建筑结构设计可靠度的影响因素与对策研究

建筑结构设计可靠度的影响因素与对策研究

张成虎,唐敏,郭严

中联合创设计有限公司新疆第三分公司  新疆乌鲁木齐  830000

摘要：目前，建筑结构设计的可靠度是设计师必须面对的重要问题之一。建筑结构按时间划分为前期设计阶段，中期施工阶段，后期使用维护阶段。对结构可靠性影响最大的是前期图纸设计阶段。而在建筑工程设计中，设计人员往往不重视建筑可靠性，从而导致建筑物的安全性和耐久性受到严重影响。因此，建筑结构设计的可靠度不仅会直接影响建筑工程的顺利进行，还会影响到建筑的整个寿命周期。建筑工程设计过程中,结构设计的可靠度是整个工程设计的重心,结构设计的可靠度不仅决定了工程的可行性与质量保障,而且还决定了企业的经济效益,不仅关系到国家经济建设的发展,还关乎到人民生命财产安全。 因此,在建筑结构设计中,必须站在安全与发展的高度来重新审视这项研究技术,加大对建筑结构设计的可靠度研究,使其更加完善。

关键词：建筑；结构设计；可靠度；影响因素

近年来国内的建筑业的发展十分迅速,人们对建筑业的关注度也日益增加,城市化的加速使得建筑工程发生巨大变化。然而,人口密集、财富集中的城市在面对地震灾害时,就可能会造成众多的人员伤亡与巨大的经济损失,结构的耐久性以及抗风、抗震性都是影响结构可靠性的因素。因此建筑结构设计技术对可靠度的研究提出了巨大的挑战，提高可靠度的水平有利于国家发展,同时也符合建筑业的要求,从而缩短与社会发展同步的差距,使其该行业具有更广的发展前景。

1建筑结构设计遵循的原则

为了保障建筑工程的施工质量，在推进建筑结构设计工作时，需要遵循一些基础的设计原则，主要可以细分为安全性、适用性和耐久性。安全性是指在正常施工和正常使用条件下，结构应能承受的各种荷载作用和变形而不发生破坏和在偶然事件发生后，结构仍能保持必要的整体稳定性；适用性主要是指正常使用时，结构具有良好的工作性能；耐久性是指在规定的环境中，在预期使用年限内，在正常维护条件下不需大修就能完成预定功能的能力。

2结构可靠度的基本理论

结构可靠度的基本理论是建筑结构设计可靠度分析的前提,安全性、适用性和耐久性是检验结构可靠性的标志。了解建筑设计可靠度基本理论,有利于企业在建筑设计中能够将结构的安全性稳定性体现出来,增大建筑物的安全性能。结构设计可靠度基本理论包括建筑结构体系可靠度、结构承载能力可靠度、结构疲劳抗震可靠度、钢筋混凝土结构可靠性等。1.建筑结构体系可靠度，在建筑结构体系中存在各种失效模式，只有失效概率值较大的模式才会对结构体系可靠度失效分析起到参考作用。目前,已有多种寻找结构失效模式的方法:如荷载增量法、网络搜索法、分支约界法、线性规划法、约界法、截止枚举法等,其中在寻找结构失效模式应用较多的是分支约界法。在寻找主要失效模式的过程中需要进行大量的概率计算。因此,概率计算也是结构体系可靠度分析的一部分。结构体系失效概率的计算可归结为是计算多维正态概率分布的问题。该函数是由一次二阶矩方法确定的可靠指标和失效模式间的线性系数建立的。2.结构承载能力可靠度，对于结构进行概率极限设计时,首先要考虑的是安全标准问题。就承载能力极限而言,结构失效包括两种形式:一种是首次超越失效(在设计基准期内),若结构荷载效应只要有一次超过结构抗力,结构就会遭到破坏;另一种是累积损伤失效(结构的破坏是由于荷载的反复作用引起),当损伤累积到一定程度而引起结构破坏。在结构设计中,要保证结构能在极端载荷下的安全性。同时也要确保结构在正常载荷下的功能,满足其适应性的要求，要按统一的标准,对正常使用时变形、局部损坏和振动等极限状态的分析，有时虽然超过正常使用极限,却不会造成结构灾难性的破坏与损失,但是很大程度会严重影响结构的正常使用。3.结构疲劳抗震可靠度，结构疲劳破坏或地震破坏是一种积累损伤失效。疲劳破坏属于高周疲劳,结构一般处于低应力水平,若处于弹性状态,并且在一定荷载反复作用较多次数下,需要利用概率法进行分析结构是否会破坏。地震破坏是低周疲劳,结构一般处于高应力水平,反复荷载作用较少次数,其结构抗震的概率分析应该以随机振动理论和以结构抗震设计规范作为分析方法。4.钢筋混凝土结构可靠度，钢筋混凝土结构可靠度包括施工期与老化期。施工期结构施工是将设计图纸转化为真实结构的过程。结构施工过程中的复杂性与不确定因素性使得建筑结构性能的可靠性难以确定。除此之外,对材料力学性能研究的不充分或是施工管理的不善导致结构施工期风险较高。结构老化期的可靠度分析可以根据抗力衰减方法进行评估。因此,研究钢筋混凝土结构的施工期与老化期的可靠度,建立相应的结构施工规范管理制度,不仅能够提高结构施工期的安全性,而且还能够对结构使用期和老化期的安全性起着重要作用。

