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(shù)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(fā)展速度不斷加快,建筑結構可靠性理論也得到了快速的發(fā)展,在建筑市場逐漸趨向平衡發(fā)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(yè)發(fā)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(xiàn)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(guī)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(yōu)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(fā),制定出針對性的優(yōu)化方案,保證建筑可靠性滿足社會發(fā)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(guī)定時間與標準環(huán)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(shù)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(shù)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(shù)量的要求較高,只要數(shù)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(huán)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(shù)學逼近模型進行計算,通過拉普拉斯?jié)u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(shù)表達式,所以需要該方法使用明確的函數(shù)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(xiàn)有問題
我國建筑業(yè)發(fā)展速度較快,但是在結構設計方法大幅度變化的環(huán)境下,最初的結構設計規(guī)范出現(xiàn)了許多問題,雖然近年來正在不斷進行改正與優(yōu)化,但是現(xiàn)有的問題仍然比較明顯,具體表現(xiàn)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(shù)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(tǒng)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(fā)生變化,由于重要系數(shù)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(shù)簡單
在標準規(guī)范中,結構重要性系數(shù)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(huán)境下結構的受力情況、荷載作用、重要性等數(shù)據,只使用簡單的固定值進行計算,就會導致結果出現(xiàn)背離現(xiàn)象,而數(shù)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(xiàn)出建筑安全性不足的問題,所以重要性系數(shù)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(shù)建筑企業(yè)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(xiàn)有制度存在的問題,結合我國可靠度設計規(guī)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(huán)境因素差別較大,所以建筑結構會出現(xiàn)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(huán)境下的可靠度使用原則
在不同環(huán)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(xiàn)行結構設計方案,將已經完成分析的指標轉變?yōu)槟途眯哉蹨p系數(shù),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(yōu)點。
(三)預期耐久性參數(shù)
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(shù)。大多數(shù)建筑環(huán)境中的鋼筋水泥銹蝕度接近,但是在潮濕環(huán)境下的鋼筋水泥銹蝕度會出現(xiàn)較大變化,部分建筑建設環(huán)境較為潮濕,導致鋼筋出現(xiàn)銹蝕作用,使建筑結構受剪性發(fā)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(fā)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(fā)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(xiàn)有的可靠度設計問題進行了闡述。由于建筑所處的環(huán)境不同,所以可靠度也會出現(xiàn)較大變化,需要根據實際施工環(huán)境進行分析,以荷載作用、材料老化、服役環(huán)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。
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