基于可靠指标确定既有建筑楼面均布活荷载评定值的方法与流程

1.本发明涉及一种基于可靠指标确定既有建筑楼面均布活荷载评定值的方法，属于建筑结构工程检验评定领域。


背景技术：

2.《工业与民用建筑结构荷载规范》tj9-74修订前曾进行过楼面活荷载调查。按楼板内弯矩等效的原则，将实际荷载换算为等效均布荷载。虽然调查时的住宅荷载是偏高的实际情况，但考虑到荷载标准值与国外相比显然偏低，又鉴于民用建筑的楼面活荷载今后的变化趋势难以预测，因此《建筑结构荷载规范》gb50009-2001修订时，住宅与办公建筑楼面活荷载的最小值规定为2.0kn/m2。对于其他类别的荷载，由于缺乏系统的统计资料，仍按以往的设计经验，并参考国际标准化组织1986年颁布的《居住和公共建筑的使用和占用荷载》iso2103而加以确定。
3.《建筑结构荷载规范》对应的是全国同类建筑的设计预期持久状况。这些荷载的值来源于现场调研工作的调研数据，由于现场调研样本的容量(个体数量)与该类建筑全国的数量差别过大，因此调研数据肯定存在着明显的统计不确定性。
4.《建筑结构荷载规范》适用于建筑工程的结构设计。现行荷载规范将楼面均布活荷载标准值的规定列为强制性条款。强制性条款仅能约束结构的设计人员，不能约束结构的使用者。因此需要采用分项系数的措施，规避可能出现的特殊情况。国际上通行的持久设计状况可变荷载分项系数与概率分布的超越概率无关，是基于经验的对应于可变荷载标准值的超载系数。
5.实际使用状况的楼面均布活荷载与设计预期的楼面均布活荷载设计值存在明显的差异。单栋既有建筑同类功能空间的楼面均布活荷载必然是一个概率分布，不可能是一个固定数值，而且与荷载规范规定的楼面均布活荷载标准值没有直接的关联。
6.直到目前为止，国内外建筑结构的检测技术主要针对结构和结构构件，并没有针对荷载的检测技术。《建筑结构检测技术标准》gb/t50344-2019有现场检测核查的规定，但是对于作用与作用效应分析没有明确的规定，只有对荷载进行检测调查的暗示。目前国际上通行的持久设计状况荷载分项系数是依据经验的荷载超载系数。除了地震作用之外，荷载分项系数及其对应的设计值与荷载的概率分布对应的超越概率没有明显的相关性，虽然用可靠指标β校准了荷载的分项系数，但是其效果并不理想。既有建筑实际使用状况楼面均布活荷载基于可靠指标(或超越概率)的评定值必然与设计预期状况存在着明显的差异。这需要既有结构的评定人员通过现场的检测调查分析确定。也就是说，在进行既有建筑构件承载力评定时，应该对楼面均布活荷载予以检测核查。当对既有建筑的楼面均布活荷载进行现场检测调查分析时，统计不确定性问题可以基本予以解决，而楼面均布活荷载变异性的不定性问题也可以得到部分解决。


技术实现要素：

7.为了解决现有技术中的上述问题，本发明提出了一种基于可靠指标确定既有建筑楼面均布活荷载评定值的方法，包括：对既有建筑的楼面均布活荷载进行检测调查，分析楼面均布活荷载的概率分布，计算均值及变异系数，建立变异系数与分项系数的关系式；确定出既有建筑基于可靠指标的楼面均布活荷载的分项系数及评定值。用以解决既有建筑楼面均布活荷载的评定问题。
8.为实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
9.一种基于可靠指标确定既有建筑楼面均布活荷载评定值的方法，包括如下步骤：
10.步骤一：对既有建筑实际状况楼面活荷载进行检测获得实测数据；
11.步骤二：分析既有建筑楼面活荷载实测数据的概率分布，计算楼面活荷载的均值及变异系数；
12.步骤三：将楼面活荷载的变异系数带入变异系数与分项系数的关系式，得到楼面均布活荷载的分项系数；
