如何在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中提高安全度

宣 劉

(馬鋼集團設(shè)計研究院有限責(zé)任公司，安徽 馬鞍山 243000)

1 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計安全度的概念

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)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，仍能保持整體穩(wěn)定性，即建筑結(jié)構(gòu)需具有的安全性。

(2)在正常使用時具有良好的工作性能建筑結(jié)構(gòu)需具有的適用性。

(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)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)的安全度。一、建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計安全度分析

2 提高建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計安全度

提高建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的安全性，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行考慮。要考慮結(jié)構(gòu)設(shè)計的整體性、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)濟較發(fā)達，同時對于建筑物質(zhì)量要求也越高，對于建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計安全度相對較高。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)計對于安全度的考慮。

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，同時對于非技術(shù)性的社會經(jīng)濟因素、政策因素方面要加以衡量。在對于可靠性設(shè)計時，要注意理論和實際的差別。在可靠性理論方面，前提是一定的條件和因素。在實際結(jié)構(gòu)設(shè)計時，不可一蹴而就，更不能按章全抄。要結(jié)合設(shè)計經(jīng)驗和技術(shù)科學(xué)分析，結(jié)合實際情況進行判斷。

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

在學(xué)術(shù)界，專家和學(xué)者普遍認為我國的結(jié)構(gòu)安全設(shè)置水準還是處于整體偏低的狀態(tài)。但這個偏低，并不是不安全，而是按照國際標準進行衡量的。參考國際建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計安全度標準，結(jié)合我國實際國情，將設(shè)計安全度控制在一個限定區(qū)間內(nèi)，這不僅僅可以保證設(shè)計安全，又可避免浪費。在正常條件下，設(shè)計不出錯誤，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，對設(shè)計標準進行修訂，并出臺了相關(guān)規(guī)范文件，這對于提高建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計安全是有利的。

在進行建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計安全分析時，可靠度設(shè)計理論中的多安全系數(shù)的極限狀態(tài)設(shè)計法用于設(shè)計規(guī)范中，這樣可保證安全系數(shù)不排斥利用可靠性進行分析比較?？煽啃岳碚搶Σ煌愋凸こ探Y(jié)構(gòu)的適用有很大不同，建筑結(jié)構(gòu)可靠度要從社會經(jīng)濟方面，長遠考慮。安全系數(shù)要考慮荷載、材料的力學(xué)性能、實驗值與設(shè)計值的差別、施工質(zhì)量不穩(wěn)定性等因素，對涉及工程的經(jīng)濟利益以及結(jié)構(gòu)破壞可能產(chǎn)生的后果，要進行分析評估。

3 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計分析

建筑結(jié)構(gòu)應(yīng)在規(guī)定的設(shè)計使用年限內(nèi)，具有足夠的可靠度。在正常施工和正常使用時，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，要進行必要的設(shè)計計算，對結(jié)構(gòu)材料性能、施工的質(zhì)量、正常使用和維護進行控制，其設(shè)計需要符合有關(guān)勘察、設(shè)計、施工、維護等方面標準的規(guī)定。

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

4 從商品的角度看待建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計安全度

有一種觀點認為，提高建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計安全度只能微調(diào)，否則就無法對已建工程作出交待。這個問題其實并不存在，象汽車、飛機等各種產(chǎn)品在不斷提高其安全性能時從來不需要照顧過去，為什么在提高建筑物的安全度時就得向后看呢?它們都是商品，商品質(zhì)量的提高在資源和用戶財力能夠承受的前提下應(yīng)該受到鼓勵，而不是限制，這樣才會有生產(chǎn)的發(fā)展和進步。在建筑結(jié)構(gòu)的抗震要求上，國家需要規(guī)定的是抗震設(shè)防的最低標準，而不需限制業(yè)主提高設(shè)防能力的要求。

建筑結(jié)構(gòu)作為特殊的商品，確定其設(shè)計安全度的高低過去是純政府行為，現(xiàn)今至少會有房屋開發(fā)商、保險業(yè)和用戶參與。開發(fā)商應(yīng)該對其出售建筑物的安全質(zhì)量負責(zé)，在影響售價不多的情況下應(yīng)盡可能提高安全度，特別是抗震能力;與汽車、飛機一樣，更高的安全性能應(yīng)作為房屋開發(fā)商促銷和競爭的一個熱點。隨著我國房產(chǎn)私有化的進展，房產(chǎn)遲早會與保險業(yè)緊密掛鉤，結(jié)構(gòu)設(shè)計安全度低的房產(chǎn)必然要與較高的保險費相匹配。我國現(xiàn)行的低安全度設(shè)計原則如果維持下去，將來要不斷付出代價的首先是交納高昂保險費的業(yè)主，這對保險業(yè)本身也會產(chǎn)生不利影響。

5 轉(zhuǎn)變設(shè)計思想，全面提高安全度水平

(1)我國現(xiàn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計標準的低安全度原則已不能適用當前的國情，提高我國建筑結(jié)構(gòu)的安全度水平將有利于生產(chǎn)、生活水準的改善，有利于國民經(jīng)濟發(fā)展，也符合建筑物業(yè)主的利益和要求。

(2)從提高結(jié)構(gòu)安全度出發(fā)，為了改善結(jié)構(gòu)物的安全性，要提倡合理地多用鋼材，而不再是挖空心思地節(jié)約鋼材。

6 結(jié)束語

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

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