3 结构可靠度的影响因素

当结构可靠度的评价指标体系具有一定的规律性时，设计人员可以通过分析结构的可靠度来确定一个合理的结构可靠度函数关系。了解影响结构设计可靠度因素，能够及时意识到建筑工程上的缺陷,增加建筑得稳定性与安全性。但首先需要了解两个专业术语,即作用效应与结构抗力。结构抗力指结构抵抗环境影响的能力,包括抵抗承载极限能力和抵抗正常使用极限能力。作用效应指作用的施加使结构产生了内力。结构设计可靠度影响因素包括四个方面,即目标可靠指标；可变荷载水平与分布参数；工程质量；力衰减等方面。(1)目标可靠指标：目标可靠指标是影响结构可靠度水平的指标；(2)可变荷载水平与分布参数：荷载设定大小不同,结构可靠度水平也不同，可变荷载概率分布将影响结构设计的可靠度；(3)工程设计、施工、使用和维护的质量导致设计抗力与实际抗力的偏差。因此,加强各个环节质量控制,是提高结构设计可靠度的关键措施；(4)抗力衰减、载荷疲劳导致积累损伤等不利影响,构件抗力会随时间衰减,准确把握抗力分布变化规律,能够保证结构设计可靠度。

4 建筑结构设计中的问题

4.1 人为问题

在建筑结构设计中，设计人员的决定性和影响作用不容忽视，人为问题也就成为了当前建筑结构设计中不容忽视的重要问题，很多建筑结构设计缺陷的出现都和设计人员有关。基于建筑结构设计人员方面的问题进行分析，首先表现为设计人员的资质不佳，不具备相匹配的建筑结构设计能力，尤其是在面临当前越来越复杂的建筑结构体系时，无法体现出较高胜任力，进而也就极容易表现出设计问题。其次，当前一些建筑结构设计人员过于墨守成规，不注重结合新形势下的建筑结构设计要求进行创新，过度模仿和抄袭既有建筑结构设计方式，如此也就必然会影响到建筑结构设计效果，难以赢得业主认可，对于整个建筑行业的发展同样不利。另外，建筑结构设计人员方面的问题还表现在意识层面，设计人员在工作开展中缺乏较高的投入度，在建筑结构设计时过于应付，存在着较为明显的疏忽大意心态，意识不到建筑结构设计工作的重要性，进而也就必然会影响到最终设计成效，增加了出现设计缺陷的几率，影响建筑结构设计水平。

4.2 设计图纸过于简略

建筑结构设计中存在的问题还具体表现在设计图纸上，因为相应建筑结构设计图纸过于简略，对于很多信息的标注不完善也不够清晰，如此也就必然会影响到建筑结构设计图纸的应用效果，难以在后续施工中形成良好指导作用。在建筑结构设计中，往往为了优化设计成效，需要设计人员在结构设计图纸中进行详细标注，尤其是对于建筑结构类型、墙体材料、各梁柱构件以及层高等信息，都需要清晰标注到设计图纸中，以求更好指导后续建筑结构施工处理任务，避免影响整体施工效果。但是在当前建筑结构设计中，很多设计人员并没有能够针对上述具体要求进行详细标注，致使建筑结构设计图纸过于粗略，在后续应用中容易形成错误理解，干扰建筑结构设计图纸应用准确度，甚至会增加出现安全事故的风险。对于建筑工程项目设计中没有引入运用一些三维立体设计手段的，更是容易在相应建筑结构设计图纸信息标注上出现偏差错乱现象，关键信息缺漏的同时，也有可能出现标记位置不当现象，严重影响后续建筑结构设计图纸的应用效果。

