建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)安全度分析

田嶸

（廣東城建項(xiàng)目管理有限公司，廣東 茂名 525000）

1 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的安全度問(wèn)題

1.1 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)安全度的涵義

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(mǎn)足所預(yù)期的各種功能要求，一般來(lái)說(shuō)，建筑結(jié)構(gòu)必須滿(mǎn)足的功能要求是：

1.1.1 能承受在正常施工和使用時(shí)可能出現(xiàn)的各種作用，且在偶發(fā)事件中，仍能保持必須的整體穩(wěn)定性，即建筑結(jié)構(gòu)需具有的安全性。

1.1.2 在正常使用時(shí)具有良好工作性能，即建筑結(jié)構(gòu)需具有適用性。

1.1.3 在正常維護(hù)下具有足夠的耐久性

上述安全性、適用性和耐久性，是建筑結(jié)構(gòu)可靠（或安全）與否的標(biāo)志，總稱(chēng)為結(jié)構(gòu)的可靠性，對(duì)這些性能的度量，即結(jié)構(gòu)在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)，在規(guī)定的條件下，完成預(yù)定功能的概率，稱(chēng)為結(jié)構(gòu)的可靠度（或稱(chēng)安全度）。

1.2 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法

自20世紀(jì)50年代以來(lái)，我國(guó)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)和可靠指標(biāo)（概率極限狀態(tài)法），同時(shí)還與其它許多因素有關(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。

可靠度理論是分析結(jié)構(gòu)安全性的一種有效手段。我國(guó)已頒布統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，要求結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范按可靠度理論設(shè)計(jì)。該理論用失效概率度量結(jié)構(gòu)的可靠性，通過(guò)將抗力和作用效應(yīng)相互獨(dú)立，將隨機(jī)過(guò)程化為隨機(jī)變量并以經(jīng)驗(yàn)為校準(zhǔn)點(diǎn)，成功地將這一理論用于建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范中，這是我國(guó)規(guī)范先進(jìn)性的一種表現(xiàn)。但該理論在應(yīng)用上還有其局限性，理論本身也有一些方面未能突破。因此，規(guī)范采用可靠度理論應(yīng)采取實(shí)事求是的態(tài)度，能用的盡量用，尚不成熟的將來(lái)再用。

1.3 合理確定設(shè)計(jì)安全度

結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)安全度的高低，是國(guó)家經(jīng)濟(jì)和資源狀況、社會(huì)財(cái)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)的綜合反映確定工程的安全度在一定程度上需以概率和統(tǒng)計(jì)為基礎(chǔ)，但更多的須依靠經(jīng)驗(yàn)、工程判斷及綜合考慮。

與國(guó)際上一些通用標(biāo)準(zhǔn)相比，我國(guó)混凝土結(jié)構(gòu)規(guī)范設(shè)定的安全度水平偏低，有的偏低較多。這體現(xiàn)在涉及結(jié)構(gòu)安全度的各個(gè)環(huán)節(jié)中，如我國(guó)混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范取用的荷載值比國(guó)外低，材料強(qiáng)度值比國(guó)外高，估計(jì)結(jié)構(gòu)承載力所用計(jì)算公式的安全裕度低于國(guó)外甚至在個(gè)別情況下偏于不安全，對(duì)結(jié)構(gòu)的構(gòu)造規(guī)定又遠(yuǎn)比國(guó)外要求低。

現(xiàn)行規(guī)范安全度與國(guó)際相比雖然偏低但是可以接受，這是數(shù)十年來(lái)成功建成數(shù)百億平方米建筑物的長(zhǎng)期實(shí)踐加以證實(shí)的但考慮到客觀形勢(shì)變化，國(guó)家經(jīng)濟(jì)實(shí)力增強(qiáng)和住宅制度改革現(xiàn)狀，可以將現(xiàn)行設(shè)計(jì)可靠度水平適當(dāng)提高一點(diǎn)，這樣投入不大，卻對(duì)長(zhǎng)遠(yuǎn)利益有利。

1.4 安全度與工程事故的關(guān)系

關(guān)于工程事故與設(shè)計(jì)安全度的關(guān)系，有人認(rèn)為國(guó)內(nèi)發(fā)生的工程事故與現(xiàn)行規(guī)范的安全度沒(méi)有關(guān)系，規(guī)范的安全度是夠的。文獻(xiàn)就指出，上世紀(jì)50年代的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法與現(xiàn)在近似，當(dāng)時(shí)所用的混凝土強(qiáng)度很低，只有110#～140#，比現(xiàn)在的C15還低，其施工手段也很落后，混凝土用體積配合比，人工攪拌，沒(méi)有振搗器，而施工發(fā)生安全事故的卻很少，如北京飯店、王府井百貨大樓等一些建筑物，使用至今已逾46年，而且都經(jīng)過(guò)了唐山地震影響的考驗(yàn)，因此可以說(shuō)，現(xiàn)在的安全事故與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)安全度是沒(méi)有連帶關(guān)系的。不過(guò)也有專(zhuān)家指出，一些工程事故往往由多種因素綜合造成，施工質(zhì)量差、設(shè)計(jì)有毛病、結(jié)構(gòu)安全儲(chǔ)備又偏低，加在一起終于釀成大禍，這類(lèi)情況不是由于野蠻施工和管理腐敗，較高的安全度總是與較低的失效概率相聯(lián)系，這是客觀規(guī)律。

