建筑結構安全度設計方法綜述

【摘要】本文首先概述了影響結構設計安全度的有關因素以及我國現階段結構設計的現狀，然后提出了合理選擇結構設計安全度的方法，最后詳細的探討了提高結構設計安全度的新概念。在此談了談自己的看法，希望對同行工程設計人員有所幫助。

【關鍵詞】結構設計； 安全度； 荷載設計值； 荷載標準值

前言

建筑結構安全與建筑物整體安全性息息相關，在設計或施工階段施工質量不合格極容易導致建筑物傾斜、墻體開裂，甚至部分地方坍塌等嚴重事故。故此，結構設計人員應具備高度的責任心，針對具體工程和施工的特點，在需要時可以選用高于規范規定的最低要求，并能夠考慮結構的耐久性要求，充分考慮業主以及自身信譽的長遠影響。

一、建筑結構設計安全度的概念分析

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。

二、選擇結構設計安全度的因素分析

結構設計安全度的高低，是國家經濟和資源狀況，社會財富積累程度以及設計施工技術水平與材料質量水準的綜合反映。具體來說，選擇結構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（包括生命及財產損失）之間的關系。顯然，提高結構設計安全度時，結構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，確定建筑的結構設計安全度，實際上是在結構造價（包括維修費用在內）與結構風險之間權衡得失，尋求較優的選擇。那種單純以建造時的材料消費用量和經濟指標來評價結構安全度的觀點，將導致片面的結論，實際上，結構設計安全度的選擇，不僅涉及生命財產的損失，有時還會產生嚴重的社會影響，對某些結構，還將可能產生嚴重的政治后果；而且還涉及到國家的經濟基礎和技術經濟政策。

三、結構設計安全度的現狀分析

我國的建筑結構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（極限狀態法）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及結構內力分析的精度等。從20世紀50年代到現在，我國建筑結構的設計標準不論在方法或具體內容上都有了很大的發展和提高，但在結構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，結構設計安全度的高低，是國家經濟和資源狀況，社會財富以及設計施工技術水平與材料質量水準的綜合反映。提高結構的安全度，必然會增加結構造價和耗費更多的材料，但能相應降低結構失效的風險， 所以確定建筑結構設計的安全度，還應體現投資者或業主的利益，在結構造價與結構風險之間權衡得失， 尋求較優的選擇 。我國建筑結構安全度的現狀是：設計規范取用的荷載值比國外低，材料強度的取值比國外高，所用結構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，對結構的構造規定又遠比國外要求低。也就是說，在設計結構安全度的各個環節中，幾乎沒有一個環節比國外更偏于安全的。以建筑結構的抗震設計標準為例，我國絕大多數城鎮處于地震區， 隨著社會財富的增長，地震造成的經濟損失愈來愈大，已非過去所能比擬，因而不斷提高建筑物的抗震能力是經濟發展的必然要求。我國建筑結構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造規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構挖潛力以降低成本， 而不習慣于如何為建筑結構提高質量，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。在人民生活水平已經告別了生存型并向小康型轉變，以及物資供應和社會財富狀況已非昔比的今天，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。以城市商品房建筑為例，如果我們將設防烈度提高 1 度，即將結構抵抗地震加速度的能力提高一倍，其所需費用非常有限，不過在原有的約700～800元/ m2的土建造價上再增加 6%～10%，大概只需 50 元/ m2左右，這在每平方米數以千元計的房屋售價中根本算不了什么。相反， 由于設防烈度較低，震后裂而不倒，則所需的昂貴的加固維修費用以及間接經濟損失就不是一般居民所能負擔的。現在購置新房后的居民花在室內裝修的費用一般就可達 300～500 元/平方米，從中只需拿出的幾分之一就可將房屋抗地震的能力提高一個等級。面對不可捉摸的地震和不時的地震謠傳，住在里面心里更踏實，這又何樂而不為呢。在目前情況下，將“小震不壞”，的抗震原則改為“中震不壞”，可能對國家對震區人民都更有利。

四、從商品的角度看待建筑結構的設計安全度問題分析

建筑結構作為特殊的商品，其內在的安全質量非一般用戶所能了解。確定建筑結構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開發商、保險業和有關學術團體（ 學會） 的參與。開發商應該對其出售的建筑物的安全質量負責，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商促銷和競爭的一個熱點。保險業也應該積極參與建筑結構安全度的制訂。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。就像國外一樣，保險業應聘請各類專家對其重大的保險對象進行評估。我國現行的低安全度的結構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主，這對保險業本身也會產生極其不利的影響。

五、結語

過去所有房子政府出錢蓋，壞了公家修。而現在的建筑物是商品，大家出錢買，從老百姓看，買房子寧可要結構厚一點，里面多配幾根鋼筋，誰不愿意每平方米多花幾十元錢買個心里踏實。從國家看，鋼廠里的鋼材積壓賣不出去，如果我們的結構設計規范能和國外大體取齊，與國際接軌，使房子更耐久、更安全，這樣國家得利，老百姓得利，投資人也有利。本文以上提出了自己的看法和觀點，可供參考。

參考文獻

[1] 陳肇元.要大幅度提高建筑結構設計的安全度[J].建筑結構，1999

[2] 王仲慶，等.對提高建筑結構設計可靠度的看法[J].建筑結構，2002