建筑結(jié)構(gòu)的可靠性研究

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摘要:建筑結(jié)構(gòu)的可靠性是設(shè)計(jì)與施工過程中需要綜合考慮的因素，其安全性、適用性和耐久性都反映了結(jié)構(gòu)的實(shí)際需求。建筑結(jié)構(gòu)的可靠性可以用可靠度來衡量，采用先集中、后全面的方法適當(dāng)?shù)靥岣呖煽慷龋瑢?duì)于建筑結(jié)構(gòu)的可靠性有實(shí)質(zhì)性的作用和現(xiàn)實(shí)意義。建筑物的可靠性受到多方面因素的影響，合理利用這些影響因素可以提高建筑結(jié)構(gòu)的可靠性。

關(guān)鍵詞:建筑結(jié)構(gòu);可靠性;安全性;可靠度

引言

建筑設(shè)計(jì)能為我們創(chuàng)造一個(gè)與環(huán)境相適應(yīng)的整體，也就是說建筑設(shè)計(jì)的目的在于將一些相互關(guān)聯(lián)的環(huán)境融合成為一個(gè)整體;結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)從整體著眼，貫穿于建筑工程設(shè)計(jì)的各個(gè)階段，結(jié)合各個(gè)相關(guān)專業(yè)?，F(xiàn)代工程建設(shè)的時(shí)代特點(diǎn)要求我們要改變傳統(tǒng)設(shè)計(jì)的缺陷，除常規(guī)設(shè)計(jì)之外，要考慮從用戶需求到設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)及施工階段的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)?；诂F(xiàn)代工程建設(shè)要求，建筑結(jié)構(gòu)本身的可靠性作為設(shè)計(jì)施工中的重要因素必然需要進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)，以便實(shí)現(xiàn)建筑結(jié)構(gòu)的預(yù)期效果。

1建筑結(jié)構(gòu)的可靠性

建筑結(jié)構(gòu)的可靠性是指建筑結(jié)構(gòu)在既定的時(shí)間和約束條件下，能夠完成其預(yù)定功能的能力。建筑結(jié)構(gòu)的可靠性包括安全性、適用性和耐久性。

1．1建筑結(jié)構(gòu)的安全性

在衡量建筑設(shè)計(jì)及施工質(zhì)量的眾多指標(biāo)中包括建筑結(jié)構(gòu)的安全性。建筑結(jié)構(gòu)安全性指的是建筑結(jié)構(gòu)在正常的施工以及使用條件下，在可能出現(xiàn)的荷載作用或者變形作用時(shí)，其能夠不產(chǎn)生破壞，或發(fā)生偶然事件時(shí)能夠維持自身的整體穩(wěn)定性。在建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)中，主要從結(jié)構(gòu)構(gòu)件的安全性、結(jié)構(gòu)整體的安全性來判斷建筑結(jié)構(gòu)的安全性，相關(guān)的規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)也對(duì)結(jié)構(gòu)的安全性進(jìn)行了規(guī)定，以確保建筑結(jié)構(gòu)的安全性。

1．2建筑結(jié)構(gòu)的適用性

建筑結(jié)構(gòu)的適用性是建筑結(jié)構(gòu)使用功能的衡量指標(biāo)，即建筑結(jié)構(gòu)在正常使用狀態(tài)下，能夠保持其良好的工作性能，能夠滿足使用功能的要求。對(duì)于變形、撓度、裂縫及振動(dòng)等，要求不超過相關(guān)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)的要求。影響建筑結(jié)構(gòu)適用性的因素包括:施工技術(shù)水平、建筑材料性能、地理環(huán)境、建筑物外觀要求等。例如，水池出現(xiàn)裂縫將對(duì)其使用功能產(chǎn)生影響，導(dǎo)致不能蓄水;樓板變形過大會(huì)對(duì)使用者造成一定的心理壓力，這都影響建筑的正常使用。所以，對(duì)變形、裂縫等因素進(jìn)行控制是必要的。

1．3建筑結(jié)構(gòu)的耐久性

建筑結(jié)構(gòu)耐久性是指在正常維護(hù)的條件下，應(yīng)能夠在預(yù)計(jì)的使用年限內(nèi)完成各項(xiàng)功能的要求。耐久性表現(xiàn)為建筑結(jié)構(gòu)的使用壽命和使用安全及建筑的整體經(jīng)濟(jì)性。例如，降低鋼筋的銹蝕概率或提高混凝土的抗老化性能，可以提高建筑物的使用壽命。

