CN113688509B - 一种单栋既有建筑自重荷载结构的评定系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种单栋既有建筑自重荷载实际使用状况的评定系统，包括概率分布模块、自重荷载实际使用状况采集模块和自重荷载评定模块。其中，概率分布模块用于得到采集到的概率分布类型；自重荷载实际使用状况采集模块用于采集单栋既有建筑的自重荷载的实测参数；自重荷载评定模块用于结合自重载荷实测参数与设计参数进行统计分析，得到既有建筑的实际变异系数，根据建立的变异系数与分项系数的关系式，得到既有建筑自重荷载的评定值，进行构件承载能力和构件变形能力的评定。本发明可以实现单栋既有建筑实际使用状况自重荷载的检测，实现单栋既有建筑自重荷载实际使用状况的评定。
Description
技术领域
本发明涉及建筑结构鉴定领域，尤其是一种单栋既有建筑自重荷载结构的评定系统。
背景技术
在经过一段时间使用后，既有建筑结构需要进行评定或鉴定。当需要确定既有建筑结构构件承载能力和计算分析构件变形能力时，需要确定构件的自重荷载和承受的其他荷载等。
国际标准ISO13822:2010的既有结构评定规则尚达不到我国《工业建筑可靠性鉴定标准》GB 50144-2019和《民用建筑可靠性鉴定标准》GB 50292-2015的程度。而我国的这两本鉴定标准都是按照《建筑结构荷载规范》GB 50009-2012的规定确定自重荷载的标准值，并使用永久荷载的分项系数计算自重荷载的评定值。由于《建筑结构可靠性设计统一标准》GB 50068-2018已将永久荷载的分项系数提高到1.3，按照行业内的规则，这两本鉴定标准关于自重荷载的分项系数也应该由1.2提升至1.3。
《建筑结构荷载规范》GB 50009-2012明确规定，该规范适用于建筑工程的结构设计。也就是说该规范的规定不能用于短暂设计状况，也不宜用于既有建筑结构的评定。
发明内容
鉴于上述的分析，本发明旨在提供一种单栋既有建筑自重荷载的评定系统；解决单栋既有建筑结构的自重荷载的评定问题。
本发明公开了一种单栋既有建筑自重荷载结构的评定系统，包括：概率分布模块、自重载荷实际使用状况采集模块和自重荷载结构评定模块；
所述概率分布模块，用于根据既有自重荷载数据进行概率分析，得到自重荷载的概率分布；
所述自重载荷采集模块，用于采集单栋既有建筑的自重载荷的实测参数；
所述自重荷载结构评定模块，用于结合自重载荷实测参数与设计参数进行统计分析，得到既有建筑的实际变异系数，根据建立的变异系数与分项系数的关系式，得到既有建筑自重荷载的分项系数，进行构件承载能力和构件变形能力的评定。
进一步地，所述概率分布模块将自重荷载的概率分布近似成为正态分布。
进一步地，所述自重载荷采集模块，对所述单栋既有建筑的自重载荷进行抽样检测时，所述抽样检测至少包括墙类构件、柱类构件、梁类构件和板类构件自重荷载。
进一步地，墙类构件自重荷载的基准值，取实测墙体厚度与单位厚度自重荷载值的乘积确定；基准值乘以该墙体的实际面积作为墙体自重荷载的检测值；
柱类构件自重荷载的基准值，取实测柱的截面积与单位面积的自重荷载值的乘积确定；基准值与柱类构件实际高度的乘积作为柱类构件自重荷载的检测值；
板类构件自重荷载的基准值，取实测板类构件的截面高度与单位高度的自重荷载值的乘积确定；基准值与实际面积的乘积作为板类构件的自重荷载检测值；
梁类构件自重荷载检测按照柱类构件自重荷载检测方法执行，其截面面积计算至板底。
进一步地，所述自重荷载结构评定模块包括实际变异系数计算模块、实际分项系数计算模块和评定模块；
所述实际变异系数计算模块，用于根据单栋既有建筑的各类自重载荷实测数据的统计参数，获得各类自重载荷的实际变异系数；
