建筑結構設計可靠度的影響因素與比較研究

崔波

【摘要】建筑結構可靠性主要根據結構承受的抗力與外界載荷進行計算，將隨機性理論作為計算核心，根據概率分布函數確定結構安全性，并且可以計算出安全性與成本的平衡關系。我國經濟發展速度不斷加快，建筑結構可靠性理論也得到了快速的發展，在建筑市場逐漸趨向平衡發展的新時代，如何平衡建筑實用效果與工程建設成本成為了建筑行業發展的重點問題。本文根據結構設計可靠度進行分析，提出了現有設計方法中存在的不足，并且對可靠度影響因素進行了分析，希望為廣大建筑設計人員提供參考。

【關鍵詞】建筑工程；結構設計；可靠度影響

建筑設計過程中，結構的設計需要滿足三項基本要素，即使安全、適用、耐久，這三種要素也是評價建筑安全性的關鍵因素，也被稱為建筑結構可靠性。在評價結構可靠性時，需要計算規定時間內，在標準條件下結構設計滿足使用要求的概率，而我國建筑建設范圍不斷增長，結構可靠性計算方法也在不斷優化，為了了解目前建筑結構可靠性的具體評價方法，需要從不足出發，制定出針對性的優化方案，保證建筑可靠性滿足社會發展需求。

一、結構設計可靠度分析方法

（一）結構可靠度概念

結構可靠度指設計師設計的建筑結構，以規定時間與標準環境作為計算基礎，得出結構完成設計功能的實際能力。根據該理論，可以將結構可靠度理解為建筑結構在使用期限內，可以完成設計要求的概率，將P1作為概率符號，而建筑結構無法滿足預期設計目標，則稱之為結構失效概率，具體情況標注為P2，P1+P2=1。由于隨機變量數據的獲取難度較大，而且結構可靠性模型的構建工作較為繁瑣，所以使用積分計算方法計算P2很難獲得正確的計算結果，而工程結構涉及的計算內容較多，在這種數量較大的計算工作中，就不能使用積分計算方法。

（二）可靠度分析方法

目前主流使用的結構可靠度分析方法可以分為四種：第一種近似計算方法，根據笛卡爾隨機理論作為核心，使用一次二階矩陣完成計算，該方法主要根據收集到的樣本方差與平均值進行計算，可以計算出概率分布基本特征，該方法對樣本數量的要求較高，只要數量足夠多，就可以非常精準的計算出可靠性結果。第二種廣義隨機方法，通過廣義隨機空間理論作為基礎，使用一次二階矩陣進行計算，在工程建筑結構中，隨機變量的相關性非常密切，在這種環境中，就可以使用該方法進行計算。第三種為二次二階矩陣，該方法使用數學逼近模型進行計算，通過拉普拉斯漸進原理計算結構可靠度，該方法計算出的結果與實際結構吻合度較高。第四種為響應面方法，部分結構無法給出準確的功能函數表達式，所以需要該方法使用明確的函數替代不準確的表達式，使結構可靠性可以進行計算。這些方法都是為了提高可靠性計算結果的精度，在不同的情況下選擇合理方法，對降低計算工作量，提高實驗結果精度有著非常重要的意義。

二、建筑結構設計現有問題

我國建筑業發展速度較快，但是在結構設計方法大幅度變化的環境下，最初的結構設計規范出現了許多問題，雖然近年來正在不斷進行改正與優化，但是現有的問題仍然比較明顯，具體表現為以下幾點：

（一）設計年限使用問題

目前標準的建筑使用年限按照50年、100年為主，這幾種基本的年限覆蓋了大多數建筑，但是仍有一些建筑提出了不同的使用年限要求。在傳統分析過程中，新標準無法明確反映出復雜的年限情況，而且年限變化主要根據結構重要性進行計算，這種方法導致使用年限的標準不夠完善。在使用年限不斷增大的過程中，建筑結構的可靠度也會發生變化，由于重要系數不斷增加，在考慮的過程中沒有明確分析使用年限的實際情況，導致最終計算的結果存在較大偏差。

