趙海君

（山西中方森特建筑工程設(shè)計研究院，山西太原 030000）

建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計可靠性的提升，應(yīng)遵循安全、可靠、實用、適用等基本原則，這樣才能確保建筑工程建設(shè)中結(jié)構(gòu)質(zhì)量的合理性，加強(qiáng)建筑結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性、耐久性，減少危險事故的發(fā)生。

1 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計可靠度的基本概念

建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計可靠度指的是設(shè)計人員在規(guī)定時間內(nèi)對建筑結(jié)構(gòu)及其功能實行科學(xué)規(guī)劃的一種能力。建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計可靠度的提升，對于改進(jìn)建筑結(jié)構(gòu)質(zhì)量，維持建筑整體穩(wěn)定性和安全性有重要意義。關(guān)于建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計可靠度的評價，一般是通過設(shè)計功能概率實現(xiàn)的。常見的評定方法以積分法為主，利用收集的隨機(jī)變量參數(shù)，建立與分析可靠度概率分布模型，計算可靠度參數(shù)。不過該方法在實際應(yīng)用中由于難以獲取變量數(shù)據(jù)，使最終計算結(jié)果準(zhǔn)確性偏低，降低了建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計質(zhì)量。

2 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中可靠度的影響要素

建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計可靠度的影響因素相對較多，且現(xiàn)階段對可靠度的評判標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一，方式方法繁雜，結(jié)果各不相同（見圖1）。本文將從多變量評估角度展開分析，希望能提高建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的可靠度。

圖1 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計

2.1 參數(shù)值和計量要素

在不同建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中，對其規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)的評定多是通過穩(wěn)固價值實現(xiàn)的，但不同建筑結(jié)構(gòu)形式不同，參數(shù)值要求也會有所不同，計算標(biāo)準(zhǔn)也會存在相應(yīng)的變化，如果不能對此加以控制，就容易使最終結(jié)構(gòu)的可靠度降低，削弱建筑結(jié)構(gòu)的承載能力。而在參數(shù)計量中，最為重要的是對荷載作用的精準(zhǔn)計量。荷載對建筑結(jié)構(gòu)可靠度的影響體現(xiàn)在生態(tài)環(huán)境下的結(jié)構(gòu)荷載和建筑樓面的荷載。前者考慮的是自然天氣變化帶來的影響，如大風(fēng)、外界引力、雨水等，后者則需要對某分位置對應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)值展開計算，了解荷載分布情況。此外，在計量過程中，要充分考慮建筑的使用周期和安全性，準(zhǔn)確了解建筑結(jié)構(gòu)變化特征，以增強(qiáng)結(jié)構(gòu)設(shè)計可靠性。

2.2 荷載效應(yīng)組合

荷載效應(yīng)組合中包括零部件在不同極限狀態(tài)下的荷載參數(shù)及代表值。在組合方式劃分上，分為基本組合和偶然組合兩種，后者是偶然設(shè)計情況下產(chǎn)生的各種參數(shù)及代表值。荷載效應(yīng)組合要求在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中，深度考慮結(jié)構(gòu)及相關(guān)零部件的承載能力，并計算得出期限值和代表值，以此判斷建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計可靠性與否，維護(hù)建筑結(jié)構(gòu)的質(zhì)量。

目前我國針對建筑結(jié)構(gòu)及其零部件極限值的計算，有規(guī)定的負(fù)載表達(dá)形式，借助多樣化表達(dá)形式的展現(xiàn)，能對結(jié)構(gòu)及零部件負(fù)載情況加以了解和掌握，找出結(jié)構(gòu)設(shè)計中存在的各項問題并加以解決，從而增強(qiáng)設(shè)計可靠性。但是一定要注意的關(guān)鍵問題是，采用規(guī)定中的表達(dá)式負(fù)載和負(fù)載效應(yīng)必須滿足線性關(guān)系才可以，不具備線性關(guān)系的，要根據(jù)實際的性質(zhì)和有關(guān)的設(shè)計規(guī)范選擇其他合適的方法。當(dāng)設(shè)計使用年限和設(shè)計基準(zhǔn)期不相符時，最好的措施就是對荷載系數(shù)加以調(diào)整，調(diào)整可變荷載的標(biāo)準(zhǔn)值來保證結(jié)構(gòu)設(shè)計的可靠度。

2.3 抗力減退

在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計可靠性的研究中可知，影響建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計可靠性的因素包括抗力降低因素。建筑結(jié)構(gòu)抗力降低，使建筑物在長期受到外界環(huán)境的影響而產(chǎn)生不同程度的老化、腐蝕問題，這些問題會對建筑結(jié)構(gòu)性能及結(jié)構(gòu)間的連接效果構(gòu)成破壞，使建筑結(jié)構(gòu)出現(xiàn)各種病害問題，威脅其安全性和穩(wěn)定性。同時抗力降低也使建筑難以承受外界環(huán)境的影響，結(jié)構(gòu)功能也會有所改變。

因此，為緩解產(chǎn)生這種狀況帶來的后果，在對建筑結(jié)構(gòu)開展設(shè)計時，需借助抗力衰減分布函數(shù)找到變化規(guī)律，并根據(jù)實際的情況采取最為有效的措施來提高建筑結(jié)構(gòu)的可靠性。建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中，抗力降低是有規(guī)律可循的，設(shè)計人員可結(jié)合變化規(guī)律采用合理的計算方式，確定結(jié)構(gòu)性能特征，之后再采取有效措施方法，加強(qiáng)建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和可靠性。

