實(shí)現(xiàn)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)安全性問(wèn)題分析

文會(huì)杰

(河南省豫建設(shè)計(jì)院，河南 鄭州 450000)

建筑結(jié)構(gòu)安全性是個(gè)綜合概念，它包括結(jié)構(gòu)失效標(biāo)準(zhǔn)、安全等級(jí)劃分、實(shí)用設(shè)計(jì)方法和結(jié)構(gòu)質(zhì)量檢驗(yàn)與控制等，是在理想條件下即正常設(shè)計(jì)、正常施工和正常使用條件下，在預(yù)定的基準(zhǔn)使用期內(nèi)、建筑綜合體具備建筑結(jié)構(gòu)應(yīng)具備各種功能的全體，包括安全性、耐久性和適用性等。安全性是建筑結(jié)構(gòu)最根本和最主要的目標(biāo)，包括結(jié)構(gòu)構(gòu)件承載能力的安全性、結(jié)構(gòu)的整體牢固性；耐久性指建筑結(jié)構(gòu)在預(yù)定使用期限內(nèi)，能經(jīng)受各種外來(lái)荷載和外力作用而不倒塌、傾斜或斷裂、同時(shí)能保證其功能的概率；適用性指建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)要基于一定的國(guó)家經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平社會(huì)資源狀況以及建筑的功能定位，在最經(jīng)濟(jì)的實(shí)現(xiàn)條件下，建筑實(shí)現(xiàn)其應(yīng)具備的各種功能。結(jié)構(gòu)安全度，是建筑結(jié)構(gòu)在預(yù)定條件和預(yù)定使用時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)預(yù)定各種功能的概率，它是評(píng)價(jià)建筑結(jié)構(gòu)安全性的有效手段。結(jié)構(gòu)安全度用失效概率度量結(jié)構(gòu)的安全性、耐久性和適用性，通過(guò)將結(jié)構(gòu)自身抗力和外荷載作用等各隨機(jī)因素相獨(dú)立，借助隨機(jī)函數(shù)并結(jié)合經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，指導(dǎo)建筑結(jié)構(gòu)安全設(shè)計(jì)。合理評(píng)價(jià)建筑結(jié)構(gòu)安全度，實(shí)質(zhì)是基于一定的社會(huì)條件下，在安全與經(jīng)濟(jì)之間尋求最佳的平衡，這不單純是技術(shù)的問(wèn)題，還需要考慮國(guó)家經(jīng)濟(jì)和資源狀況，社會(huì)財(cái)富分配、設(shè)計(jì)施工水平和材質(zhì)質(zhì)量等多方面的因素，提高結(jié)構(gòu)的安全性，必然增加結(jié)構(gòu)造價(jià)、耗費(fèi)更多材料，但是可以降低結(jié)構(gòu)失效的風(fēng)險(xiǎn)以及由此造成的社會(huì)財(cái)產(chǎn)損失。這就決定了結(jié)構(gòu)安全度度量不僅要從安全性和耐久性出發(fā)，還要考慮建筑結(jié)構(gòu)的預(yù)定使用時(shí)期內(nèi)甚至在特定社會(huì)條件下建筑結(jié)構(gòu)的功能性，力求用最經(jīng)濟(jì)的手段，獲得在預(yù)定使用期限內(nèi)具備預(yù)定功能的建構(gòu)結(jié)構(gòu)。

1 國(guó)內(nèi)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)安全性發(fā)展現(xiàn)狀

