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1、浅谈建筑结构设计的可靠度 摘要:建筑结构作为特殊商品,确定其设计可靠度的高低不应是纯政府行为,目前至少应有房屋开发商、保险业和用户参与。我国现行结构设计标准的低可靠度原则已不能适应当前的国情,提高我国建筑结构设计的可靠度水平将有利于生产、生活水准的改善,有利于国民经济发展,也符合建筑物业主的利益和要求。 关键词:建筑结构设计;可靠度;设计方法;改进措施;实用方法 结构设计可靠度的选择,不仅涉及生命财产的损失,有时还会产生严重的社会影响,对某些结构,还将可能产生严重的政治后果;而且还涉及到国家的经济基础和技术经济政策。 一、现行结构
2、可靠度设计方法 结构可靠度是指结构在规定的时间内,在规定的条件下,完成预定功能的概率,即结构可靠度是结构可靠性的概率度量。结构可靠度的分析就是要合理地确定结构的可靠度水平,使结构设计符合技术先进、经济合理、安全适用和确保质量的要求。 我国最早制定的结构设计规范在安全度方面存在着不少缺陷。如果用统一的可靠指标刀来分析,就会发现其中最主要的问题是各规范以及同一规范各个结构构件中,甚至同一种构件在不同条件下安全度水平都不一致。 我国的前《建筑结构设计统一标准》GBJ68-84,按照校准法来分析原有规范的安全度水平,同时确定新规范的安全度水
3、平。采用可靠度方法设计时,必须选定新的目标可靠指标,这个指标应当更为合理,但又不能偏离原有规范太远。《统一标准》GBJ68-84实质上是在总体上继承我国原有规范的建筑结构安全度水准。分析结果表明,原规范的安全度水平在总体上是可以接受的,但需对一些过高过低的情况,进行适当调整,以便使各种结构构件达到较一致的可靠度水平。 2001年建设部推出了新的《建筑结构可靠度设计统一标准》GB50068-2001,此标准借鉴最新版国际标准1SO2394《结构可靠度总原则》,给出了不同类型建筑结构的设计使用年限;在承载能力极限状态的设计表达式中,对于荷载
4、效应的基本组合,增加了永久荷载效应起控制作用时的组合式;对楼面活荷载、风荷载、雪荷载标准值的取值原则和结构构件的可靠指标以及结构重要性系数做了调整;还首次对构件正常使用极限状态下的可靠度做出了规定。 新的《建筑结构可靠度设计统一标准》对原来的《统一标准》做了比较大的修正,但是在现行结构设计方法上还是存在着不足,主要表现在以下几个方面。 1、对设计使用年限仅考虑了特定的几种情况,如50年和100年,不能全面反映不同建筑物对不同设计使用年限的需要。并且在GB50068-2001中,设计使用年限的变化是通过结构重要性系数γ0来考虑的,当设计
5、使用年限增大,就增加结构重要性系数。但是设计使用年限增大,恒载并没有发生变化,而重要性系数增加等于也增大了恒载效应,这与实际情况存在较大出入。 2、结构重要性系数的取值过于简单。对于所有受力类型构件,以及所有荷载作用下,重要性系数只能取固定的几个值,分别为0.9、1.0、1.1。这样做会使有些计算结果偏于保守,而有些又显安全度不足。应当根据实际情况,按照不同受力和荷载类型分别确定。 3、设计表达式存在缺陷,可能会造成明显不合理的结果。 二、现行结构可靠度设计的改进措施3 针对现行设计方法存在的缺陷,本文提出了对现行设计方法的改进方
6、法。首先研究用可变荷载分项系数的变化来考虑不同设计使用年限的影响,用现有标准中隐含的结构在设计使用年限为50年时的可靠指标,来确定在其他设计使用年限时结构的可变荷载分项系数。其次,确定不同安全等级结构在不同设计使用年限时的重要性系数。按照上述目标,提出了改进的结构设计表达式 γ0(γGSGK+γQγLSQK)≤R(γR,ƒK,aK,…) 设计表达式的改进体现在γ0、γL两个系数上。γ0还是代表结构重要性的系数,用于整个荷载效应组合值。对于不同的设计使用年限,具有不同的重要性系数。γL是不同设计使用年限时结构的可变荷载分项系数
7、,仅用于可变荷载标准值,用来考虑不同设计使用年限时可变荷载的影响。 γ0、γL值确定的原则是当安全等级相同时,按不同设计使用年限所设计的结构具有基本一致的可靠度水平;且当设计使用年限为50年时,其可靠度水平与现行设计规范所隐含的可靠度水平一致。 改进的设计表达式在形式上与现行《统一标准》规定的表达式比较相近,只是增加了一个分项系数γL。当设计不同使用年限的结构时,只需要确定对应的γL,所以对于工程设计人员的使用不会造成麻烦。 确定在不同设计使用年限时的分项系数γL和重要性系数γ0,首先需要确定现行结构设计规范中所隐含的可靠度水平,并
8、以此为目标可靠指标。由于现行设计规范已对荷载取值原则和抗力分项系数进行了调整,因此在确定现行设计规范所隐含的可靠指标时,也进行了相应的调整。 三、建筑结构可靠度设计的实用方法 考虑到钢筋锈
