房屋建筑結(jié)構(gòu)安全度設(shè)計(jì)要點(diǎn)探究

陳錦艷

(山西省化工設(shè)計(jì)院，山西太原　030024)

房屋建筑結(jié)構(gòu)安全度設(shè)計(jì)要點(diǎn)探究

陳錦艷

(山西省化工設(shè)計(jì)院，山西太原030024)

摘要:從房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)安全度的理論出發(fā)，對(duì)安全度的定義和表示方法進(jìn)行了系統(tǒng)闡述，總結(jié)了建筑結(jié)構(gòu)安全度設(shè)計(jì)中的常見(jiàn)問(wèn)題，并提出了合理的解決措施，提高了房屋建筑結(jié)構(gòu)的安全度設(shè)計(jì)水平。

關(guān)鍵詞:房屋建筑，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，安全度

0　引言

結(jié)構(gòu)安全度設(shè)計(jì)是房屋建筑的主要內(nèi)容，直接影響了房屋建筑的使用壽命，同時(shí)也和居民的生命財(cái)產(chǎn)安全息息相關(guān)。經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展，我國(guó)的房屋建筑結(jié)構(gòu)安全度設(shè)計(jì)水平得到了大幅度的提升，逐漸接近國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家的水平。但是，跟西方發(fā)達(dá)國(guó)家相比，仍存在很多的不足之處，工程事故的頻發(fā)，不必要的建筑材料的浪費(fèi)等問(wèn)題都是值得注意的地方。而這些都和建筑結(jié)構(gòu)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)有著直接的聯(lián)系。

1　建筑結(jié)構(gòu)安全度理論概述

1)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)安全度。

在進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，要保證安全性、適用性和耐久性，這是建筑設(shè)計(jì)的總目標(biāo)，也是衡量建筑結(jié)構(gòu)安全度的重要指標(biāo)。安全性達(dá)標(biāo)要求建筑物在面對(duì)正常使用條件和特殊情況下時(shí)，能夠承受各種正常的外載荷，并且保持穩(wěn)定。在正常使用條件下，房屋自身的重量、家用電器、裝潢用品、人流以及風(fēng)雪等都會(huì)對(duì)房屋施加一定的載荷，房屋自身承受載荷能力應(yīng)滿足這些基本使用的需要。而當(dāng)特殊情況發(fā)生時(shí)，例如出現(xiàn)地震和火災(zāi)，為了人員和財(cái)產(chǎn)安全，安全性對(duì)房屋建筑提出了不倒塌、整體穩(wěn)定的要求。適用性，房屋建筑要具有不錯(cuò)的工作性能，各項(xiàng)基本功能完整，滿足人們正常使用要求。耐久性，房屋建筑必須確保能夠達(dá)到一定的使用年限，有足夠長(zhǎng)的使用壽命。上述的三項(xiàng)指標(biāo)在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中稱為安全度。

2)安全度的表示方法。

從20世紀(jì)50年代開(kāi)始，我國(guó)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法大致經(jīng)歷了以下四個(gè)階段:容許應(yīng)力、破壞階段、極限狀態(tài)和概率極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范中，容許應(yīng)力法、破壞階段法、概率極限狀態(tài)法安全度分別用安全系數(shù)、分項(xiàng)系數(shù)和可靠指標(biāo)來(lái)表示。影響可靠度的因素是多方面的，比如構(gòu)件承載力計(jì)算公式、荷載標(biāo)準(zhǔn)與材料強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值、構(gòu)造規(guī)定、結(jié)構(gòu)內(nèi)力分析的精確度等。

作為建筑結(jié)構(gòu)安全性分析的關(guān)鍵手段，安全度理論發(fā)揮著重要的作用。相關(guān)的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)早已被制定和實(shí)施，規(guī)定在進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，必須以安全度理論為重要指導(dǎo)理論。安全度理論發(fā)揮作用的方法是靠失效概率來(lái)實(shí)現(xiàn)的，在設(shè)計(jì)過(guò)程中，結(jié)構(gòu)自身的抗力和外載荷的作用效應(yīng)并不是作為整體考慮的，而是將各個(gè)過(guò)程轉(zhuǎn)化成隨機(jī)變量，然后再以經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)作為主要參考數(shù)據(jù)來(lái)進(jìn)行校準(zhǔn)。通過(guò)這種方法，使得安全度理論在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中成功發(fā)揮作用。但是這一理論現(xiàn)階段仍不成熟，因此沒(méi)有固定的使用模式，在實(shí)際工程中需要根據(jù)施工情況，針對(duì)性的靈活運(yùn)用。