自 1984 年以來(lái)，國(guó)家建委和國(guó)家建設(shè)部頒布了建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)以來(lái)，我國(guó)開(kāi)始采用以概率理論和數(shù)理統(tǒng)計(jì)為基礎(chǔ)的可靠度設(shè)計(jì)方法。利用概率理論計(jì)算建筑結(jié)構(gòu)安全度，在國(guó)際學(xué)術(shù)界內(nèi)被認(rèn)為是一種發(fā)展趨勢(shì)，可靠度方法對(duì)安全度的概率定義比定值的安全系數(shù)更科學(xué)合理，也更能清晰地反映影響安全度的各個(gè)隨機(jī)因素。當(dāng)然，任何一種理論在與實(shí)踐相結(jié)合的開(kāi)始，或多或少存在一些缺陷，同樣，概率可靠度設(shè)計(jì)方法本身也存在一些問(wèn)題，如結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范與標(biāo)準(zhǔn)約束的類(lèi)型多樣的建筑結(jié)構(gòu)的群體，在安全度上確定和不確定的因素多而復(fù)雜，并不是簡(jiǎn)單數(shù)理統(tǒng)計(jì)和概率理論所能科學(xué)處理，還需要結(jié)合經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)；同時(shí)，對(duì)技術(shù)人員，結(jié)構(gòu)安全度可靠度和失效概率不如安全系數(shù)更為直接，在他們看來(lái)模糊了度量方法。因此，盡管用概率可靠度計(jì)算結(jié)構(gòu)安全度是重大的科技進(jìn)步，但是應(yīng)用概率可靠度計(jì)算實(shí)際建筑結(jié)構(gòu)安全度還不成熟，在具體實(shí)踐中還需要考慮經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)?；谝陨犀F(xiàn)狀，在今后運(yùn)用概率可靠度度量建筑結(jié)構(gòu)的安全度的實(shí)踐中，一方面要實(shí)事求是，用理論指導(dǎo)具體實(shí)踐，另一方面，在具體實(shí)踐中補(bǔ)充和豐富理論，促進(jìn)理論本身的完善。

2 建筑結(jié)構(gòu)安全性的實(shí)現(xiàn)

2.1 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中安全性的實(shí)現(xiàn)

好的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是建造高質(zhì)量建筑結(jié)構(gòu)的前提和基礎(chǔ)，對(duì)建筑結(jié)構(gòu)安全性有根本性的影響。結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)是基于一定理論和實(shí)踐基礎(chǔ)上再創(chuàng)造的過(guò)程，是從無(wú)到有的過(guò)程，屬于創(chuàng)造性工作。做好建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，首先要了解結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的概念。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是在特定的建筑空間和環(huán)境條件下，利用結(jié)構(gòu)總體系和分體系間的力學(xué)特性及關(guān)系，選擇科學(xué)、合理的結(jié)構(gòu)計(jì)算模型，對(duì)建筑結(jié)構(gòu)總體布局和各部分布置的宏觀控制。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的目的是在保證建筑結(jié)構(gòu)的安全性、耐久性和適用性基礎(chǔ)上，通過(guò)最經(jīng)濟(jì)的手段，實(shí)現(xiàn)建筑結(jié)構(gòu)的各項(xiàng)功能要求，是將建筑結(jié)構(gòu)變?yōu)檎鎸?shí)的前提和基礎(chǔ)。建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要以安全性、耐久性和適用性為根本設(shè)計(jì)原則和設(shè)計(jì)思想，綜合考慮社會(huì)資源和國(guó)家經(jīng)濟(jì)發(fā)展?fàn)顩r，在特定的建筑空間和地理、氣候等環(huán)境條件下，對(duì)建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行宏觀的總體把握和理解、構(gòu)思和設(shè)計(jì)，具體為選出科學(xué)合理的豎向結(jié)構(gòu)體系、水平分體系、確定結(jié)構(gòu)總體方案的布置、結(jié)構(gòu)計(jì)算模型的選擇以及各分體系的構(gòu)造及相互間的關(guān)系。同時(shí)，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)還必須考慮所選結(jié)構(gòu)體系是否有良好的整體穩(wěn)定性、結(jié)構(gòu)傳力途徑、局部破壞對(duì)整體的影響等，這些是強(qiáng)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)安全性實(shí)現(xiàn)所必須的，這不僅要求設(shè)計(jì)人員要以一定的理論計(jì)算為指導(dǎo)，還需要結(jié)合經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，準(zhǔn)確把握結(jié)構(gòu)整體，確定結(jié)構(gòu)方案。

結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)安全性的實(shí)現(xiàn)，從結(jié)構(gòu)整體安全性和耐久性出發(fā)，我國(guó)設(shè)計(jì)人員需要具體問(wèn)題具體對(duì)待，不能墨守陳規(guī)，要敢于創(chuàng)新。提高結(jié)構(gòu)整體安全性，即要提高結(jié)構(gòu)局部破壞時(shí)結(jié)構(gòu)整體不至于出現(xiàn)連續(xù)破壞倒塌的能力，這就要求結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)要求結(jié)構(gòu)具備良好的延性和必要的冗余度，用來(lái)降低地震、爆炸等意外災(zāi)害導(dǎo)致的損失。在提高結(jié)構(gòu)的耐久性方面，在關(guān)注各種荷載作用下結(jié)構(gòu)強(qiáng)度外，還需要對(duì)環(huán)境作用如酸雨侵蝕、凍融、土中有害化學(xué)物質(zhì)侵蝕等的影響予以關(guān)注。