所述实际分项系数计算模块，用于将各类自重载荷的实际变异系数带入变异系数与分项系数的关系式，得到各类自重载荷的实际分项系数；
所述评定模块，用于根据实际分项系数进行各类自重载荷构件承载能力和构件变形能力的评定。
进一步地，所述实际变异系数计算模块，通过根据自重荷载实测尺寸参数与设计尺寸参数比值ζ进行统计分析，得到平均值mζ和标准差sζ，并根据公式δζ＝sζ/mζ计算自重荷载的实际变异系数δζ。
进一步地，所述实际分项系数计算模块，将计算的实际变异系数δζ带入变异系数与分项系数的关系式γG1＝1+βSδζ得到自重荷载基于可靠指标的实际分项系数γG1。
进一步地，所述自重荷载结构评定模块，取每项自重荷载的检测值作为评定值，或者分别取墙、柱、板和梁等自重荷载检测值概率分布超越概率2％的特征值作为该类自重荷载的评定值；或者分别取墙类构件、柱类构件、梁类构件和板类构件自重荷载检测值概率分布的最大值作为该类自重荷载的评定值。
进一步地，当所述独栋既有建筑为包括多个楼层或伸缩缝的大面积建筑物时，所述自重载荷实际使用状况采集模块，按照包括楼层和伸缩缝在内的条件将大面积建筑物划分成若干个评定区域，进行自重载荷的实测参数采集；
当所述独栋既有建筑为高层建筑时，所述自重载荷实际使用状况采集模块，将若干楼层划分为一个评定区域，进行自重载荷的实测参数采集。
进一步地，对于按楼层和区域划分检测批的面积较大的既有建筑，按检测批分别进行各类自重荷载结构的评定；
对于按若干楼层划分检测批的高层既有建筑，按检测批分别进行各类自重荷载结构的评定。
本发明的有益效果如下：
本发明实现了单栋既有建筑实际使用状况自重荷载的检测，实现单栋既有建筑自重荷载实际使用状况的评定。并且，把建筑的自重荷载从国际上通行的永久荷载分离出来，单独确定基于可靠指标的自重荷载设计值和分项系数，保证抽样检测了顺利实施，实现了单栋既有建筑自重荷载的评定。
附图说明
附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。
图1为本发明实施例中的单栋既有建筑自重荷载结构的评定系统组成连接框图；
图2本发明实施例中的自重荷载结构评定模块组成连接框图。
具体实施方式
下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本申请一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理。
本实施例公开了一种单栋既有建筑自重荷载结构的评定系统，如图1所示，包括：概率分布模块、自重载荷实际使用状况采集模块和自重荷载结构评定模块；
所述概率分布模块，用于根据既有自重荷载数据进行概率分析，得到自重荷载的概率分布；
所述自重载荷实际使用状况采集模块，用于采集单栋既有建筑的自重载荷的实测参数；
所述自重荷载结构评定模块，用于结合自重载荷实测参数与设计参数进行统计分析，得到既有建筑的实际变异系数，根据建立的变异系数与分项系数的关系式，得到既有建筑自重荷载的分项系数，进行构件承载能力和构件变形能力的评定。
具体的，所述概率分布确定模块，其目的是从既有自重荷载数据中分析得到自重荷载的概率分布。
在本实施例中，可以对现有的已经采集到的实际自重荷载数据，进行自重荷载的统计分析，也可以对现场采集的实际自重荷载数据进行统计分析。
具体的，所述概率分布模块根据对自重荷载的统计分析，将自重荷载的概率分布近似成正态分布。
具体的，所述自重载荷实际使用状况采集模块用于采集一栋房屋建筑自重载荷的实测参数，以用于自重荷载结构的评定。
