關于建筑結構安全度設計的研究

劉新娜

（武漢供電設計院有限公司，武漢 430000）

建筑產業的現代發展，需要基于安全的結構設計，尤其是基于結構安全度的設計，這直接關系著工程造價管理、質量控制等環節。因而，建筑結構安全度設計對于現代建筑的發展起著重要的作用。同時，基于我國建筑產業的發展現狀，提高建筑結構安全度設計，又是其發展的必要措施。因此，建筑結構安全度設計，對于現代建筑產業的發展，起著主導性作用。

1 建筑結構安全度設計的概念

根據結構破壞可能產生的后果（危及人的生命、造成經濟損失、產生社會影響等）的嚴重性，《建筑結構可靠度設計統一標準》將建筑物劃分為3個安全等級。大部分的一般建筑物列入中間等級，重要的建筑物提高一級，次要的建筑物降低一級，而這其中大多數建筑物的安全等級均為2級。同一建筑物內的各種結構構件宜與整個結構采用相同的安全等級，但允許對部分結構構件根據其重要程度和綜合經濟效益進行適當調整。如提高某一結構構件的安全等級所需額外費用不多，又能減輕整個結構的破壞程度，從而大大減少人員傷亡和財產損失，則可將該結構構件的安全等級較整個結構的安全等級提高1級；相反，如某一結構構件的破壞并不影響整個結構或其他結構構件，則可將其安全等級降低1級。

從事建筑結構設計的基本目的，是在一定的經濟條件下，賦予結構以適當的安全度，使結構在預定的使用期限內，能滿足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）保證在正常使用條件下建筑結構的安全性，另外，也要充分考慮意外情況的穩定應對，確保整體結構的完整性，保證人身財產安全；

2）建筑結構設計中要充分考慮其適用性這一根本目的，保證其能物盡所用；

3）除了上述提到的安全性、適用性這兩點以外，還要保證其耐久性這一要求，也就是結構的可靠性，即結構性能保證其完成預定的功能。

2 建筑結構安全度設計的重要性

隨著我國現代建筑產業的發展，建筑結構設計的安全度要求逐步占據至關重要的地位，尤其是在施工質量控制、工程造價管理上都彰顯出主導性的作用。建筑結構的安全因素來源于多個角度，因而，基于全面的安全度考慮，是建筑施工建設、工程質量管理的關鍵。建筑結構設計的安全度，在一定程度上反映出工程造價的控制，尤其是工程建設的有效經濟化。建筑結構設計的安全度，是在功能構建、結構規劃的背景之下，對建筑結構安全性能的預期要求。建筑結構中，結構的安全度是衡量建筑結構有效性的重要基點，設計的合理化、施工的安全化、建筑使用的舒適化，都是基于結構安全度而考慮的。

建筑結構設計安全度，首先需要基于施工技術角度、綜合受力情況、整體設計理念進行合理的結構建模，結構設計的安全度不僅體現于正常的施工建設以及日常使用，更多的是針對各類自然災害下，結構安全系數的構建。也就是說，科學的結構設計安全度應考慮結構在任何特殊情況下的穩定性。出于結構設計的安全性考慮，其在技術層面就有著更高的要求。

結構設計的安全度，對于建筑風險控制、施工安全的控制同樣有影響。同時，基于技術的需求，安全度的控制程度也體現在建筑材料、工藝要求上的嚴格程度，過高的安全度要求會造成工程的額外成本輸出。因此，建筑結構設計安全程度的合理性，直接影響著工程質量的控制，以及工程造價的控制。合理的確定建筑結構設計安全度，對于工程建設的各個環節都有著實質性的價值。

3 提高建筑結構安全度設計的必要性

工程建設是一個復雜而長期的過程，其結構設計、工程監理、質量驗收都是工程控制的重點。建筑結構安全度的設計程度，直接影響著建筑工程的質量控制以及造價管理。因而，合理地提高建筑結構安全度設計，對于工程建設而言具有必要性。

3.1 我國建筑產業的現狀

隨著我國生活水平的不斷提升，人們的生活理念發生了本質性的改變，尤其是基于多重結構性能的建筑需求，越來越突出。但是，這些性能的構建，都需要基于有效的建筑結構設計安全度。同時，結構安全度設計的提高，是滿足現代建筑產業發展的有效舉措。現代建筑的結構設計越發注重風格化，因而對建筑材料、施工工藝的高水準控制，都是提高結構安全度的重要原因。加之競爭日益激烈的房地產市場，提高建筑結構的安全度，是房地廠商占領市場的“殺手锏”。

但與之不相適應的是，我國現階段執行的建筑結構安全度設計標準已經不能適應我國的發展。自上個世紀中期以后，我國的建筑結構設計方法經歷了多次重大的變革。建筑結構設計中對安全系數的影響是多方面的，比如建筑結構的荷載標準值，建筑材料的強度，設計安全的計算公式等等。從上個世紀中期到現在，建筑設計標準在我國不論是設計方法還是設計的具體內容都發生了重大的改變，但是在安全度設計上，發展卻顯得微不足道，始終比國外的建筑標準要低。

