關于建筑結構設計安全度的探討

關于建筑結構設計安全度的探討

關鍵詞：建筑結構設計安全1.建筑結構設計安全度的相關說明1.1關于節(jié)約鋼材的問題。作為一個結構設計工程師，重要職責之一，就是以較少的材料去完成建筑物各種功能的要求。如果將構件截面任意加大，材料用量任意增多，這個工作，建筑師也能做。當前建筑結構設計存在的問題中，有一個方面不容忽視，就是設計中的浪費現(xiàn)象。我們有不少鋼筋混凝土高層建筑的用鋼量，已超過國外同等高度鋼結構的用鋼量，其不合理可見一斑!關于建筑結構設計安全度的討論，是正常的，但會不會引起誤導，使一些設計人員誤以為按我國規(guī)范進行設計會造成不安全，以致盲目加大構件截面，增加用鋼量，造成不必要的浪費。這種可能性，是不能不防的。節(jié)約作為人類可持續(xù)發(fā)展的需要和一種美德，應該是結構設計人員的重要守則。這里提出探討的只是計劃經(jīng)濟年代曾經(jīng)盛行一時的片面的節(jié)約，但即使是那種節(jié)約在過去短缺經(jīng)濟下仍是合理和必需的，問題是將它搬到今天的社會經(jīng)濟狀況和體制下，有時就不再適宜。1.2從事建筑結構設計的基本目的，是在一定的經(jīng)濟條件下，賦予結構以適當?shù)陌踩龋菇Y構在預定的使用期限內，能滿足所預期的各種功能要求，一般來說，建筑結構必須滿足的功能要求是：（1）能承受在正常施工和使用時可能出現(xiàn)的各種作用，且在偶發(fā)事件中，仍能保持整體穩(wěn)定性，即建筑結構需具有的安全性。（2）在正常使用時具有良好的工作性能建筑結構需具有的適用性。上述安全性、適用性和耐久性，是建筑結構安全與否的標志，總稱為結構的可靠性，對這些性能的度量，即結構在規(guī)定的時間內，在規(guī)定的條件下，完成預定功能的概率，稱為結構的安全度。2.我國現(xiàn)在所處的狀況我國的建筑結構設計安全度已不適應當前國情的需要。自20世紀50年代以來,我國建筑結構的設計方法,經(jīng)歷了容許應力設計法、破損階段設計法、極限狀態(tài)設計法和概率極限狀態(tài)設計法的重大變化。在結構設計標準中,安全度主要表現(xiàn)為安全系數(shù)(容許應力法、破損階段法)、分項系數(shù)(極限狀態(tài)法)和可靠指標(概率極限狀態(tài)法)同時還與其他許多因素有關,如結構的構造規(guī)定、荷載標準值與材料強度標準值的取值、構件承載力計算公式及結構內力分析的精度等。從20世紀50年代到現(xiàn)在,我國建筑結構的設計標準不論在方法或具體內容上都有了很大的發(fā)展和提高,但在結構設計的安全度要求上,卻一直沒有大的變動,與國際通用設計標準相比始終處于低水平的安全度。需要多大的安全度才算安全?這并不是一個單純的技術問題。從根本上說,結構設計安全度的高低,是國家經(jīng)濟和資源狀況,社會財富以及設計施工技術水平與材料質量水準的綜合反映。提高結構的安全度,必然會增加結構造價和耗費更多的材料,但能相應降低結構失效的風險,所以確定建筑結構設計的安全度,還應體現(xiàn)投資者或業(yè)主的利益,在結構造價與結構風險之間權衡得失,尋求較優(yōu)的選擇。我國建筑結構安全度的現(xiàn)狀是:設計規(guī)范取用的荷載值比國外低，材料強度的取值比國外高，所用結構承載力計算公式的安全裕度比國外低，甚至在個別情況下偏于不安全，對結構的構造規(guī)定又遠比國外要求低。也就是說，在設計結構安全度的各個環(huán)節(jié)中，幾乎沒有一個環(huán)節(jié)比國外更偏于安全的。