建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)安全性實(shí)現(xiàn)的重要方法和步驟，即選擇合適的計(jì)算模型分析計(jì)算結(jié)構(gòu)承載力、預(yù)測(cè)結(jié)構(gòu)安全度。美國(guó)一些學(xué)者和專(zhuān)家曾指出：“誤用計(jì)算機(jī)造成結(jié)構(gòu)破壞而引起的災(zāi)難只是一個(gè)時(shí)間的問(wèn)題。”由此可見(jiàn)，運(yùn)用科學(xué)合理的設(shè)計(jì)思想越來(lái)越重要，同時(shí)也對(duì)評(píng)價(jià)結(jié)構(gòu)安全度的計(jì)算模型提出了更高的要求。因此，評(píng)價(jià)結(jié)構(gòu)安全度合理計(jì)算模型的選擇，也是實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)安全的一個(gè)主要方面。

2.2 建筑結(jié)構(gòu)建造中安全性的實(shí)現(xiàn)

結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是建筑結(jié)構(gòu)成為真實(shí)的前提與基礎(chǔ)，真正實(shí)現(xiàn)建筑結(jié)構(gòu)各項(xiàng)功能需要通過(guò)合格的建造，因此，建造是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)安全性實(shí)現(xiàn)的媒介、是建筑結(jié)構(gòu)各項(xiàng)功能實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵。建造的技術(shù)方法和建造實(shí)踐都會(huì)影響結(jié)構(gòu)的安全性，結(jié)構(gòu)建造過(guò)程中安全性的實(shí)現(xiàn)，必須做好建造過(guò)程質(zhì)量控制工作。首先，在組織建造前，必須提前管理，從思想上抓起，提高認(rèn)知，完善措施管理方案，采取科學(xué)合理的建筑技術(shù)。其次，為了保質(zhì)保量，還要落實(shí)監(jiān)管，明確責(zé)任，這是保障結(jié)構(gòu)建造安全性實(shí)現(xiàn)的第二道防線(xiàn)。

2.3 結(jié)構(gòu)使用中安全性的實(shí)現(xiàn)

建筑結(jié)構(gòu)目的之一即適用性，要求建筑結(jié)構(gòu)在預(yù)定使用期限內(nèi)應(yīng)具備相應(yīng)的各項(xiàng)功能。不僅建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和建造會(huì)影響結(jié)構(gòu)的安全性，同時(shí)，結(jié)構(gòu)的實(shí)際使用狀態(tài)也會(huì)影響結(jié)構(gòu)的安全性。不合理的使用可能降低甚至犧牲結(jié)構(gòu)的安全性，比如未經(jīng)考核和論證擅自改變建筑物的用途、裝修過(guò)程中不按照建筑設(shè)計(jì)要求擅自改造結(jié)構(gòu)構(gòu)件，這些都可能改變結(jié)構(gòu)傳力途徑、降低結(jié)構(gòu)體系的承載能力和性能、破壞結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定性。因此，合理地使用和定期檢修是保證結(jié)構(gòu)安全性的重要措施。

3 結(jié) 論

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人們生活水平的提高，對(duì)建筑結(jié)構(gòu)安全提出了更高的要求。好的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是建造高質(zhì)量建筑結(jié)構(gòu)的前提和基礎(chǔ)，對(duì)建筑結(jié)構(gòu)安全性有根本性的影響。建筑結(jié)構(gòu)安全涉及許多復(fù)雜的數(shù)理統(tǒng)計(jì)問(wèn)題和工程實(shí)際問(wèn)題，運(yùn)用概率可靠度度量和評(píng)價(jià)結(jié)構(gòu)安全度是科學(xué)合理的。因此，關(guān)注建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、提高結(jié)構(gòu)建造質(zhì)量，加強(qiáng)結(jié)構(gòu)使用和管理的科學(xué)性和合理性，是提高建筑結(jié)構(gòu)安全性的必然途徑。