關于建筑結(jié)構(gòu)設計安全度的探討

關于建筑結(jié)構(gòu)設計安全度的探討

關鍵詞：建筑結(jié)構(gòu)設計安全1.建筑結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(gòu)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)的用鋼量，其不合理可見一斑!關于建筑結(jié)構(gòu)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(gòu)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)設計的基本目的，是在一定的經(jīng)濟條件下，賦予結(jié)構(gòu)以適當?shù)陌踩?，使結(jié)構(gòu)在預定的使用期限內(nèi)，能滿足所預期的各種功能要求，一般來說，建筑結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)需具有的適用性。上述安全性、適用性和耐久性，是建筑結(jié)構(gòu)安全與否的標志，總稱為結(jié)構(gòu)的可靠性，對這些性能的度量，即結(jié)構(gòu)在規(guī)定的時間內(nèi)，在規(guī)定的條件下，完成預定功能的概率，稱為結(jié)構(gòu)的安全度。2.我國現(xiàn)在所處的狀況我國的建筑結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)的構(gòu)造規(guī)定、荷載標準值與材料強度標準值的取值、構(gòu)件承載力計算公式及結(jié)構(gòu)內(nèi)力分析的精度等。從20世紀50年代到現(xiàn)在,我國建筑結(jié)構(gòu)的設計標準不論在方法或具體內(nèi)容上都有了很大的發(fā)展和提高,但在結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(zhì)量水準的綜合反映。提高結(jié)構(gòu)的安全度,必然會增加結(jié)構(gòu)造價和耗費更多的材料,但能相應降低結(jié)構(gòu)失效的風險,所以確定建筑結(jié)構(gòu)設計的安全度,還應體現(xiàn)投資者或業(yè)主的利益,在結(jié)構(gòu)造價與結(jié)構(gòu)風險之間權(quán)衡得失,尋求較優(yōu)的選擇。我國建筑結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)的構(gòu)造規(guī)定又遠比國外要求低。也就是說，在設計結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(gòu)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(jié)構(gòu)挖潛力以降低成本，而不習慣于如何為建筑結(jié)構(gòu)提高質(zhì)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(jié)果是安全儲備越挖越低。3.結(jié)構(gòu)設計的相關因素3.1結(jié)構(gòu)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(zhì)量水準的綜合反映。具體來說，選擇結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)設計安全度時，結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)設計安全度，實際上是在結(jié)構(gòu)造價(包括維修費用在內(nèi))與結(jié)構(gòu)風險之間權(quán)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(jié)構(gòu)安全度的觀點，將導致片面的結(jié)論。實際上，結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)，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(diào)，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(jié)構(gòu)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?。?guī)范修訂時是否尚可通過結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)作為特殊的商品，其內(nèi)在的安全質(zhì)量非一般用戶所能了解。確定建筑結(jié)構(gòu)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(zhì)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(jié)束語建筑結(jié)構(gòu)設計是一個復雜的問題，需要考慮