構造設計安全度討論綜述

構造設計安全度討論綜述1、關于可靠度設計理論可靠度理論是分析構造安全性的一種有效手段。我國已公布統(tǒng)一標準，要求構造設計規(guī)范按可靠度理論設計。70年代的我國混凝土構造、木構造和鋼構造設計規(guī)范分別采用不同的設計方法體系，在安全度的表達形式上互不一樣，給設計或教學都造成不便，80年代用可靠度理論率先加以統(tǒng)一。但是，對規(guī)范采用可靠度理論，以及這一理論能否將各種構造的安全度都統(tǒng)一在同一體系中，專家們持不同意見：（1）認為我國規(guī)范采用了先進的可靠度理論，用失效概率度量構造的可靠性，通過將抗力和作用效應相互獨立。將隨機過程化為隨機變量并以經(jīng)驗為校準點，成功地將這一理論用于建筑構造設計規(guī)范中，這是我國規(guī)范先進性的一種表現(xiàn)。工程設計采用可靠度理論為國際標準組織（ISO）所提倡，是國際上大勢所趨；多次國際安全度會議也傾向于采納ISO提出的在設計規(guī)范中采用可靠度理論的原則?？煽慷壤碚撘粯又匾暯?jīng)驗，可靠度取值用校準法確定。（2）認為可靠度理論是分析和度量構造安全性的一種先進手段，但在應用上還有其局限性，理論本身也有一些方面未能突破，比方構造可靠度分析的三個約束條件：將抗力與作用效應分離，將隨機過程變?yōu)殡S機變量，以及將截面承載力的安全指標B作為構造的可靠指標，隨著認識的發(fā)展都值得質疑。用概率可靠度理論需要開展大量數(shù)據(jù)統(tǒng)計，但不管荷載統(tǒng)計或抗力統(tǒng)計都還存在一些問題，規(guī)范安全度還需考慮將來可能出現(xiàn)的荷載變化。概率可靠度理論會有意或無意地簡化、忽略本應考慮但又無法用這一理論處理的因素，如一定程度的人為失誤以及社會。經(jīng)濟因素等?？煽慷壤碚搹娬{(diào)三個正常，即正常設計。正常施工和正常使用，但正常和不正常有時不易界定。匆忙地將可靠度理論推廣于各種規(guī)范，會帶來一些不必要麻煩，比方地基根底規(guī)范中，地基承載力強度的設計值竟比標準值還高，抗震設計規(guī)范中不得不引入調(diào)整系數(shù)。又如地下構造的荷載與其作用效應高度耦合,其不確定性遠大于荷載本身的不確定性、構造構件尺寸的不確定性。以及材料強度不確定性的總和，而前者又難以估計，這時勉強采用可靠度設計往往徒有形式而無實效。有的專家指出，水工構造的大壩設計目前只有蘇聯(lián)用可靠度理論，其它國家都用安全系數(shù)k大壩在不同工作條件下的溫度。滲透壓力很難用統(tǒng)計確定，影響壩基穩(wěn)定的地基軟弱夾層及其分布也很難憑少數(shù)鉆孔取樣確定其統(tǒng)計特性，所以用可靠度理論估計不了壩體的安全度。將可靠度理論用于鐵路工程構造規(guī)范要確定火車的荷載譜，現(xiàn)在花了很大力氣已取得上萬條荷載譜，統(tǒng)計出了50年最大可能荷載，可是今后鐵路上的火車荷載及其變化，更多地由鐵路部門指令所確定，與那些統(tǒng)計多不相關。（3）認為分項多安全系數(shù)設計方法要比可靠度方法更為靈活實用。在確定安全系數(shù)時，同樣可以利用可靠度理論一起作分析，最后選定合適的系數(shù)值。鑒于現(xiàn)行建筑構造設計規(guī)范已經(jīng)采用了可靠度理論，缺陷之處可繼續(xù)改良，而其設計公式的表達形式又與分項多安全系數(shù)基本相似，所以也不必再回到老路上去。現(xiàn)行可靠度設計規(guī)范中的分項系數(shù)，其含義可以模糊些，考慮更多的經(jīng)驗因素，這在可靠度理論中也是說得過去的。規(guī)范采用可靠度理論應采取實事求是的態(tài)度，能用的盡量用，尚不成熟的將來再用，不宜用行政手段一刀切去追求“統(tǒng)一二（4）認為可靠度理論是美國專家于40年代最早提出的，這方面的研究工作和成果也遠遠超過我們，可是到現(xiàn)在為止，他們大部分的重要規(guī)范都還沒有用可靠度方法。在西方，主張可靠度理論用于規(guī)范的主要是可靠度理論家們的觀點，搞工程實踐的人多持反對或懷疑態(tài)度。所請國際標準《構造可靠性總原則》，主要也是一些理論工作者提出的、是參考性的，并無約束力。前不久，曾長期擔任過美國混凝上設計規(guī)范ACI-318委員會主席的國際著名學者Siess教授,就在《Concretelnternational》雜志上談了為什么不用可靠度設計理論的見解?？煽慷壤碚撌欠窦和晟频娇梢杂糜谝?guī)范的程度，這個問題在國際上是有爭論的。確定工程的安全度在一定程度上需以概率和統(tǒng)計為根底，但更多的須依靠經(jīng)驗、工程判斷及綜合考慮。