實(shí)際上，結(jié)構(gòu)安全度只是對(duì)結(jié)構(gòu)截面強(qiáng)度安全的一種度量，與此相關(guān)的還有荷載和材料強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值的取值等因素。影響結(jié)構(gòu)安全性的因素太多，安全度是保證結(jié)構(gòu)安全性的重要方面但不是全部。有些設(shè)計(jì)人員往往只滿(mǎn)足于規(guī)范對(duì)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度計(jì)算上的安全度需要，而忽視從結(jié)構(gòu)體系、結(jié)構(gòu)構(gòu)造、結(jié)構(gòu)材料、結(jié)構(gòu)維護(hù)、結(jié)構(gòu)耐久性，以及從設(shè)計(jì)、施工到使用全過(guò)程中經(jīng)常出現(xiàn)的人為錯(cuò)誤等方面去加強(qiáng)和保證結(jié)構(gòu)的安全性，造成結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理，從而引發(fā)工程事故。

2 提高建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)安全度的措施

2.1 當(dāng)前的建筑物安全事故，與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)安全度無(wú)關(guān)。20世紀(jì)50年代的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法，與現(xiàn)在近似，當(dāng)時(shí)所用的混凝土強(qiáng)度很低，只有110140號(hào)，比現(xiàn)在的C15還低。20世紀(jì)50年代初期施工手段也很落后，混凝土用體積配合比，人工攪拌，沒(méi)有振搗器……而當(dāng)時(shí)施工發(fā)生安全事故的較少。有一些建筑物，如王府井百貨大樓、北京飯店等，使用至今已逾46年，而且經(jīng)過(guò)了唐山地震影響的考驗(yàn)。因此可以說(shuō)，現(xiàn)在的安全事故，與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)安全度是沒(méi)有連帶關(guān)系的。

2.2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，仍宜提倡節(jié)約。關(guān)于節(jié)約鋼材的問(wèn)題。作為一個(gè)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(gè)工作，建筑師也能做。

在發(fā)達(dá)國(guó)家，節(jié)約材料也是工程師所追的。1998年美國(guó)《商業(yè)周刊》登載由美國(guó)建筑師學(xué)會(huì)(AIA)舉辦的最佳建筑設(shè)計(jì)競(jìng)賽，“節(jié)省材料”是該次競(jìng)賽的主題之一。紐約時(shí)報(bào)新印刷廠的設(shè)計(jì)，因采用規(guī)則的矩形平面和常規(guī)材料，節(jié)約五千萬(wàn)美元而獲獎(jiǎng):又如香港中國(guó)銀行(貝聿銘設(shè)計(jì))因其結(jié)構(gòu)方案布置得當(dāng)，比同樣高度的其他結(jié)構(gòu)大量節(jié)約鋼材，所以若干個(gè)雜志上都發(fā)表文章加以表?yè)P(yáng)。

2.3 我國(guó)規(guī)范中的構(gòu)造規(guī)定，并非都比別國(guó)低。我國(guó)規(guī)范規(guī)定的是最低用鋼量，設(shè)計(jì)者一般根據(jù)結(jié)構(gòu)重要性，予以適當(dāng)提高，所以下能以此來(lái)判定我們?cè)诠こ讨械牟牧嫌昧?，更不能以我們的最低值?lái)與人家比。我國(guó)規(guī)范規(guī)定的柱子最小含鋼量力0.4%，是不考慮抗地震時(shí)的數(shù)量，我們大多數(shù)城市設(shè)計(jì)時(shí)都考慮抗震，高層建筑更是都要考慮，這時(shí)柱子的最小含鋼量就是0.5%1.0%而且設(shè)計(jì)單位在設(shè)計(jì)高層建筑的柱子時(shí)，用鋼量常比規(guī)范要求的還大，因此與國(guó)外相比，實(shí)際用鋼量并不太小。

我們有些構(gòu)造要求，已與國(guó)外持平，如剪力墻的最小配筋率為0.25%，與美國(guó)相同。至于墻的暗柱配筋量，在許多方面已是世界領(lǐng)先。

2.4 規(guī)范要根據(jù)國(guó)家政策而定。一個(gè)國(guó)家的規(guī)范，不僅僅是技術(shù)性的，還有很強(qiáng)的政策性等許多方面，是一個(gè)國(guó)家經(jīng)濟(jì)條件的直接反映。因此，我國(guó)規(guī)范的材料用量，當(dāng)然應(yīng)該比發(fā)達(dá)國(guó)家低，也即安全度應(yīng)該低一些。這方面我們完全可以理直氣壯地說(shuō)，我們過(guò)去的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，是符合我國(guó)國(guó)情的，是安全的。當(dāng)然某些局部有不足，要不斷修改。國(guó)外的規(guī)范也不是十全十美，也在不斷的修改。我們過(guò)去的結(jié)構(gòu)成功地經(jīng)受了幾十年的考驗(yàn)，那就是說(shuō)，我們的規(guī)范基本是正確的，安全度基本是能滿(mǎn)足要求的。

[1]趙芳，袁月山.關(guān)于提高建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)安全度的意見(jiàn)[J].科技致富向?qū)В?011，(03).

[2]邢振強(qiáng)，畢繼斌.提高建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)安全度的幾點(diǎn)看法[J].科技致富向?qū)В?010，(09).