具体的，既有建筑自重荷载实际使用状况的测量可以采取直接确定自重荷载实际值的方法，也可以采用实测尺寸与设计要求尺寸比值的方式。必要时可以实测单位体积或面积的自重荷载值。
优选的，在采集独栋既有建筑的自重载荷的实测参数时，可以采取全数检测、抽样检测或选取尺寸偏差较大构件检测的方式。
其中，全数检测是对该既有建筑的全部自重荷载进行逐个检测，规模较小的既有建筑宜进行自重荷载的全数检测。
抽样检测是对体量较大的既有建筑进行的，例如，各楼层的墙柱的自重荷载或梁板的自重荷载，抽样的数量不宜小于各类构件的1/3。
此外，除了特定的目的外，抽样检测宜采用随机抽样的方法。
优选的，在检测时可以把一栋建筑的自重荷载分成墙类构件、柱类构件、梁类构件和板类构件等。
各类构件表面的装饰装修层经过适当转化可计入相应构件的自重荷载；在转化过程中不必“斤斤计较”，可以采取适当保守的措施。
自重荷载的测量可以采用下列的具体措施：
⑴对于墙类构件自重荷载的基准值，取实测墙体厚度与单位厚度自重荷载值的乘积确定；基准值乘以该墙体的实际面积得到墙体自重荷载的检测值。
墙类构件的自重荷载也可以采用实测墙体厚度与设计规定厚度的比值确定；也可以包括墙类构件表面的抹灰层和装饰层等。
⑵柱类构件自重荷载的基准值，取实测柱的截面积与单位面积的自重荷载值的乘积确定；基准值与柱类构件实际高度的乘积就是柱类构件自重荷载的检测值。
柱类构件的自重荷载也可以采用实测柱类构件截面面积与设计规定截面面积的比值确定；也可以包括柱类构件表面的抹灰层和装饰层等。
⑶板类构件自重荷载的基准值，可取实测板类构件的截面高度与单位高度的自重荷载值的乘积确定；基准值与实际面积的乘积可作为板类构件的自重荷载检测值。
板类构件的自重荷载也可以采用实测板的高度与设计规定高度的比值确定；也可以包括板类构件的抹灰层以及找平层和装饰层等。
⑷梁类构件自重荷载检测按照柱类构件自重荷载检测方法执行，其截面面积计算至板底。
更具体的，现场实测结果宜表示成实测尺寸与设计要求尺寸的比值ζ的方式：
其中，当结构构件单位体积的重力值与其装饰层单位体积的重力值接近时，可以将装饰层计入构件的自重荷载(例如砌筑墙体和混凝土构件的表面抹灰等，可将抹灰等计入砌筑墙体或混凝土构件)；
钢结构表面的较薄的有机涂层也可按照上述方法进行简化处理；
楼面和屋面板上厚度较大质量较轻的保温层可以折算成楼面板或屋面板的厚度，也可单独进行计算。
墙体上的门窗等应该检测或估算自重荷载。
本实施例中，实际使用状况自重荷载值具有以下限定：
⑴进行自重荷载全数检测的单栋既有建筑，可以按实测情况确定每个构件的自重荷载值。该值可以作为构件承载能力极限状态和正常使用极限状态分析评定时的自重荷载组合值使用(与其他可变荷载组合)。
⑵所有自重荷载都通过现场检测确定，除特殊情况外，自重荷载不会出现明显的变化。这也就是设计预期状况自重荷载不定性转化成荷载实际使用状况可准确确定的典型例证。
⑶对于该栋建筑来说，所有的自重荷载都进行了检测，而且是略微保守的，因此可以说，该建筑自重荷载的超越概率约为零。
⑷这种评定值结论，仅适用于评定后建筑不进行改造和结构构件的加固。
优选的，本实施例的自重载荷采集模块适用于体量较大且采用抽样检测的既有建筑，在所述既有建筑的抽样检测中，
其中，所述自重载荷采集模块对所述独栋既有建筑的自重载荷进行抽样检测时，所述抽样检测至少包括梁板类自重荷载和墙柱类自重荷载。
并且，墙体自重荷载还可以分成承重墙体、自承重墙体和隔墙等；
墙体上的门窗等可单独进行分析；
更优选的，当所述独栋既有建筑为包括多个楼层或伸缩缝的大面积建筑物时，所述自重载荷实际使用状况采集模块，按照包括楼层和伸缩缝在内的条件将大面积建筑物划分成若干个评定区域，进行自重载荷的实测参数采集；
