建筑結(jié)構(gòu)可靠度分析與設(shè)計(jì)總結(jié)

建筑結(jié)構(gòu)可靠度分析與設(shè)計(jì)總結(jié)通過(guò)一學(xué)期對(duì)《建筑結(jié)構(gòu)可靠度分析與設(shè)計(jì)》的學(xué)習(xí)，我學(xué)會(huì)了可靠度分析與設(shè)計(jì)的基本方法，也了解了很多作為一名土木工程人應(yīng)該掌握的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本原理與方法。拓展了我們對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的認(rèn)識(shí)。為以后的學(xué)習(xí)和工作打下了基礎(chǔ)。建筑是人們工作學(xué)習(xí)生活以及娛樂(lè)的基本場(chǎng)所，保證建筑物的安全和適用是對(duì)設(shè)計(jì)師的基本要求。人類對(duì)建筑的基本要求是適用，為保證此要求，結(jié)構(gòu)應(yīng)滿足三個(gè)方面的基本功能要求：1.承載能力的要求。2.正常使用的要求。3.整體性要求。結(jié)構(gòu)整體或部分超越某一狀態(tài)就不能滿足設(shè)計(jì)規(guī)定的某一功能的要求，此狀態(tài)稱為結(jié)構(gòu)該功能的極限狀態(tài)，根據(jù)結(jié)構(gòu)不同的功能要求，結(jié)構(gòu)的極限狀態(tài)可劃分為三類：1承載能力極限狀態(tài)。2正常使用極限狀態(tài)。3整體性極限狀態(tài)。結(jié)構(gòu)在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)，在規(guī)定的條件下，完成預(yù)定功能的能力，稱為結(jié)構(gòu)的可靠度。規(guī)定條件是指正常設(shè)計(jì)，正常施工和正常使用，不考慮各種非正常條件?？煽慷仁菑母怕实慕嵌葘?duì)可靠性的定量描述。為了保證工程結(jié)構(gòu)的安全、適用和經(jīng)濟(jì)，在設(shè)計(jì)時(shí)需要進(jìn)行結(jié)構(gòu)可靠度分析，稱為安全度分析。任何工程結(jié)構(gòu)，不管其用途如何，總應(yīng)考慮各種荷載在結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生的荷載效應(yīng)S和結(jié)構(gòu)本身的抗力R兩個(gè)基本變量。當(dāng)R＞S時(shí)，結(jié)構(gòu)處于安全狀態(tài)；R＝S時(shí)，結(jié)構(gòu)處于極限狀態(tài)；R＜S時(shí)，結(jié)構(gòu)處于失效狀態(tài)。工程結(jié)構(gòu)可靠度分析主要是在經(jīng)濟(jì)和可靠之間選擇一種較佳的平衡。從歷史發(fā)展看，工程結(jié)構(gòu)可靠度的分析方法可分為定值法，半概率法和一次二階矩概率法和全分布概率法。同時(shí)，我們需要建立結(jié)構(gòu)的功能函數(shù)，用以研究結(jié)構(gòu)的失效的概率。綜上，要研究結(jié)構(gòu)的可靠度，就必須要研究?jī)纱箢悊?wèn)題。一是結(jié)構(gòu)的外荷載，二是結(jié)構(gòu)本身的抗力。結(jié)構(gòu)可靠度要解決的就是，使結(jié)構(gòu)的抗力大于外荷載而又不至于浪費(fèi)材料，這一個(gè)平衡點(diǎn)便是既經(jīng)濟(jì)有安全的完美結(jié)合點(diǎn)。下面我分兩方面陳述建筑結(jié)構(gòu)可靠度分析與設(shè)計(jì)是如何解決這兩類問(wèn)題。一：結(jié)構(gòu)外荷載的統(tǒng)計(jì)與分析建筑在其工作壽命期內(nèi)要承受各種外部因素的影響．使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生應(yīng)力與變形的外部因素統(tǒng)稱作用，作用有直接作用與間接作用之分．直接作用系指施加在結(jié)構(gòu)上的集中力或分布力，如自重、風(fēng)壓、雪壓、人員及設(shè)備重等．習(xí)慣上稱之為荷載間接作用系指引起結(jié)構(gòu)外加變形和約束變形的原因，如溫度、地震等本牽?jī)x討論立接作用，即荷載．