建筑结构设计可靠度的影响因素与比较

【摘 要】随着城市化进程的迅速发展,我国建筑行业也在不断的发展.而建筑结构设计的可靠度直接关系着使用人员的人身安全,其重要性逐渐引起了大众的关注.如何提高建筑结构设计的可靠性成为了广大建筑工程设计师的一个重要课题.本文就建筑结构设计方面进行了一些探讨,分析了建筑结构设可靠性的影响因素,从而提高建筑工程结构设计的质量,期望能为建筑设计行业的同行们提供一点浅薄的理论性参考.

【关 键 词】建筑结构；设计；可靠性；影响因素；比较分析

1.引言

建筑结构设计是整个建筑施工的基础,建筑建构的可靠性直接影响着整个建筑的质量安全.因此,综合分析建筑结构设计可靠性的影响因素,优化结构设计.本文首先分析了建筑结构设计的四个可靠度的影响因素,即可变荷载水平和分布参数、工程质量、抗力衰减、最不利荷载效应组合这四个方面的因素,从而引出目标可靠指标,并就目标可靠指标、可变荷载这两个指标进行综合比较研究.

2.建筑结构设计可靠度的影响因素分析

2.1可变荷载水平和分布参数

在设定荷载要求不同的建筑结构,对其建筑结构设计的可靠度要求也是不同的.因此,在有关荷载水平和分布参数的影响下,占主导地位的就是可变荷载水平的影响.可变可在主要分为两类,即自然环境荷载和楼面活荷载.其中,自然环境荷载就包括有风载,雪载等受到自然规律要求或者受自然规律支配的荷载.楼面活荷载的主要要求是对基准期内的荷载均值的大小进行相关设计.而对自然环境荷载的要求通常是和基准期的长短挂钩的,这主要是由自然环境荷载是按照年最大值进行统计决定的,也就是说基准期越长,自然环境的荷载水平越高.因此,可变荷载概率的分布参数的精确程度直接影响建筑结构设计的可靠度.

2.2抗力衰减

由于建筑结构设计可靠度会受到环境荷载的影响,环境荷载的疲劳往往会导致环境腐蚀、材料老化、以及其他因素的发生,导致建筑结构构件的抗力随着时间的推移逐步衰减.通过以下公式可知,

LR等于LR（t）

这主要表现在抗力的标准差和均值是时间的函数.这也就意味着倘若我们能够准确的掌握抗力的分布参数,就能够从时间变化的规律中研究建筑结构设计的可靠性,这对提高建筑结构设计的可靠性有很大的现实意义.而且从发展的趋势上看,充分考虑建筑结构的抗力衰减能够,对在设计环节预先计算衰减损耗,以减少后期的抗力衰减,提高建筑结构设计的可靠性有着直观重要的影响.

3、现行结构设计方法的不足

3.1设计年限的考虑情况的不充分

我国建筑结构的使用年限标准主要有50年,70年和100年几种情况,但是不同的建筑结构设计决定着不同的使用年限.且使用年限变化也主要取决于建筑结构的重要系数.但是,这仍然不是十分科学合理的,因为使用年限的增大不仅会导致建筑结构结构的重要系数增加,建筑结构的荷载也会随之发生变化,这主要是因为重要性系数和恒载是正比例的关系,重要性系数的增大必然会导致恒载效应增大.

3.2结构重要性系数的取值简单

建筑结构的重要性系数取值简单,我国建筑结构的重要性系数主要是由三个固定值决定的,即0.9、1.0、1.1.这几个简单的值并不能够充分反映出建筑结构不同的构件在不同情况下的受力情况、荷载作用、重要性系数等.采用这样简单的计算往往会导致计算记过偏离实际情况,且通过这样的方式统计出来的数据必然是保守数据,导致建筑结构的安全性不足,因此,结构重要性系数的取值应该充分靠多各个构件的实际,不能一概而论.

4.建筑结构设计可靠度水平比较分析

为了能够最优地确定各个分项的指标,在进行建筑结构设计的时候,建筑设计师往往会根据不同构件对建筑荷载的抗力值和标准值进行设定,从而优化建筑结构设计,达到可靠指标的要求.因此,在进行建筑结构设计的时候,要注意以下两点,一是结构设计可靠度的水平的比较,二是调整结构设计的可靠度水平.在进行比较的时候,主要比较以下两个方面,即可变荷载和可靠指标.

4.1可靠指标

在国际上对建筑结构的可靠性要求主要是根据其承载力决定的.不同建筑结构的的承载极限状况主要按照3.1、3.8、4.3这三个指标判别可靠度.我国对建筑结构的靠靠性原则规定,已经建筑的脆性、延性的构件指标主要有两个,分别是2.7、3.2、3.7和3.2、3.7、4.2.通过上上述数值,我们不难看出.虽然我国的可靠性指标虽然已经逐渐接近国际水准,但是我国的标准指标仍然是偏低的.笔者就美国,墨西哥的建筑结构可靠性指标进行对比,如图1所示：

极限状态中国美国墨西哥

抗压3.664.105.80

抗弯3.293.204.25

抗剪3.053.004.75

抗扭2.805.21

太偏心受压3.643.905.57

表1：钢筋混凝土构件目标可靠指标比较分析表

如图所述,通过表1,我们不难看出,我国建筑结构的混凝土构件目标倘若和美国相比,则相关指标的可靠度和美国较为接近,但是我国建筑结构的赶紧混凝土构件目标的靠靠度与墨西哥相比的话则要低得多,因此,我们主要将相关指标和美国相比,主要参数对比图2所示：

荷载验算组合中国（偏压构件）美国

恒载+活载（或雪载）3.043.00（构件）

4.50（构件）

恒载+活载+风载2.83（不含荷载效应）2.5

恒载+活载+地震1.03（众值烈度）1.75

0.0054（基本烈度）

表2：钢构件目标可靠指标比较分析表

通过表2可知,在在恒载+活载的组合下,我国钢筋构件的目标可靠值逐渐接近美国水准,相关指标的差距不到,但是节点的指标则略低于美国,且建筑结构在含有地震的组合下,众值烈度指标和美国的水平相当.尽管如此,从总体上看,我国建筑结构的可靠度仍然远远低于美国.

4.2可变荷载

由于楼面的活荷载是随即变量,且荷载水平主要取决于均值的大小.我国活荷载准值和美国相比,美国采用的活荷载标志值比我国大得多,美国的标注值比我国要大一倍.在自然荷载的对比上,我国和美国的荷载标准值水平是大致相当的.但是我国的风荷标准值是30年一遇,美国则是50年一遇,因此,我国和美国的风荷载均值的对比,我国比美国要高.当然,可变荷载的标准值只不过是一个名义上的参考值,荷载的总体水平仍然是体现在总均值的大小上.

结束语

综上所述,建筑结构设计的可靠性直接影响着整个建筑工程的施工质量,因此,建筑工程结构设计的可靠度应该引起广大建筑工程师的重视.在设计的过程中,要全面分析影响建筑结构设计可靠度的影响因素,并进行综合的分析,尽可能地完善和优化建筑结构设计方案.在未来,随着建筑工程设计师的水平不断提高,不断深入研究其可靠性的影响因素,必然会促进我国建筑行业跨进一个新的平台.