ระยะเวลาฐานการออกแบบ อายุการใช้งานการออกแบบ ระยะเวลาการคืนสินค้า คุณแยกแยะได้ชัดเจนหรือไม่?

ระยะเวลาฐานการออกแบบ อายุการใช้งานในการออกแบบ และระยะเวลาการคืนสินค้าเป็นแนวคิดสามช่วงเวลาที่วิศวกรโครงสร้างมักพบ แม้ว่ามาตรฐานรวมสำหรับการออกแบบความน่าเชื่อถือของโครงสร้างทางวิศวกรรม
“มาตรฐาน” (เรียกอีกอย่างว่า “มาตรฐาน”) บทที่ 2 “เงื่อนไข” ระบุถึงคำจำกัดความของช่วงเวลาอ้างอิงการออกแบบและอายุการใช้งานของการออกแบบ แต่ความแตกต่างระหว่างทั้งสองนั้นคืออะไร คาดว่าหลายคนยังคงสับสนอยู่เล็กน้อย

1. ระยะเวลาการคืนสินค้า
ก่อนที่เราจะเข้าสู่การอภิปราย เรามาทบทวนเรื่อง "ระยะเวลาการกลับคืน" กันก่อน ในบทความก่อนหน้า 50 ปีครั้ง = 50 ปีครั้งหนึ่ง? ——ดังที่กล่าวไว้ในความหมายที่สี่ของความเร็วลมที่วิศวกรโครงสร้างควรทราบ ระยะเวลาการกลับคืนของภาระหมายถึง "ช่วงเวลาเฉลี่ยระหว่างการเกิดเหตุการณ์" และระยะเวลาการกลับคืนที่วัดเป็น "ปี" กับภาระที่เกินรายปี ความน่าจะเป็นจะแปรผกผันกัน ตัวอย่างเช่น สำหรับภาระลมที่มีระยะเวลาการกลับคืน 50 ปี ความน่าจะเป็นของการเกินรายปีคือ 2% สำหรับภาระลมที่มีระยะเวลาการกลับคืน 100 ปี ความน่าจะเป็นของการเกินรายปีคือ 1%

สำหรับแรงลมซึ่งความน่าจะเป็นที่จะเกินรายปีคือ p ความน่าจะเป็นที่ความเร็วลมไม่เกินในปีใดปีหนึ่งคือ 1-p และความน่าจะเป็นที่ความเร็วลมไม่เกินใน N ปีคือ (1-p) ยกกำลัง N ดังนั้น ความน่าจะเป็นที่จะเกินความเร็วลมใน N ปีจึงสามารถคำนวณได้จากสูตรต่อไปนี้:

ตามสูตรนี้: สำหรับภาระลมในช่วงผลตอบแทน 50 ปี ความน่าจะเป็นเกินรายปีคือ p=2% และความน่าจะเป็นเกินภายใน 50 ปีคือ:

ความน่าจะเป็นของการก้าวข้าม 100 ปีเพิ่มขึ้นเป็น:

และโอกาสที่จะแซงหน้าได้ภายใน 200 ปีก็จะสูงถึง:

2. ช่วงฐานการออกแบบ
จากตัวอย่างข้างต้น เราจะพบว่าสำหรับภาระที่แปรผันนั้น การกล่าวถึงความน่าจะเป็นที่เกินโดยไม่กล่าวถึงระยะเวลาที่เกี่ยวข้องนั้นไม่มีความหมายใดๆ เลย ท้ายที่สุดแล้ว ผู้คนจะต้องเสียชีวิตในระยะยาว ความน่าจะเป็นที่ภาระจะเกินจากที่กำหนดจะใกล้เคียงกับ 100% และอาคารจะพังทลาย (เว้นแต่จะรื้อถอนก่อนที่จะพังทลาย) ดังนั้น เพื่อทำให้มาตรฐานการวัดเป็นหนึ่งเดียวกัน จึงจำเป็นต้องกำหนดช่วงเวลารวมเป็นพารามิเตอร์เวลาสำหรับค่าภาระที่แปรผัน ช่วงเวลาดังกล่าวคือ “ช่วงเวลาอ้างอิงการออกแบบ”

ข้อ 3.1.3 ของ “ประมวลกฎหมายการรับน้ำหนักของโครงสร้างอาคาร” กำหนดว่า “จะต้องใช้ระยะเวลาอ้างอิงการออกแบบ 50 ปีในการกำหนดมูลค่าตัวแทนของน้ำหนักบรรทุกแปรผัน” ซึ่งเป็นข้อกำหนดบังคับ เหตุผลที่เป็นข้อกำหนดบังคับก็คือ “ไม่มีกฎเกณฑ์ ไม่มีวงกลมสี่เหลี่ยม” หากไม่ได้กำหนดระยะเวลาไว้ การหารือเกี่ยวกับความน่าจะเป็นของการรับน้ำหนักเกินและดัชนีความน่าเชื่อถือ (ความน่าจะเป็นของความล้มเหลว) ของโครงสร้างจึงไม่มีความหมาย