淺談建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的可靠度

1、淺談建筑構(gòu)造設(shè)計(jì)的可靠度摘要:建筑構(gòu)造作為特殊商品,確定其設(shè)計(jì)可靠度的上下不應(yīng)是純政府行為,目前至少應(yīng)有房屋開發(fā)商、保險(xiǎn)業(yè)和用戶參與。我國(guó)現(xiàn)行構(gòu)造設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的低可靠度原那么已不能適應(yīng)當(dāng)前的國(guó)情,進(jìn)步我國(guó)建筑構(gòu)造設(shè)計(jì)的可靠度程度將有利于消費(fèi)、生活水準(zhǔn)的改善,有利于國(guó)民經(jīng)濟(jì)開展,也符合建筑物業(yè)主的利益和要求。關(guān)鍵詞:建筑構(gòu)造設(shè)計(jì);可靠度;設(shè)計(jì)方法;改良措施;實(shí)用方法構(gòu)造設(shè)計(jì)可靠度的選擇,不僅涉及生命財(cái)產(chǎn)的損失,有時(shí)還會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的社會(huì)影響,對(duì)某些構(gòu)造,還將可能產(chǎn)生嚴(yán)重的政治后果;而且還涉及到國(guó)家的經(jīng)濟(jì)根底和技術(shù)經(jīng)濟(jì)政策。一、現(xiàn)行構(gòu)造可靠度設(shè)計(jì)方法構(gòu)造可靠度是指構(gòu)造在規(guī)定的時(shí)間內(nèi),在規(guī)定的條件下,完成預(yù)

2、定功能的概率,即構(gòu)造可靠度是構(gòu)造可靠性的概率度量。構(gòu)造可靠度的分析就是要合理地確定構(gòu)造的可靠度程度,使構(gòu)造設(shè)計(jì)符合技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理、平安適用和確保質(zhì)量的要求。我國(guó)最早制定的構(gòu)造設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)在平安度方面存在著不少缺陷。假如用統(tǒng)一的可靠指標(biāo)刀來分析,就會(huì)發(fā)現(xiàn)其中最主要的問題是各標(biāo)準(zhǔn)以及同一標(biāo)準(zhǔn)各個(gè)構(gòu)造構(gòu)件中,甚至同一種構(gòu)件在不同條件下平安度程度都不一致。我國(guó)的前?建筑構(gòu)造設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)?GBJ68-84,按照校準(zhǔn)法來分析原有標(biāo)準(zhǔn)的平安度程度,同時(shí)確定新標(biāo)準(zhǔn)的平安度程度。采用可靠度方法設(shè)計(jì)時(shí),必須選定新的目的可靠指標(biāo),這個(gè)指標(biāo)應(yīng)當(dāng)更為合理,但又不能偏離原有標(biāo)準(zhǔn)太遠(yuǎn)。?統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)?GBJ68-84本質(zhì)上是在

3、總體上繼承我國(guó)原有標(biāo)準(zhǔn)的建筑構(gòu)造平安度水準(zhǔn)。分析結(jié)果說明,原標(biāo)準(zhǔn)的平安度程度在總體上是可以承受的,但需對(duì)一些過高過低的情況,進(jìn)展適當(dāng)調(diào)整,以便使各種構(gòu)造構(gòu)件到達(dá)較一致的可靠度程度。2001年建立部推出了新的?建筑構(gòu)造可靠度設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)?GB50068-2001,此標(biāo)準(zhǔn)借鑒最新版國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)1S2394?構(gòu)造可靠度總原那么?,給出了不同類型建筑構(gòu)造的設(shè)計(jì)使用年限;在承載才能極限狀態(tài)的設(shè)計(jì)表達(dá)式中,對(duì)于荷載效應(yīng)的根本組合,增加了永久荷載效應(yīng)起控制作用時(shí)的組合式;對(duì)樓面活荷載、風(fēng)荷載、雪荷載標(biāo)準(zhǔn)值的取值原那么和構(gòu)造構(gòu)件的可靠指標(biāo)以及構(gòu)造重要性系數(shù)做了調(diào)整;還首次對(duì)構(gòu)件正常使用極限狀態(tài)下的可靠度做出了規(guī)定

