建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計安全度分析

田嶸

（廣東城建項目管理有限公司，廣東 茂名 525000）

1 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的安全度問題

1.1 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計安全度的涵義

從事建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的基本目的，是在一定的經(jīng)濟條件下，賦予結(jié)構(gòu)以適當?shù)陌踩?，使結(jié)構(gòu)在預(yù)定的使用期限內(nèi)，能滿足所預(yù)期的各種功能要求，一般來說，建筑結(jié)構(gòu)必須滿足的功能要求是：

1.1.1 能承受在正常施工和使用時可能出現(xiàn)的各種作用，且在偶發(fā)事件中，仍能保持必須的整體穩(wěn)定性，即建筑結(jié)構(gòu)需具有的安全性。

1.1.2 在正常使用時具有良好工作性能，即建筑結(jié)構(gòu)需具有適用性。

1.1.3 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(jié)構(gòu)可靠（或安全）與否的標志，總稱為結(jié)構(gòu)的可靠性，對這些性能的度量，即結(jié)構(gòu)在規(guī)定的時間內(nèi)，在規(guī)定的條件下，完成預(yù)定功能的概率，稱為結(jié)構(gòu)的可靠度（或稱安全度）。

1.2 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計方法

自20世紀50年代以來，我國建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計方法，經(jīng)歷了容許應(yīng)力設(shè)計法、破損階段設(shè)計法、極限狀態(tài)設(shè)計法和概率極限狀態(tài)設(shè)計法的重大變化。在結(jié)構(gòu)設(shè)計標準中，安全度主要表現(xiàn)為安全系數(shù)（容許應(yīng)力法、破損階段法）、分項系數(shù)和可靠指標（概率極限狀態(tài)法），同時還與其它許多因素有關(guān)，如結(jié)構(gòu)的構(gòu)造規(guī)定、荷載標準值與材料強度標準值的取值、構(gòu)件承載力計算公式及結(jié)構(gòu)內(nèi)力分析的精度等。

可靠度理論是分析結(jié)構(gòu)安全性的一種有效手段。我國已頒布統(tǒng)一標準，要求結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范按可靠度理論設(shè)計。該理論用失效概率度量結(jié)構(gòu)的可靠性，通過將抗力和作用效應(yīng)相互獨立，將隨機過程化為隨機變量并以經(jīng)驗為校準點，成功地將這一理論用于建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范中，這是我國規(guī)范先進性的一種表現(xiàn)。但該理論在應(yīng)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(guī)范采用可靠度理論應(yīng)采取實事求是的態(tài)度，能用的盡量用，尚不成熟的將來再用。

1.3 合理確定設(shè)計安全度

結(jié)構(gòu)設(shè)計安全度的高低，是國家經(jīng)濟和資源狀況、社會財富積累程度以及設(shè)計施工技術(shù)水平與材料質(zhì)量水準的綜合反映確定工程的安全度在一定程度上需以概率和統(tǒng)計為基礎(chǔ)，但更多的須依靠經(jīng)驗、工程判斷及綜合考慮。

與國際上一些通用標準相比，我國混凝土結(jié)構(gòu)規(guī)范設(shè)定的安全度水平偏低，有的偏低較多。這體現(xiàn)在涉及結(jié)構(gòu)安全度的各個環(huán)節(jié)中，如我國混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范取用的荷載值比國外低，材料強度值比國外高，估計結(jié)構(gòu)承載力所用計算公式的安全裕度低于國外甚至在個別情況下偏于不安全，對結(jié)構(gòu)的構(gòu)造規(guī)定又遠比國外要求低。

現(xiàn)行規(guī)范安全度與國際相比雖然偏低但是可以接受，這是數(shù)十年來成功建成數(shù)百億平方米建筑物的長期實踐加以證實的但考慮到客觀形勢變化，國家經(jīng)濟實力增強和住宅制度改革現(xiàn)狀，可以將現(xiàn)行設(shè)計可靠度水平適當提高一點，這樣投入不大，卻對長遠利益有利。

1.4 安全度與工程事故的關(guān)系

關(guān)于工程事故與設(shè)計安全度的關(guān)系，有人認為國內(nèi)發(fā)生的工程事故與現(xiàn)行規(guī)范的安全度沒有關(guān)系，規(guī)范的安全度是夠的。文獻就指出，上世紀50年代的結(jié)構(gòu)設(shè)計方法與現(xiàn)在近似，當時所用的混凝土強度很低，只有110#～140#，比現(xiàn)在的C15還低，其施工手段也很落后，混凝土用體積配合比，人工攪拌，沒有振搗器，而施工發(fā)生安全事故的卻很少，如北京飯店、王府井百貨大樓等一些建筑物，使用至今已逾46年，而且都經(jīng)過了唐山地震影響的考驗，因此可以說，現(xiàn)在的安全事故與結(jié)構(gòu)設(shè)計安全度是沒有連帶關(guān)系的。不過也有專家指出，一些工程事故往往由多種因素綜合造成，施工質(zhì)量差、設(shè)計有毛病、結(jié)構(gòu)安全儲備又偏低，加在一起終于釀成大禍，這類情況不是由于野蠻施工和管理腐敗，較高的安全度總是與較低的失效概率相聯(lián)系，這是客觀規(guī)律。