永久荷載：在設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)量值不隨時(shí)間變化，或其變化與平均值之比可以忽略不計(jì)．如結(jié)構(gòu)自重、土壤最終重量形成的土壓力、預(yù)加應(yīng)力等．可變荷載：在設(shè)計(jì)準(zhǔn)期內(nèi)量值隨時(shí)間而變且其變化與平均值之比不能忽略．如使用或居住荷載(人員、設(shè)備、家具等)以及風(fēng)、雪等．偶然荷載：在設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)不一定出現(xiàn)，而一旦出現(xiàn)其量值很大且持續(xù)時(shí)間很短如撞擊、爆炸、某地區(qū)罕遇的龍卷風(fēng)等．1按隨空間的變異分類固定荷載：在結(jié)構(gòu)上具有固定分布的荷載如結(jié)構(gòu)白重、結(jié)構(gòu)上的固定設(shè)備荷載等自由荷載：在結(jié)構(gòu)上一定范圍內(nèi)可以任意分布的荷載．如風(fēng)、雪以及人員、家具等．2按結(jié)構(gòu)的反應(yīng)特點(diǎn)分類靜態(tài)荷載：使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的加速度可忽略不計(jì)如永久荷載、家具、穩(wěn)定風(fēng)壓動(dòng)態(tài)荷載：使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生不能忽視的加速度．如設(shè)備振動(dòng)、脈動(dòng)風(fēng)壓等．3按有無(wú)界限值分類有界荷載：具有明顯的上界和(或)下界值(具有已知限值)如水壩靜水壓無(wú)界荷載：無(wú)明顯的亡界值和下界值(不具有已知限值)荷載的概率模型一般而盲，荷載是時(shí)間的函數(shù)統(tǒng)計(jì)分析表明，對(duì)任一特定時(shí)刻f；‘o，荷載并非定值，存在變異故對(duì)任一特定時(shí)刻，荷載可用隨機(jī)變量來(lái)描述對(duì)整個(gè)設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期，荷載可用隨機(jī)過(guò)程來(lái)描述．荷載的概率模型可分為荷載的隨機(jī)過(guò)程模型和荷載的隨機(jī)變量模型。荷載的代表值有標(biāo)準(zhǔn)值，頻遇值，準(zhǔn)永久值和組合值。荷載的效應(yīng)組合分為：基本組合，JCSS組合模型與J.C.TURKSTRA組合模型。二結(jié)構(gòu)構(gòu)件抗力的統(tǒng)計(jì)分析結(jié)構(gòu)構(gòu)件承受作用效應(yīng)的能力稱為結(jié)構(gòu)構(gòu)件抗力．視分析日的的不同，結(jié)構(gòu)構(gòu)件抗力或表現(xiàn)為結(jié)構(gòu)構(gòu)件承載能力，或去現(xiàn)為結(jié)構(gòu)構(gòu)件抵抗變形的能力(如剛度等)．而結(jié)構(gòu)構(gòu)件抗力不定性則指構(gòu)成結(jié)構(gòu)構(gòu)件抗力的因素的變異性一般而言，構(gòu)成結(jié)構(gòu)構(gòu)件抗力個(gè)定性的主要因素有三；1．結(jié)構(gòu)構(gòu)件抗力固有的隨機(jī)變異性．如構(gòu)成結(jié)構(gòu)構(gòu)件抗力的主要因素結(jié)構(gòu)構(gòu)件的材料件能及幾何參數(shù)的變異性．采用先進(jìn)的生產(chǎn)和質(zhì)量控制方法可降低此類不定性，但生產(chǎn)成本可能增加．2．知識(shí)不足引起的不定性．如結(jié)構(gòu)構(gòu)件抗力計(jì)算模式的不定性．通過(guò)進(jìn)一步研究與完善結(jié)構(gòu)構(gòu)件抗力計(jì)算模型可降低此類不定性．3統(tǒng)計(jì)不定性．系指對(duì)結(jié)構(gòu)構(gòu)件抗力的概率分布及統(tǒng)計(jì)參數(shù)的估計(jì)偏差．產(chǎn)生估計(jì)偏差的主要原岡有：①對(duì)不問(wèn)的統(tǒng)計(jì)總體缺乏認(rèn)證和區(qū)分．⑦實(shí)驗(yàn)量偏少導(dǎo)致對(duì)結(jié)構(gòu)構(gòu)件抗力均值、標(biāo)準(zhǔn)差等統(tǒng)計(jì)參數(shù)的估算偏差．