13.步骤四：对既有结构进行安全性评定。
14.进一步地，所述步骤一的具体步骤为：
15.步骤1.1:楼面均布活荷载现场检测调查的对象是单栋既有建筑，在该栋既有建筑中，把同类功能空间归为同一检测调查对象；
16.步骤1.2:楼面均布活荷载的现场检测调查分成检测、调查和调研分析；
17.其中，楼面均布活荷载的现场检测调查的检测对象是楼面均布活荷载中的准永久荷载、出现频次最高的人员荷载、可能出现的最大人员和物品荷载；检测调查得到的准永久荷载、出现频次最高的人员荷载和可能出现的最大人员和物品荷载，采取内力等效、变形等效和简化计算三种方法转化为均匀分布的判定值；
18.楼面均布活荷载的现场检测调查，对于该栋建筑每类功能空间采用全数检测调查、抽样检测调查和选取最大荷载功能空间检测调查的方式；
19.出现频次最高的人员荷载通过现场的调查确定：考虑该功能空间出现最为频繁的人员荷载及其他荷载；
20.可能出现的最大人员和物品荷载的调研：该项数据通过向用户询问确定，或通过分析确定，将其转化为可能出现的最大人员和物品的均布荷载；
21.转化后的可能出现的最大人员和物品的均布荷载与该功能空间频遇荷载判定值叠加，得到该功能空间楼面均布活荷载的组合判定值，该既有建筑同类功能空间的组合判定值形成概率分布；其中，频遇荷载判定值为准永久荷载判定值与转化后的出现频次最高的人员荷载之和。
22.进一步地，所述步骤1.1中，把同类功能空间归为同一检测调查对象具体为：在办公与试验楼中，区分办公室、会议室、资料室、图书室、试验室、储藏室和其他辅助用房。
23.进一步地，所述步骤1.2中，所述准永久荷载为现场检测时实际存在于相应功能空间中的家具、器具、物品、小型设备设施、大型试验设备和仪器。
24.进一步地，所述步骤1.2中，考虑该功能空间出现最为频繁的人员荷载及其他荷载具体如下：3口之家最频繁的人员荷载为3人；或者，办公室内最为频繁人员荷载是该办公室的办公人员；或者，商业建筑最频繁的人员荷载包括销售人员和平时的顾客。
25.进一步地，所述步骤1.2中，可能出现的最大人员和物品荷载的调研，具体为：假设该功能空间所有空余的面积都有临时的人员或物品荷载，当既有建筑公共楼梯和走廊人员极度拥挤的时候，每平方米有7～8个成年人，此时最大可能出现的人员和物品荷载以及非均布荷载需要转化成均布荷载。
26.进一步地，所述物品为试验材料。
27.进一步地，所述步骤二的具体步骤为：通过上述现场检测调查得到的功能空间楼面均布活荷载的组合判定值及概率分布，通过统计分析计算得到该幢既有建筑同类功能空间楼面均布活荷载概率分布的平均值mq；同时，得到该既有建筑同类功能空间楼面均布活荷载概率分布的标准差sq；其中，x为改组数据的平均值；
[0028][0029]
由于，现场检测调查得到的两个参数mq和sq与《建筑结构荷载规范》gb50009-2012确定的参数不同，因此现场检测调查得到的楼面均布活荷载的分项系数γq与《建筑结构荷载规范》gb50009-2012规定的分项系数γq不同；
[0030]
计算变异系数δq，δq＝sq/mq，m
q-楼面均布活荷载概率分布的平均值；s
q-楼面均布活荷载概率分布的标准差。
[0031]
进一步地，所述步骤三的具体步骤为：
[0032]
变异系数与分项系数的关系式为γq＝1+βsδq[0033]
其中δq＝sq/mq[0034]
按下列公式计算楼面均布活荷载的评定值：
[0035]qd,e
＝mq+βssq[0036]
式中：q
d,e-单栋既有建筑楼面均布活荷载评定值；
[0037]mq-楼面均布活荷载概率分布的平均值；
[0038]
β
s-作用效应的可靠指标，βs＝2.05；
[0039]sq-楼面均布活荷载概率分布的标准差。
