關(guān)于建筑結(jié)構(gòu)安全度設(shè)計(jì)的研究

劉新娜

（武漢供電設(shè)計(jì)院有限公司，武漢 430000）

建筑產(chǎn)業(yè)的現(xiàn)代發(fā)展，需要基于安全的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，尤其是基于結(jié)構(gòu)安全度的設(shè)計(jì)，這直接關(guān)系著工程造價(jià)管理、質(zhì)量控制等環(huán)節(jié)。因而，建筑結(jié)構(gòu)安全度設(shè)計(jì)對(duì)于現(xiàn)代建筑的發(fā)展起著重要的作用。同時(shí)，基于我國(guó)建筑產(chǎn)業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀，提高建筑結(jié)構(gòu)安全度設(shè)計(jì)，又是其發(fā)展的必要措施。因此，建筑結(jié)構(gòu)安全度設(shè)計(jì)，對(duì)于現(xiàn)代建筑產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，起著主導(dǎo)性作用。

1 建筑結(jié)構(gòu)安全度設(shè)計(jì)的概念

根據(jù)結(jié)構(gòu)破壞可能產(chǎn)生的后果（危及人的生命、造成經(jīng)濟(jì)損失、產(chǎn)生社會(huì)影響等）的嚴(yán)重性，《建筑結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》將建筑物劃分為3個(gè)安全等級(jí)。大部分的一般建筑物列入中間等級(jí)，重要的建筑物提高一級(jí)，次要的建筑物降低一級(jí)，而這其中大多數(shù)建筑物的安全等級(jí)均為2級(jí)。同一建筑物內(nèi)的各種結(jié)構(gòu)構(gòu)件宜與整個(gè)結(jié)構(gòu)采用相同的安全等級(jí)，但允許對(duì)部分結(jié)構(gòu)構(gòu)件根據(jù)其重要程度和綜合經(jīng)濟(jì)效益進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。如提高某一結(jié)構(gòu)構(gòu)件的安全等級(jí)所需額外費(fèi)用不多，又能減輕整個(gè)結(jié)構(gòu)的破壞程度，從而大大減少人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失，則可將該結(jié)構(gòu)構(gòu)件的安全等級(jí)較整個(gè)結(jié)構(gòu)的安全等級(jí)提高1級(jí)；相反，如某一結(jié)構(gòu)構(gòu)件的破壞并不影響整個(gè)結(jié)構(gòu)或其他結(jié)構(gòu)構(gòu)件，則可將其安全等級(jí)降低1級(jí)。

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

1）保證在正常使用條件下建筑結(jié)構(gòu)的安全性，另外，也要充分考慮意外情況的穩(wěn)定應(yīng)對(duì)，確保整體結(jié)構(gòu)的完整性，保證人身財(cái)產(chǎn)安全；

2）建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中要充分考慮其適用性這一根本目的，保證其能物盡所用；

3）除了上述提到的安全性、適用性這兩點(diǎn)以外，還要保證其耐久性這一要求，也就是結(jié)構(gòu)的可靠性，即結(jié)構(gòu)性能保證其完成預(yù)定的功能。

2 建筑結(jié)構(gòu)安全度設(shè)計(jì)的重要性

隨著我國(guó)現(xiàn)代建筑產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的安全度要求逐步占據(jù)至關(guān)重要的地位，尤其是在施工質(zhì)量控制、工程造價(jià)管理上都彰顯出主導(dǎo)性的作用。建筑結(jié)構(gòu)的安全因素來(lái)源于多個(gè)角度，因而，基于全面的安全度考慮，是建筑施工建設(shè)、工程質(zhì)量管理的關(guān)鍵。建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的安全度，在一定程度上反映出工程造價(jià)的控制，尤其是工程建設(shè)的有效經(jīng)濟(jì)化。建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的安全度，是在功能構(gòu)建、結(jié)構(gòu)規(guī)劃的背景之下，對(duì)建筑結(jié)構(gòu)安全性能的預(yù)期要求。建筑結(jié)構(gòu)中，結(jié)構(gòu)的安全度是衡量建筑結(jié)構(gòu)有效性的重要基點(diǎn)，設(shè)計(jì)的合理化、施工的安全化、建筑使用的舒適化，都是基于結(jié)構(gòu)安全度而考慮的。

