基于现役建筑结构的可靠性鉴定

郝 骁 玮

(山西建工设计院(有限公司)，山西 太原 030027)

基于现役建筑结构的可靠性鉴定

郝 骁 玮

(山西建工设计院(有限公司)，山西 太原 030027)

建筑结构随着使用的年限越来越长，自身不再完全满足结构的要求，性能逐渐弱化，可靠性降低，目前国内现役建筑的房龄大部分维持在20年～30年左右(正常设计年限为50年)，因此对于现役建筑结构可靠性鉴定是必要的，从现役建筑结构的影响因素出发，从而进行可靠性鉴定。

现役建筑结构，性能，可靠性，鉴定，影响因素

0 引言

建筑结构的原材料是现代混凝土、钢、木以及砖石等材料通过一定的比例加上人类的智慧造就的成品。可靠性从建筑结构的角度出发就是在设计年限内满足建筑使用性能的要求，可以完成设计规定的功能的能力。一般来说，可靠性分为安全性、适用性以及耐久性。

1 国外建筑结构可靠性研究

第二次世界大战期间，战争的原因导致很多东西发生了致命性的破坏，因此可靠性这个概念开始引入。其中建筑结构可靠性是可靠性研究中的一个分支，20世纪40年代的时候，《结构安全度》[1](作者是A.M.Freudenthal)的论文发表了。之后可靠性指标β作为一种数量指标被提出，同时建立了一次二阶矩阵模式[2]。但是前面的研究有相当大的局限性，只有随机变量在正态分布图下才具有真实意义。与此同时，各国也在对课题进行深入研究[3]，制定各种技术标准，标准化的鉴定以及验收，而且随着科研的继续，不仅仅局限于本国的研究，还成立了国际化组织——国际建筑研究和信息委员会和建筑物维修改造委员会从事课题的研究。日本[4]作为经济发展好的国家，更是对此课题进行定时的汇报以及总结，然后提供大量的资金用于委托编制规程以及标准，鼓励学者从事此项研究。截止目前为止，国际上鉴定建筑结构的可靠性基本分为三个阶段：

1)从40年代到50年代，研究探索主要围绕建筑结构的缺陷原因分析以及维修方法。

2)60年代到80年代初，研究探索主要围绕检测技术以及评价方法进行，而且很多现代化的检测技术出现在这个阶段，譬如：物理检测、非破损检测以及破损检测。

3)从80年代至今，研究探索主要围绕规范以及标准的制定工作进行以及检测技术的不断更新和完善，逐渐趋于完善的理论。

2 国内建筑结构可靠性鉴定技术研究

建国初期，关于建筑结构可靠性的研究相对较少，直至文革期间，研究的重点还没有开始，之后建筑结构可靠性的研究有了明显的发展，特别是经历过了唐山大地震[5]之后，建筑结构的可靠性成为了人们关注的重点，如何提高建筑结构的可靠性，不仅仅是关于建筑结构本身的问题，更是人类安全的问题，同时如何加固建筑结构也是很重要的，关于国内建筑结构可靠性的研究从以下几个方面开始：

1)基本理论。

变量之间的相连性，广义随机空间的出现使得可靠度分析的范围逐渐扩大，还有基于Laplace[6]逼近理论，提高了计算的精确度。

2)线性可靠度理论。

关于这个课题的研究，主要是侧重于用数学方法解决可靠度，建立极限状态方程，通过求解状态方程求解理想状态下的未知数。

3)蒙特卡洛[7]方法。

该方法主要解决结构失效状态下发生的概率问题，基于抽样方法，此方法适用于计算量不大，同时效率可以提高。

4)随机有限元[8]。

该方法大大的减少了随机变量的数量，通过迭代求解的方式进行求解，将结构动力学较复杂的问题简化为静力学问题，一方面将复杂结构简单化，一方面便于求解，得出准确数值，用失效模式串联的结构体系进行可靠度计算。

5)结构抗震可靠度。

此研究比较贴合于实际情况，实验室假定现实一模一样的情况，然后通过模拟进行结构抗震的可靠性研究。

6)施工期的可靠度。

主要是建筑材料的抗力变化进行研究，比如钢筋、混凝土在施工过程中是否就出现了不能负载的情况，或者是负载损失，然后提出相关的应对措施，提高可靠度。

7)其他。

还有很多是研究结构老化以及结构优化设计等可靠度的研究，甚至有专家经验对网络进行训练，提出了人工神经网络方法[9]，主要针对的是现役结构的可靠度研究。

3 影响现役建筑结构可靠性的影响因素

随着社会的发展以及人类生活水平的提高，建筑功能不断的被完善满足新的需求，然而这与现实是存在悖逆的，原有建筑结构随着时间的推移，性能开始减化，在人类需求不断增加的情况下，要对现役建筑结构进行可靠性研究具有十分重要的意义。