5 提升建筑结构设计的可靠度对策

5.1 建筑物的相关参数数值的精准度

建筑工程施工的过程中采用的建筑材料主要包含钢筋以及水泥和混凝土等，建筑结构多数是钢筋混凝土的结构。影响混凝土耐久性的破坏作用主要有6种

：（1）冰冻-融解循环；（2）环境水作用；（3）风化的作用；（4）中性化的作用；（5）钢筋锈蚀；（6）碱-集料的反应。要充分认识这六种因素对混凝土耐久性的影响。因此，在建筑结构设计的过程中，对于使用的建筑材料的性能以及特性和钢筋混凝土结构的承载能力以及安全性能和耐久性需要进行综合考虑，保证建筑结构的质量以及安全性能与耐久性能。

5.2 严格遵循国家相关建筑规范

不同行业都有与之对应的国家法律法规对其进行规范，建筑行业更应该遵循国家制定的建筑规范标准，由此确保我国社会经济的高速发展。建筑规范标准存在法律效应，对于建筑施工过程中存在的违规行为导致的不良后果必须承担法律责任，因此具有强制性。建筑设计的相关工作人员在开展建筑设计工作时，要严格依据相应规章制度以及法律法规规范予以执行。对于现存的规范标准不能满足建筑设计需求时，相关企业或是单位必须及时向上级部门进行反应，以便于国家研究并出台更具科学合理的相关规范制度。对于建筑结构设计的过程中存在的违规与违法行为，必须及时制止，依据相关法律规定，严格依法进行处理。

5.3 建筑结构设计的可靠度试验

建筑结构设计的可靠度试验主要指对建筑结构进行设计时，对建筑结构可靠度进行检测，并依据检测结果对建筑结构可靠度进行评价。在建筑施工的过程中，建筑结构设计的可靠度试验属于是建筑应用中重要的工作内容，能准确反映出建筑质量，还能为建筑后期设计提供有效参考。

建筑结构可靠度试验主要包含两个内容：分别是测量建筑结构的可靠度以及评估和分析建筑结构的可靠度。在对建筑结构的可靠度进行分析时，相关设计人员能利用可靠度的计算方法对建筑项目整体的质量以及安全性能进行评价，进而为建筑结构的设计提供有效的参考依据。在现实的工作中，对建筑物的稳定性以及安全性进行评估时，相关设计人员必须对不同影响因素进行分析，比如地震以及地质条件等因素。因此，在对建筑结构进行设计时，相关设计人员必须高效利用建筑相关的理论知识，并依据现实情况选取最优方案以及措施，进而实现建筑项目经济利益的最大化。因此，建筑结构的可靠度试验是进行建筑设计工作的重要基础。

5.4 建筑结构的防腐设计

建筑结构的防腐设计不仅能提升建筑结构的抗腐蚀能力，还是确保建筑结构安全的重要措施。在建筑结构施工的过程中，相关工作人员必须严格控制建筑施工材料的质量。在对建筑材料进行使用时，相关工作人员必须做好建筑材料保护工作，规避建筑材料因为运输不合理以及存储不当而产生损坏。相关工作人员必须做好建筑房屋的防潮以及防水等工作，防止因为渗漏问题而对建筑物的安全性以及耐久性产生影响。针对具有特殊要求的建筑物，相关工作人员必须采取措施降低或消除这些危害，例如，可采用非承重墙体的加固形式起到保护墙体结构的作用，还可以通过抗裂砂浆提升建筑保温层的表面强度与增加建筑保温层抗裂的能力，从而提高建筑结构的安全性与耐久性。

6结语

为了提高建筑的可靠度和安全性，本文分析了建筑结构设计可靠度的影响因素，并且结合相关理论，提出了相应的策略。影响建筑结构可靠度的因素与对策研究，可以为相关工作人员提供参考，进而为制订合适的设计方案打下良好的基础，为我国的建设发展贡献出自己微薄之力。

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