試論建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)安全度

王雪瑞

【摘 要】結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，是根據(jù)建筑設(shè)計(jì)來確定結(jié)構(gòu)形式，要對(duì)建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行合理布置，同時(shí)要確定構(gòu)件的截面尺寸，使用材料，配筋等工作。在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，包含上部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和基礎(chǔ)設(shè)計(jì)兩個(gè)部分。建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)直接關(guān)系著建筑的安全問題。本文對(duì)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的安全度進(jìn)行簡(jiǎn)單分析，希望可以通過文章的引導(dǎo)，幫助更多建筑設(shè)計(jì)企業(yè)提高建筑設(shè)計(jì)安全度，合理改善建筑質(zhì)量。

【關(guān)鍵詞】結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)安全 建筑結(jié)構(gòu) 安全度

一.引言

建筑物的質(zhì)量安全，關(guān)乎民生，更關(guān)乎國家經(jīng)濟(jì)的健康發(fā)展。住宅或其他建筑物作為社會(huì)發(fā)展和生活需要的必要資源，在施工中，要嚴(yán)格要求。同時(shí)，在進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)將建筑安全擺在首位。建筑結(jié)構(gòu)要實(shí)用和美觀，但更重要的是要安全。

二.建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)安全度分析。

1.提高建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)安全度。

提高建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的安全性，要從結(jié)構(gòu)選型、結(jié)構(gòu)的構(gòu)造、結(jié)構(gòu)布置、材料選擇等多方面進(jìn)行考慮。要考慮結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的整體性、延續(xù)性、耐久性，要提高建筑物抵御自然災(zāi)害的能力。在我國，由于京津滬、廣江浙一帶經(jīng)濟(jì)較發(fā)達(dá)，同時(shí)對(duì)于建筑物質(zhì)量要求也越高，對(duì)于建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)安全度相對(duì)較高。迄今為止，雖然尚未發(fā)生有關(guān)于建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)導(dǎo)致建筑承載力失效而引發(fā)事故的情況，但這并不代表因此就可以減少建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)對(duì)于安全度的考慮。

結(jié)構(gòu)安全度要考慮綜合因素，要注重規(guī)范中的結(jié)構(gòu)安全度，同時(shí)對(duì)于非技術(shù)性的社會(huì)經(jīng)濟(jì)因素、政策因素方面要加以衡量。在對(duì)于可靠性設(shè)計(jì)時(shí)，要注意理論和實(shí)際的差別。在可靠性理論方面，前提是一定的條件和因素。在實(shí)際結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，不可一蹴而就，更不能按章全抄。要結(jié)合設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)科學(xué)分析，結(jié)合實(shí)際情況進(jìn)行判斷。

對(duì)于目前來講，有部分專家和學(xué)者認(rèn)為，當(dāng)前的建筑物安全事故，與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)安全度無關(guān)。通過對(duì)王府井百貨大樓、北京飯店等40-50年前的建筑安全進(jìn)行分析，在施工技術(shù)手段相對(duì)落后的時(shí)期，混凝土技術(shù)強(qiáng)度低，建筑技術(shù)落后，施工基本靠人工，更沒有大型機(jī)械的參與，這些建筑物歷經(jīng)了1976年唐山7.8級(jí)大地震等自然災(zāi)害后，還屹立不倒。這種說法是否得當(dāng)，有待考究。

在學(xué)術(shù)界，專家和學(xué)者普遍認(rèn)為我國的結(jié)構(gòu)安全設(shè)置水準(zhǔn)還是處于整體偏低的狀態(tài)。但這個(gè)偏低，并不是不安全，而是按照國際標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行衡量的。參考國際建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)安全度標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合我國實(shí)際國情，將設(shè)計(jì)安全度控制在一個(gè)限定區(qū)間內(nèi)，這不僅僅可以保證設(shè)計(jì)安全，又可避免浪費(fèi)。在正常條件下，設(shè)計(jì)不出錯(cuò)誤，施工質(zhì)量得到保證，材料等不違規(guī)使用，這樣是可以保證結(jié)構(gòu)安全可靠的。我國50年來，對(duì)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行修訂，并出臺(tái)了相關(guān)規(guī)范文件，這對(duì)于提高建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)安全是有利的。

在進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)安全分析時(shí)，可靠度設(shè)計(jì)理論中的多安全系數(shù)的極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法用于設(shè)計(jì)規(guī)范中，這樣可保證安全系數(shù)不排斥利用可靠性進(jìn)行分析比較?？煽啃岳碚搶?duì)不同類型工程結(jié)構(gòu)的適用有很大不同，建筑結(jié)構(gòu)可靠度要從社會(huì)經(jīng)濟(jì)方面，長遠(yuǎn)考慮。安全系數(shù)要考慮荷載、材料的力學(xué)性能、實(shí)驗(yàn)值與設(shè)計(jì)值的差別、施工質(zhì)量不穩(wěn)定性等因素，對(duì)涉及工程的經(jīng)濟(jì)利益以及結(jié)構(gòu)破壞可能產(chǎn)生的后果，要進(jìn)行分析評(píng)估。