建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)安全度，首先需要基于施工技術(shù)角度、綜合受力情況、整體設(shè)計(jì)理念進(jìn)行合理的結(jié)構(gòu)建模，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的安全度不僅體現(xiàn)于正常的施工建設(shè)以及日常使用，更多的是針對(duì)各類自然災(zāi)害下，結(jié)構(gòu)安全系數(shù)的構(gòu)建。也就是說(shuō)，科學(xué)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)安全度應(yīng)考慮結(jié)構(gòu)在任何特殊情況下的穩(wěn)定性。出于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的安全性考慮，其在技術(shù)層面就有著更高的要求。

結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的安全度，對(duì)于建筑風(fēng)險(xiǎn)控制、施工安全的控制同樣有影響。同時(shí)，基于技術(shù)的需求，安全度的控制程度也體現(xiàn)在建筑材料、工藝要求上的嚴(yán)格程度，過(guò)高的安全度要求會(huì)造成工程的額外成本輸出。因此，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)安全程度的合理性，直接影響著工程質(zhì)量的控制，以及工程造價(jià)的控制。合理的確定建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)安全度，對(duì)于工程建設(shè)的各個(gè)環(huán)節(jié)都有著實(shí)質(zhì)性的價(jià)值。

3 提高建筑結(jié)構(gòu)安全度設(shè)計(jì)的必要性

工程建設(shè)是一個(gè)復(fù)雜而長(zhǎng)期的過(guò)程，其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、工程監(jiān)理、質(zhì)量驗(yàn)收都是工程控制的重點(diǎn)。建筑結(jié)構(gòu)安全度的設(shè)計(jì)程度，直接影響著建筑工程的質(zhì)量控制以及造價(jià)管理。因而，合理地提高建筑結(jié)構(gòu)安全度設(shè)計(jì)，對(duì)于工程建設(shè)而言具有必要性。

3.1 我國(guó)建筑產(chǎn)業(yè)的現(xiàn)狀

隨著我國(guó)生活水平的不斷提升，人們的生活理念發(fā)生了本質(zhì)性的改變，尤其是基于多重結(jié)構(gòu)性能的建筑需求，越來(lái)越突出。但是，這些性能的構(gòu)建，都需要基于有效的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)安全度。同時(shí)，結(jié)構(gòu)安全度設(shè)計(jì)的提高，是滿足現(xiàn)代建筑產(chǎn)業(yè)發(fā)展的有效舉措?，F(xiàn)代建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)越發(fā)注重風(fēng)格化，因而對(duì)建筑材料、施工工藝的高水準(zhǔn)控制，都是提高結(jié)構(gòu)安全度的重要原因。加之競(jìng)爭(zhēng)日益激烈的房地產(chǎn)市場(chǎng)，提高建筑結(jié)構(gòu)的安全度，是房地廠商占領(lǐng)市場(chǎng)的“殺手锏”。

但與之不相適應(yīng)的是，我國(guó)現(xiàn)階段執(zhí)行的建筑結(jié)構(gòu)安全度設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)不能適應(yīng)我國(guó)的發(fā)展。自上個(gè)世紀(jì)中期以后，我國(guó)的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法經(jīng)歷了多次重大的變革。建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中對(duì)安全系數(shù)的影響是多方面的，比如建筑結(jié)構(gòu)的荷載標(biāo)準(zhǔn)值，建筑材料的強(qiáng)度，設(shè)計(jì)安全的計(jì)算公式等等。從上個(gè)世紀(jì)中期到現(xiàn)在，建筑設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)在我國(guó)不論是設(shè)計(jì)方法還是設(shè)計(jì)的具體內(nèi)容都發(fā)生了重大的改變，但是在安全度設(shè)計(jì)上，發(fā)展卻顯得微不足道，始終比國(guó)外的建筑標(biāo)準(zhǔn)要低。