[0040]
进一步地，所述步骤四的具体步骤为：楼面均布活荷载基于可靠指标的荷载分项系数及荷载评定值确定后，根据《建筑结构检测技术标准》gb/t50344-2019中的相关规定进行建筑结构承载能力的评定。
[0041]
本发明的发明点和有益效果在于：
[0042]
本发明具有如下发明点：
[0043]
(1)对既有建筑实际使用状况楼面活荷载进行检测评定是本项专利的发明点之一。
[0044]
①
到目前为止，国内外建筑结构的检测技术主要针对结构和结构构件，并没有针对荷载的检测技术。《建筑结构检测技术标准》gb/t50344对结构体系和构件布置、构件的连接和构造等方面都有现场检测核查的规定，但是对于作用与作用效应分析没有明确的规定，只有对荷载进行检测调查的暗示。
[0045]
②
设计预期状况楼面均布活荷载基于可靠指标分项系数和设计值与既有建筑实际使用状况楼面均布活荷载基于可靠指标(或超越概率)的评定值存在着明显的差异。在进
行既有建筑结构构件变形能力和承载能力评定时，楼面均布活荷载实际使用状况的评定值，可以通过现场检测调查分析确定。
[0046]
(2)将基于可靠指标的荷载分项系数用于确定既有建筑楼面活荷载的评定值是本专利的发明点之一。
[0047]
①
欧洲规范和国际先进标准还没有设计预期持久状况的基于可靠指标的荷载分项系数，实际使用状况的荷载分项系数更无从谈起。
[0048]
②
房屋建筑楼面均布活荷载的分布规律可以用正态概率分布近似描述，不能视为固定的数值。正态概率分布超越概率的特征值可以方便地表示成基于可靠指标的分项系数。将既有建筑结构构件的可靠指标应用于实际使用状况楼面均布活荷载的检测评定是一项创新。
[0049]
本发明取得了如下技术效果：
[0050]
1)对既有建筑楼面均布活荷载进行检测调查是具有开创性意义的检测技术。
[0051]
2)检测得到的准永久均布荷载评定值可以用于确定既有建筑地震作用分析时的重力荷载代表值。
[0052]
3)检测得到的频遇荷载评定值可以用于既有建筑地震作用分析时的重力荷载代表值，也可以用于结构构件可逆(变形)极限状态失效概率的定量分析。
[0053]
4)检测得到的楼面均布活荷载的组合荷载评定值可以用于既有构件不可逆使用极限状态失效概率的定量分析，也可以用于结构构件承载能力极限状态的分析。
[0054]
5)部分既有建筑基于可靠指标的楼面均布活荷载分项系数将明显小于《建筑结构可靠性设计统一标准》gb50068-2018的规定，采用该荷载进行既有建筑可靠性评定时，可以使部分既有建筑避免不必要的加固或减少其加固量。经济效益明显。
附图说明
[0055]
图1是本发明既有建筑楼面均布活荷载检测及评定过程图；
[0056]
图2是本发明楼面均布活荷载的概率分布示意图。
具体实施方式
[0057]
结合附图1-2对本发明实施例进行详细说明。
[0058]
本实施例的一种基于可靠指标确定既有建筑楼面均布活荷载评定值的方法，如图1所示，包括如下步骤：
[0059]
步骤一：对既有建筑实际状况楼面活荷载进行检测获得实测数据；
[0060]
所述步骤一的具体步骤为：
[0061]
步骤1.1:楼面均布活荷载现场检测调查的对象是单栋既有建筑，在该栋既有建筑中，把同类功能空间归为同一检测调查对象；所述步骤1.1中，把同类功能空间归为同一检测调查对象具体为：在办公与试验楼中，区分办公室、会议室、资料室、图书室、试验室、储藏室和其他辅助用房。
[0062]
步骤1.2:楼面均布活荷载的现场检测调查分成检测、调查和调研分析；
[0063]
其中，楼面均布活荷载的现场检测调查的检测对象是楼面均布活荷载中的准永久荷载、出现频次最高的人员荷载、可能出现的最大人员和物品荷载；检测调查得到的准永久