實際上，結(jié)構(gòu)安全度只是對結(jié)構(gòu)截面強度安全的一種度量，與此相關(guān)的還有荷載和材料強度標準值的取值等因素。影響結(jié)構(gòu)安全性的因素太多，安全度是保證結(jié)構(gòu)安全性的重要方面但不是全部。有些設(shè)計人員往往只滿足于規(guī)范對結(jié)構(gòu)強度計算上的安全度需要，而忽視從結(jié)構(gòu)體系、結(jié)構(gòu)構(gòu)造、結(jié)構(gòu)材料、結(jié)構(gòu)維護、結(jié)構(gòu)耐久性，以及從設(shè)計、施工到使用全過程中經(jīng)常出現(xiàn)的人為錯誤等方面去加強和保證結(jié)構(gòu)的安全性，造成結(jié)構(gòu)設(shè)計不合理，從而引發(fā)工程事故。

2 提高建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計安全度的措施

2.1 當前的建筑物安全事故，與結(jié)構(gòu)設(shè)計安全度無關(guān)。20世紀50年代的結(jié)構(gòu)設(shè)計方法，與現(xiàn)在近似，當時所用的混凝土強度很低，只有110140號，比現(xiàn)在的C15還低。20世紀50年代初期施工手段也很落后，混凝土用體積配合比，人工攪拌，沒有振搗器……而當時施工發(fā)生安全事故的較少。有一些建筑物，如王府井百貨大樓、北京飯店等，使用至今已逾46年，而且經(jīng)過了唐山地震影響的考驗。因此可以說，現(xiàn)在的安全事故，與結(jié)構(gòu)設(shè)計安全度是沒有連帶關(guān)系的。

2.2 結(jié)構(gòu)設(shè)計，仍宜提倡節(jié)約。關(guān)于節(jié)約鋼材的問題。作為一個結(jié)構(gòu)設(shè)計工程師，重要職責(zé)之一，就是以較少的材料去完成建筑物各種功能的要求。如果將構(gòu)件截面任意加大，材料用量任意增多，這個工作，建筑師也能做。

在發(fā)達國家，節(jié)約材料也是工程師所追的。1998年美國《商業(yè)周刊》登載由美國建筑師學(xué)會(AIA)舉辦的最佳建筑設(shè)計競賽，“節(jié)省材料”是該次競賽的主題之一。紐約時報新印刷廠的設(shè)計，因采用規(guī)則的矩形平面和常規(guī)材料，節(jié)約五千萬美元而獲獎:又如香港中國銀行(貝聿銘設(shè)計)因其結(jié)構(gòu)方案布置得當，比同樣高度的其他結(jié)構(gòu)大量節(jié)約鋼材，所以若干個雜志上都發(fā)表文章加以表揚。

2.3 我國規(guī)范中的構(gòu)造規(guī)定，并非都比別國低。我國規(guī)范規(guī)定的是最低用鋼量，設(shè)計者一般根據(jù)結(jié)構(gòu)重要性，予以適當提高，所以下能以此來判定我們在工程中的材料用量，更不能以我們的最低值來與人家比。我國規(guī)范規(guī)定的柱子最小含鋼量力0.4%，是不考慮抗地震時的數(shù)量，我們大多數(shù)城市設(shè)計時都考慮抗震，高層建筑更是都要考慮，這時柱子的最小含鋼量就是0.5%1.0%而且設(shè)計單位在設(shè)計高層建筑的柱子時，用鋼量常比規(guī)范要求的還大，因此與國外相比，實際用鋼量并不太小。

我們有些構(gòu)造要求，已與國外持平，如剪力墻的最小配筋率為0.25%，與美國相同。至于墻的暗柱配筋量，在許多方面已是世界領(lǐng)先。

2.4 規(guī)范要根據(jù)國家政策而定。一個國家的規(guī)范，不僅僅是技術(shù)性的，還有很強的政策性等許多方面，是一個國家經(jīng)濟條件的直接反映。因此，我國規(guī)范的材料用量，當然應(yīng)該比發(fā)達國家低，也即安全度應(yīng)該低一些。這方面我們完全可以理直氣壯地說，我們過去的設(shè)計標準，是符合我國國情的，是安全的。當然某些局部有不足，要不斷修改。國外的規(guī)范也不是十全十美，也在不斷的修改。我們過去的結(jié)構(gòu)成功地經(jīng)受了幾十年的考驗，那就是說，我們的規(guī)范基本是正確的，安全度基本是能滿足要求的。

[1]趙芳，袁月山.關(guān)于提高建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計安全度的意見[J].科技致富向?qū)В?011，(03).

[2]邢振強，畢繼斌.提高建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計安全度的幾點看法[J].科技致富向?qū)В?010，(09).