實現建筑結構設計安全性問題分析

文會杰

(河南省豫建設計院，河南 鄭州 450000)

建筑結構安全性是個綜合概念，它包括結構失效標準、安全等級劃分、實用設計方法和結構質量檢驗與控制等，是在理想條件下即正常設計、正常施工和正常使用條件下，在預定的基準使用期內、建筑綜合體具備建筑結構應具備各種功能的全體，包括安全性、耐久性和適用性等。安全性是建筑結構最根本和最主要的目標，包括結構構件承載能力的安全性、結構的整體牢固性；耐久性指建筑結構在預定使用期限內，能經受各種外來荷載和外力作用而不倒塌、傾斜或斷裂、同時能保證其功能的概率；適用性指建筑結構的設計要基于一定的國家經濟發展水平社會資源狀況以及建筑的功能定位，在最經濟的實現條件下，建筑實現其應具備的各種功能。結構安全度，是建筑結構在預定條件和預定使用時間內實現預定各種功能的概率，它是評價建筑結構安全性的有效手段。結構安全度用失效概率度量結構的安全性、耐久性和適用性，通過將結構自身抗力和外荷載作用等各隨機因素相獨立，借助隨機函數并結合經驗數據，指導建筑結構安全設計。合理評價建筑結構安全度，實質是基于一定的社會條件下，在安全與經濟之間尋求最佳的平衡，這不單純是技術的問題，還需要考慮國家經濟和資源狀況，社會財富分配、設計施工水平和材質質量等多方面的因素，提高結構的安全性，必然增加結構造價、耗費更多材料，但是可以降低結構失效的風險以及由此造成的社會財產損失。這就決定了結構安全度度量不僅要從安全性和耐久性出發，還要考慮建筑結構的預定使用時期內甚至在特定社會條件下建筑結構的功能性，力求用最經濟的手段，獲得在預定使用期限內具備預定功能的建構結構。

1 國內建筑結構設計安全性發展現狀

自 1984 年以來，國家建委和國家建設部頒布了建筑結構設計統一標準以來，我國開始采用以概率理論和數理統計為基礎的可靠度設計方法。利用概率理論計算建筑結構安全度，在國際學術界內被認為是一種發展趨勢，可靠度方法對安全度的概率定義比定值的安全系數更科學合理，也更能清晰地反映影響安全度的各個隨機因素。當然，任何一種理論在與實踐相結合的開始，或多或少存在一些缺陷，同樣，概率可靠度設計方法本身也存在一些問題，如結構設計規范與標準約束的類型多樣的建筑結構的群體，在安全度上確定和不確定的因素多而復雜，并不是簡單數理統計和概率理論所能科學處理，還需要結合經驗數據；同時，對技術人員，結構安全度可靠度和失效概率不如安全系數更為直接，在他們看來模糊了度量方法。因此，盡管用概率可靠度計算結構安全度是重大的科技進步，但是應用概率可靠度計算實際建筑結構安全度還不成熟，在具體實踐中還需要考慮經驗數據。基于以上現狀，在今后運用概率可靠度度量建筑結構的安全度的實踐中，一方面要實事求是，用理論指導具體實踐，另一方面，在具體實踐中補充和豐富理論，促進理論本身的完善。

2 建筑結構安全性的實現

2.1 建筑結構設計中安全性的實現

好的建筑結構設計是建造高質量建筑結構的前提和基礎，對建筑結構安全性有根本性的影響。結構方案設計是基于一定理論和實踐基礎上再創造的過程，是從無到有的過程，屬于創造性工作。做好建筑結構設計，首先要了解結構設計的概念。結構設計是在特定的建筑空間和環境條件下，利用結構總體系和分體系間的力學特性及關系，選擇科學、合理的結構計算模型，對建筑結構總體布局和各部分布置的宏觀控制。結構設計的目的是在保證建筑結構的安全性、耐久性和適用性基礎上，通過最經濟的手段，實現建筑結構的各項功能要求，是將建筑結構變為真實的前提和基礎。建筑結構設計要以安全性、耐久性和適用性為根本設計原則和設計思想，綜合考慮社會資源和國家經濟發展狀況，在特定的建筑空間和地理、氣候等環境條件下，對建筑結構進行宏觀的總體把握和理解、構思和設計，具體為選出科學合理的豎向結構體系、水平分體系、確定結構總體方案的布置、結構計算模型的選擇以及各分體系的構造及相互間的關系。同時，結構設計還必須考慮所選結構體系是否有良好的整體穩定性、結構傳力途徑、局部破壞對整體的影響等，這些是強化結構設計環節安全性實現所必須的，這不僅要求設計人員要以一定的理論計算為指導，還需要結合經驗數據，準確把握結構整體，確定結構方案。

結構設計安全性的實現，從結構整體安全性和耐久性出發，我國設計人員需要具體問題具體對待，不能墨守陳規，要敢于創新。提高結構整體安全性，即要提高結構局部破壞時結構整體不至于出現連續破壞倒塌的能力，這就要求結構設計時要求結構具備良好的延性和必要的冗余度，用來降低地震、爆炸等意外災害導致的損失。在提高結構的耐久性方面，在關注各種荷載作用下結構強度外，還需要對環境作用如酸雨侵蝕、凍融、土中有害化學物質侵蝕等的影響予以關注。

建筑結構設計安全性實現的重要方法和步驟，即選擇合適的計算模型分析計算結構承載力、預測結構安全度。美國一些學者和專家曾指出：“誤用計算機造成結構破壞而引起的災難只是一個時間的問題。”由此可見，運用科學合理的設計思想越來越重要，同時也對評價結構安全度的計算模型提出了更高的要求。因此，評價結構安全度合理計算模型的選擇，也是實現結構安全的一個主要方面。

2.2 建筑結構建造中安全性的實現

結構設計是建筑結構成為真實的前提與基礎，真正實現建筑結構各項功能需要通過合格的建造，因此，建造是結構設計安全性實現的媒介、是建筑結構各項功能實現的關鍵。建造的技術方法和建造實踐都會影響結構的安全性，結構建造過程中安全性的實現，必須做好建造過程質量控制工作。首先，在組織建造前，必須提前管理，從思想上抓起，提高認知，完善措施管理方案，采取科學合理的建筑技術。其次，為了保質保量，還要落實監管，明確責任，這是保障結構建造安全性實現的第二道防線。

2.3 結構使用中安全性的實現

建筑結構目的之一即適用性，要求建筑結構在預定使用期限內應具備相應的各項功能。不僅建筑結構設計和建造會影響結構的安全性，同時，結構的實際使用狀態也會影響結構的安全性。不合理的使用可能降低甚至犧牲結構的安全性，比如未經考核和論證擅自改變建筑物的用途、裝修過程中不按照建筑設計要求擅自改造結構構件，這些都可能改變結構傳力途徑、降低結構體系的承載能力和性能、破壞結構整體穩定性。因此，合理地使用和定期檢修是保證結構安全性的重要措施。

3 結 論

隨著社會經濟發展和人們生活水平的提高，對建筑結構安全提出了更高的要求。好的建筑結構設計是建造高質量建筑結構的前提和基礎，對建筑結構安全性有根本性的影響。建筑結構安全涉及許多復雜的數理統計問題和工程實際問題，運用概率可靠度度量和評價結構安全度是科學合理的。因此，關注建筑結構設計、提高結構建造質量，加強結構使用和管理的科學性和合理性，是提高建筑結構安全性的必然途徑。