4、。新的?建筑構(gòu)造可靠度設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)?對(duì)原來的?統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)?做了比擬大的修正,但是在現(xiàn)行構(gòu)造設(shè)計(jì)方法上還是存在著缺乏,主要表如今以下幾個(gè)方面。1、對(duì)設(shè)計(jì)使用年限僅考慮了特定的幾種情況,如50年和100年,不能全面反映不同建筑物對(duì)不同設(shè)計(jì)使用年限的需要。并且在GB50068-2001中,設(shè)計(jì)使用年限的變化是通過構(gòu)造重要性系數(shù)0來考慮的,當(dāng)設(shè)計(jì)使用年限增大,就增加構(gòu)造重要性系數(shù)。但是設(shè)計(jì)使用年限增大,恒載并沒有發(fā)生變化,而重要性系數(shù)增加等于也增大了恒載效應(yīng),這與實(shí)際情況存在較大出入。2、構(gòu)造重要性系數(shù)的取值過于簡(jiǎn)單。對(duì)于所有受力類型構(gòu)件,以及所有荷載作用下,重要性系數(shù)只能取固定的幾個(gè)值,分別為0.9、

5、1.0、1.1。這樣做會(huì)使有些計(jì)算結(jié)果偏于保守,而有些又顯平安度缺乏。應(yīng)當(dāng)根據(jù)實(shí)際情況,按照不同受力和荷載類型分別確定。3、設(shè)計(jì)表達(dá)式存在缺陷,可能會(huì)造成明顯不合理的結(jié)果。二、現(xiàn)行構(gòu)造可靠度設(shè)計(jì)的改良措施針對(duì)現(xiàn)行設(shè)計(jì)方法存在的缺陷,本文提出了對(duì)現(xiàn)行設(shè)計(jì)方法的改良方法。首先研究用可變荷載分項(xiàng)系數(shù)的變化來考慮不同設(shè)計(jì)使用年限的影響,用現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)中隱含的構(gòu)造在設(shè)計(jì)使用年限為50年時(shí)的可靠指標(biāo),來確定在其他設(shè)計(jì)使用年限時(shí)構(gòu)造的可變荷載分項(xiàng)系數(shù)。其次,確定不同平安等級(jí)構(gòu)造在不同設(shè)計(jì)使用年限時(shí)的重要性系數(shù)。按照上述目的,提出了改良的構(gòu)造設(shè)計(jì)表達(dá)式0(GSGK+QLSQK)R(R,K,aK,)設(shè)計(jì)表達(dá)式的改良

6、表達(dá)在0、L兩個(gè)系數(shù)上。0還是代表構(gòu)造重要性的系數(shù),用于整個(gè)荷載效應(yīng)組合值。對(duì)于不同的設(shè)計(jì)使用年限,具有不同的重要性系數(shù)。L是不同設(shè)計(jì)使用年限時(shí)構(gòu)造的可變荷載分項(xiàng)系數(shù),僅用于可變荷載標(biāo)準(zhǔn)值,用來考慮不同設(shè)計(jì)使用年限時(shí)可變荷載的影響。0、L值確定的原那么是當(dāng)平安等級(jí)一樣時(shí),按不同設(shè)計(jì)使用年限所設(shè)計(jì)的構(gòu)造具有根本一致的可靠度程度;且當(dāng)設(shè)計(jì)使用年限為50年時(shí),其可靠度程度與現(xiàn)行設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)所隱含的可靠度程度一致。改良的設(shè)計(jì)表達(dá)式在形式上與現(xiàn)行?統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)?規(guī)定的表達(dá)式比擬相近,只是增加了一個(gè)分項(xiàng)系數(shù)L。當(dāng)設(shè)計(jì)不同使用年限的構(gòu)造時(shí),只需要確定對(duì)應(yīng)的L,所以對(duì)于工程設(shè)計(jì)人員的使用不會(huì)造成費(fèi)事。確定在不同設(shè)計(jì)使

7、用年限時(shí)的分項(xiàng)系數(shù)L和重要性系數(shù)0,首先需要確定現(xiàn)行構(gòu)造設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)中所隱含的可靠度程度,并以此為目的可靠指標(biāo)。由于現(xiàn)行設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)已對(duì)荷載取值原那么和抗力分項(xiàng)系數(shù)進(jìn)展了調(diào)整,因此在確定現(xiàn)行設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)所隱含的可靠指標(biāo)時(shí),也進(jìn)展了相應(yīng)的調(diào)整。三、建筑構(gòu)造可靠度設(shè)計(jì)的實(shí)用方法考慮到鋼筋銹蝕對(duì)混凝土構(gòu)造的抗力影響,根據(jù)我國(guó)現(xiàn)行構(gòu)造可靠度設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)原理,鋼筋混凝土建筑構(gòu)造預(yù)期使用期可靠度設(shè)計(jì)可采用如下的實(shí)用方法:1、針對(duì)構(gòu)造的功能、重要性以及業(yè)主需求,在明確設(shè)計(jì)使用期的根底上,考慮耐久性退化對(duì)構(gòu)造可靠度的影響,提出了鋼筋混凝土構(gòu)造預(yù)期使用期可靠度設(shè)計(jì)的概念。構(gòu)造預(yù)期使用期可靠度設(shè)計(jì)應(yīng)考慮不同環(huán)境可能引起的耐久