荷载、出现频次最高的人员荷载和可能出现的最大人员和物品荷载，采取内力等效、变形等效和简化计算三种方法转化为均匀分布的判定值；
[0064]
楼面均布活荷载的现场检测调查，对于该栋建筑每类功能空间采用全数检测调查、抽样检测调查和选取最大荷载功能空间检测调查的方式；
[0065]
出现频次最高的人员荷载通过现场的调查确定：考虑该功能空间出现最为频繁的人员荷载及其他荷载；
[0066]
可能出现的最大人员和物品荷载的调研：该项数据通过向用户询问确定，或通过分析确定，将其转化为可能出现的最大人员和物品的均布荷载；
[0067]
转化后的可能出现的最大人员和物品的均布荷载与该功能空间频遇荷载判定值叠加，得到该功能空间楼面均布活荷载的组合判定值，该既有建筑同类功能空间的组合判定值形成概率分布；其中，频遇荷载判定值为准永久荷载判定值与转化后的出现频次最高的人员荷载之和。
[0068]
步骤1.2中，所述准永久荷载为现场检测时实际存在于相应功能空间中的家具、器具、物品、小型设备设施、大型试验设备和仪器。考虑该功能空间出现最为频繁的人员荷载及其他荷载具体如下：3口之家最频繁的人员荷载为3人；或者，办公室内最为频繁人员荷载是该办公室的办公人员；或者，商业建筑最频繁的人员荷载包括销售人员和平时的顾客。此外，可能出现的最大人员和物品荷载的调研，具体为：假设该功能空间所有空余的面积都有临时的人员或物品荷载，当既有建筑公共楼梯和走廊人员极度拥挤的时候，每平方米有7～8个成年人，此时最大可能出现的人员和物品荷载以及非均布荷载需要转化成均布荷载。本实施例中，物品为试验材料。
[0069]
步骤二：分析既有建筑楼面活荷载实测数据的概率分布，计算楼面活荷载的均值及变异系数；具体步骤为：
[0070]
通过上述现场检测调查得到的功能空间楼面均布活荷载的组合判定值及概率分布，通过统计分析计算得到该幢既有建筑同类功能空间楼面均布活荷载概率分布的平均值mq，如图2所示；同时，得到该既有建筑同类功能空间楼面均布活荷载概率分布的标准差sq；其中，x为改组数据的平均值；
[0071][0072]
由于，现场检测调查得到的两个参数mq和sq与《建筑结构荷载规范》gb50009-2012确定的参数不同，因此现场检测调查得到的楼面均布活荷载的分项系数γq与《建筑结构荷载规范》gb50009-2012规定的分项系数γq不同；
[0073]
计算变异系数δq，δq＝sq/mq，m
q-楼面均布活荷载概率分布的平均值；s
q-楼面均布活荷载概率分布的标准差。
[0074]
步骤三：将楼面活荷载的变异系数带入变异系数与分项系数的关系式，得到楼面均布活荷载的分项系数；具体步骤为：
[0075]
变异系数与分项系数的关系式为γq＝1+βsδq[0076]
其中δq＝sq/mq[0077]
按下列公式计算楼面均布活荷载的评定值：
[0078]qd,e
＝mq+βssq[0079]
式中：q
d,e-单栋既有建筑楼面均布活荷载评定值；
[0080]mq-楼面均布活荷载概率分布的平均值；
[0081]
β
s-作用效应的可靠指标，βs＝2.05；
[0082]sq-楼面均布活荷载概率分布的标准差。
[0083]
步骤四：对既有结构进行安全性评定。
[0084]
具体步骤为：楼面均布活荷载基于可靠指标的荷载分项系数及荷载评定值确定后，根据《建筑结构检测技术标准》gb/t 50344-2019中的相关规定进行建筑结构承载能力的评定。
[0085]
综上，尽管已经对本发明的实施例进行描述，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。