2　建筑結(jié)構(gòu)安全度設(shè)計(jì)中存在的問(wèn)題

1)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)安全度水平偏低。

結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)安全度水平的高度并不是受單方面作用的，而是一個(gè)綜合的反映。從大的層面來(lái)說(shuō)，它反映了國(guó)家經(jīng)濟(jì)、社會(huì)財(cái)富積累以及資源狀況，從小的方面來(lái)講，它反映了材料質(zhì)量水準(zhǔn)和設(shè)計(jì)施工水平。盡管工程安全度的確定是通過(guò)概率和統(tǒng)計(jì)實(shí)現(xiàn)的，但是最重要的依據(jù)卻是工程判斷和施工經(jīng)驗(yàn)這些綜合因素。在與結(jié)構(gòu)安全度有關(guān)的不同環(huán)節(jié)，我國(guó)的混凝土結(jié)構(gòu)規(guī)范設(shè)定的安全度水平比國(guó)際上通用標(biāo)準(zhǔn)要偏低，部分偏低程度更深。例如在混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中采用的荷載值，我國(guó)的要求比國(guó)外要低，而材料強(qiáng)度值卻高。甚至國(guó)外估計(jì)結(jié)構(gòu)承載力所用計(jì)算公式安全度不達(dá)標(biāo)的安全度標(biāo)準(zhǔn)比我國(guó)制定規(guī)范中達(dá)標(biāo)的還要高，同樣的情況體現(xiàn)在很多環(huán)節(jié)，例如結(jié)構(gòu)的構(gòu)造規(guī)定。

和國(guó)際水平相比，現(xiàn)行的安全度標(biāo)準(zhǔn)雖然較低，但是這些安全度的制定是通過(guò)數(shù)十年實(shí)踐來(lái)證實(shí)的。隨著我國(guó)人民生活水平的提高和對(duì)住房要求的不斷嚴(yán)格，以往的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)和標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)不能滿足現(xiàn)在的需求。另外，不斷變化的客觀形勢(shì)，也對(duì)現(xiàn)行設(shè)計(jì)可靠度水平產(chǎn)生了一定的影響，相關(guān)的安全度標(biāo)準(zhǔn)必須得到適當(dāng)?shù)奶嵘?，以促進(jìn)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展。

2)安全度和工程事故的關(guān)系。

不少人認(rèn)為頻發(fā)的工程事故是由于現(xiàn)行規(guī)范的安全度水平太低導(dǎo)致的，這種說(shuō)法是錯(cuò)誤的，現(xiàn)行規(guī)范的安全度標(biāo)準(zhǔn)是足夠的。在20世紀(jì)50年代，混凝土水平強(qiáng)度較低的情況下，人們用和現(xiàn)在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)相似的方法、落后的施工手段，建立了許多至今仍在發(fā)揮作用的建筑物，例如王府井百貨大樓和北京飯店等，這些建筑物已經(jīng)有51年的歷史，經(jīng)歷了地質(zhì)災(zāi)害卻依然屹立。當(dāng)時(shí)使用的混凝土強(qiáng)度比現(xiàn)在強(qiáng)度較低的C15還要低，并且混凝土的配合方法使用的是體積比，沒(méi)有振搗器，攪拌的方式也完全是人工的。但是，安全事故在當(dāng)時(shí)是很少發(fā)生的，由此可見(jiàn)，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)安全度并不是現(xiàn)在安全事故的原因，而一些諸如施工不規(guī)范、偷工減料等才是安全事故的原因。

3　提高建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)安全度的建議

1)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)風(fēng)格需簡(jiǎn)約。

在保證安全的前提下，采用較少的材料來(lái)滿足建筑物不同的功能需求是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工程師的主要職責(zé)之一。在安全度設(shè)計(jì)方面，最主要的一項(xiàng)是關(guān)于鋼材節(jié)約的問(wèn)題，構(gòu)件截面的大小對(duì)材料用量有著直接影響，因此要設(shè)置合適的構(gòu)件截面。在西方發(fā)達(dá)國(guó)家，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工程師也在追求材料的節(jié)約，這種節(jié)約是以安全性的保證為前提的。節(jié)約鋼材，結(jié)構(gòu)方案合理布置，采用規(guī)則的圖形設(shè)計(jì)方案和常規(guī)材料，搭配出合理的設(shè)計(jì)風(fēng)格，不僅能節(jié)省建造費(fèi)用，還減輕了建筑物自身的載荷，保證了結(jié)構(gòu)安全度。

