建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可靠度影響因素與比較分析

鄧侶偉

江西同濟(jì)建筑設(shè)計(jì)咨詢有限公司

摘要：在進(jìn)行建筑設(shè)計(jì)時(shí)，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是非常關(guān)鍵的環(huán)節(jié)，設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，要充分考慮建筑結(jié)構(gòu)承受的外界抗力和載荷，保證建筑結(jié)構(gòu)的經(jīng)濟(jì)成本和建筑結(jié)構(gòu)安全始終呈現(xiàn)平衡狀態(tài)。另外，在進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)計(jì)人員還要能夠?qū)ㄖY(jié)構(gòu)穩(wěn)定性造成影響的因素進(jìn)行分析，以保障建筑結(jié)構(gòu)的質(zhì)量能達(dá)到相關(guān)規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)。

關(guān)鍵詞：建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì); 可靠度; 影響因素

一、建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可靠度與結(jié)構(gòu)可靠度分析方法

（一） 結(jié)構(gòu)可靠度的基本概念

在進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)計(jì)人員要在規(guī)定的環(huán)境和時(shí)間內(nèi)完成建筑設(shè)計(jì)，并且在進(jìn)行建筑設(shè)計(jì)時(shí)，還要保障建筑結(jié)構(gòu)的可靠度能達(dá)到規(guī)定的要求。在進(jìn)行間建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)之前，設(shè)計(jì)人員要明確建筑的結(jié)構(gòu)可靠度，一般主要指建筑結(jié)構(gòu)是否符合設(shè)計(jì)功能，在建筑使用壽命期限內(nèi)，功能性得到發(fā)揮的概率。結(jié)構(gòu)可靠度的概率符號(hào)一般為P1，如果建筑機(jī)構(gòu)沒有達(dá)到預(yù)期的概率，那么就稱這個(gè)概率為失敗概率，符號(hào)為P2，并且結(jié)構(gòu)可靠概率和失敗概率相加為1，即P1+P2=1。但是在進(jìn)行參數(shù)統(tǒng)計(jì)時(shí)，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)隨機(jī)變量獲取困難的情況，導(dǎo)致建筑結(jié)構(gòu)可靠度概率模型無法得到精確的計(jì)算。在進(jìn)行是小概率計(jì)算時(shí)，即使是采用積分法對(duì)失效概率進(jìn)行計(jì)算，也會(huì)出現(xiàn)失效概率精準(zhǔn)度不達(dá)標(biāo)的情況，如果建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)量非常大的話，設(shè)計(jì)人員就不能采用這種方法進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)可靠度計(jì)算。

（二） 結(jié)構(gòu)可靠度分析方法

在對(duì)建筑結(jié)構(gòu)的可靠度進(jìn)行分析時(shí)，采用的方法一般主要分為四種：以笛卡爾隨機(jī)空間理論為基礎(chǔ)的一次二階矩陣算法、廣義隨身空間的一次二階矩陣法、二次二階矩陣法、響應(yīng)面方法。以笛卡爾隨機(jī)空間理論為基礎(chǔ)的一次二階矩陣算法，是一種簡(jiǎn)單的近似計(jì)算方法，在進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)可靠度計(jì)算時(shí)，需要采集建筑結(jié)構(gòu)樣本，并對(duì)其的方差和平均值進(jìn)行計(jì)算，對(duì)計(jì)算數(shù)值的概率分布特征進(jìn)行描述，這種計(jì)算方法需要采集大量的樣本，才能保障結(jié)構(gòu)可靠性計(jì)算的精準(zhǔn)度。設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)可靠度計(jì)算時(shí)，如果采用二次二階矩陣法，那么在進(jìn)行結(jié)構(gòu)性可靠度研究時(shí)，就要采用拉普拉斯?jié)u進(jìn)法，作為數(shù)學(xué)逼近模型中的重要組成部分，其的結(jié)構(gòu)可靠度計(jì)算結(jié)構(gòu)更符合建筑的實(shí)際可靠度。