（二）重要性系數簡單

在標準規范中，結構重要性系數只使用0.9、1.0、1.1這幾個固定值，但是并沒有考慮不同環境下結構的受力情況、荷載作用、重要性等數據，只使用簡單的固定值進行計算，就會導致結果出現背離現象，而數據結果也會過于保守，使可靠度準確性下降。由于計算結果不準確，就會呈現出建筑安全性不足的問題，所以重要性系數在計算過程中，需要進行合理的取值。

（三）設計表達缺陷

部分建筑結構設計存在表達上的缺陷，這種情況下就會導致建筑結構不合理，而且我國大多數建筑企業仍然使用落后的結構表達式，沒有及時學習國際上先進的計算方法，導致表達式影響建筑結構整體效果。

三、建筑結構可靠度研究方法

根據現有制度存在的問題，結合我國可靠度設計規范，本文制定出集中針對性的可靠度設計實用方法，用以彌補制度缺陷。

（一）鋼筋混凝土可靠度設計

在明確建筑設計期限的前提下，結合建筑結構、功能、重要性、使用需求，提出了混凝土可靠度設計。該方案需要將耐久退化因素融入設計之中，對結構可靠度進行綜合分析，由于環境因素差別較大，所以建筑結構會出現不同情況的耐久退化，而不同程度的退化，對預期使用荷載水平會帶來較大影響。在設計建筑可靠度的過程中，需要將多種因素融入其中，制定出科學的可靠性定量指標。

（二）給定環境下的可靠度使用原則

在不同環境下使用的可靠性計算方法也需要進行調整，在制定鋼筋混凝土使用壽命時也可以進行使用。該方法要求在使用壽命內的可靠度指標需要高于標準指標。在進行計算的過程中，需要先計算試用期的抗力衰竭指標，并且完成定量分析，之后逐漸提高初始可靠度指標。根據現行結構設計方案，將已經完成分析的指標轉變為耐久性折減系數，并且通過表達式計算荷載，該方法具有計算簡單，人工操作方便的優點。

（三）預期耐久性參數

目前鋼筋混凝土構建方法可以分為五種常用的構建結構，這五種結構可以在計算不同鋼筋混凝土結構耐久性上使用，其中包括構建可靠性、試用期辯護、耐久可靠性、設計表達式、耐久性系數。大多數建筑環境中的鋼筋水泥銹蝕度接近，但是在潮濕環境下的鋼筋水泥銹蝕度會出現較大變化，部分建筑建設環境較為潮濕，導致鋼筋出現銹蝕作用，使建筑結構受剪性發生較大變化。建筑結構耐久性退化是非常重要的因素，我國常見的建筑使用期限為50年，在建筑使用過程中，期限較短，可靠性指標并不會發生較大變化，所以無需考慮這種因素帶來的不良影響。但是如果建筑使用期限大于50年，就會導致這一因素的影響逐漸上升，對結構耐久性也會造成較大影響，所以在設計階段，需要合理分析這一影響因素。

結束語

建筑結構設計可靠度直接影響國家建筑水平，尤其是經濟發展的過程中，人們對建筑可靠度提出了更多的要求。本文根據建筑結構可靠度的概念進行分析，提出了常用的結構可靠度分析方法，并且對現有的可靠度設計問題進行了闡述。由于建筑所處的環境不同，所以可靠度也會出現較大變化，需要根據實際施工環境進行分析，以荷載作用、材料老化、服役環境進行分析，設計出針對性的可靠度計算方案，為提高建筑工程質量提供保障。

參考文獻

[1] 黃挺.建筑結構設計可靠度的影響因素與比較研究[J].科技傳播，2013，16（23）15-16.

[2] 王杰華.當議建筑結構設計可靠地的影響因素與對比[J].科技風，2013，12（29）：45-46.

[3] 高守興.論建筑結構設計中的安全度和可靠度[J].中國房地產.20l2，10（12）：36-37.

[4] 梁偉盛.腋撐式鋼筋混凝土結構轉換層理論分析及抗震性能研究[D].華南理工大學，2012（02）：1-65.

[5] 李春霞.CFRP加固負載混凝土梁抗彎承載力及可靠度研究[D].武漢理工大學，2012（10）：1-58.