谈既有房屋结构可靠性鉴定

2012-11-06周长明王春武

山西建筑 2012年33期

周长明王春武

(扬州大学建筑科学与工程学院，江苏扬州 225009)

0 引言

随着社会的发展，建筑业正逐步进入以维修与现代化改造为重点的第三个时期。为了保护自然资源，保持社会可持续发展，必须充分利用既有结构。如果能够科学地评估现存结构损伤的规律和程度，及时采取有效处理措施可以延缓结构损伤的进程，达到延长结构使用寿命的目的。因此，既有结构可靠性评估方法研究有着广泛的工程应用背景、社会意义。

1 可靠性定义

我国《建筑结构可靠度设计统一标准》中对结构可靠性定义为:结构可靠性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能力。

既有结构的可靠性定义为:已建成的结构在既定的工作条件下，在正常使用、正常维护条件下，在要求的服役基准期内，考虑环境等因素影响时能够完成预定功能的能力。

2 可靠性评定的依据及现行房屋结构鉴定方法

2.1 可靠性评定依据

1)反映结构、环境特性和状况的信息。既有结构可靠性评定所依据的信息首先应是结构、环境自身实际状况的信息，它们最有效地反映了结构当前的实际特性、结构状态及环境历史。既有结构的原始设计图纸等信息，需经核实之后作为评定依据。

2)有关结构分析、校核的标准和规范。既有结构多数依据以往的规范进行设计，与现行标准和规范的规定存在差异，现行规范主要适用于拟建结构的设计分析，拟建结构的设计标准一般偏于安全，因此，既有结构的可靠性评定应以“最小结构处理为目标”。对既有结构可靠性评定，应以现行标准为基准并不完全遵循，应采取一定措施，保证结构可靠性的同时将维修加固规模限制在一定范围内。

2.2 现役结构鉴定方法

目前，结构可靠性鉴定方法大致包括:传统经验法、实用鉴定法、概率鉴定法、人工神经网络鉴定法和响应面法等。

1)传统经验法。传统经验法是以原设计规范为依据，根据个人专业知识和工程经验，然后对建筑物的可靠性给出评价的一种经验判定方法。此方法鉴定程序简单，荷载计算以实际调查为准，材料强度取值一般按经验确定，受个人主观因素影响较大，缺乏准确数据。因此，难以对结构的性能和状态做出全面的分析，评判过程缺乏系统性，鉴定结论往往因人而异。

2)实用鉴定法。实用鉴定法是在经验鉴定法的基础上发展起来的，应用各种检测手段对建筑物及其环境条件进行周密的调查、检测、测试结构的主要力学性能参数，然后经统计分析后用于结构的分析计算，由此判定建筑物的性能和状态，全面分析建筑物所存在问题的原因。然后，以现行标准规范为依据，按照统一的鉴定程序和标准，从安全性、使用性多个方面综合评定建筑物的可靠性水平的方法。与传统经验法相比，该法鉴定程序科学，实用鉴定法十分强调检测手段和试验数据，试验数据准确可靠，对建筑物性能和状态的认识较准确和全面，可以为建筑物维修、加固、改造方案的决策提供可靠的技术依据。

3)概率鉴定法。在实用鉴定法的基础上，运用概率论和数理统计原理，进一步利用统计推断方法分析影响特定建筑物可靠性的不确定因素的评定方法。概率鉴定法则针对具体的既有建筑物，找出建筑物在正常使用条件下和预期的使用期限内发生破坏或失效的概率，通过对建筑物和环境信息的采集和分析，评定建筑物的可靠性水平，确定结构的使用寿命。应用该方法得出的鉴定结论更符合建筑物的实际状态。

4)人工神经网络鉴定法。人工神经网络是由大量处理单元互联组成的非线性、自适应信息处理系统。具有高度的并行处理、联想记忆、良好的自适应性和自组织能力。它无需预先确定系统的模型，而是以实验或实测数据为基础，经过有限次迭代计算，从而获得一个反映实验或实测数据内在规律的数学模型。由于人工神经网络具有较强的学习功能和容错性，可以模拟专家推理，因此神经网络在结构评定中的应用日益受到重视。

5)响应面法。响应面法是近年来发展起来的进行可靠度分析的一种有效的方法，其思想是通过一系列确定性试验拟合一个响应面来模拟真实的极限状态曲面。从本质上讲，响应面是统计学的综合实验技术，用于处理几个变量对同一体系或结构的作用问题，也就是体系或结构的输入与输出的转化关系问题。