二、 結(jié)構(gòu)可靠度的影響因素分析

（一） 抗力隨時(shí)間變化對(duì)結(jié)構(gòu)可靠度的影響

隨著建筑使用時(shí)間的延長(zhǎng)，建筑結(jié)構(gòu)抗力也會(huì)出現(xiàn)變化，其中對(duì)建筑結(jié)構(gòu)抗力造成影響的因素主要分為三種：建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)環(huán)境、建筑載荷、建筑材料老化的作用。建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)環(huán)境因素對(duì)建筑結(jié)構(gòu)可靠度造成的影響非常大，自然環(huán)境中存在很多腐蝕介質(zhì)，這些介質(zhì)會(huì)侵蝕到建筑結(jié)構(gòu)內(nèi)部，導(dǎo)致建筑結(jié)構(gòu)出現(xiàn)碳化等情況，在這個(gè)過程中地下水、空氣登封物質(zhì)會(huì)進(jìn)入到混凝土的內(nèi)部，使得混凝土內(nèi)部出現(xiàn)沉淀物，這些沉淀物主要是由氫氧化鈣組成，進(jìn)入混凝土內(nèi)部之后，鋼筋就會(huì)出現(xiàn)鈍化膜破裂的情況，混凝土的堿性也會(huì)大幅度的降低。作為建筑結(jié)構(gòu)抗力下降的主要因素，載荷作用對(duì)建筑結(jié)構(gòu)安全造成的影響非常大，設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，如果載荷大于建筑結(jié)構(gòu)的安全載荷，那么建筑結(jié)構(gòu)就會(huì)出現(xiàn)失效的情況。建筑運(yùn)行過程中始終處于載荷過低狀態(tài)的話，建筑結(jié)構(gòu)就會(huì)出現(xiàn)累計(jì)損傷。一般這種累計(jì)損傷主要分為兩種，一種為動(dòng)態(tài)累計(jì)損傷，一種為靜態(tài)累計(jì)損傷。

建筑結(jié)構(gòu)材料出現(xiàn)老化問題，也是建筑抗力下降的主要原因，隨著建筑結(jié)構(gòu)材料使用時(shí)間的逐漸延長(zhǎng)，材料的力學(xué)性能會(huì)逐漸下降，材料的強(qiáng)度也會(huì)逐漸降低。很多建筑工程在進(jìn)行施工時(shí)，采用的施工材料為活性材料，這些活性材料隨著實(shí)踐的推移化學(xué)成分反應(yīng)會(huì)出現(xiàn)一定的變化，骨料和外加劑會(huì)出現(xiàn)內(nèi)部作用。

（二）外加載荷的變化對(duì)結(jié)構(gòu)可靠度的影響

在進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中，建筑外加載荷會(huì)對(duì)建筑結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性造成的影響非常大。設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，要保障載荷和給定抗力的概率分布符合安全系數(shù)的要求，可靠度能達(dá)到建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。設(shè)計(jì)人員要明確即使建筑結(jié)構(gòu)可靠性標(biāo)準(zhǔn)相同，建筑結(jié)構(gòu)的外加載荷也不盡相同。在建筑結(jié)構(gòu)的外加載荷中，可變載荷占據(jù)著非常大比例，可變載荷主要分為自然環(huán)境載荷、樓面活載荷兩種，基準(zhǔn)期的長(zhǎng)短與自然載荷的大小有著非常直接的關(guān)系，基準(zhǔn)期越長(zhǎng)，自然載荷的水平就越高。建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)在和平均值的大小就是樓面活載荷。

（三）工程質(zhì)量

在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，其工程的設(shè)計(jì)和施工的質(zhì)量的好壞主要會(huì)導(dǎo)致建筑結(jié)構(gòu)的實(shí)際的抗力和設(shè)計(jì)的抗力之間的偏差。因此，在抗力統(tǒng)計(jì)的分析中，我們應(yīng)該盡量的對(duì)于可以預(yù)先考慮的有關(guān)影響工程質(zhì)量的各種因素進(jìn)行相關(guān)的分析和研究。另外，我們還應(yīng)該加強(qiáng)工程施工的各個(gè)環(huán)節(jié)的質(zhì)量控制。