2)靈活運(yùn)用國(guó)家規(guī)范設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。

國(guó)家規(guī)范中最低用鋼量是根據(jù)綜合因素考慮制定的，這種最低標(biāo)準(zhǔn)不能作為設(shè)計(jì)者參考的依據(jù)，不同的建筑物對(duì)建筑結(jié)構(gòu)的要求不同，因此應(yīng)根據(jù)建筑物的不同，相應(yīng)的提高用鋼量。在我國(guó)，相關(guān)規(guī)定中柱子的含鋼量不能少于0.4%，這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)是將地震等地質(zhì)災(zāi)害因素排除在外的，但是我國(guó)大多數(shù)地區(qū)屬于地震頻發(fā)帶，這些是必須要考慮的，因此必須適當(dāng)提高含鋼量，尤其是在高層建筑中，含鋼量必須達(dá)到0.5%～1.0%，甚至更多。我國(guó)現(xiàn)行的構(gòu)造規(guī)定，部分要求已經(jīng)和國(guó)外相近，例如剪力墻，和美國(guó)最小配筋率0.25的標(biāo)準(zhǔn)是相同的。并且在部分方面，我國(guó)構(gòu)造規(guī)定要比國(guó)外更加嚴(yán)格，如墻的暗柱配筋量等。很多設(shè)計(jì)者在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，往往以國(guó)外標(biāo)準(zhǔn)為參考標(biāo)準(zhǔn)來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)，不同地區(qū)有不同的情況，因此不能一概而論，比如配筋方面，美國(guó)的標(biāo)準(zhǔn)比我們還要少，但是，如果以國(guó)外的標(biāo)準(zhǔn)來(lái)指導(dǎo)我國(guó)的施工，顯然是行不通的。因此，設(shè)計(jì)師要根據(jù)施工條件的不同，來(lái)合理利用相關(guān)構(gòu)造標(biāo)準(zhǔn)，不能生搬硬套，一定要保證建筑結(jié)構(gòu)安全度。

3)根據(jù)政策制定規(guī)范。

結(jié)構(gòu)規(guī)范的制定是國(guó)家經(jīng)濟(jì)條件的直接反映，因此和國(guó)家政策息息相關(guān)。和發(fā)達(dá)國(guó)家相比，我國(guó)規(guī)范的材料用量，總體來(lái)說(shuō)，顯然是低的，也就是安全度要低。但是，過(guò)往的這些年的實(shí)踐情況足以證明，我們的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)是安全的。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和相關(guān)要求的增加，安全標(biāo)準(zhǔn)需要適當(dāng)?shù)奶岣?，但是，不能盲目的增加?gòu)件截面，增加用鋼量，造成不必要的浪費(fèi)。

4　結(jié)語(yǔ)

建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要保證安全性、適用性和耐久性，這對(duì)安全度設(shè)計(jì)提出了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，針對(duì)目前的材料使用不規(guī)范，安全度不達(dá)標(biāo)的問(wèn)題，必須制定相應(yīng)的措施來(lái)避免。國(guó)家制定的規(guī)范是符合現(xiàn)階段我國(guó)國(guó)情的，對(duì)安全度設(shè)計(jì)有著極其重要的指導(dǎo)作用，但是，仍有很多不足之處。需要結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員，根據(jù)工程情況合理設(shè)計(jì)，在保證安全度的前提下，規(guī)范設(shè)計(jì)風(fēng)格和材料用量。本文提出的靈活運(yùn)用規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)的方法，希望能對(duì)同行起到借鑒作用，促進(jìn)建筑結(jié)構(gòu)安全度的提升，推動(dòng)我國(guó)建筑事業(yè)的發(fā)展，保證人民生命財(cái)產(chǎn)安全。

參考文獻(xiàn):

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Inquiry on structural security design points of housing building

Chen Jinyan
( Shanxi Chemical Design Institute，Taiyuan 030024，China)

Abstract:Starting from the aspect of housing building structure design security theory，the paper systemically describes the security definition and expression methods，summarizes common building structure security design problems，and puts forward rational solving measures，and finally improves the housing building structure security design level.

Key words:housing building，structural design，security

作者簡(jiǎn)介:陳錦艷(1979-)，女，工程師

收稿日期:2015-01-10

文章編號(hào):1009-6825( 2016) 04-0038-02

中圖分類號(hào):TU318

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A