，在進行建筑結構設計的時候，建筑設計師往往會根據不同構件對建筑荷載的抗力值和標準值進行設定，從而優化建筑結構設計，達到可靠指標的要求。因此，在進行建筑結構設計的時候，要注意以下兩點，一是結構設計可靠度的水平的比較，二是調整結構設計的可靠度水平。在進行比較的時候，主要比較以下兩個方面，即可變荷載和可靠指標。

4.1可靠指標

在國際上對建筑結構的可靠性要求主要是根據其承載力決定的。不同建筑結構的的承載極限狀況主要按照3.1、3.8、4.3這三個指標判別可靠度。我國對建筑結構的靠靠性原則規定，已經建筑的脆性、延性的構件指標主要有兩個，分別是2.7、3.2、3.7和3.2、3.7、4.2。通過上上述數值，我們不難看出。雖然我國的可靠性指標雖然已經逐漸接近國際水準，但是我國的標準指標仍然是偏低的。筆者就美國，墨西哥的建筑結構可靠性指標進行對比，如圖1所示：

極限狀態 中國 美國 墨西哥

抗壓 3.66 4.10 5.80

抗彎 3.29 3.20 4.25

抗剪 3.05 3.00 4.75

抗扭 2.80 5.21

太偏心受壓 3.64 3.90 5.57

表1 ：鋼筋混凝土構件目標可靠指標比較分析表

如圖所述，通過表1，我們不難看出，我國建筑結構的混凝土構件目標倘若和美國相比，則相關指標的可靠度和美國較為接近，但是我國建筑結構的趕緊混凝土構件目標的靠靠度與墨西哥相比的話則要低得多，因此，我們主要將相關指標和美國相比，主要參數對比圖2所示：

荷載驗算組合 中國（偏壓構件） 美國

恒載+活載（或雪載） 3.04 3.00（構件）

4.50（構件）

恒載+活載+風載 2.83（不含荷載效應） 2.5

恒載+活載+地震 1.03（眾值烈度） 1.75

0.0054（基本烈度）

表2 ：鋼構件目標可靠指標比較分析表

通過表2可知，在在恒載+活載的組合下，我國鋼筋構件的目標可靠值逐漸接近美國水準，相關指標的差距不到，但是節點的指標則略低于美國，且建筑結構在含有地震的組合下，眾值烈度指標和美國的水平相當。盡管如此，從總體上看，我國建筑結構的可靠度仍然遠遠低于美國。

4.2 可變荷載

由于樓面的活荷載是隨即變量，且荷載水平主要取決于均值的大小。我國活荷載準值和美國相比，美國采用的活荷載標志值比我國大得多，美國的標注值比我國要大一倍。在自然荷載的對比上，我國和美國的荷載標準值水平是大致相當的。但是我國的風荷標準值是30年一遇，美國則是50年一遇，因此，我國和美國的風荷載均值的對比，我國比美國要高。當然，可變荷載的標準值只不過是一個名義上的參考值，荷載的總體水平仍然是體現在總均值的大小上。

結束語

綜上所述，建筑結構設計的可靠性直接影響著整個建筑工程的施工質量，因此，建筑工程結構設計的可靠度應該引起廣大建筑工程師的重視。在設計的過程中，要全面分析影響建筑結構設計可靠度的影響因素，并進行綜合的分析，盡可能地完善和優化建筑結構設計方案。在未來，隨著建筑工程設計師的水平不斷提高，不斷深入研究其可靠性的影響因素，必然會促進我國建筑行業跨進一個新的平臺。

參考文獻

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