建筑結構的可靠性問題的研究

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摘要：建筑工程質量的好壞直接決定了其投入使用后的可靠性和安全性，并且它與使用居民的生命財產安全都是緊密相關的。我國現行結構設計標準的可靠度原則已不能適應當前的國情，提高我國建筑結構設計的可靠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。

關鍵詞：建筑工程；可靠性；結構設計

通過工程界無數人員的長期摸索和不懈努力，建筑工程的結構設計方法已經逐漸走向成熟，建筑工程結構可靠度設計也取得了質的變化和突破性的進展。本文對建筑工程結構可靠度設計進行了一定程度的分析和探討。

一、安全性設置標準的探討

（一）可靠性理論需要繼續完善發展

可靠性理論及概率極限狀態設計方法將定性的＼\"安全＼\"概念盡可能量化，是結構設計理論的重大進步，并成為國際上的主導潮流。我國在這方面已處于先行地位，理應堅持和發展。建筑結構設計再退回單一安全系數設計方法實際上已經不可能，當然也不能將可靠性理論絕對化。一方面，對土木工程某些領域由于不確定因素太多而難以應用，可不必勉強統一，到條件成熟時再考慮不遲。另一方面，對難以實現定量統計的因素以及因經濟發展而引起應超前考慮的社會及人文因素的變化，可以用經驗修正的方式對可靠指標及各種分項系數作適當調整來加以反映。

（二）建筑結構可靠度標準應依據現況調整

我國目前的可靠度是采用校準法于80年代初確定的，反映了當時的技術水平及社會經濟情況。與先進工業國家相比，安全儲備存在著明顯差距。但是在＼\"三正常＼\"（正常設計、正常施工和正常使用）條件下仍能給建筑結構以必要的安全保證。當然，抵御意外情況的能力仍然很差。在目前我國經濟狀況已經改善的條件下，從安全性可可持續發展的角度考慮，似有調整的可能和必要。但對不同的結構，調整的幅度應視具體情況分別考慮。

《建筑結構設計統一標準》和《建筑結構荷載規范》因涉及面廣，只能微調，提高一點；

《混凝土結構設計規范》的情況比較復雜，材料的分項系數和設計強度只能微調或個別調整；抗剪、局壓、最小配筋率等適當提高；沖切等少數項目安全裕量大，應予下調。總之應分別處理，但總體上應該適度上調。

（三）結構可靠度調高的影響

目前大幅度提高可靠度不太現實，可留待將來考慮。但作適當調整使可靠度漸趨一致并有所提高，是必要的也是可行的。我國經濟環境已由物資旺乏轉向市場調控，建筑鋼材供應已能充分滿足。建筑費用中材料造價比例大幅度減少，鋼筋所占份額更小。適當提高可靠度而增加鋼筋用量不會引起造價波動。根據荷載規范和混凝土結構設計規范修訂，適當提高可靠度后進行試設計的后果，由于荷載標準值增加而引起用鋼量的增幅在7%左右；由于設計規范修訂而引起的增幅則在10%左右。如果優化材料選取，采用強度價格比較高的鋼筋及混凝土，材料造價增加可控制在5%以內，這是可以接受的。

二、對建筑工程質量事故的評述

（一）工程事故與可靠度

當前頻繁發生的工程質量事故大都是違反標準規范而引起的，屬于＼\"三不正常＼\"的情況，因此不能歸罪于可靠性存在缺陷。但是可靠度設置水平低，相應失效概率大，抵御意外情況的能力差，也是引發事故的原因之一。反過來如提高可靠度，對抵抗意外作用減少事故，肯定能起到明顯的效果。目前，適當提高可靠度以減少事故，使人民的生命有更可靠的保障，并避免更多的社會財富損失是值得的。

（二）使用狀態缺陷問題

數量大得多的使用狀態缺陷（如可見裂縫和變形等）應予以足夠注意。配筋較小，構造措施不當等使結構不能適應條件變化和非荷載（如溫度變化，混凝土收縮等）因素的影響，雖一般不致危及承載力，但也難以適應建筑市場的要求。由于建筑（尤其是住宅）的商品化，用戶作為消費者有權對商品提出更高的期望。如處理不當往往激化矛盾，引起社會不安定。適當增加配筋并完善構造措施以提高使用質量至關重要。

（三）施工質量低是導致事故的主要因素

施工隊伍素質太低是目前造成工程質量事故的主要原因，加強管理并法制化是當務之急。嚴密施工過程中各層次質量監督和驗收程序；完善質量檢測手段；制定統一的強制性驗收標準并嚴格執行，這是結束當前建筑市場混亂局面的必要措施。

（四）應大力提高設計質量

建筑結構設計不僅應遵守有關規范標準的要求，如結構選型、傳力途徑、計算簡圖、配筋原則、構造措施等非計算因素同樣影響結構安全而且更具根本性。力學概念不清、工程經驗缺乏、對計算機的過分依賴等，都可能引起安全問題。因此，對設計人員進行教育、培訓和考核十分必要，設計審核也應加強。

三、推進可靠性理論研究的有效進行

以《建筑結構設計統一標準》為標志的我國可靠度理論曾處于領先地位，并已在土木工程的其他領域逐漸得到應用。對今后的研究，作以下建議：

（一）可靠性理論及設計方法的完善

隨著我國經濟技術發展，結構形式、材料、功能和荷載都有很大變化。通過調查統計以及總結工程實踐經驗，完善原有的理論及設計方法。調整設計參數和指標使之更為合理；為將來更準確調整可靠度指標積累資料。

（二）可靠性研究向整體結構體系延伸

真正影響建筑物安全的不只是單個構件而是結構體系。結構體系由構件以及它們之間的互相連接組成，各個構件及連接的失效將影響體系的破壞。體系的可靠度應綜合考慮構件及連接的可靠度以及破壞結構、破壞過程等。

（三）結構理論應重視破壞形態研究

在作用引起的效應S超過本身具有的抗力R時，結構將失效（破壞）。破壞的形態對安全性至善重要，具有明顯預兆（撓度變形及裂縫寬度等）的延性破壞不致引起嚴重后果；而無明顯預兆的脆性破壞（失穩、斷裂、倒坍等）則可能導致巨大的生命財產損失。因此可靠性的研究應重視對破壞形態的探討。通過試驗研究和理論分析，定量地界定導致構件脆性破壞的條件，才有可能通過設計施工控制而加以避免。

（四）推進正常使用極限狀態的可靠度研究

比起承載力失效（破壞），因裂縫、變形（撓曲）而引起的問題要廣泛得多，且對人民的日常生活影響更為直接。隨著材料的高強化，剛度裂縫問題可能取代承載力而成為制約結構設計的主要因素，因此對于正常使用極限狀態的研究亟待深化。使用狀態的失效應明確界定；對影響使用的各種因素進行研究；并以概率和可靠度的形式加以探討。面臨越來越多的質量事故（糾紛）和建筑商品化后對質量的高要求，這類研究十分迫切。

四、結語

結構設計可靠度的高低，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。提高結構設計可靠度時，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可靠度，實際上是在結構造價與結構風險之間權衡得失，尋求最優的選擇。