现役结构相比于新建结构，更加的复杂，究其缘由，在于其先天的缺陷问题不可避免，其次所处环境的影响。根据对现役建筑结构的影响来说，可靠性的影响因素包括三类：分别是随机性影响因素，模糊性影响因素以及信息不完备影响因素。随机性影响因素，是指时间发生的偶然性以及结果的不确定性，这种影响因素的数学方法主要通过统计学的方式进行，包括数理统计、随机过程以及概率论方法。模糊性影响因素主要是客观事物差异的中间过度中的不确定性，对于现役建筑结构的不确定性，一部分可以理解为裂缝的宽度和允许变形的界限，哪些界限范围是安全的，哪些又是不安全的，而现在对于这些的定义只是局限于人类的接受程度而已，并没有完全基于理论的解释，信息不完备影响因素主要指的是掌握资料的不完备性，事物的三类状态，白色系统，黑色系统以及灰色系统，其中灰色系统指的就是不完备性，如高速公路建设可承受的荷载和实际车辆通过所带来的荷载不是完全一致的，存在信息的不完整性。

目前关于现役结构的可靠性的影响因素还处于探索和发现阶段，需要进一步的理论和数据值支撑。

4 可靠性鉴定的因素

可靠性鉴定的因素主要从以下几个方面进行：

1)结构构件的承载能力；建筑结构主要由构件构成，只要通过部分的研究，最后才能确定结构整体的情况，在建筑结构中1+1=2的概念不完全适用，但是单独对构件的研究还是有现实意义的。对构件的研究可以分为几个等级，其中最高的等级就是实物完好，其次是达到可靠度水平，即质量的下限，然后是不符合工程质量的要求，但是还未达到破坏的程度，最后是构件严重不符合规范，这种构件不适合承重，或者是实物可能处于濒临危险的阶段，这种类型的构件是不允许应用于建筑中。

2)混凝土的保护层厚度：混凝土的保护层的厚度越厚，对于材料越好，主要是有利于钢筋的承重，保护混凝土内部的钢筋不受到空气的腐蚀，保证钢筋的耐久性能，至于钢筋是否被锈蚀，可以通过自然电位法、局部凿开法以及直观检查法进行鉴定。

3)建筑结构的使用年限和历史情况要定期进行盘查，人为以及自然的现象都会对建筑结构产生一定的破坏力，定期的检查可以做出适时的修补，提高建筑结构的可靠性。

4)裂缝开展情况：建筑结构构件可以存在一定程度的裂缝宽度，但是裂缝宽度发展到一定的阶段将会导致结构不能承重，失去其功能性，因此要定期检查裂缝的情况以及发展趋势，切不可亡羊补牢。

5)构造和连接同样影响建筑结构的可靠性，因此也作为建筑结构的可靠性鉴定的一个项目。

5 结语

对于建筑结构可靠性的研究，一定在影响因素上下功夫，只要有果必有因，掌握了发生破坏的各种可能性，就有机会从源头杜绝破坏发生的可能性。

[1] Freudenthal,A.M.The safety of structures.Transation,ASCE,V112,1947:11-21.

[2] 赵国藩，曹居易，张宽权.工程结构可靠度[M].北京：水利电力出版社，1984:8-15.

[3] lfredo,H.S.Ang,Wilson H.Tang,Probability concepts in engineering planning and design,John Wiley and Sons,VolumnⅠ,1975,VolumnⅡ,1984:23-32.

[4] 中国土木工程学会桥梁及结构工程学会结构可靠度委员会.结构可靠性的十年[A].工程结构可靠性全国第三届学术交流会议论文集[C].1995:1-20.

[5] 赵国藩，王恒栋.广义随机空间内的结构可靠度实用分析法[J].土木工程学报，1996，29(4)：47-51.

[6] ZHAO Guofan,LI Yungui,WANG Hengdong.Asymptotic analysis methods for structural reliability[J].China Ocean Eng,1995,9(3):303-310.

[7] ZHAO Guofan,LI Yungui,WANG Hengdong.Forth moment for structural reliability analysis based on maximum entropy theory.[A].The Sixth Workshop on Concrete Model Code for Asia[C].1996：155-160.

[8] 佟晓利，赵国藩.改进的Rosenblueth方法及其在结构可靠度分析中的应用[J].大连理工大学学报，1997，37(3)：316-321.

[9] 贡金鑫，赵国藩.原始随机空间内的结构可靠度分析[J].水利学报，1999(5)：30-34.

Reliabilityidentificationofexistingbuildingstructure

HaoXiaowei

(ShanxiConstructionIndustryDesignInstituteCo.,Ltd,Taiyuan030027,China)

Building structure with the use of life more and more, it is no longer meeting the structural requirements, performance gradually weaken, reduced the reliability. Currently existing building age stayed mostly in 20 to 30 years (normal designing for 50 years), so it is necessary for the existing building structure to run for reliability appraisal. This paper starts from the influence factors of the existing building structure, and then carries on the reliability appraisal.

existing building structure, performance, reliability, identification, influencing factors

2017-10-01

郝骁玮(1969- )，男，工程师

1009-6825(2017)35-0043-02

TU311

A