談既有房屋結構可靠性鑒定

周長明 王春武

(揚州大學建筑科學與工程學院，江蘇揚州 225009)

0 引言

隨著社會的發(fā)展，建筑業(yè)正逐步進入以維修與現代化改造為重點的第三個時期。為了保護自然資源，保持社會可持續(xù)發(fā)展，必須充分利用既有結構。如果能夠科學地評估現存結構損傷的規(guī)律和程度，及時采取有效處理措施可以延緩結構損傷的進程，達到延長結構使用壽命的目的。因此，既有結構可靠性評估方法研究有著廣泛的工程應用背景、社會意義。

1 可靠性定義

我國《建筑結構可靠度設計統(tǒng)一標準》中對結構可靠性定義為:結構可靠性是指結構在規(guī)定的時間內，在規(guī)定的條件下完成預定功能的能力。

既有結構的可靠性定義為:已建成的結構在既定的工作條件下，在正常使用、正常維護條件下，在要求的服役基準期內，考慮環(huán)境等因素影響時能夠完成預定功能的能力。

2 可靠性評定的依據及現行房屋結構鑒定方法

2.1 可靠性評定依據

1)反映結構、環(huán)境特性和狀況的信息。既有結構可靠性評定所依據的信息首先應是結構、環(huán)境自身實際狀況的信息，它們最有效地反映了結構當前的實際特性、結構狀態(tài)及環(huán)境歷史。既有結構的原始設計圖紙等信息，需經核實之后作為評定依據。

2)有關結構分析、校核的標準和規(guī)范。既有結構多數依據以往的規(guī)范進行設計，與現行標準和規(guī)范的規(guī)定存在差異，現行規(guī)范主要適用于擬建結構的設計分析，擬建結構的設計標準一般偏于安全，因此，既有結構的可靠性評定應以“最小結構處理為目標”。對既有結構可靠性評定，應以現行標準為基準并不完全遵循，應采取一定措施，保證結構可靠性的同時將維修加固規(guī)模限制在一定范圍內。

2.2 現役結構鑒定方法

目前，結構可靠性鑒定方法大致包括:傳統(tǒng)經驗法、實用鑒定法、概率鑒定法、人工神經網絡鑒定法和響應面法等。

1)傳統(tǒng)經驗法。傳統(tǒng)經驗法是以原設計規(guī)范為依據，根據個人專業(yè)知識和工程經驗，然后對建筑物的可靠性給出評價的一種經驗判定方法。此方法鑒定程序簡單，荷載計算以實際調查為準，材料強度取值一般按經驗確定，受個人主觀因素影響較大，缺乏準確數據。因此，難以對結構的性能和狀態(tài)做出全面的分析，評判過程缺乏系統(tǒng)性，鑒定結論往往因人而異。

2)實用鑒定法。實用鑒定法是在經驗鑒定法的基礎上發(fā)展起來的，應用各種檢測手段對建筑物及其環(huán)境條件進行周密的調查、檢測、測試結構的主要力學性能參數，然后經統(tǒng)計分析后用于結構的分析計算，由此判定建筑物的性能和狀態(tài)，全面分析建筑物所存在問題的原因。然后，以現行標準規(guī)范為依據，按照統(tǒng)一的鑒定程序和標準，從安全性、使用性多個方面綜合評定建筑物的可靠性水平的方法。與傳統(tǒng)經驗法相比，該法鑒定程序科學，實用鑒定法十分強調檢測手段和試驗數據，試驗數據準確可靠，對建筑物性能和狀態(tài)的認識較準確和全面，可以為建筑物維修、加固、改造方案的決策提供可靠的技術依據。

3)概率鑒定法。在實用鑒定法的基礎上，運用概率論和數理統(tǒng)計原理，進一步利用統(tǒng)計推斷方法分析影響特定建筑物可靠性的不確定因素的評定方法。概率鑒定法則針對具體的既有建筑物，找出建筑物在正常使用條件下和預期的使用期限內發(fā)生破壞或失效的概率，通過對建筑物和環(huán)境信息的采集和分析，評定建筑物的可靠性水平，確定結構的使用壽命。應用該方法得出的鑒定結論更符合建筑物的實際狀態(tài)。

4)人工神經網絡鑒定法。人工神經網絡是由大量處理單元互聯組成的非線性、自適應信息處理系統(tǒng)。具有高度的并行處理、聯想記憶、良好的自適應性和自組織能力。它無需預先確定系統(tǒng)的模型，而是以實驗或實測數據為基礎，經過有限次迭代計算，從而獲得一個反映實驗或實測數據內在規(guī)律的數學模型。由于人工神經網絡具有較強的學習功能和容錯性，可以模擬專家推理，因此神經網絡在結構評定中的應用日益受到重視。

5)響應面法。響應面法是近年來發(fā)展起來的進行可靠度分析的一種有效的方法，其思想是通過一系列確定性試驗擬合一個響應面來模擬真實的極限狀態(tài)曲面。從本質上講，響應面是統(tǒng)計學的綜合實驗技術，用于處理幾個變量對同一體系或結構的作用問題，也就是體系或結構的輸入與輸出的轉化關系問題。

3 既有結構性能評定目的及內容、原則、基本影響因素

3.1 可靠性評定的目的及內容、原則

對既有結構可靠性的評定并非對結構現狀的評定，主要目的是評定結構能否在新的目標使用期——評估使用年限內完成預期的功能要求，即結構在未來的時間里的可靠性。在評估使用年限內對結構的使用、維護方面的要求，是既有結構可靠性評定的前提和條件。