所以在可靠度用于規(guī)范這一點上，我們大可不必去爭天下先。建筑構造設計規(guī)范還是用安全系數(shù)方法好，對于工程設計人員來說用分項安全系數(shù)表達安全度要比可靠指標B更直觀。更明白?？煽恐笜穗m然有一個相應的失效概率，可是這個所謂的失效概率其實也不是真實的，但在一定程度上可用于相比照較。2、多大的安全度才算夠多大的安全度才算夠？這是一個探討已久的國際性課題。所謂“安全”，包括保證人員財產(chǎn)不受損失和保證構造功能的正常運行，即所謂的“強度”和“功能”二原則，構造安全度還應保證構造有修復的可能，加上“可修復”則為三原則。與國際上一些通用標準相比，我國混凝土構造規(guī)范設定的安全度水平偏低，有的偏低較多。由于不同標準對安全度的表示方法不一樣，所采用的抗力計算公式也不一致，要準確估計不同標準之間安全程度的差異比較困難。有的專家認為，我國規(guī)范與歐洲模式規(guī)范相比，可靠度只是偏低一些，并在可承受的范圍內(nèi)；另有專家認為，我國規(guī)范的安全度要比歐美規(guī)范低20%?40%；也有專家認為，如果再考慮到荷標準值的差異，對于有些建筑物樓層，安全儲備相差遠不止40%。解放后，我國構造設計安全度歷次變更，現(xiàn)在的安全度低于50年代。確定構造的安全儲備或安全度水平，應考慮到國家和社會的經(jīng)濟、技術水平，構造的生命周期，構造的功能需求，以及增加安全度與增加費用之間的關系。在當前歷史條件下，如何對規(guī)范的設計安全度開展調(diào)整，專家們有不同的見解：（1）認為現(xiàn)行規(guī)范的設計安全度在總體上是合適的，只要施工質量保證，設計不出錯誤，安全程度已能滿足要求。所以不必作出全面的變更，個別地方有不夠的，則可作局部修補。規(guī)范對安全度的要求只是最低值，設計人員完全可以根據(jù)不同的工程對象，必要時采用高于規(guī)范規(guī)定的數(shù)值。我國是發(fā)展中的國家，還是要盡量提倡節(jié)約，即使在美國，省鋼也是受表揚的。我國規(guī)范中的構造要求，并非都比外國低。有的已經(jīng)超過。外國大企業(yè)在##買了按我國規(guī)范設計的大樓,說明我國規(guī)范不是進不了國際市場。現(xiàn)在對安全度開展討論,應注意不要引起誤導，以為規(guī)范安全度不夠而在設計中盲目加大構件截面，造成不必要的浪費。（2）認為現(xiàn)行規(guī)范安全度與國際相比雖然偏低，但使用十年來已成功建成約100億m2的建筑物，實踐已經(jīng)證明，現(xiàn)行規(guī)范安全度是可以承受的，這是重要的經(jīng)驗，不能輕易放棄。但考慮到客觀形勢變化，國家經(jīng)濟實力增強和住宅制度改革現(xiàn)狀，可以將現(xiàn)行設計可靠度水平適當提高一點，這樣投入不大，卻對國家總體和長遠利益有利。（3）認為設計安全度應大幅度提高。由于環(huán)境變了，對構造功能和安全程度的需求增強了，比方現(xiàn)在出現(xiàn)事故造成的損失已非昔日可比。規(guī)范要適應從計劃經(jīng)濟體制到市場經(jīng)濟體制的轉變，從短缺經(jīng)濟年代的影響下走出來?，F(xiàn)在，建筑物商品化，構造造價在建筑物售價中的比例愈來愈低，用相對較少的錢換得更為可靠和更為好用的房子，應屬合理消費，為此而多用一些鋼筋也屬合理使用，說不上有違節(jié)約。如果既不要國家出錢，又能刺激生產(chǎn)，也不浪費資源，就不要限制合理消費，限制對商品高質量和高標準的追求。所謂“大幅度”提高，只是一個宏觀估計。我國幅員廣闊，各地經(jīng)濟發(fā)展很不平衡，提高幅度可區(qū)別對待。經(jīng)濟發(fā)達的大城市，建筑物功能要求和售價都高，設計安全度應相對高些。（4）認為設計安全度水平應盡量與國際接軌，比方混凝土構造能夠與美國混凝土學會（ACI）的規(guī)范接近。即使到達一樣的安全度水平，由于施工和材料的管理水平尚與國外有較大差距，構造的實際安全儲備仍會偏低。我國現(xiàn)行規(guī)范的低安全度水平是歷史條件造成的，在60年代初編制我國混凝土規(guī)范時，對當時工程事故頻繁狀況，不少專家曾提出增—全度，但限于當時政治形勢和經(jīng)濟狀況而未能實現(xiàn)。現(xiàn)在條件變了，安全度應該提高。（5）我國目前的建筑業(yè)隊伍有3500萬人，其中2000萬來自農(nóng)村，在確定構造設計安全度時，確實不能不考慮施工隊伍平均受教育水平低的現(xiàn)狀。對于設計和施工，也不能不考慮難以防止的一定程度的人為差錯(humanerror)。要提高施工質量和管理水平，牽