当所述独栋既有建筑为高层建筑时，所述自重载荷实际使用状况采集模块，将若干楼层划分为一个评定区域，进行自重载荷的实测参数采集。
更具体的，如图2所示，本实施例一种方案中的自重荷载结构评定模块包括实际变异系数计算模块、实际分项系数计算模块和评定模块；
所述实际变异系数计算模块，用于根据独栋既有建筑的各类自重载荷实测数据的统计参数，获得各类自重载荷的实际变异系数；
所述实际分项系数计算模块，用于将各类自重载荷的实际变异系数带入变异系数与分项系数的关系式，得到各类自重载荷的实际分项系数；
所述评定模块，用于根据实际分项系数进行各类自重载荷构件承载能力和构件变形能力的评定。
其中，所述实际变异系数计算模块，通过根据自重荷载实测尺寸参数与设计尺寸参数比值ζ进行统计分析，得到平均值mζ和标准差sζ，并根据公式δζ＝sζ/mζ计算自重荷载的实际变异系数δζ。
并且，
对于按楼层和区域划分检测批的面积较大的既有建筑，可以按检测批分别计算梁板类自重荷载和墙柱类自重荷载的平均值mζ和标准差sζ，并根据公式δζ＝sζ/mζ计算梁板类自重荷载或墙柱类自重荷载变异系数δζ。
对于按若干楼层划分检测批的高层既有建筑，可以按检测批分别计算梁板类自重荷载和墙柱类自重荷载的平均值mζ和标准差sζ，并根据公式δζ＝sζ/mζ计算梁板类自重荷载或墙柱类自重荷载变异系数δζ。
其中，所述实际分项系数计算模块，将计算的实际变异系数δζ带入变异系数与分项系数的关系式γG1＝1+βSδζ得到自重荷载基于可靠指标的实际分项系数γG1。
本实施例把基于可靠指标荷载分项系数及其规定的超越概率用于单栋既有建筑自重荷载的抽样检测，保证抽样检测了顺利实施。
其中，所述评定模块，通过比较自重荷载基于可靠指标的分项系数γG1与分项系数阈值，进行构件承载能力和构件变形能力的评定。
所述分项系数阈值可为设计预期状况的基于可靠指标的自重荷载分项系数或经过安全裕量调整后的自重荷载分项系数。
优选的，所述自重荷载结构评定模块，可取每项自重荷载的检测值作为评定值，或者分别取墙、柱、板和梁等自重荷载检测值概率分布超越概率2％的特征值作为该类自重荷载的评定值；或者分别取墙类构件、柱类构件、梁类构件和板类构件自重荷载检测值概率分布的最大值作为该类自重荷载的评定值。
由于我国系列建筑工程施工质量验收规范对于建筑结构构件和装饰装修层的尺寸控制相对比较严，实测尺寸最大值超过设计要求尺寸1.2倍的情况极为少见。因此，既有建筑实际使用状况基于可靠指标的自重荷载评定值通常大幅度小于设计预期状况自重荷载基于可靠指标的设计值。
此外，当自重荷载实测尺寸参数与设计尺寸参数比值ζ的最大比值接近于大于《建筑结构荷载规范》GB 50009-2012规定的永久荷载分项系数且明显大于可靠指标的分项系数γG1应该适当增大检测数量。并且，也可查找所有尺寸超标的自重荷载，单独计算这些自重荷载的评定值。
优选的，对于按楼层和区域划分检测批的面积较大的既有建筑，按检测批分别进行各类自重荷载结构的评定；
对于按若干楼层划分检测批的高层既有建筑，按检测批分别进行各类自重荷载结构的评定。
综上所述，本实例的单栋既有建筑自重荷载结构的评定系统的有益效果如下：
本实施例把建筑的自重荷载从国际上通行的永久荷载分离出来，并且，把设计预期状况基于可靠指标荷载分项系数及其规定的超越概率2％用于单栋既有建筑自重荷载的抽样检测，保证抽样检测的顺利实施，实现了单栋既有建筑自重荷载的评定。
更为具体的效果如下：