在我國(guó)的建筑行業(yè)中，建筑結(jié)構(gòu)安全度的設(shè)計(jì)規(guī)范相比國(guó)外特別是歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家，無(wú)論是荷載值還是材料強(qiáng)度取值都不是一個(gè)水平上的，而且我國(guó)建筑行業(yè)所用的結(jié)構(gòu)承載力計(jì)算公式的安全度也比國(guó)外的低。某些特殊情況下趨于不安全，還有對(duì)建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)構(gòu)造規(guī)定要求也比較低，我國(guó)的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)安全度幾乎比國(guó)外任何一個(gè)國(guó)家的規(guī)定都低。2008年“5·12”汶川大地震震級(jí)達(dá)里氏8級(jí)，最大烈度達(dá)11度，余震3萬(wàn)多次，災(zāi)區(qū)總面積約50萬(wàn)平方公里，受災(zāi)群眾4 625萬(wàn)多人，造成69 227名同胞遇難、17 923名同胞失蹤，直接經(jīng)濟(jì)損失8 451億多元。這說(shuō)明隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展，抗震設(shè)防能力也應(yīng)該隨之提高，否則一旦發(fā)生災(zāi)害，造成的損失太大。在本來(lái)已經(jīng)較低的設(shè)防烈度下，還要從各自不同的角度千方百計(jì)深挖潛力，結(jié)果是安全儲(chǔ)備越挖越低。在人們生活水平已經(jīng)告別了生存型向小康型轉(zhuǎn)變，物資供應(yīng)和社會(huì)財(cái)富狀況早已今非昔比的今天，如果繼續(xù)執(zhí)行現(xiàn)行的抗震設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，則在地震發(fā)生時(shí)就有可能給國(guó)家和城市居民帶來(lái)更大的危害和損失。

自上世紀(jì)中期以來(lái)，我國(guó)建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法，經(jīng)歷了容許應(yīng)力設(shè)計(jì)法、破損階段設(shè)計(jì)法、極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法和概率極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法的重大變化。在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)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(xiàng)系數(shù)和可靠指標(biāo)（概率極限狀態(tài)法），同時(shí)還與其他許多因素有關(guān)，如結(jié)構(gòu)的構(gòu)造規(guī)定、荷載標(biāo)準(zhǔn)值與材料強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值的取值、構(gòu)件承載力計(jì)算公式以及結(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(guó)已經(jīng)頒布同一標(biāo)準(zhǔn)，要求結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范按可靠度理論設(shè)計(jì)。該理論用失效概率度量結(jié)構(gòu)的可靠性，通過(guò)將抗力和作用效應(yīng)相互獨(dú)立，將隨機(jī)過(guò)程化為隨機(jī)變量并以經(jīng)驗(yàn)為校準(zhǔn)點(diǎn)，成功地將這一理論用于建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范中，這是我國(guó)規(guī)范先進(jìn)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(shí)事求是的態(tài)度，能用的盡量用，尚不成熟的將來(lái)再用。

3.2 我國(guó)現(xiàn)代建筑產(chǎn)業(yè)與國(guó)外相比存在較大差距

我國(guó)現(xiàn)代建筑產(chǎn)業(yè)起步晚，與國(guó)外相比還存在較大差距。尤其是我國(guó)建筑結(jié)構(gòu)安全度設(shè)計(jì)的偏低，進(jìn)而在市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)上面臨多方面挑戰(zhàn)，并且，我國(guó)的經(jīng)濟(jì)建設(shè)逐漸加快，建筑產(chǎn)業(yè)作為我國(guó)的支柱國(guó)民經(jīng)濟(jì)，提高其結(jié)構(gòu)安全度設(shè)計(jì)，對(duì)我國(guó)建筑產(chǎn)業(yè)的發(fā)展而言，必然是一個(gè)良好的發(fā)展平臺(tái)。與此同時(shí)，我國(guó)在房地產(chǎn)領(lǐng)域的控制越發(fā)嚴(yán)格，尤其是隨著相關(guān)法律的頒布實(shí)施，更加規(guī)范了建筑產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。因而，提高建筑結(jié)構(gòu)安全度設(shè)計(jì)，對(duì)于建筑產(chǎn)業(yè)的現(xiàn)代化發(fā)展必然會(huì)起到重要的主導(dǎo)作用。