8、性退化、不同預(yù)期使用期的荷載程度差異以及預(yù)期使用期內(nèi)構(gòu)造構(gòu)件抗力退化的定量指標(biāo)。2、根據(jù)我國(guó)標(biāo)準(zhǔn)的可靠度設(shè)計(jì)原理,提出了在給定環(huán)境下不同預(yù)期使用期構(gòu)造可靠度確定原那么,給出了鋼筋混凝土構(gòu)造預(yù)期使用期可靠度設(shè)計(jì)的實(shí)用方法。該方法歸結(jié)為在預(yù)期使用期內(nèi)構(gòu)造構(gòu)件可靠度指標(biāo)不能低于現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)的標(biāo)準(zhǔn),這一要求詳細(xì)通過定量考慮構(gòu)件在使用期內(nèi)抗力衰減、進(jìn)步初始可靠度指標(biāo)來實(shí)現(xiàn),然后按現(xiàn)行設(shè)計(jì)方法轉(zhuǎn)化為含耐久性折減系數(shù)(或稱抗力折減系數(shù))的荷載-抗力分項(xiàng)系數(shù)設(shè)計(jì)表達(dá)式。該方法形式簡(jiǎn)單,易于設(shè)計(jì)人員掌握和施行。3、針對(duì)五種代表性的鋼筋混凝土構(gòu)件,給出了不同預(yù)期使用期耐久性設(shè)計(jì)參數(shù),包括各代表性構(gòu)件可靠指標(biāo)衰減隨使用

9、期的變化、考慮耐久性的不同預(yù)期使用期設(shè)計(jì)可靠指標(biāo)和實(shí)用設(shè)計(jì)表達(dá)式的耐久性折減系數(shù)。通過鋼筋混凝土構(gòu)件設(shè)計(jì)算例驗(yàn)證了本文方法的有效性,比擬了50年和100年預(yù)期使用期下考慮和不考慮耐久性影響的構(gòu)件配筋、初始可靠指標(biāo)和預(yù)期使用期末可靠指標(biāo)。4、對(duì)于建筑所在環(huán)境潮濕的條件下,鋼筋銹蝕對(duì)受剪構(gòu)件的可靠度影響顯著,必須考慮耐久性退化因素影響;對(duì)于軸心受拉、軸心受壓、大偏心受壓和受彎構(gòu)件,50年使用期時(shí)可靠度指標(biāo)變化較小,設(shè)計(jì)時(shí)可以不考慮耐久性退化影響;但隨著預(yù)期使用期的增加,應(yīng)該考慮耐久性的影響,并建議按本文方法在設(shè)計(jì)時(shí)予以考慮。進(jìn)步構(gòu)造耐久性的措施還包括進(jìn)步混凝土保護(hù)層厚度、進(jìn)步混凝土強(qiáng)度等級(jí)、減小水灰比等措施,在可靠度設(shè)計(jì)中應(yīng)采用經(jīng)濟(jì)優(yōu)化的方法確定應(yīng)采取的措施。進(jìn)一步的研究中還應(yīng)該考慮鋼筋銹蝕的隨機(jī)性以及粘結(jié)強(qiáng)度退化影響。結(jié)語(yǔ)構(gòu)造設(shè)計(jì)可靠度的上下,是國(guó)家經(jīng)濟(jì)和資源狀況、社會(huì)財(cái)富積累程度以及設(shè)計(jì)施工技術(shù)程度與材料質(zhì)量水準(zhǔn)的綜合反映。進(jìn)步構(gòu)造設(shè)計(jì)可靠度時(shí),構(gòu)造的直接造價(jià)將有所進(jìn)步,而維修費(fèi)用將減少,投資風(fēng)險(xiǎn)亦將減少;假如降低工程造價(jià),那么維修費(fèi)用和投資風(fēng)險(xiǎn)都將進(jìn)步。所以,確定建筑的構(gòu)造設(shè)計(jì)可靠度,實(shí)際上是在構(gòu)造造價(jià)與構(gòu)