安全在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中舉足輕重

李峰　劉娟　孫苗苗

摘要：建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中安全性是首先要考慮的因素。制定合理的結(jié)構(gòu)方案，一定是建立在規(guī)范有序的作業(yè)以及合理可靠的指標(biāo)的前提下。

關(guān)鍵詞：建筑安全；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；安全度

一、引言：

從結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面來說，結(jié)構(gòu)安全度是由結(jié)構(gòu)重要性來決定的。在同等重要的建筑物的前提下，結(jié)構(gòu)的安全富余與結(jié)構(gòu)的平面布置及豎向受力構(gòu)件有著密切關(guān)系。平面規(guī)則和豎向受力構(gòu)件規(guī)則的建筑受力更加合理，整體安全儲(chǔ)備也會(huì)比較高。在同等設(shè)計(jì)要求下，經(jīng)濟(jì)性也會(huì)更好。故此，在設(shè)計(jì)建筑物的結(jié)構(gòu)時(shí)，務(wù)必要保證其結(jié)構(gòu)體系合理、安全有充分保證的前提，務(wù)必具備規(guī)范可靠的安全指標(biāo)。

二、建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)安全度的概念

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)》將建筑物劃分為三個(gè)安全等級。大量的一般建筑物列入中間等級，重要的建筑物提高一級，次要的建筑物降低一級。大多數(shù)建筑物的安全等級均屬二級。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，但允許對部分結(jié)構(gòu)構(gòu)件根據(jù)其重要程度和綜合經(jīng)濟(jì)效果進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。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）保證在正常使用下建筑結(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，確保整體架構(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)中要充分考慮進(jìn)其適用這一根本目的，保證其能物盡其用。

3）除了上述提到的安全性、適用性這兩點(diǎn)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)性能保證其完成其預(yù)定的功能。

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(biāo)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(shí)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。

三、選擇結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)安全度的有關(guān)因素

結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)安全度的高低，是國家經(jīng)濟(jì)和資源狀況，社會(huì)財(cái)務(wù)積累程度以及設(shè)計(jì)施工技術(shù)水平與材料質(zhì)量水準(zhǔn)的綜合反映。具體來說，選擇結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)安全度要處理好與工程直接造價(jià)、維修費(fèi)用及投資風(fēng)險(xiǎn)（包括生命及財(cái)產(chǎn)損失）之間的關(guān)系。雖然，提高結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)安全度時(shí)，結(jié)構(gòu)的直接造價(jià)將有所提高，而維修費(fèi)用將減少，投資風(fēng)險(xiǎn)亦將減少：如果降低工程造價(jià)，則維修費(fèi)用和投資風(fēng)險(xiǎn)都將提高。所以，確定建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)安全度，實(shí)際上是在結(jié)構(gòu)造價(jià)（包括維修費(fèi)用在內(nèi)）與結(jié)構(gòu)風(fēng)險(xiǎn)之間權(quán)衡得失，尋求較優(yōu)的選擇。那種單純以建造時(shí)的材料消費(fèi)用量和經(jīng)濟(jì)指標(biāo)來評價(jià)結(jié)構(gòu)安全度的觀點(diǎn)，將導(dǎo)致片面的結(jié)論，實(shí)際上，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)安全度的選擇，不僅涉及生命財(cái)產(chǎn)的損失，有時(shí)還會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的社會(huì)影響，對某些結(jié)構(gòu)，還將可能產(chǎn)生嚴(yán)重的政治后果；而且還涉及到國家的經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)和技術(shù)經(jīng)濟(jì)政策。

四、我國結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)安全度的現(xiàn)狀

我國的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)安全度已不適應(yīng)當(dāng)前國情的需要。自20世紀(jì)50年代以來，我國建筑結(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)（極限狀態(tài)法）和可靠指標(biāo)（概率極限狀態(tài)法）同時(shí)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(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)算公式及結(jié)構(gòu)內(nèi)力分析的精度等。從50年代到現(xiàn)在，我國建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)不論在方法或具體內(nèi)容上都有了很大的發(fā)展和提高，但在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的安全度要求上，卻一直沒有大的變動(dòng)，與國際通用設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)相比始終處于低水平的安全度。

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(jì)有毛病、結(jié)構(gòu)安全儲(chǔ)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(shí)際上，結(jié)構(gòu)安全度只是對結(jié)構(gòu)截面強(qiáng)度安全的一種度量，與此相關(guān)的還有荷載和材料強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)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(jì)人員往往只滿足于規(guī)范對結(jié)構(gòu)強(qiáng)度計(jì)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(hù)、結(jié)構(gòu)耐久性，以及從設(shè)計(jì)、施工到使用全過程中經(jīng)常出現(xiàn)的人為錯(cuò)誤等方面去加強(qiáng)和保證結(jié)構(gòu)的安全性，造成結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理，從而引發(fā)工程事故。

五、安全建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法

自20世紀(jì)50年代以來，我國建筑結(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)還與其它許多因素有關(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(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，通過將抗力和作用效應(yīng)相互獨(dú)立，將隨機(jī)過程化為隨機(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，尚不成熟的將來再用。

六、建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與建筑安全的關(guān)系

在房屋的后期裝修上，禁止拆除承重墻和關(guān)鍵的結(jié)構(gòu)部分，因?yàn)樗械慕ㄖ谠O(shè)計(jì)過程中，已經(jīng)在結(jié)構(gòu)、設(shè)計(jì)方面進(jìn)行了非常周密的，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)挠?jì)算，已經(jīng)在抗震技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)達(dá)到了相應(yīng)的技術(shù)要求，拆除了以后，可能直接會(huì)影響這棟樓所有的力學(xué)反映。在設(shè)計(jì)過程中，盡量避免這種設(shè)計(jì)的拆除，盡量在結(jié)構(gòu)改造方面，少做文章。而之所以出現(xiàn)很多墻體改造現(xiàn)象，還是跟前期的建筑設(shè)計(jì)有關(guān)，前期的建筑設(shè)計(jì)中戶型設(shè)計(jì)是不是達(dá)到業(yè)主滿意是前期結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中一個(gè)關(guān)鍵的標(biāo)準(zhǔn)，后期業(yè)主要改造裝修，不僅是室內(nèi)設(shè)計(jì)的問題，更是建筑設(shè)計(jì)的問題。

在結(jié)構(gòu)方面盡量少做調(diào)整或者不做調(diào)整，即使有了調(diào)整以后，一定要做結(jié)構(gòu)的加固，建議采用鋼結(jié)構(gòu)的措施來進(jìn)行加固。在整個(gè)建筑空間里，鋼結(jié)構(gòu)是相對比較安全的。比簡易墻結(jié)構(gòu)安全度更高。鋼結(jié)構(gòu)和原來的墻體有一個(gè)連接的問題，就需要在設(shè)計(jì)方面，特別要注重。在設(shè)計(jì)過程中，鋼結(jié)構(gòu)和原始結(jié)構(gòu)調(diào)整完以后，如何連接，這方面的技術(shù)要有待于加強(qiáng)。倡導(dǎo)一旦進(jìn)行承重結(jié)構(gòu)的空間調(diào)整，一定邀請專業(yè)的結(jié)構(gòu)工程師參與整體的設(shè)計(jì)，來滿足空間結(jié)果的安全要求。

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