②忽賂嚴(yán)變量間可能存在的相關(guān)性．④忽略觀察變量的系統(tǒng)變異性，例如對(duì)氣候變量等．通過(guò)增加試驗(yàn)量以及加強(qiáng)觀測(cè)可降低統(tǒng)計(jì)不定性由于質(zhì)材、工藝、加荷方式、環(huán)境、尺寸等因素變異產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)構(gòu)件材料性能的變異性稱為結(jié)構(gòu)構(gòu)件材料性能的不定性。由于構(gòu)件尺寸制作及安裝誤差等因素引起的構(gòu)件幾何參數(shù)的變異性稱為結(jié)構(gòu)構(gòu)件幾何特征的不定性。確定結(jié)構(gòu)構(gòu)件抗力時(shí)采用的基本假定及計(jì)算公式的近似性等因素引起的結(jié)構(gòu)抗力的變異性稱為結(jié)構(gòu)構(gòu)件計(jì)算模型的不定性。這幾種不定性決定了結(jié)構(gòu)構(gòu)件的抗力并不是以確定值，我們采用的認(rèn)為假定會(huì)帶來(lái)一定誤差。但在工程的允許范圍內(nèi)。最后我簡(jiǎn)單介紹一下結(jié)構(gòu)概率可靠度的設(shè)計(jì)法這個(gè)是每個(gè)建筑工程設(shè)計(jì)人員必須了解并掌握的方法。我們稱規(guī)定的結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件不需進(jìn)行大修即可按其預(yù)定目標(biāo)使用的時(shí)期為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作壽命．即結(jié)構(gòu)在正常設(shè)計(jì)，正常施工，正常使用和正常維護(hù)下所應(yīng)達(dá)到的正常工作年限．如不能達(dá)到此年限，則意味著在設(shè)計(jì)、施工、使用和維護(hù)的某一環(huán)節(jié)出現(xiàn)異常情況．結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作壽命分類見(jiàn)表一表一2．設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期稱為確定可變作用及與時(shí)間有關(guān)的材料性能取值而選用的時(shí)間參數(shù)為設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期．DJ變作用與材料性能隨時(shí)間而變．時(shí)域取值不同其概率模型及統(tǒng)計(jì)參數(shù)必然也不同，從而結(jié)構(gòu)可靠度也將發(fā)生改變?yōu)楸阌诮Y(jié)構(gòu)可靠度分析與比較，應(yīng)統(tǒng)一可變作用與材料性能取值時(shí)域．這即產(chǎn)生設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期概念．設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期的取值與設(shè)計(jì)工作壽命有關(guān)．我國(guó)《建筑結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期取值為安全等級(jí)為二級(jí)的建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)工作壽命．安全等級(jí)為二級(jí)的建筑為一般普通房屋與構(gòu)筑物．我國(guó)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期取值為50年．3．設(shè)計(jì)狀況設(shè)計(jì)狀況為代表一定時(shí)段的物理?xiàng)l件組．設(shè)計(jì)應(yīng)做到結(jié)構(gòu)在該時(shí)段內(nèi)不超越有關(guān)的極限狀態(tài)．結(jié)構(gòu)在施工及使用過(guò)程中，其性能及環(huán)境條件隨時(shí)間而變進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，對(duì)此應(yīng)加以考慮．