3 提升建筑工程結(jié)構(gòu)設(shè)計可靠度的措施

3.1 做好細(xì)節(jié)處理

建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計前，需要做好前期準(zhǔn)備工作。在準(zhǔn)備階段，工作人員需要對建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計內(nèi)容加以分析審核，做好細(xì)節(jié)處理工作，找出其中存在的細(xì)節(jié)性問題并加以解決，以維護(hù)建筑結(jié)構(gòu)施工質(zhì)量，減少問題的產(chǎn)生。在結(jié)構(gòu)設(shè)計細(xì)節(jié)處理中，重點注意鋼筋材料的檢查，確保鋼筋質(zhì)量、規(guī)格、性能的合理性，以免破壞建筑荷載性能，降低安全系數(shù)。

具體來說，在鋼筋選購中，要求按照設(shè)計規(guī)范確定鋼筋規(guī)格、質(zhì)量，利用BIM 技術(shù)，完成鋼筋模擬焊接作業(yè)，選擇科學(xué)有效的焊接方式，建立安全穩(wěn)固的鋼筋結(jié)構(gòu)；在焊接過程中，做好全面分析與考量，以加強(qiáng)焊接效果，做到鋼筋的科學(xué)銜接；利用BIM技術(shù)模型對箍筋框架的緊固流程進(jìn)行模擬，明確施工工序及操作流程，對其中存在的問題加以管控，防止實際作業(yè)中偏移問題的產(chǎn)生，致使結(jié)構(gòu)受力不均，削弱框架負(fù)荷能力（見圖2）。對比分析施工方案內(nèi)容，確保其與設(shè)計方案的一致性，以改進(jìn)設(shè)計質(zhì)量，維持建筑的穩(wěn)定性。

圖2 BIM 技術(shù)模型對箍筋框架進(jìn)行模擬

3.2 剛?cè)徇m度原則

建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計可靠性的影響因素較多，尤其是存在的隨機(jī)變量更為復(fù)雜，如果在設(shè)計中不能做到全面綜合考量，則很難維持建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計合理性，進(jìn)而產(chǎn)生工程質(zhì)量安全問題。為此，在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中，要求設(shè)計人員在剛?cè)徇m度原則的基礎(chǔ)上，開展設(shè)計活動，學(xué)會從全方位角度綜合分析和考量，提高建筑的可靠度。剛?cè)徇m度原則對建筑結(jié)構(gòu)性能及構(gòu)成予以科學(xué)規(guī)劃，過柔結(jié)構(gòu)在臺風(fēng)等自然災(zāi)害影響下，容易出現(xiàn)開裂或崩塌問題；如果建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計剛度過大，在較大外力的沖擊作用下，會因自身缺乏彈性而損壞剛性，遇到大地震時，可能會因結(jié)構(gòu)剛度過大而出現(xiàn)倒塌現(xiàn)象，不僅會造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失，還會給建筑內(nèi)居民的生命造成威脅。故而務(wù)必掌握剛?cè)岬亩?，以確保建筑結(jié)構(gòu)的安全性。

如在剪力墻、柱子等支撐結(jié)構(gòu)設(shè)計中，如果配筋數(shù)量較低，在發(fā)生地震災(zāi)害后，受地震波的影響，結(jié)構(gòu)會發(fā)生位移、偏心、扭轉(zhuǎn)等問題，就會導(dǎo)致局部結(jié)構(gòu)出現(xiàn)拉應(yīng)力過大的情況，產(chǎn)生開裂問題；如果受壓鋼筋數(shù)量不足，豎向承載力會大打折扣。剪力墻內(nèi)鋼筋配備不合理，會直接降低受剪能力和抗變形能力。因此，為增強(qiáng)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計可靠性，就有必要做好鋼筋的處理。

3.3 主次劃分，明確設(shè)計重點

建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計可靠性的提升還需從整體設(shè)計角度展開問題思考，以優(yōu)化結(jié)構(gòu)的受力性能，提高設(shè)計的科學(xué)性。在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中，要分清結(jié)構(gòu)主次，明確重點部位且做好力學(xué)分析，維持建筑結(jié)構(gòu)受力均衡性，力傳導(dǎo)的科學(xué)性，以此增大建筑結(jié)構(gòu)安全系數(shù)，控制破損問題的產(chǎn)生。設(shè)計要保證每個部件都可以單獨承受外部力，借助合力作用增大建筑結(jié)構(gòu)整體荷載力，同時還需確保建筑結(jié)構(gòu)具備一定的外力承載性能，合理分配建筑的內(nèi)部應(yīng)力，延長建筑結(jié)構(gòu)的整體壽命。

在結(jié)構(gòu)設(shè)計中，可堅持強(qiáng)柱弱梁、強(qiáng)剪弱彎的原則。前者是為控制梁結(jié)構(gòu)的剛度，要求其高于柱結(jié)構(gòu)剛度，這樣在問題發(fā)生時，會直觀的展示在柱結(jié)構(gòu)上，便于人員發(fā)現(xiàn)和解決。后者則是控制結(jié)構(gòu)受剪能力，避免因脆性破壞使結(jié)構(gòu)出現(xiàn)開裂、崩塌等問題，加強(qiáng)結(jié)構(gòu)的延展能力，維護(hù)建筑結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性、安全性，保護(hù)居民的生命財產(chǎn)安全。

4 結(jié)語

建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計可靠度的影響因素較多，我國至今也沒有一個明確的指標(biāo)要求。所以在設(shè)計過程中，應(yīng)全方位展開問題的分析和探討，并根據(jù)建筑要求及功能性劃分，開展建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計，優(yōu)化結(jié)構(gòu)抵抗性能，降低外界不良因素或人為因素的影響，從而保障建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和安全性，控制開裂、坍塌等事故的發(fā)生，最終有效提升建筑結(jié)構(gòu)的可靠度，深化建筑的總體價值。