关于建筑结构设计安全度的探讨

关于建筑结构设计安全度的探讨

关键词：建筑结构设计安全1.建筑结构设计安全度的相关说明1.1关于节约钢材的问题。作为一个结构设计工程师，重要职责之一，就是以较少的材料去完成建筑物各种功能的要求。如果将构件截面任意加大，材料用量任意增多，这个工作，建筑师也能做。当前建筑结构设计存在的问题中，有一个方面不容忽视，就是设计中的浪费现象。我们有不少钢筋混凝土高层建筑的用钢量，已超过国外同等高度钢结构的用钢量，其不合理可见一斑!关于建筑结构设计安全度的讨论，是正常的，但会不会引起误导，使一些设计人员误以为按我国规范进行设计会造成不安全，以致盲目加大构件截面，增加用钢量，造成不必要的浪费。这种可能性，是不能不防的。节约作为人类可持续发展的需要和一种美德，应该是结构设计人员的重要守则。这里提出探讨的只是计划经济年代曾经盛行一时的片面的节约，但即使是那种节约在过去短缺经济下仍是合理和必需的，问题是将它搬到今天的社会经济状况和体制下，有时就不再适宜。1.2从事建筑结构设计的基本目的，是在一定的经济条件下，赋予结构以适当的安全度，使结构在预定的使用期限内，能满足所预期的各种功能要求，一般来说，建筑结构必须满足的功能要求是：（1）能承受在正常施工和使用时可能出现的各种作用，且在偶发事件中，仍能保持整体稳定性，即建筑结构需具有的安全性。（2）在正常使用时具有良好的工作性能建筑结构需具有的适用性。上述安全性、适用性和耐久性，是建筑结构安全与否的标志，总称为结构的可靠性，对这些性能的度量，即结构在规定的时间内，在规定的条件下，完成预定功能的概率，称为结构的安全度。2.我国现在所处的状况我国的建筑结构设计安全度已不适应当前国情的需要。自20世纪50年代以来,我国建筑结构的设计方法,经历了容许应力设计法、破损阶段设计法、极限状态设计法和概率极限状态设计法的重大变化。在结构设计标准中,安全度主要表现为安全系数(容许应力法、破损阶段法)、分项系数(极限状态法)和可靠指标(概率极限状态法)同时还与其他许多因素有关,如结构的构造规定、荷载标准值与材料强度标准值的取值、构件承载力计算公式及结构内力分析的精度等。从20世纪50年代到现在,我国建筑结构的设计标准不论在方法或具体内容上都有了很大的发展和提高,但在结构设计的安全度要求上,却一直没有大的变动,与国际通用设计标准相比始终处于低水平的安全度。需要多大的安全度才算安全?这并不是一个单纯的技术问题。从根本上说,结构设计安全度的高低,是国家经济和资源状况,社会财富以及设计施工技术水平与材料质量水准的综合反映。提高结构的安全度,必然会增加结构造价和耗费更多的材料,但能相应降低结构失效的风险,所以确定建筑结构设计的安全度,还应体现投资者或业主的利益,在结构造价与结构风险之间权衡得失,寻求较优的选择。我国建筑结构安全度的现状是:设计规范取用的荷载值比国外低，材料强度的取值比国外高，所用结构承载力计算公式的安全裕度比国外低，甚至在个别情况下偏于不安全，对结构的构造规定又远比国外要求低。也就是说，在设计结构安全度的各个环节中，几乎没有一个环节比国外更偏于安全的。以建筑结构的抗震设计标准为例，我国绝大多数城镇处于地震区，随着社会财富的增长，地震造成的经济损失愈来愈大，已非过去所能比拟，因而不断提高建筑物的抗震能力是经济发展的必然要求。我国建筑结构抗震除了设防烈度较低以外，在具体抗震设计计算方法和构造规定上的保守程度也都不如国外。我们不少从事设计和研究的工程技术人员，又往往习惯于如何为建筑结构挖潜力以降低成本，而不习惯于如何为建筑结构提高质量，在本来已经较低的设防烈度下，还要从各自不同的角度千方百计深挖潜力，结果是安全储备越挖越低。3.结构设计的相关因素3.1结构设计安全度的高低，是国家经济和资源状况，社会财富积累程度以及设计施工技术水平与材料质量水准的综合反映。具体来说，选择结构设计安全度要处理好与工程直接造价、维修费用及投资风险(包括生命及财产损失)之间的关系。虽然，提高结构设计安全度时，结构的直接造价将有所提高，而维修费用将减少，投资风险亦将减少，如果降低工程造价，则维修费用和投资风险都将提高。所以，确定建筑的结构设计安全度，实际上是在结构造价(包括维修费用在内)与结构风险之间权衡得失，寻求较优的选择。那种单纯以建造时的材料消费用量和经济指标来评价结构安全度的观点，将导致片面的结论。实际上，结构设计安全度的选择，不仅涉及生命财产的损失，有时还会产生严重的社会影响，对某些结构，还将可能产生严重的政治后果，而且还涉及到国家的经济基础和技术经济政策。3.2要大幅度提高设计安全度，无非是基于客观形势变化和对现行安全度进行初步分析比较后的一种宏观的定性估计。究竟需要提高多少，则需经过课题立项研究才能确定。提出的设计可靠度改进意见，总的趋势是往高处调，对此我表示拥护；虽然幅度不够大。我国幅员广阔，各地经济发展很不平衡，像京、沪、穗等国际性大都市，建筑结构的安全度应高些，经济不发达的边缘地区允许适当低些。规范修订时是否尚可通过结构重要性系数，或者荷载标准值取值，或地方性标准予以区别对待，大城市的结构安全储备是否能再高些，当然也可以分步渐进。钢材的分项系数过去偏低，似不宜再低于1.1。梁的最小配筋率一般根据截面抗弯屈服能力不低于截面拉区混凝上抗裂能力的原则来定，具体计算时所用的材料强度似宜采用平均值而不是标准值，否则从概率保证的角度不能符合要求。3.3建筑结构作为特殊的商品，其内在的安全质量非一般用户所能了解。确定建筑结构设计安全度的高低在过去是一种政府行为，而在改革开放后的今天，这个问题至少应有房产开发商、保险业和有关学术团体(学会)的参与。开发商应该对其出售的建筑物的安全质量负责，在不影响售价过多的情况下，尽可能提高房屋的安全度，特别是抵抗地震的能力，和汽车、飞机一样，更高的安全性应该作为房屋开发商促销和竞争的一个热点。保险业也应该积极参与建筑结构安全度的制订。随着我国房产私有化的进展，房产迟早会与保险业紧密挂钩，结构设计安全度低的房产必然要与较高的保险费相匹配。就像国外一样，保险业应聘请各类专家对其重大的保险对象进行评估。我国现行的低安全度的结构设计原则如果任其维持下去，将来要为其不断付出代价的可能是需要交纳高昂保险费的业主，这对保险业本身也会产生极其不利的影响。结束语建筑结构设计是一个复杂的问题，需要考虑