以建筑結構的抗震設計標準為例，我國絕大多數(shù)城鎮(zhèn)處于地震區(qū)，隨著社會財富的增長，地震造成的經(jīng)濟損失愈來愈大，已非過去所能比擬，因而不斷提高建筑物的抗震能力是經(jīng)濟發(fā)展的必然要求。我國建筑結構抗震除了設防烈度較低以外，在具體抗震設計計算方法和構造規(guī)定上的保守程度也都不如國外。我們不少從事設計和研究的工程技術人員，又往往習慣于如何為建筑結構挖潛力以降低成本，而不習慣于如何為建筑結構提高質量，在本來已經(jīng)較低的設防烈度下，還要從各自不同的角度千方百計深挖潛力，結果是安全儲備越挖越低。3.結構設計的相關因素3.1結構設計安全度的高低，是國家經(jīng)濟和資源狀況，社會財富積累程度以及設計施工技術水平與材料質量水準的綜合反映。具體來說，選擇結構設計安全度要處理好與工程直接造價、維修費用及投資風險(包括生命及財產(chǎn)損失)之間的關系。雖然，提高結構設計安全度時，結構的直接造價將有所提高，而維修費用將減少，投資風險亦將減少，如果降低工程造價，則維修費用和投資風險都將提高。所以，確定建筑的結構設計安全度，實際上是在結構造價(包括維修費用在內)與結構風險之間權衡得失，尋求較優(yōu)的選擇。那種單純以建造時的材料消費用量和經(jīng)濟指標來評價結構安全度的觀點，將導致片面的結論。實際上，結構設計安全度的選擇，不僅涉及生命財產(chǎn)的損失，有時還會產(chǎn)生嚴重的社會影響，對某些結構，還將可能產(chǎn)生嚴重的政治后果，而且還涉及到國家的經(jīng)濟基礎和技術經(jīng)濟政策。3.2要大幅度提高設計安全度，無非是基于客觀形勢變化和對現(xiàn)行安全度進行初步分析比較后的一種宏觀的定性估計。究竟需要提高多少，則需經(jīng)過課題立項研究才能確定。提出的設計可靠度改進意見，總的趨勢是往高處調，對此我表示擁護；雖然幅度不夠大。我國幅員廣闊，各地經(jīng)濟發(fā)展很不平衡，像京、滬、穗等國際性大都市，建筑結構的安全度應高些，經(jīng)濟不發(fā)達的邊緣地區(qū)允許適當?shù)托Ｒ?guī)范修訂時是否尚可通過結構重要性系數(shù)，或者荷載標準值取值，或地方性標準予以區(qū)別對待，大城市的結構安全儲備是否能再高些，當然也可以分步漸進。鋼材的分項系數(shù)過去偏低，似不宜再低于1.1。梁的最小配筋率一般根據(jù)截面抗彎屈服能力不低于截面拉區(qū)混凝上抗裂能力的原則來定，具體計算時所用的材料強度似宜采用平均值而不是標準值，否則從概率保證的角度不能符合要求。3.3建筑結構作為特殊的商品，其內在的安全質量非一般用戶所能了解。確定建筑結構設計安全度的高低在過去是一種政府行為，而在改革開放后的今天，這個問題至少應有房產(chǎn)開發(fā)商、保險業(yè)和有關學術團體(學會)的參與。開發(fā)商應該對其出售的建筑物的安全質量負責，在不影響售價過多的情況下，盡可能提高房屋的安全度，特別是抵抗地震的能力，和汽車、飛機一樣，更高的安全性應該作為房屋開發(fā)商促銷和競爭的一個熱點。保險業(yè)也應該積極參與建筑結構安全度的制訂。隨著我國房產(chǎn)私有化的進展，房產(chǎn)遲早會與保險業(yè)緊密掛鉤，結構設計安全度低的房產(chǎn)必然要與較高的保險費相匹配。就像國外一樣，保險業(yè)應聘請各類專家對其重大的保險對象進行評估。我國現(xiàn)行的低安全度的結構設計原則如果任其維持下去，將來要為其不斷付出代價的可能是需要交納高昂保險費的業(yè)主，這對保險業(yè)本身也會產(chǎn)生極其不利的影響。結束語建筑結構設計是一個復雜的問題，需要考慮