1)国际上认为建筑结构的荷载只有随机性和不确定性特征。实际使用状况自重荷载实测值和基于可靠指标的分项系数则认为建筑结构的自重荷载具有设计阶段的不定性特征。也就是说，在建筑结构的设计阶段设计人员不能确定自重荷载的施工偏差，因此需要使用适度保守的自重荷载分项系数。建筑结构建成后，自重荷载可以相对准确地确定，因此不宜将其归为不确定性。准确确定且不会明显增大的自重荷载不在需要基于可靠指标的分项系数或依据经验的超载系数。因此，单栋既有建筑自重荷载的不定性特征是本方案的相比现有技术的一个突出的特点。
2)国际上虽然有基于可靠指标的方法，但是没有基于可靠指标的荷载分项系数的表述形式。全国建筑结构工程设计预期状况荷载概率分布对于荷载设计值的超越概率为2％；这一超越概率同样适用于建筑结构工程的自重荷载。实际使用状况自重荷载实测值和基于可靠指标的分项系数将超越概率2％的概念用于单栋既有建筑自重荷载的抽样检测。根据经验，当采用抽样检测方法时，统计数据概率分布超越概率2％的特征值，有时大于检测样本的最大值，有时小于检测样本的最大值。关键在于，本方法要求，当出现超越概率2％的特征值小于检测样本的最大值时，需要采取适当的应对措施。因此可以说，把设计预期状况基于可靠指标荷载分项系数及其规定的超越概率用于单栋既有建筑自重荷载的抽样检测是本方案的相比现有技术的另一个突出的特点。其实用的意义是，可以保证抽样检测顺利实施。
3)自重荷载适当保守的简化检测方法也是本方案的相比现有技术的另一个突出的特点。这项适当保守的简化方法常见于建筑结构工程的设计阶段。具体的作法是，把结构构件的装饰装修层适当保守地转换成结构构件的尺寸，以便于现场的检测。
这样一来，柱类构件的ζi就是该柱实际截面面积与设计截面面积的比值；墙体的ζi遮掩以来就是墙体的实测厚度与设计厚度的比值。
另，本实施例的方案，还具有显著的技术经济效益：
1)建筑的自重荷载占建筑承受重力荷载比例较大，有些建筑的自重荷载可以达到总的重力荷载的70％～80％。
2)在2018年之前，我国建筑结构关于自重荷载的设计都是使用1.2的永久荷载分项系数。根据估计，按这种方法设计并建造的城镇既有建筑可能已有500亿～600亿平方米，其资产总额可能会达到数百万亿元人民币。
3)2018年《建筑结构可靠性设计统一标准》把永久荷载的分项系数提升到了1.3。1.2约为1.3的92.3％，仅此一项提升就可以使大量结构构件被评定为需要采取补强与加固处理措施。如果再考虑到《建筑结构可靠性设计统一标准》把可变荷载的分项系数从1.4提升到1.5，《建筑结构荷载规范》持续提高楼面均布活荷载的标准值和风雪荷载的标准值，会有大量既有建筑结构被评为危险构件，甚至可能出现大量的危险建筑。初步的估计会有近百万亿元人民币的固定资产会被评为不良资产。
4)《建筑结构可靠性设计统一标准》将永久荷载的分项系数从1.2提升到1.3并未提升到位，根据基于可靠指标的荷载分项系数分析覆土荷载设计预期状况基于可靠指标的分项系数不宜小于1.35。可变荷载分项系数存在着同样的问题。
5)由此可见基于可靠指标分项系数的重要性。基于可靠指标的自重荷载分项系数γG1(γG1＝1.20)是适度保守的分析结论，可以解决当前设计预期状况面临的问题，也可以适当缓解既有建筑结构评定问题但是并不能彻底消除广大技术人员和既有建筑使用人员对既有建筑结构安全性的担忧。
因为我国建筑结构设计规范采用了材料强度分项系数。用基于可靠指标的构件承载力分项系数γR衡量，材料强度的分项系数参差不齐，钢结构和混凝土结构构件的材料强度分项系数大幅度偏低，而木结构构件的材料强度则明显偏高。