3.3 基于現(xiàn)代生活理念的需要

現(xiàn)代建筑結(jié)構(gòu)，注重結(jié)構(gòu)安全元素的設(shè)計(jì)，諸如抗震、消防元素的設(shè)計(jì)，是現(xiàn)代建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基點(diǎn)，尤其是基于自然災(zāi)害的抗災(zāi)性能設(shè)計(jì)，是現(xiàn)代建筑安全實(shí)際的關(guān)鍵。因而，提高建筑結(jié)構(gòu)安全度設(shè)計(jì)，是滿足現(xiàn)代建筑需求的重要舉措，同時(shí)也是現(xiàn)代建筑發(fā)展方向。

4 提高建筑結(jié)構(gòu)安全度設(shè)計(jì)的主要方面

基于建筑結(jié)構(gòu)安全度設(shè)計(jì)的重要性，其在工程建設(shè)中起到主導(dǎo)性的地位，因而對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的預(yù)應(yīng)力設(shè)計(jì)，尤其是各承載力的科學(xué)設(shè)計(jì)，是提高建筑結(jié)構(gòu)安全度的重要方面。

4.1 結(jié)構(gòu)體系中各構(gòu)件承載能力的安全度控制

現(xiàn)代建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，往往需要基于各構(gòu)件的植入。因而，對(duì)各構(gòu)件承載力的安全控制非常關(guān)鍵。在其設(shè)計(jì)中，需要基于結(jié)構(gòu)的負(fù)載量，尤其是結(jié)構(gòu)的連接處，其承載力的構(gòu)建，需要基于有效的構(gòu)件體系。因此，基于有效強(qiáng)度的構(gòu)件控制，是建筑結(jié)構(gòu)預(yù)應(yīng)力形成的關(guān)鍵。同時(shí)，結(jié)構(gòu)構(gòu)件體系的安全度，直接影響著整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

4.2 結(jié)構(gòu)材料質(zhì)量控制

現(xiàn)代建筑結(jié)構(gòu)，多以鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)為主。因而，其結(jié)構(gòu)安全體系的構(gòu)建，需要控制好材料關(guān)，尤其是材料質(zhì)量，需要嚴(yán)格的控制?，F(xiàn)代建筑多以高層為主，因而結(jié)構(gòu)體系相對(duì)復(fù)雜，對(duì)其結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、延性都有著嚴(yán)格的要求，這些都是提高結(jié)構(gòu)安全度的關(guān)鍵方面。

4.3 結(jié)構(gòu)的負(fù)載調(diào)整

建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，在風(fēng)荷載、風(fēng)壓系數(shù)上，都有著嚴(yán)格的規(guī)定，尤其是風(fēng)荷載的有效調(diào)整，是規(guī)避自然災(zāi)害的有效措施。同時(shí)，對(duì)于主結(jié)構(gòu)的負(fù)載控制，也是提高結(jié)構(gòu)安全度的關(guān)鍵。尤其是主結(jié)構(gòu)的預(yù)應(yīng)力保護(hù)，是建筑穩(wěn)定性的核心。因此，需要基于建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)需求，合理地調(diào)整負(fù)載，以便于結(jié)構(gòu)安全度的提高。

5 結(jié)語(yǔ)

隨著現(xiàn)代建筑產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，對(duì)建筑結(jié)構(gòu)安全度設(shè)計(jì)的有效控制，直接關(guān)系著工程質(zhì)量控制、造價(jià)管理等環(huán)節(jié)。因而，建筑結(jié)構(gòu)實(shí)際安全度設(shè)計(jì)，在現(xiàn)代建筑產(chǎn)業(yè)的發(fā)展中具有重要性和必要性。

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