淺談建筑結構設計的可靠度

1、淺談建筑構造設計的可靠度摘要:建筑構造作為特殊商品,確定其設計可靠度的上下不應是純政府行為,目前至少應有房屋開發(fā)商、保險業(yè)和用戶參與。我國現(xiàn)行構造設計標準的低可靠度原那么已不能適應當前的國情,進步我國建筑構造設計的可靠度程度將有利于消費、生活水準的改善,有利于國民經(jīng)濟開展,也符合建筑物業(yè)主的利益和要求。關鍵詞:建筑構造設計;可靠度;設計方法;改良措施;實用方法構造設計可靠度的選擇,不僅涉及生命財產的損失,有時還會產生嚴重的社會影響,對某些構造,還將可能產生嚴重的政治后果;而且還涉及到國家的經(jīng)濟根底和技術經(jīng)濟政策。一、現(xiàn)行構造可靠度設計方法構造可靠度是指構造在規(guī)定的時間內,在規(guī)定的條件下,完成預

2、定功能的概率,即構造可靠度是構造可靠性的概率度量。構造可靠度的分析就是要合理地確定構造的可靠度程度,使構造設計符合技術先進、經(jīng)濟合理、平安適用和確保質量的要求。我國最早制定的構造設計標準在平安度方面存在著不少缺陷。假如用統(tǒng)一的可靠指標刀來分析,就會發(fā)現(xiàn)其中最主要的問題是各標準以及同一標準各個構造構件中,甚至同一種構件在不同條件下平安度程度都不一致。我國的前?建筑構造設計統(tǒng)一標準?GBJ68-84,按照校準法來分析原有標準的平安度程度,同時確定新標準的平安度程度。采用可靠度方法設計時,必須選定新的目的可靠指標,這個指標應當更為合理,但又不能偏離原有標準太遠。?統(tǒng)一標準?GBJ68-84本質上是在

3、總體上繼承我國原有標準的建筑構造平安度水準。分析結果說明,原標準的平安度程度在總體上是可以承受的,但需對一些過高過低的情況,進展適當調整,以便使各種構造構件到達較一致的可靠度程度。2001年建立部推出了新的?建筑構造可靠度設計統(tǒng)一標準?GB50068-2001,此標準借鑒最新版國際標準1S2394?構造可靠度總原那么?,給出了不同類型建筑構造的設計使用年限;在承載才能極限狀態(tài)的設計表達式中,對于荷載效應的根本組合,增加了永久荷載效應起控制作用時的組合式;對樓面活荷載、風荷載、雪荷載標準值的取值原那么和構造構件的可靠指標以及構造重要性系數(shù)做了調整;還首次對構件正常使用極限狀態(tài)下的可靠度做出了規(guī)定

4、。新的?建筑構造可靠度設計統(tǒng)一標準?對原來的?統(tǒng)一標準?做了比擬大的修正,但是在現(xiàn)行構造設計方法上還是存在著缺乏,主要表如今以下幾個方面。1、對設計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不同設計使用年限的需要。并且在GB50068-2001中,設計使用年限的變化是通過構造重要性系數(shù)0來考慮的,當設計使用年限增大,就增加構造重要性系數(shù)。但是設計使用年限增大,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,這與實際情況存在較大出入。2、構造重要性系數(shù)的取值過于簡單。對于所有受力類型構件,以及所有荷載作用下,重要性系數(shù)只能取固定的幾個值,分別為0.9、

5、1.0、1.1。這樣做會使有些計算結果偏于保守,而有些又顯平安度缺乏。應當根據(jù)實際情況,按照不同受力和荷載類型分別確定。3、設計表達式存在缺陷,可能會造成明顯不合理的結果。二、現(xiàn)行構造可靠度設計的改良措施針對現(xiàn)行設計方法存在的缺陷,本文提出了對現(xiàn)行設計方法的改良方法。首先研究用可變荷載分項系數(shù)的變化來考慮不同設計使用年限的影響,用現(xiàn)有標準中隱含的構造在設計使用年限為50年時的可靠指標,來確定在其他設計使用年限時構造的可變荷載分項系數(shù)。其次,確定不同平安等級構造在不同設計使用年限時的重要性系數(shù)。按照上述目的,提出了改良的構造設計表達式0(GSGK+QLSQK)R(R,K,aK,)設計表達式的改良

