建筑结构设计可靠度的理论内涵与影响因素

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孔庆富

方舟国际设计有限公司

摘要

本文以建筑结构设计可靠度为研究对象,分析了建筑结构设计可靠度的相关理论依据与内涵,并重点探讨了其影响因素和比较结果,具有一定的理论性和指导性,希望可以为相关主体带来一定的启迪。


关键词

建筑结构;可靠度;理论内涵;影响因素

正文

市场经济水平的提高,人们的生活质量也有了很大改善,对于建筑的功能要求越来越高,因此,只有对建筑结构设计进行完善,才能保证建筑设计合理性,进一步提高建筑的安全性以及牢固性。在建筑工程发展中,建筑技术以及建筑结构也在持续发展,并且建筑结构越来越复杂,相同建筑结构的功能也越来越复杂,一定程度上增加了建筑结构设计难度,因此,对建筑结构设计可靠度影响因素进行分析势在必行。

    1、建筑结构设计可靠度的理论内涵

    1.1时效模式

在建筑工程中,建筑结构体系可靠度存在各种失效模式,对于建筑具有重要影响,并且,在实际研究中存在较大失效概率值模型可以作为内容对建筑结构的可靠性进行研究。就目前来说,在建筑结构研究过程中可以利用许多方式找到建筑结构失效模式,例如 :负载增量法、网络搜索方法、分支约界方法等。分支约界方法是目前应用在寻找建筑就结构失效模型中最为广泛的方法。在工作过程中工作人员需要进行大量的概率计算。因此,概率计算也是建筑结构可靠度的主要构成部分。对于建筑结构系统失效概率的计算可以看做是对多维正态概率分布问题的计算。

    1.2承载能力可靠度分析

建筑结构概率极限设计中,工作人员第一步应该及时对建筑结构安全问题进行分析,只有在保证建筑结构安全的基础上才能开展相应的工作。建筑结构极限承载力失效可以分为两种形式进行叙述,(1)在设计基准期内,结构第一次出现超越失效状况。如果整个建筑结构的荷载反应只有一次大于建筑结构的整体抗力,那么建筑结构就会遭到破坏。(2)累积损伤失效,此种状况主要是由建筑结构受到反复荷载所导致的结果。如果建筑结构的损伤达到一定程度时,出现这种情况的主要原因是建筑结构是聚到结构损伤引起。因此,在建筑结构设计过程中,工作人员必须保证建筑在极限荷载情况下具有零号的安全性,同时,还要确保建筑各项功能可以在建筑正常负荷情况下整合使用。

    1.3疲劳抗震可靠度分析

结构疲劳破坏或地震破坏属于建筑结构累积损伤,建筑结构一般情况下都处于低应力水平。建筑如果在弹性状况下,在某荷载的反复作用下,工作人员就必须要采用概率法对建筑结构进行分析,判断建筑结构是否会受到破坏。同时,地震破坏属于低周疲劳,此时建筑结构一般都处高应力水平,重复荷载相对较少,在对其结构概率分析过程应该依据实际情况以随机振动理论以及结构抗震设计要求为基础进行设计。

    1.4钢筋混凝土结构可靠度分析

在建筑工程中,钢筋混凝土结构是建筑工程主要结构之一,其可靠性主要包括施工周期以及老化周期。整个建筑工程的施工过程就是将工程设计转化为建筑实物的过程。在施工中由于各种因素的影响,存在复杂性以及不确定性,导致建筑结构的性能难以确定。另外,对于材料性能的研究不够透彻,并且不能及时对建筑工程施工进行管理,导致施工存在较高风险。根据电阻衰减规律,可以及时对建筑钢筋混凝土结构老化周期可靠性进行全面分析。所以,在对建筑钢筋混凝土结构施工以及有效期的可靠性进行研究时,需要及时依据实际情况构建相应的施工管理措施,不仅可以提高施工质量,而且还可以保证建筑施工安全,还可以及时掌握建筑结构使用寿命以及老化状况进行了解。

    2、建筑结构设计可靠度的影响因素与比较结果

    2.1目标可靠指标的合理确定

对建筑工程项目实体结构而言,在抗力以及结构荷载效应水平维持既定状态的前提下,建筑结构设计中目标可靠指标实质上是结构上部荷载效应与规定抗力概率密度以及搭接面积之间的关联性。在建筑结构安全性评价中,目标可靠指标同样作为一项非常重要的综合性因素而存在,直接影响了结构设计的可靠性水平。我国现行建筑结构设计标准明确指出,建筑结构设计目标可靠指标是在荷载水平以及抗力概率分布既定条件下,通过对原建筑设计规范安全系数进行校准的方式而确定的。

    2.2 可变荷载范围与分布的影响

在目标可靠指标相等的条件下,建筑结构设计的可靠度会随着荷载大小的不同而发生变化,可以看出,变荷载在荷载水平中的重要性不言而喻。在建筑工程中,主要将可变荷载划分为楼面活荷载水平和自然环境荷载水平。(1)楼面活荷载水平,指的是通过实现对荷载均值的有效控制,以确保建筑结构的稳定性。(2)自然环境荷载水平,指的是受各种自然灾害引发的。不难发现,在自然条件下,荷载水平是与基准时间相挂钩的,同时考虑到主要是通过年限最大统计值来计算自然环境荷载水平,因此可以得知荷载水平和基准时间是正比关系的,即基准时间延长,其水平变高。由此可见,可变荷载概率分布参数的准确度将会影响到建筑结构设计的可靠度。

    2.3 最不利荷载效应组合的影响

建筑结构可靠度指标通常与建筑结构设计标准存在非常密切的关联性,即充分考虑三种基本荷载效应组合以及 14种基本构建校准对建筑结构可靠性水平的影响。建筑结构的其他荷载效应组合下目标可靠度指标与该水平处于同等状态。在校准和分析建筑结构构建目标可靠度指标时,必须遵循恒载、风载以及活载作用力组合工况,以及恒载、风载、雪载、以及活载作用力组合工况两种条件下建筑结构目标可靠度质保的一致性,但在荷载可靠度水平上是允许存在一定的差异性。

2.4比较结果

在目标可靠指标的比较过程中,将我国钢筋混凝土目标可靠度与美国进行对比可发现,我国钢筋混凝土结构承载能力的目标可靠数值在抗弯、抗剪方面均优于美国,在抗压、大偏心受压方面则劣于美国在我国可变荷载与美国的比较过程中,可发现自然荷载的影响程度主要受到基准期的影响,基准期时间越长则建筑结构自身荷载能力就越强。

3、结语

综上所述,建筑结构可靠度设计对保证建筑结构的稳定性、安全性和耐久性均有非常重要的作用,相关设计人员需要重视目标可靠指标、可变荷载、施工质量以及结构抗力对建筑结构可靠度的影响,确保建筑结构设计可靠度能够充分满足建筑结构的各项设计要求。

 

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