2建筑結(jié)構(gòu)的可靠度

可靠度是建筑結(jié)構(gòu)可靠性的度量，是一個(gè)概率值。可靠度是指在規(guī)定時(shí)間和規(guī)定條件下，建筑結(jié)構(gòu)能夠完成其既定功能的概率。規(guī)定時(shí)間指的是設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期，普通建筑的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期為50年，可靠度的計(jì)算考慮的并不是建筑結(jié)構(gòu)的壽命，而是基準(zhǔn)時(shí)間。規(guī)定條件是指正常的設(shè)計(jì)條件、正常的施工條件以及正常的使用條件，而不是偶然事件以及人為過失的原因。既定功能是指在正常的施工和使用中，建筑結(jié)構(gòu)對(duì)可能受到的作用力具有要求的承載力和良好的工作性能;在正常維護(hù)條件下，建筑結(jié)構(gòu)具有要求的耐久性;在發(fā)生偶然事件后，建筑結(jié)構(gòu)具有整體性?？煽恐笜?biāo)β是可靠度ps的度量。當(dāng)結(jié)構(gòu)構(gòu)件的抗力和作用效果這兩個(gè)基本變量為正態(tài)分布時(shí)，則:β=μS－μRσ2R+σ2槡S(1)式中:μS，σS———結(jié)構(gòu)構(gòu)件作用效果的平均值和標(biāo)準(zhǔn)差;μR，σR———結(jié)構(gòu)構(gòu)件抗力的平均值和標(biāo)準(zhǔn)差。結(jié)構(gòu)構(gòu)件承載能力極限狀態(tài)的可靠指標(biāo)β，對(duì)于安全等級(jí)為一級(jí)的構(gòu)件且破壞類型為延性破壞的，β應(yīng)≮3．7;脆性破壞的，β應(yīng)≮4．2。對(duì)于安全等級(jí)為二級(jí)的構(gòu)件且破壞類型為延性破壞的，β應(yīng)≮3．2;脆性破壞的，β應(yīng)≮3．7。對(duì)于安全等級(jí)為三級(jí)的構(gòu)件且破壞類型為延性破壞的，β應(yīng)≮2．7;脆性破壞的，β應(yīng)≮3．2。結(jié)構(gòu)構(gòu)件正常使用極限狀態(tài)的可靠指標(biāo)，可根據(jù)其可逆程度在0～1．5之間取值。結(jié)構(gòu)失效概率pf與可靠指標(biāo)β之間的關(guān)系可用函數(shù)關(guān)系式來表示:pf=Φ(－β)(2)式中:Φ(－β)———標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布函數(shù)。

3在工程設(shè)計(jì)中運(yùn)用可靠度的優(yōu)點(diǎn)

在工程設(shè)計(jì)中利用可靠度的原理具有很大的優(yōu)越性。從本質(zhì)上講，可靠度體現(xiàn)了安全性與經(jīng)濟(jì)性之間的辯證統(tǒng)一關(guān)系。在工程設(shè)計(jì)過程中，安全與經(jīng)濟(jì)是矛盾的，但又是同時(shí)存在的。一方面要追求建筑結(jié)構(gòu)的安全性，但另一方面又要對(duì)項(xiàng)目的總投資進(jìn)行控制?？煽慷瓤梢詫踩耘c經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行統(tǒng)一，協(xié)調(diào)建筑結(jié)構(gòu)的總投資和長(zhǎng)遠(yuǎn)效益。選擇合適的可靠度參數(shù)，可以平衡建筑結(jié)構(gòu)的投資和長(zhǎng)遠(yuǎn)效益。將建筑結(jié)構(gòu)的投資和長(zhǎng)遠(yuǎn)效益作為函數(shù)用可靠度來表示，可靠度越高，投資越大，長(zhǎng)遠(yuǎn)效益越高;可靠度越低，投資越低，長(zhǎng)遠(yuǎn)效益越低?？梢詫⒖煽慷茸鳛槎攘客顿Y和長(zhǎng)遠(yuǎn)效益的綜合尺度，在低投資與高長(zhǎng)遠(yuǎn)效益之間找到可靠度的最佳值。因此，可靠度可以綜合反映結(jié)構(gòu)工程的安全程度，是工程設(shè)計(jì)中綜合性的約束條件，同時(shí)可靠度可以協(xié)調(diào)近期投資與長(zhǎng)遠(yuǎn)效益的平衡。