2.建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)在保證安全的前提下，提倡節(jié)約。

以較少的材料去完成建筑物的設(shè)計(jì)與施工，可有效減少成本，但必須是在保證施工質(zhì)量的情況下。在我國，由于經(jīng)濟(jì)水平和物質(zhì)基礎(chǔ)，都低于發(fā)達(dá)國家，建筑材料質(zhì)量參差不齊，這為建筑安全埋下了隱患。在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，要想節(jié)約變成可行，就必須注意前期準(zhǔn)備工作的完善。在目前的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，存在設(shè)計(jì)浪費(fèi)的現(xiàn)象。由于材料等施工元素的不穩(wěn)定性，加上建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)安全規(guī)范相對(duì)落后，帶來的不安全，不可信等原因，致使在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，盲目增加用鋼量，加大構(gòu)件的截面。節(jié)約是人類可持續(xù)發(fā)展的需要，也是一種美德，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，也要遵守此規(guī)則。在發(fā)達(dá)國家，節(jié)約材料也是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工程師所追求的。在美國建筑師學(xué)會(huì)（AIA）機(jī)構(gòu)舉辦的最佳建筑設(shè)計(jì)競(jìng)賽中，節(jié)省材料是競(jìng)賽的主題之一。紐約時(shí)報(bào)新印刷廠因采用規(guī)則的矩形平面和常規(guī)材料，獲得該獎(jiǎng)項(xiàng)，該設(shè)計(jì)可節(jié)約5000萬美元之多。

3.建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析。

建筑結(jié)構(gòu)應(yīng)在規(guī)定的設(shè)計(jì)使用年限內(nèi)，具有足夠的可靠度。在正常施工和正常使用時(shí)，能承受可能出現(xiàn)的各種作用，要具有良好的工作性能，在正常維護(hù)的情況下，要具有足夠的耐久度。在保證建筑結(jié)構(gòu)具有規(guī)定的足夠可靠度外，要進(jìn)行必要的設(shè)計(jì)計(jì)算，對(duì)結(jié)構(gòu)材料性能、施工的質(zhì)量、正常使用和維護(hù)進(jìn)行控制，其設(shè)計(jì)需要符合有關(guān)勘察、設(shè)計(jì)、施工、維護(hù)等方面標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。

結(jié)構(gòu)分析要進(jìn)行結(jié)構(gòu)作用效應(yīng)分析，以確定結(jié)構(gòu)或者截面上的作用效應(yīng)。同時(shí)，要進(jìn)行結(jié)構(gòu)抗力和其他分析。在分析中，可采用計(jì)算、模擬試驗(yàn)或者進(jìn)行原型試驗(yàn)，通過采取基本假定的條件和計(jì)算模型，考慮在極限狀態(tài)下的結(jié)構(gòu)反應(yīng)。在進(jìn)行承載能力極限狀態(tài)設(shè)計(jì)時(shí)，采用線性、非線性、塑性等理論進(jìn)行計(jì)算，以便分析材料和結(jié)構(gòu)對(duì)作用的反應(yīng)。在結(jié)構(gòu)分析中，要考慮環(huán)境因素對(duì)材料、構(gòu)件、結(jié)構(gòu)性能的影響，例如空氣濕度對(duì)于木材強(qiáng)度的影響，高溫天氣對(duì)于鋼結(jié)構(gòu)的影響，高低溫差對(duì)于結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定影響等因素。采用一個(gè)或者幾個(gè)附加的變量，對(duì)不定性進(jìn)行計(jì)算模型分析，附加變量可通過按照計(jì)算模型的計(jì)算結(jié)果與按照精確計(jì)算方法或者觀測(cè)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，經(jīng)過分析確定，利用工程經(jīng)驗(yàn)做出判斷。

4.寒區(qū)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)安全度分析。

處于嚴(yán)寒地區(qū)的建筑物經(jīng)受著寒冷氣溫的侵襲，由于溫度變化和雨雪影響，對(duì)于建筑物結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)安全度造成威脅。負(fù)溫度對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)的凍融作用，會(huì)減低建筑結(jié)構(gòu)的耐久度。在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，要采用容許應(yīng)力設(shè)計(jì)、破損階段設(shè)計(jì)、極限狀態(tài)設(shè)計(jì)、概率極限設(shè)計(jì)等重大設(shè)計(jì)方法。在考慮安全系數(shù)和分項(xiàng)系數(shù)時(shí)，要進(jìn)行可靠性指標(biāo)的分析。要注意材料的荷載標(biāo)準(zhǔn)值與實(shí)際寒區(qū)的差距，在進(jìn)行各項(xiàng)機(jī)能分析時(shí)，要考慮負(fù)溫變化的因素。

5.建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)安全標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范與設(shè)計(jì)職責(zé)。

目前，我國處于建筑施工快速增長時(shí)期，隨著建筑設(shè)施的大規(guī)模開展，為我國現(xiàn)代化建設(shè)墊定了基礎(chǔ)。建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行安全度控制時(shí)，要遵循規(guī)范的指導(dǎo)，在一定的理論知識(shí)、設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)和合理判斷能力的基礎(chǔ)上，要針對(duì)設(shè)計(jì)對(duì)象的不同，針對(duì)不同換技能和使用條件，規(guī)范性使用規(guī)范中的數(shù)據(jù)。進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，要有前瞻性眼光，要利用現(xiàn)有資源，盡可能提高建筑使用年限和抵御更高的災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)。對(duì)于政府職能部門，要加強(qiáng)設(shè)計(jì)規(guī)范的合理性和強(qiáng)制性，同時(shí)，要根據(jù)市場(chǎng)變化，及時(shí)進(jìn)行修訂，避免因?yàn)榄h(huán)境因素的影響，造成規(guī)范不可參考。在對(duì)于設(shè)計(jì)部門，要強(qiáng)制按照規(guī)范要求進(jìn)行設(shè)計(jì)施工。

三.結(jié)束語

安全生產(chǎn)，預(yù)防為主。建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，安全度時(shí)保證建筑質(zhì)量的基礎(chǔ)，同時(shí)也是建筑施工的有力保證。在設(shè)計(jì)時(shí)，要保持建筑物的高穩(wěn)定性和長耐久度，需要進(jìn)行詳細(xì)的分析和試驗(yàn)。建筑物的安全，是對(duì)生命的重視，同時(shí)也是對(duì)資源的合理開發(fā)和利用。

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