6)实际使用状况自重荷载实测值和基于可靠指标的分项系数则可以基本解决这些问题。根据估计，实际使用状况基于可靠指标的分项系数通常可以降到1.05以下。1.2/1.05＝1.14，这些自重荷载的(设计)裕量可以为材料强度不足的构件分项系数使用。这项补充可以使大量既有建筑结构构件“转危为安”。关键在于基于可靠指标的方法只表明构件承载能力的失效概率或者可靠度，并不涉及结构构件的安全问题。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种单栋既有建筑自重荷载结构的评定系统，其特征在于，包括：概率分布模块、自重载荷实际使用状况采集模块和自重荷载结构评定模块；
所述概率分布模块，用于根据既有自重荷载数据进行概率分析，得到自重荷载的概率分布；
所述自重载荷实际使用状况采集模块，用于采集单栋既有建筑的自重载荷的实测参数；
所述自重荷载结构评定模块，用于结合自重载荷实测参数与设计参数进行统计分析，得到既有建筑的实际变异系数，根据建立的变异系数与分项系数的关系式，得到既有建筑自重荷载的分项系数，进行构件承载能力和构件变形能力的评定；
所述自重荷载结构评定模块包括实际变异系数计算模块、实际分项系数计算模块和评定模块；
所述实际变异系数计算模块，用于根据单栋既有建筑的各类自重载荷实测数据的统计参数，获得各类自重载荷的实际变异系数；
所述实际分项系数计算模块，用于将各类自重载荷的实际变异系数带入变异系数与分项系数的关系式，得到各类自重载荷的实际分项系数；
所述评定模块，用于根据实际分项系数进行各类自重载荷构件承载能力和构件变形能力的评定；
所述实际变异系数计算模块，通过根据自重荷载实测尺寸参数与设计尺寸参数比值ζ进行统计分析，得到平均值和标准差/>，并根据公式/>计算自重荷载的实际变异系数/>；
所述实际分项系数计算模块，将计算的实际变异系数带入变异系数与分项系数的关系式/>得到自重荷载基于可靠指标的实际分项系数/>；
所述自重荷载结构评定模块，取每项自重荷载的检测值作为评定值，或者分别取墙、柱、板和梁自重荷载检测值概率分布超越概率2%的特征值作为该类自重荷载的评定值；或者分别取墙类构件、柱类构件、梁类构件和板类构件自重荷载检测值概率分布的最大值作为该类自重荷载的评定值；
当所述单栋既有建筑为包括多个楼层或伸缩缝的大面积建筑物时，所述自重载荷实际使用状况采集模块，按照包括楼层和伸缩缝在内的条件将大面积建筑物划分成若干个评定区域，进行自重载荷的实测参数采集；
当所述单栋既有建筑为高层建筑时，所述自重载荷实际使用状况采集模块，将若干楼层划分为一个评定区域，进行自重载荷的实测参数采集；
对于按楼层和区域划分检测批的面积较大的既有建筑，按检测批分别进行各类自重荷载结构的评定；
对于按若干楼层划分检测批的高层既有建筑，按检测批分别进行各类自重荷载结构的评定。
2.根据权利要求1所述的单栋既有建筑自重荷载结构的评定系统，其特征在于，所述概率分布模块将自重荷载的概率分布近似成为正态分布。
3.根据权利要求1所述的单栋既有建筑自重荷载结构的评定系统，其特征在于，
所述自重载荷实际使用状况采集模块，对所述单栋既有建筑的自重载荷进行抽样检测时，所述抽样检测至少包括墙类构件、柱类构件、梁类构件和板类构件自重荷载。
4.根据权利要求3所述的单栋既有建筑自重荷载结构的评定系统，其特征在于，
墙类构件自重荷载的基准值，取实测墙体厚度与单位厚度自重荷载值的乘积确定；基准值乘以该墙体的实际面积作为墙体自重荷载的检测值；
柱类构件自重荷载的基准值，取实测柱的截面积与单位面积的自重荷载值的乘积确定；基准值与柱类构件实际高度的乘积作为柱类构件自重荷载的检测值；
板类构件自重荷载的基准值，取实测板类构件的截面高度与单位高度的自重荷载值的乘积确定；基准值与实际面积的乘积作为板类构件的自重荷载检测值；
梁类构件自重荷载检测按照柱类构件自重荷载检测方法执行，其截面面积计算至板底。
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