如何在建筑結構設計中提高安全度

宣 劉

(馬鋼集團設計研究院有限責任公司，安徽 馬鞍山 243000)

1 建筑結構設計安全度的概念

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的各種作用，且在偶發事件中，仍能保持整體穩定性，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。

(3)在正常維護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，即結構在規定的時間內，在規定的條件下，完成預定功能的概率，稱為結構的安全度。一、建筑結構設計安全度分析

2 提高建筑結構設計安全度

提高建筑結構設計的安全性，要從結構選型、結構的構造、結構布置、材料選擇等多方面進行考慮。要考慮結構設計的整體性、延續性、耐久性，要提高建筑物抵御自然災害的能力。在我國，由于京津滬、廣江浙一帶經濟較發達，同時對于建筑物質量要求也越高，對于建筑結構設計安全度相對較高。迄今為止，雖然尚未發生有關于建筑結構設計導致建筑承載力失效而引發事故的情況，但這并不代表因此就可以減少建筑結構設計對于安全度的考慮。

結構安全度要考慮綜合因素，要注重規范中的結構安全度，同時對于非技術性的社會經濟因素、政策因素方面要加以衡量。在對于可靠性設計時，要注意理論和實際的差別。在可靠性理論方面，前提是一定的條件和因素。在實際結構設計時，不可一蹴而就，更不能按章全抄。要結合設計經驗和技術科學分析，結合實際情況進行判斷。

對于目前來講，有部分專家和學者認為，當前的建筑物安全事故，與結構設計安全度無關。通過對王府井百貨大樓、北京飯店等40－50年前的建筑安全進行分析，在施工技術手段相對落后的時期，混凝土技術強度低，建筑技術落后，施工基本靠人工，更沒有大型機械的參與，這些建筑物歷經了1976年唐山7.8級大地震等自然災害后，還屹立不倒。這種說法是否得當，有待考究。

在學術界，專家和學者普遍認為我國的結構安全設置水準還是處于整體偏低的狀態。但這個偏低，并不是不安全，而是按照國際標準進行衡量的。參考國際建筑結構設計安全度標準，結合我國實際國情，將設計安全度控制在一個限定區間內，這不僅僅可以保證設計安全，又可避免浪費。在正常條件下，設計不出錯誤，施工質量得到保證，材料等不違規使用，這樣是可以保證結構安全可靠的。我國50年來，對設計標準進行修訂，并出臺了相關規范文件，這對于提高建筑結構設計安全是有利的。

在進行建筑結構設計安全分析時，可靠度設計理論中的多安全系數的極限狀態設計法用于設計規范中，這樣可保證安全系數不排斥利用可靠性進行分析比較。可靠性理論對不同類型工程結構的適用有很大不同，建筑結構可靠度要從社會經濟方面，長遠考慮。安全系數要考慮荷載、材料的力學性能、實驗值與設計值的差別、施工質量不穩定性等因素，對涉及工程的經濟利益以及結構破壞可能產生的后果，要進行分析評估。

3 建筑結構設計分析

建筑結構應在規定的設計使用年限內，具有足夠的可靠度。在正常施工和正常使用時，能承受可能出現的各種作用，要具有良好的工作性能，在正常維護的情況下，要具有足夠的耐久度。在保證建筑結構具有規定的足夠可靠度外，要進行必要的設計計算，對結構材料性能、施工的質量、正常使用和維護進行控制，其設計需要符合有關勘察、設計、施工、維護等方面標準的規定。

結構分析要進行結構作用效應分析，以確定結構或者截面上的作用效應。同時，要進行結構抗力和其他分析。在分析中，可采用計算、模擬試驗或者進行原型試驗，通過采取基本假定的條件和計算模型，考慮在極限狀態下的結構反應。在進行承載能力極限狀態設計時，采用線性、非線性、塑性等理論進行計算，以便分析材料和結構對作用的反應。在結構分析中，要考慮環境因素對材料、構件、結構性能的影響，例如空氣濕度對于木材強度的影響，高溫天氣對于鋼結構的影響，高低溫差對于結構的穩定影響等因素。采用一個或者幾個附加的變量，對不定性進行計算模型分析，附加變量可通過按照計算模型的計算結果與按照精確計算方法或者觀測結果進行對比，經過分析確定，利用工程經驗做出判斷。

4 從商品的角度看待建筑結構設計安全度

有一種觀點認為，提高建筑結構的設計安全度只能微調，否則就無法對已建工程作出交待。這個問題其實并不存在，象汽車、飛機等各種產品在不斷提高其安全性能時從來不需要照顧過去，為什么在提高建筑物的安全度時就得向后看呢?它們都是商品，商品質量的提高在資源和用戶財力能夠承受的前提下應該受到鼓勵，而不是限制，這樣才會有生產的發展和進步。在建筑結構的抗震要求上，國家需要規定的是抗震設防的最低標準，而不需限制業主提高設防能力的要求。

建筑結構作為特殊的商品，確定其設計安全度的高低過去是純政府行為，現今至少會有房屋開發商、保險業和用戶參與。開發商應該對其出售建筑物的安全質量負責，在影響售價不多的情況下應盡可能提高安全度，特別是抗震能力;與汽車、飛機一樣，更高的安全性能應作為房屋開發商促銷和競爭的一個熱點。隨著我國房產私有化的進展，房產遲早會與保險業緊密掛鉤，結構設計安全度低的房產必然要與較高的保險費相匹配。我國現行的低安全度設計原則如果維持下去，將來要不斷付出代價的首先是交納高昂保險費的業主，這對保險業本身也會產生不利影響。

5 轉變設計思想，全面提高安全度水平

(1)我國現行結構設計標準的低安全度原則已不能適用當前的國情，提高我國建筑結構的安全度水平將有利于生產、生活水準的改善，有利于國民經濟發展，也符合建筑物業主的利益和要求。

(2)從提高結構安全度出發，為了改善結構物的安全性，要提倡合理地多用鋼材，而不再是挖空心思地節約鋼材。

6 結束語

安全生產，預防為主。建筑結構設計時，安全度時保證建筑質量的基礎，同時也是建筑施工的有力保證。在設計時，要保持建筑物的高穩定性和長耐久度，需要進行詳細的分析和試驗。建筑物的安全，是對生命的重視，同時也是對資源的合理開發和利用。

［1］胡聿賢.地震工程學［M］.北京:地震出版社，2005.

［2］陳瓊.建筑結構的設計安全度分析［J］.硅谷，2009.6.

［3］李明順，胡德圻.我國建筑結構設計可靠度設定水平的分析與改進意見［J］.建筑結構，1999.7.

［4］姜學詩.銅結構房屋結構設計中常見問題分析［J］.建筑結構，2003;6.