建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計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)計過程中，在特定的環(huán)境和時間條件下所能實現(xiàn)的自身功能的計算。這種方法主要是從概率的角度來計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。本文對建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計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)變量法計算整體可靠性有一定的缺陷，且相關(guān)的計算精度很有限，在對現(xiàn)行建筑工程結(jié)構(gòu)設(shè)計進(jìn)行評定時，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，在運用笛卡爾隨機(jī)空間理論進(jìn)行結(jié)構(gòu)可靠度計算時，采用一次二階矩陣算法，采集樣本的均值和計算方法，實現(xiàn)了結(jié)構(gòu)的概率分布特征的描述。這種方法對樣本量的計算要求很高，一般情況下，計算結(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，可以通過迭代計算，在廣義空間范圍內(nèi)完成結(jié)構(gòu)設(shè)計可靠性的計算。在結(jié)構(gòu)可靠性計算過程中，采用拉普拉斯?jié)u近法，利用數(shù)學(xué)近似模型進(jìn)行可靠性計算。反應(yīng)面法也是可靠性計算中常用的一種方法，雖然它不能用實際功能函數(shù)表達(dá)式來計算，但是它本身可以用類似的替代方法來計算。此方法可大大減少整體計算次數(shù)，同時對理論計算和實際測試次數(shù)有較好的控制，在一定程度上保證了計算結(jié)果的準(zhǔn)確性。

一、建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計可靠性影響因素分析與比較

1.抗力變化

抗力變化對結(jié)構(gòu)可靠度的影響對于建筑物是非常明顯的。總的來說，對于建筑來說，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)場調(diào)查與分析，我們發(fā)現(xiàn)，荷載對建筑物的影響，不僅影響建筑物的整體安全，而且在長期的荷載作用下，還會對建筑物產(chǎn)生累積破壞。安全性效應(yīng)主要是指結(jié)構(gòu)在其設(shè)計荷載極限不能承受現(xiàn)有荷載壓力時，對結(jié)構(gòu)的安全性會產(chǎn)生影響，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)嚴(yán)重失效。累積損傷按其實際情況又可分為動態(tài)計算損傷和靜態(tài)損傷。第二，影響環(huán)境因素。建筑在長期的使用過程中，必然會受到周圍自然環(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受到影響。例如，當(dāng)?shù)叵滤⑼寥篮涂諝庵械亩趸歼M(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，對材料的影響。建筑材料在長期的使用過程中，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。這個材料問題，也是影響建筑結(jié)構(gòu)抗力，進(jìn)而影響整個設(shè)計可靠性的重要因素。

2.外部載荷

本文在分析現(xiàn)有建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計可靠性影響的基礎(chǔ)上，主要依據(jù)《建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》的目標(biāo)可靠性指標(biāo)進(jìn)行了計算和衡量。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)，分析計算了規(guī)范安全系數(shù)。但是，必須認(rèn)識到，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。一般來說，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)計的標(biāo)準(zhǔn)值。當(dāng)各個建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計壽命不一致時，應(yīng)按有關(guān)規(guī)定執(zhí)行，相應(yīng)的設(shè)計荷載和耐久性措施應(yīng)根據(jù)設(shè)計壽命確定。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)境的變化都會影響其安全與使用壽命。在設(shè)計使用期間，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，無論設(shè)計方案還是施工質(zhì)量，都會直接導(dǎo)致建筑的實際阻力和設(shè)計阻力發(fā)生偏差。因此，在進(jìn)行阻力統(tǒng)計分析時，應(yīng)盡可能對影響工程質(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)量管理確保整個工程的質(zhì)量，保證結(jié)構(gòu)設(shè)計的可靠性，提高結(jié)構(gòu)設(shè)計的可靠性。

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。電阻隨時間逐漸減小，其時間函數(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，在未來的工程結(jié)構(gòu)設(shè)計中，必須考慮到阻抗衰減對可靠性的影響。

二、對提高結(jié)構(gòu)設(shè)計可靠性的幾點思考

建筑用能系統(tǒng)的可靠性要求建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計者必須提高對其可靠性的重視程度，同時又要提高自身的專業(yè)技術(shù)水平，以高度的責(zé)任感對待建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計工作。建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計本身具有很強(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)計合理科學(xué)。深入研究并嚴(yán)格遵循國家建筑規(guī)范，是進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的重要環(huán)節(jié)。認(rèn)真處理設(shè)計工作中的各種違規(guī)或“鉆空子”行為，確保設(shè)計工作符合規(guī)范要求。建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計人員還應(yīng)掌握更科學(xué)的可靠性計算方法。例如，概率設(shè)計法（極限狀態(tài)法），其設(shè)計原則主要是，對于規(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)計工作的順利進(jìn)行，提高結(jié)構(gòu)設(shè)計的可靠性，各建筑設(shè)計企業(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)計的實際情況，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)計的順利進(jìn)行。

2.提高設(shè)計師的綜合素質(zhì)

各設(shè)計單位應(yīng)加強(qiáng)對工程結(jié)構(gòu)設(shè)計師綜合素質(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)計企業(yè)應(yīng)積極開展各種形式的宣傳教育活動，使廣大設(shè)計師充分認(rèn)識到自己的工作重要性，增強(qiáng)責(zé)任感和榮譽感。

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

三、結(jié)語

總的來說，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計可靠性一直是結(jié)構(gòu)設(shè)計工作中不可缺少的一部分。伴隨著我國建筑技術(shù)的不斷發(fā)展，結(jié)構(gòu)設(shè)計的可靠性研究水平不斷提高，其應(yīng)用領(lǐng)域也越來越廣泛。建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計者在新的環(huán)境和形勢下，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。