4建筑結(jié)構(gòu)可靠性的影響因素

建筑結(jié)構(gòu)可靠性的影響因素主要表現(xiàn)在結(jié)構(gòu)的安全性、適用性以及耐久性方面的影響，具體對(duì)可靠性造成影響的因素分別有荷載作用、環(huán)境作用、材料因素以及人為因素四個(gè)方面。

4．1荷載作用

在建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與使用過程中，有兩種荷載會(huì)對(duì)其可靠性產(chǎn)生影響。一種荷載是直接作用于結(jié)構(gòu)上，對(duì)結(jié)構(gòu)可靠性產(chǎn)生直接影響，如在某一荷載組合效應(yīng)時(shí)荷載作用大于建筑結(jié)構(gòu)抗力，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)變形、倒塌;另一種荷載表現(xiàn)在荷載的累積作用造成結(jié)構(gòu)失去可靠性。荷載的累積作用降低結(jié)構(gòu)的可靠性，既可以是靜荷載的累積損害作用，也可以是動(dòng)荷載的累積損害作用。在靜荷載的長(zhǎng)期作用下，隨著時(shí)間的推移，結(jié)構(gòu)損傷持續(xù)積累。靜荷載的累積損害作用主要有結(jié)構(gòu)構(gòu)件的損傷和蠕變等。動(dòng)荷載的累積損害作用主要是結(jié)構(gòu)在重復(fù)荷載作用下，隨著荷載作用次數(shù)的增加，對(duì)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生累積損傷。重復(fù)荷載的荷載作用頻次、荷載作用大小，均是動(dòng)荷載累積損害的相關(guān)因素。

4．2環(huán)境作用

建筑結(jié)構(gòu)可靠度受環(huán)境作用的影響主要有自然環(huán)境以及使用環(huán)境這兩方面的因素。自然環(huán)境對(duì)建筑結(jié)構(gòu)可靠性的影響是自然環(huán)境中的腐蝕介質(zhì)以及人類對(duì)環(huán)境的污染對(duì)結(jié)構(gòu)本身產(chǎn)生侵蝕。如空氣、土壤或地下水中的二氧化碳滲入混凝土內(nèi)部造成的混凝土碳化、酸雨對(duì)結(jié)構(gòu)的腐蝕、凍融循環(huán)等，都是自然環(huán)境對(duì)結(jié)構(gòu)的腐蝕作用。使用環(huán)境對(duì)建筑結(jié)構(gòu)可靠性的影響是生活和生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的一些對(duì)結(jié)構(gòu)可靠性的不利作用。使用環(huán)境的化學(xué)侵蝕介質(zhì)和物理作用，都會(huì)對(duì)結(jié)構(gòu)的性能造成損害。如化工、紡織等產(chǎn)生的化學(xué)腐蝕使結(jié)構(gòu)尚未達(dá)到使用期限就出現(xiàn)了結(jié)構(gòu)上的問題而提前報(bào)廢，化學(xué)腐蝕與腐蝕物質(zhì)的濃度、生產(chǎn)工藝、通風(fēng)等因素有關(guān)。再如，工業(yè)廠房的機(jī)械振動(dòng)和荷載作用使得廠房結(jié)構(gòu)產(chǎn)生損傷，長(zhǎng)期作用導(dǎo)致結(jié)構(gòu)提前報(bào)廢。

