關(guān)于建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)安全度的探討

關(guān)于建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)安全度的探討

關(guān)鍵詞：建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)安全1.建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)安全度的相關(guān)說明1.1關(guān)于節(jié)約鋼材的問題。作為一個結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工程師，重要職責(zé)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(dāng)前建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)存在的問題中，有一個方面不容忽視，就是設(shè)計(jì)中的浪費(fèi)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(guān)于建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)安全度的討論，是正常的，但會不會引起誤導(dǎo)，使一些設(shè)計(jì)人員誤以為按我國規(guī)范進(jìn)行設(shè)計(jì)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(fèi)。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(yīng)該是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員的重要守則。這里提出探討的只是計(jì)劃經(jīng)濟(jì)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(jì)下仍是合理和必需的，問題是將它搬到今天的社會經(jīng)濟(jì)狀況和體制下，有時就不再適宜。1.2從事建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本目的，是在一定的經(jīng)濟(jì)條件下，賦予結(jié)構(gòu)以適當(dāng)?shù)陌踩龋菇Y(jié)構(gòu)在預(yù)定的使用期限內(nèi)，能滿足所預(yù)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(biāo)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(yù)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(shè)計(jì)安全度已不適應(yīng)當(dāng)前國情的需要。自20世紀(jì)50年代以來,我國建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法,經(jīng)歷了容許應(yīng)力設(shè)計(jì)法、破損階段設(shè)計(jì)法、極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法和概率極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法的重大變化。在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)中,安全度主要表現(xiàn)為安全系數(shù)(容許應(yīng)力法、破損階段法)、分項(xiàng)系數(shù)(極限狀態(tài)法)和可靠指標(biāo)(概率極限狀態(tài)法)同時還與其他許多因素有關(guān),如結(jié)構(gòu)的構(gòu)造規(guī)定、荷載標(biāo)準(zhǔn)值與材料強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值的取值、構(gòu)件承載力計(jì)算公式及結(jié)構(gòu)內(nèi)力分析的精度等。從20世紀(jì)50年代到現(xiàn)在,我國建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)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(shè)計(jì)的安全度要求上,卻一直沒有大的變動,與國際通用設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)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(shù)問題。從根本上說,結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)安全度的高低,是國家經(jīng)濟(jì)和資源狀況,社會財富以及設(shè)計(jì)施工技術(shù)水平與材料質(zhì)量水準(zhǔn)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(fèi)更多的材料,但能相應(yīng)降低結(jié)構(gòu)失效的風(fēng)險,所以確定建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的安全度,還應(yīng)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(fēng)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(shè)計(jì)規(guī)范取用的荷載值比國外低，材料強(qiáng)度的取值比國外高，所用結(jié)構(gòu)承載力計(jì)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(yuǎn)比國外要求低。也就是說，在設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)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(jì)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(jì)發(fā)展的必然要求。我國建筑結(jié)構(gòu)抗震除了設(shè)防烈度較低以外，在具體抗震設(shè)計(jì)計(jì)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(shè)計(jì)和研究的工程技術(shù)人員，又往往習(xí)慣于如何為建筑結(jié)構(gòu)挖潛力以降低成本，而不習(xí)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(shè)防烈度下，還要從各自不同的角度千方百計(jì)深挖潛力，結(jié)果是安全儲備越挖越低。3.結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的相關(guān)因素3.1結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)安全度的高低，是國家經(jīng)濟(jì)和資源狀況，社會財富積累程度以及設(shè)計(jì)施工技術(shù)水平與材料質(zhì)量水準(zhǔn)的綜合反映。具體來說，選擇結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)安全度要處理好與工程直接造價、維修費(fèi)用及投資風(fēng)險(包括生命及財產(chǎn)損失)之間的關(guān)系。雖然，提高結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)安全度時，結(jié)構(gòu)的直接造價將有所提高，而維修費(fèi)用將減少，投資風(fēng)險亦將減少，如果降低工程造價，則維修費(fèi)用和投資風(fēng)險都將提高。所以，確定建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)安全度，實(shí)際上是在結(jié)構(gòu)造價(包括維修費(fèi)用在內(nèi))與結(jié)構(gòu)風(fēng)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(fèi)用量和經(jīng)濟(jì)指標(biāo)來評價結(jié)構(gòu)安全度的觀點(diǎn)，將導(dǎo)致片面的結(jié)論。實(shí)際上，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(yán)重的社會影響，對某些結(jié)構(gòu)，還將可能產(chǎn)生嚴(yán)重的政治后果，而且還涉及到國家的經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)和技術(shù)經(jīng)濟(jì)政策。3.2要大幅度提高設(shè)計(jì)安全度，無非是基于客觀形勢變化和對現(xiàn)行安全度進(jìn)行初步分析比較后的一種宏觀的定性估計(jì)。究竟需要提高多少，則需經(jīng)過課題立項(xiàng)研究才能確定。提出的設(shè)計(jì)可靠度改進(jìn)意見，總的趨勢是往高處調(diào)，對此我表示擁護(hù)；雖然幅度不夠大。我國幅員廣闊，各地經(jīng)濟(jì)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(yīng)高些，經(jīng)濟(jì)不發(fā)達(dá)的邊緣地區(qū)允許適當(dāng)?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(biāo)準(zhǔn)值取值，或地方性標(biāo)準(zhǔn)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(dāng)然也可以分步漸進(jìn)。鋼材的分項(xiàng)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(jì)算時所用的材料強(qiáng)度似宜采用平均值而不是標(biāo)準(zhǔn)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(shè)計(jì)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(yīng)有房產(chǎn)開發(fā)商、保險業(yè)和有關(guān)學(xué)術(shù)團(tuán)體(學(xué)會)的參與。開發(fā)商應(yīng)該對其出售的建筑物的安全質(zhì)量負(fù)責(zé)，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(jī)一樣，更高的安全性應(yīng)該作為房屋開發(fā)商促銷和競爭的一個熱點(diǎn)。保險業(yè)也應(yīng)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(jìn)展，房產(chǎn)遲早會與保險業(yè)緊密掛鉤，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)安全度低的房產(chǎn)必然要與較高的保險費(fèi)相匹配。就像國外一樣，保險業(yè)應(yīng)聘請各類專家對其重大的保險對象進(jìn)行評估。我國現(xiàn)行的低安全度的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(fèi)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(shè)計(jì)是一個復(fù)雜的問題，需要考慮