6、表達在0、L兩個系數(shù)上。0還是代表構造重要性的系數(shù),用于整個荷載效應組合值。對于不同的設計使用年限,具有不同的重要性系數(shù)。L是不同設計使用年限時構造的可變荷載分項系數(shù),僅用于可變荷載標準值,用來考慮不同設計使用年限時可變荷載的影響。0、L值確定的原那么是當平安等級一樣時,按不同設計使用年限所設計的構造具有根本一致的可靠度程度;且當設計使用年限為50年時,其可靠度程度與現(xiàn)行設計標準所隱含的可靠度程度一致。改良的設計表達式在形式上與現(xiàn)行?統(tǒng)一標準?規(guī)定的表達式比擬相近,只是增加了一個分項系數(shù)L。當設計不同使用年限的構造時,只需要確定對應的L,所以對于工程設計人員的使用不會造成費事。確定在不同設計使

7、用年限時的分項系數(shù)L和重要性系數(shù)0,首先需要確定現(xiàn)行構造設計標準中所隱含的可靠度程度,并以此為目的可靠指標。由于現(xiàn)行設計標準已對荷載取值原那么和抗力分項系數(shù)進展了調整,因此在確定現(xiàn)行設計標準所隱含的可靠指標時,也進展了相應的調整。三、建筑構造可靠度設計的實用方法考慮到鋼筋銹蝕對混凝土構造的抗力影響,根據(jù)我國現(xiàn)行構造可靠度設計標準設計原理,鋼筋混凝土建筑構造預期使用期可靠度設計可采用如下的實用方法:1、針對構造的功能、重要性以及業(yè)主需求,在明確設計使用期的根底上,考慮耐久性退化對構造可靠度的影響,提出了鋼筋混凝土構造預期使用期可靠度設計的概念。構造預期使用期可靠度設計應考慮不同環(huán)境可能引起的耐久

8、性退化、不同預期使用期的荷載程度差異以及預期使用期內構造構件抗力退化的定量指標。2、根據(jù)我國標準的可靠度設計原理,提出了在給定環(huán)境下不同預期使用期構造可靠度確定原那么,給出了鋼筋混凝土構造預期使用期可靠度設計的實用方法。該方法歸結為在預期使用期內構造構件可靠度指標不能低于現(xiàn)行標準的標準,這一要求詳細通過定量考慮構件在使用期內抗力衰減、進步初始可靠度指標來實現(xiàn),然后按現(xiàn)行設計方法轉化為含耐久性折減系數(shù)(或稱抗力折減系數(shù))的荷載-抗力分項系數(shù)設計表達式。該方法形式簡單,易于設計人員掌握和施行。3、針對五種代表性的鋼筋混凝土構件,給出了不同預期使用期耐久性設計參數(shù),包括各代表性構件可靠指標衰減隨使用

9、期的變化、考慮耐久性的不同預期使用期設計可靠指標和實用設計表達式的耐久性折減系數(shù)。通過鋼筋混凝土構件設計算例驗證了本文方法的有效性,比擬了50年和100年預期使用期下考慮和不考慮耐久性影響的構件配筋、初始可靠指標和預期使用期末可靠指標。4、對于建筑所在環(huán)境潮濕的條件下,鋼筋銹蝕對受剪構件的可靠度影響顯著,必須考慮耐久性退化因素影響;對于軸心受拉、軸心受壓、大偏心受壓和受彎構件,50年使用期時可靠度指標變化較小,設計時可以不考慮耐久性退化影響;但隨著預期使用期的增加,應該考慮耐久性的影響,并建議按本文方法在設計時予以考慮。進步構造耐久性的措施還包括進步混凝土保護層厚度、進步混凝土強度等級、減小水灰比等措施,在可靠度設計中應采用經(jīng)濟優(yōu)化的方法確定應采取的措施。進一步的研究中還應該考慮鋼筋銹蝕的隨機性以及粘結強度退化影響。結語構造設計可靠度的上下,是國家經(jīng)濟和資源狀況、社會財富積累程度以及設計施工技術程度與材料質量水準的綜合反映。進步構造設計可靠度時,構造的直接造價將有所進步,而維修費用將減少,投資風險亦將減少;假如降低工程造價,那么維修費用和投資風險都將進步。所以,確定建筑的構造設計可靠度,實際上是在構造造價與構