這即產(chǎn)生結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)狀況概念．根據(jù)其出現(xiàn)概率及持續(xù)期長(zhǎng)短，設(shè)計(jì)狀況可分二種：①持久狀況：在結(jié)構(gòu)使用過(guò)程中一定出現(xiàn)且其持續(xù)期很長(zhǎng)的狀況．持續(xù)期一般與設(shè)計(jì)工作壽命為同一數(shù)量級(jí)；②短暫狀況：在結(jié)構(gòu)施工與使用過(guò)程中出現(xiàn)概率較大，與設(shè)計(jì)工作壽命相比，持續(xù)朗很短的狀況，如施工和維修等；③偶然狀況：在結(jié)構(gòu)使用過(guò)程中出現(xiàn)概率很小，且持續(xù)期很短的狀況，如火災(zāi)、爆炸、撞擊等基本設(shè)計(jì)原則結(jié)構(gòu)存在三種基本功能要求．要滿足此三種要求，原則上應(yīng)對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行二種極限狀態(tài)設(shè)計(jì)．即承載能力極限狀態(tài)設(shè)計(jì)、正常使用極限狀態(tài)設(shè)計(jì)及整體性極限狀態(tài)設(shè)計(jì)．整體性極限狀態(tài)設(shè)計(jì)尚處于研究中，未能進(jìn)入工程實(shí)用故目前進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)僅進(jìn)行結(jié)構(gòu)承載能力極限狀態(tài)設(shè)計(jì)與結(jié)構(gòu)正常使用極限狀態(tài)設(shè)計(jì)．考慮到結(jié)構(gòu)存在三種設(shè)計(jì)狀況，此三種設(shè)計(jì)狀況出現(xiàn)概率不向，持續(xù)期不同，對(duì)結(jié)構(gòu)功能影響也不同．從經(jīng)濟(jì)、適用角度考慮，我國(guó)《建筑結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)難》規(guī)定：1針對(duì)不同設(shè)計(jì)狀況，可采用相應(yīng)的結(jié)構(gòu)體系、基本變量及可靠度水淮等進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)2對(duì)持久狀況，因其持續(xù)期長(zhǎng)，且為必然出現(xiàn)，應(yīng)進(jìn)行承載能力極限狀態(tài)設(shè)計(jì)與正常使用極限狀態(tài)設(shè)計(jì)；對(duì)短暫狀況，雖出現(xiàn)概率大但持續(xù)期短，對(duì)結(jié)構(gòu)影響短暫．應(yīng)進(jìn)行承載能力極限狀態(tài)設(shè)計(jì)并視需要確定是否進(jìn)行正常使用極限狀態(tài)設(shè)計(jì)；對(duì)偶然狀況，出現(xiàn)概率小且持續(xù)期十分短，可僅進(jìn)行承載能力極限狀態(tài)設(shè)計(jì)。3對(duì)持久狀況及短暫狀況，應(yīng)分別兩類極限狀態(tài)采用最不利作用效應(yīng)組合進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)．對(duì)承載能力極限狀態(tài)，應(yīng)考慮作用效應(yīng)的基本組合(永久作用與可變作用的組合)．必要時(shí)應(yīng)考慮作用效應(yīng)的偶然組合(永久作用、可變作用和一個(gè)偶然作用的組合)．對(duì)正常使用極限狀態(tài)，應(yīng)根據(jù)不同的設(shè)計(jì)目的分別選用作用效應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)組合(采用標(biāo)準(zhǔn)值及組合值為荷載代表值的組合)、頻遇組合(對(duì)可變荷載采用頻遇值及準(zhǔn)永久值為荷載代表值的組合)、Pb永久組合(對(duì)可變荷載采用準(zhǔn)永久值為荷載代表值的組合)標(biāo)準(zhǔn)組合主要用于極限狀態(tài)被超越時(shí)將產(chǎn)生嚴(yán)重永久性損害的場(chǎng)合．通過(guò)一學(xué)期的學(xué)習(xí)，