三、 提出幾點(diǎn)意見

（一）提高設(shè)計(jì)人員的可靠意識(shí)

建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的可靠性與設(shè)計(jì)人員的可靠性意識(shí)有著非常直接的關(guān)系。因此，在進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)計(jì)人員要提升自身的可靠性意識(shí)，提高建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的精確性和復(fù)雜性，嚴(yán)格要求設(shè)計(jì)人員，保障設(shè)計(jì)人員的專業(yè)素質(zhì)和工作態(tài)度都能達(dá)到規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)。設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，要有意識(shí)的增強(qiáng)字自己的可靠意識(shí)，認(rèn)真學(xué)習(xí)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的各種規(guī)范和知識(shí)，以減少建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中出現(xiàn)的問題。

（二）遵守國家建筑規(guī)范

設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，要嚴(yán)格按照建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范進(jìn)行設(shè)計(jì)，根據(jù)我國建筑行業(yè)發(fā)展的實(shí)際情況進(jìn)行設(shè)計(jì)，保障建筑結(jié)構(gòu)能夠滿足人們的需求。我國建筑的相關(guān)法律法規(guī)是根據(jù)我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展的實(shí)際情況制定的，相關(guān)的法律條文有著一定的法律效力，并且具有強(qiáng)制性，如果建筑工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不符合國家規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)，就要及時(shí)將具體情況反映給國家，并根據(jù)建筑結(jié)構(gòu)施工的具體情況，制定符合國家規(guī)定的解決措施。另外，在進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，如果存在鉆規(guī)則空子的設(shè)計(jì)人員，相關(guān)部門要依據(jù)相關(guān)規(guī)定對(duì)設(shè)計(jì)人員進(jìn)行處理。

（三） 注重創(chuàng)新

設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，要根據(jù)社會(huì)發(fā)展的實(shí)際情況，創(chuàng)新建筑結(jié)構(gòu)。計(jì)算機(jī)在建筑設(shè)計(jì)中被廣泛應(yīng)用，設(shè)計(jì)人員利用計(jì)算機(jī)制造出高仿真的建筑模型，為設(shè)計(jì)出造型新穎、外形獨(dú)特的建筑物提供了技術(shù)支持。要提高建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可靠度需要結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員進(jìn)行開發(fā)創(chuàng)新，推陳出新，開發(fā)出更好的軟件用于建筑設(shè)計(jì)。

（四）可變載荷

從上文可知，可變載荷是影響建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可靠性的重要因素。據(jù)悉，我國和美國樓面的活載荷標(biāo)準(zhǔn)值相比，美國樓面的活載荷采用的標(biāo)準(zhǔn)值要比我國的標(biāo)準(zhǔn)值要大很多，其平均值大概大一倍左右。我國的自然環(huán)境載荷的標(biāo)準(zhǔn)和美國的自然環(huán)境載荷的標(biāo)準(zhǔn)相比，我國和美國的自然環(huán)境載荷水平大致相當(dāng)。但是風(fēng)荷的標(biāo)準(zhǔn)值我國是每30年左右遇到一次。而美國的風(fēng)荷標(biāo)準(zhǔn)值是每50年左右遇到一次。但是，風(fēng)載荷均值和標(biāo)準(zhǔn)值相比，我國與美國相比要高。我國和美國的風(fēng)載荷均值是大致相當(dāng)?shù)摹?/p>

四、結(jié)語：

綜上所述，在進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)計(jì)人員要加大對(duì)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可靠度的重視，減少建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的安全隱患。另外，在進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)計(jì)人員還要對(duì)其的可行性和可比性進(jìn)行分析，保障建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)能符合規(guī)定的機(jī)構(gòu)規(guī)劃設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，并根據(jù)建筑施工區(qū)域的實(shí)際情況，對(duì)建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整，以提升建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理性和規(guī)范性。

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