3 既有结构性能评定目的及内容、原则、基本影响因素

3.1 可靠性评定的目的及内容、原则

对既有结构可靠性的评定并非对结构现状的评定，主要目的是评定结构能否在新的目标使用期——评估使用年限内完成预期的功能要求，即结构在未来的时间里的可靠性。在评估使用年限内对结构的使用、维护方面的要求，是既有结构可靠性评定的前提和条件。

对既有结构可靠性评定的基本内容是对结构安全性和适用性的评定，对耐久性的评定应包含在安全性和适用性的评定当中，如图1所示。

既有建筑结构性能评定的原则:确保结构的性能，尽量减少工程处置量，体现可持续发展的政策。

3.2 结构可靠性的基本影响因素

图1 既有结构可靠性评定基本内容

结构可靠性的核心是结构的功能要素，通常根据结构的状态判断结构能否完成预定的功能。结构可靠性的基本影响因素及各因素之间的关系如图2所示。

图2 结构可靠性的基本影响因素

影响结构可靠性的因素还有很多方面:作用效应、抗力性能、安全储备、结构的易损性和人为差错等。

4 现行结构可靠性鉴定存在的缺陷及可靠性评定方法

4.1 现行既有结构可靠性鉴定存在的主要缺陷

现行的可靠性鉴定方法及规范标准中存在一些缺陷，其中最主要的因素包括以下几个方面:

1)鉴定过程和结果从结构构件出发，不能很好地体现整体结构的性能。

我国结构设计的规范规定还主要是停留在构件截面设计层面上，现行评定方法只考虑了安全性不足的构件数量，对不同构件在结构体系承重功能中的不同地位和作用考虑不足。另外，评定标准中对于结构整体性的评定也较为笼统。如果能够根据既有结构实际状态，从结构整体性方面合理地进行研究和把握，对结构鉴定的经济性和准确性具有重要的意义。

2)现有的可靠性鉴定标准尚未形成统一。

规范中的规定，一部分要求结构的精确数据，一部分则要求根据经验估计，民用和工业建筑以及结构的抗震鉴定都有不同的标准，实现这些标准的统一便于在实际操作中的使用，其鉴定结果将更合理有效。

3)既有结构的荷载取值未能考虑结构的客观特性。

新建结构荷载取值与结构的设计基准期有关，设计基准期不同，荷载取值也将不同。现役结构的设计基准期为其服役基准期(后续使用年限)，其荷载的取值就应以服役基准期为依据，目前，我国国家规范中对既有结构的荷载取值仍采用设计规范，与结构的实际情况不符。

4.2 现行既有房屋结构可靠性评定方法

既有结构的可靠性可通过对结构的分析以及结构状态的评估进行评定，某些情况下还可以辅以试验。既有结构可靠性评定的基本方法可分为三类:

1)结构分析的方法。

在对既有结构可靠性评定中，根据结构和环境自身的实际情况，预测结构在未来使用年限内可能承受的荷载作用，推断结构现在的实际性能以及在评估使用年限内可能发生的变化，通过结构分析与校核，最终评定结构在使用年限内的可靠性是否满足要求，即为结构分析的方法。

2)结构状态评估的方法。

结构当前状况及环境的变化历史是既有结构可靠性评定的主要依据，在某些情况下，不必进行结构的分析和校核，直接通过对外观、变形等结构状况评估即可对既有结构的可靠性作出评定，这种方法称为结构状态评估的方法。结构状态评估的方法可按照评定结论的性质划分为两种:判定结构安全性、适用性不满足要求的方法;判定结构安全性、适用性满足要求的方法。

3)结构试验的方法。

当采用结构分析和结构状态评估的方法难以对现有房屋结构的可靠性做出准确的评定时，可考虑采用结构试验的方法减小或证实人们对既有房屋结构安全性的怀疑。基于结构试验进行评定的方法是建立在建筑物与现实环境所提供的信息上，为现行房屋结构可靠性评定的特有方法。

5 可靠性鉴定的发展趋势

对结构进行可靠性鉴定是对结构现状和未来工作能力了解和掌握的必要途径。鉴定方法的发展在一定程度上还要依赖于鉴定手段和技术的发展，理论上的突破同样是不可或缺的重要条件。

从发展趋势上讲，概率鉴定法仍然是可靠性鉴定发展的方向，其理论基础是现有结构可靠性理论(又称既有结构可靠性理论)。先进的鉴定技术，能准确地获得结构的现有资料，应统一结构的可靠性鉴定标准;深化概率鉴定法的理论和实践应用研究;开发可靠性较高的鉴定软件，对鉴定过程进行标准化规范等。结构构件的安全性并不等于结构整体的安全性，对结构整体性能的研究对结构设计和结构可靠性鉴定的合理性和安全性有重要的意义，是结构可靠性鉴定的一个发展方向。