劉　玲（廣州寶賢華瀚建筑工程設(shè)計有限公司南昌分公司，江西南昌330000）

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建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計可靠度影響因素與比較分析

劉玲（廣州寶賢華瀚建筑工程設(shè)計有限公司南昌分公司，江西南昌330000）

本文首先對建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計可靠度的基本概念與分析方法進行了簡要的介紹，然后對建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計可靠度的影響因素進行了簡要的分析，最后對建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計可靠度水平進行了比較分析，具有一定的借鑒意義。

建筑結(jié)構(gòu)；可靠度；影響因素；比較分析

1　建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計可靠度的基本概念與分析方法

1.1建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計可靠度的基本概念

所謂的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計可靠度就是指工程設(shè)計師設(shè)計的建筑結(jié)構(gòu)在既定的時間與環(huán)境之下實現(xiàn)設(shè)計者要求功能的一種能力。因此可以理解為：建筑結(jié)構(gòu)可靠度指的是在其應(yīng)用期間可以順利的實現(xiàn)設(shè)計功能的概率，我們可以用P1進行表示，反之建筑結(jié)構(gòu)若無法實現(xiàn)預(yù)定功能，將這一概率稱之為失效概率，用P2進行表示，因此可以得出P1+P2=1。因為現(xiàn)在很難得出實際隨機變量的參數(shù)與推斷結(jié)構(gòu)可靠度概率分布模型，因此在實際應(yīng)用中直接應(yīng)用積分法對P2開展計算也未必可以得出需要的計算精度。因此就那些大規(guī)模的建筑工程結(jié)構(gòu)設(shè)計而言，積分方法較不適用。

1.2建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計可靠度的分析方法

當(dāng)前結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計可靠度分析方法有以下四種：①近似計算方法，這一方法主要是以笛卡爾隨機空間理論作為依據(jù)的一次二階矩陣算法，通過近似計算方法可以用計算采集樣本的方差與平均值對所有概率分布的特征進行描述，唯有采集了足夠的樣本，這一計算方法的精度才可以符合工程的實際需求；②應(yīng)用廣義隨機空間之中的一次二階矩陣法。通常而言，在建筑工程實際施工中，可靠度計算的眾多隨機變量間往往有較大的相關(guān)性，能夠直接于廣義空間之中建立建筑結(jié)構(gòu)可靠度計算的迭代公式；③二次二階矩陣法，這一方法主要是應(yīng)用數(shù)學(xué)逼近模型之中的拉普拉斯?jié)u進法來對建筑結(jié)構(gòu)的可靠度進行研究，并取得和實際相符的結(jié)構(gòu)；④響應(yīng)面法，因為實際生活中一些建筑結(jié)構(gòu)無法給出實際功能函數(shù)的表達式，因此相應(yīng)面法的主要原理為應(yīng)用具有明確表達式的函數(shù)來代替無法明確表達的結(jié)構(gòu)功能函數(shù)。就建筑結(jié)構(gòu)可靠度分析上而言，通過這一方法可以有效的降低理論計算與實際試驗的次數(shù)，從而使得建筑結(jié)構(gòu)可靠度分析的精度得以有效的提高。

2　建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計可靠度的影響因素分析

2.1目標(biāo)可靠指標(biāo)

在既定的荷載效應(yīng)S以及抗力R之下，如圖1所示，能夠直觀的看出，實際上目標(biāo)可靠指標(biāo)為荷載效應(yīng)與規(guī)定抗力概率密度PR以及PS搭接的面積。除此之外，目標(biāo)可靠指標(biāo)還是建筑結(jié)構(gòu)安全水平的一項綜合指標(biāo)，對結(jié)構(gòu)設(shè)計的可靠度水平具有十分直接而重要的影響。在我國建筑設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)之中規(guī)定，目標(biāo)可靠指標(biāo)是在既定荷載與抗力的概率分布之下對原規(guī)范安全系數(shù)進行校準(zhǔn)而確定下來的。

2.2可變荷載水平與分布參數(shù)

一般而言，在目標(biāo)可靠指標(biāo)相等而荷載大小不等的時候，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的可靠度也會存在一定的差別，因此我們可知可變荷載在荷載水平之中具有十分重要的作用。在建筑工程中可以把可變荷載分為兩個方面，分別是：自然環(huán)境荷載水平與樓面活荷載水平。其中自然環(huán)境荷載水平主要是因為重大

圖1荷載PR和抗力PS概率密度及其關(guān)系自然災(zāi)害或者地震作用而產(chǎn)生的，而樓面活荷載水平主要是通過控制荷載均值來不斷提高建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。需要注意的是，自然條件下的荷載水平和基準(zhǔn)時間具有重要的聯(lián)系，但因為自然環(huán)境荷載水平大多是依據(jù)年限最大統(tǒng)計值來計算出的，因此荷載水平會隨著基準(zhǔn)時間的延長而變高。通過一系列的調(diào)查實踐發(fā)現(xiàn)，可變荷載概率分布參數(shù)準(zhǔn)確與否同樣會對建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計可靠度產(chǎn)生相應(yīng)的影響，若將圖1之中的實線當(dāng)做目標(biāo)可靠指標(biāo)荷載效應(yīng)，而把圖中的虛線也當(dāng)做荷載效應(yīng)，這代表著建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計并非最終目標(biāo)可靠指標(biāo)，其仍需再次的進行計算。