對既有結構可靠性評定的基本內容是對結構安全性和適用性的評定，對耐久性的評定應包含在安全性和適用性的評定當中，如圖1所示。

既有建筑結構性能評定的原則:確保結構的性能，盡量減少工程處置量，體現可持續(xù)發(fā)展的政策。

3.2 結構可靠性的基本影響因素

圖1 既有結構可靠性評定基本內容

結構可靠性的核心是結構的功能要素，通常根據結構的狀態(tài)判斷結構能否完成預定的功能。結構可靠性的基本影響因素及各因素之間的關系如圖2所示。

圖2 結構可靠性的基本影響因素

影響結構可靠性的因素還有很多方面:作用效應、抗力性能、安全儲備、結構的易損性和人為差錯等。

4 現行結構可靠性鑒定存在的缺陷及可靠性評定方法

4.1 現行既有結構可靠性鑒定存在的主要缺陷

現行的可靠性鑒定方法及規(guī)范標準中存在一些缺陷，其中最主要的因素包括以下幾個方面:

1)鑒定過程和結果從結構構件出發(fā)，不能很好地體現整體結構的性能。

我國結構設計的規(guī)范規(guī)定還主要是停留在構件截面設計層面上，現行評定方法只考慮了安全性不足的構件數量，對不同構件在結構體系承重功能中的不同地位和作用考慮不足。另外，評定標準中對于結構整體性的評定也較為籠統(tǒng)。如果能夠根據既有結構實際狀態(tài)，從結構整體性方面合理地進行研究和把握，對結構鑒定的經濟性和準確性具有重要的意義。

2)現有的可靠性鑒定標準尚未形成統(tǒng)一。

規(guī)范中的規(guī)定，一部分要求結構的精確數據，一部分則要求根據經驗估計，民用和工業(yè)建筑以及結構的抗震鑒定都有不同的標準，實現這些標準的統(tǒng)一便于在實際操作中的使用，其鑒定結果將更合理有效。

3)既有結構的荷載取值未能考慮結構的客觀特性。

新建結構荷載取值與結構的設計基準期有關，設計基準期不同，荷載取值也將不同。現役結構的設計基準期為其服役基準期(后續(xù)使用年限)，其荷載的取值就應以服役基準期為依據，目前，我國國家規(guī)范中對既有結構的荷載取值仍采用設計規(guī)范，與結構的實際情況不符。

4.2 現行既有房屋結構可靠性評定方法

既有結構的可靠性可通過對結構的分析以及結構狀態(tài)的評估進行評定，某些情況下還可以輔以試驗。既有結構可靠性評定的基本方法可分為三類:

1)結構分析的方法。

在對既有結構可靠性評定中，根據結構和環(huán)境自身的實際情況，預測結構在未來使用年限內可能承受的荷載作用，推斷結構現在的實際性能以及在評估使用年限內可能發(fā)生的變化，通過結構分析與校核，最終評定結構在使用年限內的可靠性是否滿足要求，即為結構分析的方法。

2)結構狀態(tài)評估的方法。

結構當前狀況及環(huán)境的變化歷史是既有結構可靠性評定的主要依據，在某些情況下，不必進行結構的分析和校核，直接通過對外觀、變形等結構狀況評估即可對既有結構的可靠性作出評定，這種方法稱為結構狀態(tài)評估的方法。結構狀態(tài)評估的方法可按照評定結論的性質劃分為兩種:判定結構安全性、適用性不滿足要求的方法;判定結構安全性、適用性滿足要求的方法。

3)結構試驗的方法。

當采用結構分析和結構狀態(tài)評估的方法難以對現有房屋結構的可靠性做出準確的評定時，可考慮采用結構試驗的方法減小或證實人們對既有房屋結構安全性的懷疑。基于結構試驗進行評定的方法是建立在建筑物與現實環(huán)境所提供的信息上，為現行房屋結構可靠性評定的特有方法。

5 可靠性鑒定的發(fā)展趨勢

對結構進行可靠性鑒定是對結構現狀和未來工作能力了解和掌握的必要途徑。鑒定方法的發(fā)展在一定程度上還要依賴于鑒定手段和技術的發(fā)展，理論上的突破同樣是不可或缺的重要條件。

從發(fā)展趨勢上講，概率鑒定法仍然是可靠性鑒定發(fā)展的方向，其理論基礎是現有結構可靠性理論(又稱既有結構可靠性理論)。先進的鑒定技術，能準確地獲得結構的現有資料，應統(tǒng)一結構的可靠性鑒定標準;深化概率鑒定法的理論和實踐應用研究;開發(fā)可靠性較高的鑒定軟件，對鑒定過程進行標準化規(guī)范等。結構構件的安全性并不等于結構整體的安全性，對結構整體性能的研究對結構設計和結構可靠性鑒定的合理性和安全性有重要的意義，是結構可靠性鑒定的一個發(fā)展方向。

6 結語

建筑結構的可靠性，是用來解決工程設計中不確定性問題的基本理論。因此，對工程設計中不確定性問題的認識需要進行長期的研究和經驗積累，建立和完善現有結構的可靠性鑒定方法和評定標準，還需要考慮工程技術人員的素質及計算方法。

［1］周虹霞.既有結構可靠性鑒定方法研究［D］.南寧:廣西大學碩士學位論文，2007:23-33.

［2］張 欣.現有結構可靠性鑒定評述［J］.四川建筑，2005，25(4):68-69.

［3］王東晶.既有結構體系安全性的綜合評定方法［D］.西安:西安建筑科技大學碩士學位論文，2011:10-24.

［4］薛 萍，張建軍，陸 路，等.建筑結構可靠性的發(fā)展與鑒定概述［J］.工業(yè)建筑，2009，39(9):110-113.