4．3材料因素

建筑結(jié)構(gòu)的材料是對(duì)其結(jié)構(gòu)可靠性最主要的影響因素之一。首先，隨著時(shí)間的推移，材料必然出現(xiàn)老化的現(xiàn)象，材料的性能以及強(qiáng)度會(huì)隨著材料老化現(xiàn)象而逐漸降低。其次，混凝土的強(qiáng)度、耐久性等工作性能受材料配合比的影響。例如在滿足混凝土強(qiáng)度的前提下，如果水灰比過大，水泥在凝結(jié)硬化過程中?？紫堵实脑龃蠼档土嘶炷恋拿軐?shí)度，從而影響其耐久性。第三，一些存在于建筑材料中的活性物質(zhì)能夠與材料中的其他成分發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，這種化學(xué)反應(yīng)雖然是緩慢進(jìn)行的，但新生成的成分可能產(chǎn)生不均勻的壓力導(dǎo)致結(jié)構(gòu)破壞。

4．4人為因素

對(duì)于建筑結(jié)構(gòu)的可靠性，除了荷載作用、環(huán)境作用以及材料因素之外，在實(shí)際操作過程中人為因素對(duì)其也有一定程度的影響。人為因素對(duì)可靠性的影響主要表現(xiàn)在人的活動(dòng)以及人為失誤。人的活動(dòng)必然對(duì)建筑結(jié)構(gòu)有荷載作用，當(dāng)荷載作用超過結(jié)構(gòu)抗力時(shí)，結(jié)構(gòu)的可靠性就會(huì)受到影響。另外，在設(shè)計(jì)和施工過程中，人為失誤會(huì)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)基本參數(shù)的錯(cuò)誤。設(shè)計(jì)人員對(duì)結(jié)構(gòu)幾何尺寸、邊界條件界定、計(jì)算模式選擇、計(jì)算精度取舍等方面，很可能對(duì)建筑結(jié)構(gòu)的可靠性產(chǎn)生影響。減少人為因素對(duì)結(jié)構(gòu)可靠度的影響是提高結(jié)構(gòu)可靠度的一個(gè)必要方面。

5結(jié)語

隨著建筑工程項(xiàng)目數(shù)量的增加，所有的設(shè)計(jì)人員和施工人員應(yīng)充分考慮結(jié)構(gòu)的可靠性在工程實(shí)踐中的重要影響，以確保建筑的使用安全。由于可靠性受到多方面因素的影響，如何提高建筑結(jié)構(gòu)的可靠性，要充分考慮其影響因素。在設(shè)計(jì)與施工過程中，可靠性可通過可靠度來衡量。可靠度的限制不應(yīng)過高或過低，在投資合理的范圍內(nèi)應(yīng)盡可能提高可靠度，進(jìn)而使經(jīng)濟(jì)性與安全性達(dá)到一個(gè)平衡。當(dāng)然可靠度的提高，也應(yīng)該經(jīng)過調(diào)查、統(tǒng)計(jì)以及分析，有一個(gè)合理可行的可靠度取值準(zhǔn)則。在調(diào)整可靠度的過程中，應(yīng)該采用先集中、后全面的調(diào)整方法。通過調(diào)查研究以及分析，對(duì)于已經(jīng)掌握且具有一定研究資料證實(shí)了的較低荷載予以適當(dāng)提高，例如可提高某些公共建筑的活荷載、某地區(qū)的風(fēng)荷載、廠房的集中荷載等;也可以提高某些荷載或者某些材料的分項(xiàng)系數(shù)等;對(duì)于較重要的建筑結(jié)構(gòu)或構(gòu)件，在設(shè)計(jì)過程中可以適當(dāng)提高其重要性系數(shù)。在提高可靠度的同時(shí)，也就為建筑結(jié)構(gòu)的可靠性提供了保證。

參考文獻(xiàn):

［1］金福安．軟土地區(qū)地下施工結(jié)構(gòu)體系可靠度計(jì)算的理論與方法［D］．上海:同濟(jì)大學(xué)，2006．

［2］GB50068—2001，建筑結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)［S］．北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2001．

［3］萬旭榮．建筑結(jié)構(gòu)工程中的耐久性與安全性設(shè)計(jì)分析［J］．江西建材，2013(6):37－38．

［4］黃偉超．結(jié)構(gòu)工程可靠性原理淺析［D］．上海:上海交通大學(xué)，2002．

［5］許國(guó)棟．建筑結(jié)構(gòu)工程系統(tǒng)化設(shè)計(jì)研究［D］．重慶:重慶大學(xué)，2003.

作者:楊飛 陳焰發(fā) 單位:山西職業(yè)技術(shù)學(xué)院 三峽大學(xué) 宜昌供電公司