2.3工程質(zhì)量

在建筑工程開始正式的施工前，若工程施工方未將工程的設(shè)計、施工以及驗收等工作環(huán)節(jié)的質(zhì)量控制工作做好，極易致使建筑結(jié)構(gòu)的實際抗力和所設(shè)計的抗力之間存在較大的偏差，進而導(dǎo)致建筑結(jié)構(gòu)的可靠度無法達到所規(guī)定的可靠度。因此，在對建筑結(jié)構(gòu)抗力開展統(tǒng)計與分析的時候，應(yīng)該重點對影響建筑工程質(zhì)量的因素開展研究，并且及時的采取措施進行有效的處理。除此之外，還應(yīng)該不斷增強對工程施工過程的質(zhì)量管理工作，保證建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的科學(xué)性與合理性，從而使得建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的可靠性得以有效的保證。

2.4最不利荷載效應(yīng)組合

經(jīng)過相關(guān)的調(diào)查研究發(fā)現(xiàn)，我國的建筑結(jié)構(gòu)構(gòu)件可靠指標(biāo)通常是依據(jù)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)確定的，也就是根據(jù)三種基本荷載效應(yīng)組合以及十四種基本構(gòu)件校準(zhǔn)來確定的。建筑結(jié)構(gòu)的其他荷載效應(yīng)組合之下的目標(biāo)可靠指標(biāo)和這一水平是同等的。通常而言，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計是不利于荷載效應(yīng)組合控制作用的發(fā)揮的，其發(fā)揮的不利程度的不同，會使得建筑結(jié)構(gòu)實際可靠度也有所不同，而建筑結(jié)構(gòu)可變荷載水平的影響因素也與之相似。在對建筑構(gòu)件目標(biāo)可靠指標(biāo)進行校準(zhǔn)的時候，應(yīng)該遵循“恒載+風(fēng)載+活載”以及“恒載+風(fēng)載+雪載+活載”，這兩種荷載效應(yīng)組合的目標(biāo)可靠質(zhì)保是相同的，但是其具有不同的可靠度水平。

3　建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計可靠度水平比較分析

3.1可靠指標(biāo)

據(jù)相關(guān)調(diào)查研究發(fā)現(xiàn)，國際上對建筑結(jié)構(gòu)可靠性要求是依照結(jié)構(gòu)的承載力所決定的。建筑結(jié)構(gòu)的承載極限通常根據(jù)3.1、3.8以及4.3三個指標(biāo)來對其可靠度進行判別。當(dāng)前我國建筑結(jié)構(gòu)的延性與脆性構(gòu)件的指標(biāo)主要有：2.7、3.2、3.7以及3.2、3.7、4.2。就以上數(shù)值我們可以發(fā)現(xiàn)，我國的可靠性指標(biāo)雖然已慢慢接近國際的水平，但仍然較低。相關(guān)工作人員根據(jù)中國、美國以及墨西哥的建筑結(jié)構(gòu)可靠度指標(biāo)開展了對比分析，如表1所示。

表1　鋼筋混凝土構(gòu)件目標(biāo)可靠指標(biāo)比較分析表

從表格中的數(shù)據(jù)我們可以發(fā)現(xiàn)，我國和美國在鋼筋混凝土構(gòu)件目標(biāo)可靠指標(biāo)上較為接近，但是相比于墨西哥，我國的鋼筋混凝土構(gòu)件目標(biāo)可靠度較低。因此對我國和美國在鋼筋混凝土構(gòu)件可靠指標(biāo)開展了進一步的比較分析，如表2所示。

表2　鋼構(gòu)件目標(biāo)可靠指標(biāo)比較分析表

從表2中的數(shù)據(jù)我們可以發(fā)現(xiàn)，在恒載與荷載的組合之下，我國的鋼筋構(gòu)件目標(biāo)可靠之與美國的值較為接近，相關(guān)指標(biāo)之間的差距較小，但節(jié)點指標(biāo)較之于美國略低，而且在存在地震的組合之下，建筑結(jié)構(gòu)的眾值烈度指標(biāo)與美國相差較小。但是，就總體而言我國的建筑結(jié)構(gòu)可靠度與美國的相比仍然有較大的差距。

3.2可變荷載

因為建筑樓面的活荷載是一個隨即變量，而且荷載的水平是由均值的大小所決定的。通過我國與美國活荷載準(zhǔn)值的比較，美國應(yīng)用的活荷載標(biāo)志值要遠遠大于我國，大約為我國的二倍。就自然荷載的對比，中美荷載標(biāo)準(zhǔn)值水平并沒有較大的差別，但美國的風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值是50年一遇，而我國的則是30年一遇，所以，相比于美國，我國的風(fēng)荷載均值要高得多。需要注意的是，可變荷載的標(biāo)準(zhǔn)值僅僅是個名義上的參考值，建筑結(jié)構(gòu)荷載的水平仍主要體現(xiàn)于總均值之上。

4　結(jié)束語

從上文我們可知，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計可靠度對建筑工程的整體質(zhì)量具有直接的影響，所以，建筑工程師應(yīng)該重視建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計可靠度相關(guān)內(nèi)容。在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的時候，應(yīng)該對建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計可靠度的影響因素進行全面的分析，并開展系統(tǒng)分析，盡量不斷完善并優(yōu)化建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計方案，這需要相關(guān)工作人員的不懈努力。

［1］趙爽奇.建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計可靠度的影響因素與比較研究［J］.知識經(jīng)濟，2014（3）：90～91.

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2016-2-21

TU318

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2095-2066（2016）10-0163-02