在我國的建筑行業中，建筑結構安全度的設計規范相比國外特別是歐美等發達國家，無論是荷載值還是材料強度取值都不是一個水平上的，而且我國建筑行業所用的結構承載力計算公式的安全度也比國外的低。某些特殊情況下趨于不安全，還有對建筑結構的設計構造規定要求也比較低，我國的建筑結構設計的結構安全度幾乎比國外任何一個國家的規定都低。2008年“5·12”汶川大地震震級達里氏8級，最大烈度達11度，余震3萬多次，災區總面積約50萬平方公里，受災群眾4 625萬多人，造成69 227名同胞遇難、17 923名同胞失蹤，直接經濟損失8 451億多元。這說明隨著經濟社會的發展，抗震設防能力也應該隨之提高，否則一旦發生災害，造成的損失太大。在本來已經較低的設防烈度下，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。在人們生活水平已經告別了生存型向小康型轉變，物資供應和社會財富狀況早已今非昔比的今天，如果繼續執行現行的抗震設計標準，則在地震發生時就有可能給國家和城市居民帶來更大的危害和損失。

自上世紀中期以來，我國建筑結構的設計方法，經歷了容許應力設計法、破損階段設計法、極限狀態設計法和概率極限狀態設計法的重大變化。在結構設計標準中，安全度主要表現為安全系數（容許應力法、破損階段法）、分項系數和可靠指標（概率極限狀態法），同時還與其他許多因素有關，如結構的構造規定、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以及結構內力分析的精度等。可靠度理論是分析結構安全性的一種有效手段。我國已經頒布同一標準，要求結構設計規范按可靠度理論設計。該理論用失效概率度量結構的可靠性，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驗為校準點，成功地將這一理論用于建筑結構設計規范中，這是我國規范先進性的一種表現。但該理論在應用上還有其局限性，理論本身也有一些方面未能突破。因此，規范采用可靠度理論應采取實事求是的態度，能用的盡量用，尚不成熟的將來再用。

3.2 我國現代建筑產業與國外相比存在較大差距

我國現代建筑產業起步晚，與國外相比還存在較大差距。尤其是我國建筑結構安全度設計的偏低，進而在市場的競爭上面臨多方面挑戰，并且，我國的經濟建設逐漸加快，建筑產業作為我國的支柱國民經濟，提高其結構安全度設計，對我國建筑產業的發展而言，必然是一個良好的發展平臺。與此同時，我國在房地產領域的控制越發嚴格，尤其是隨著相關法律的頒布實施，更加規范了建筑產業的發展。因而，提高建筑結構安全度設計，對于建筑產業的現代化發展必然會起到重要的主導作用。

3.3 基于現代生活理念的需要

現代建筑結構，注重結構安全元素的設計，諸如抗震、消防元素的設計，是現代建筑結構設計的基點，尤其是基于自然災害的抗災性能設計，是現代建筑安全實際的關鍵。因而，提高建筑結構安全度設計，是滿足現代建筑需求的重要舉措，同時也是現代建筑發展方向。

4 提高建筑結構安全度設計的主要方面

基于建筑結構安全度設計的重要性，其在工程建設中起到主導性的地位，因而對結構設計的預應力設計，尤其是各承載力的科學設計，是提高建筑結構安全度的重要方面。

4.1 結構體系中各構件承載能力的安全度控制

現代建筑結構設計，往往需要基于各構件的植入。因而，對各構件承載力的安全控制非常關鍵。在其設計中，需要基于結構的負載量，尤其是結構的連接處，其承載力的構建，需要基于有效的構件體系。因此，基于有效強度的構件控制，是建筑結構預應力形成的關鍵。同時，結構構件體系的安全度，直接影響著整體結構的穩定性。

4.2 結構材料質量控制

現代建筑結構，多以鋼筋混凝土結構為主。因而，其結構安全體系的構建，需要控制好材料關，尤其是材料質量，需要嚴格的控制。現代建筑多以高層為主，因而結構體系相對復雜，對其結構強度、延性都有著嚴格的要求，這些都是提高結構安全度的關鍵方面。

4.3 結構的負載調整

建筑結構的設計，在風荷載、風壓系數上，都有著嚴格的規定，尤其是風荷載的有效調整，是規避自然災害的有效措施。同時，對于主結構的負載控制，也是提高結構安全度的關鍵。尤其是主結構的預應力保護，是建筑穩定性的核心。因此，需要基于建筑結構的設計需求，合理地調整負載，以便于結構安全度的提高。

5 結語

隨著現代建筑產業的發展，對建筑結構安全度設計的有效控制，直接關系著工程質量控制、造價管理等環節。因而，建筑結構實際安全度設計，在現代建筑產業的發展中具有重要性和必要性。

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