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闫翠兰山东山水水泥集团有限公司250307摘要：要保证建筑物的安全，首先要保证建筑结构的安全性。结构设计的首要任务就是选用经济合理的结构方案，其次是结构分析与构件和连接的设计，并取用规范规定的安全系数或可靠指标以保证结构的安全性。本文分析了我国结构设计安全度的现状，探讨了提高建筑结构设计安全度的建议。关键词：建筑结构设计安全度现状建议中图分类号：S611文献标识码：A文章编号：建筑结构安全直接影响建筑物的安全，由于设计或施工等原因可能造成建筑物发生各种质量事故，如墙体开裂、构件破坏、建筑物倾斜等，结构不安全严重时甚至发生倒塌事故。结构设计人员应针对具体工程和施工的特点，需要时选用高于规范规定的最低要求，并能够考虑结构的耐久性要求。此外，还要从结构的体系、构造、材料选择设计以及施工和使用中的各个环节保证结构的安全性。一、我国结构设计安全度的现状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)同时还与其它许多因素有关，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50年代到现在，我国建筑结构的设汁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。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，还要从个自不同的角度千方百计深挖潜力，结构的安全储备越挖越低。在人民生活水平已经告别了生存型并向小康型转变，以及物资供应和社会财富状况已非昔比的今天，如果继续执行现行的抗震设计标准，则在地震发生时就有可能给国家和城市居民带来更大的危害和损失。以城市商品房建筑为例，如果我们将设防裂度提高1度，即将结构抵抗地震加速度的能力提高一倍，其所需费用非常有限，其所增加的每平方米的造价在数以千元甚至万元以上的房屋售价和装修总价中是相对较少的一部分；相反，由于设防烈度较低，震后裂而不倒，则所需的昂贵的加固维修费用以及间接经济损失就不是一般居民所能负担的。现在购置新房后的居民花室内装修的费用一般就可达300-500元平方米，甚至更多，从中拿出一部分用以将房屋抗地震的能力提高一个等级是非常有意义的。目前情况下，将“小震不坏”的抗震原则改为“中震不坏”，可能对国家、对震区人民都更有利。二、提高建筑结构设计安全度的建议1、当前的建筑物安全事故,与结构设计安全度无关。20世纪50年代的结构设计方法,与现在近似,当时所用的混凝土强度很低,只有110140号,比现在的C15还低。20世纪50年代初期施工手段也很落后,混凝土用体积配合比,人工搅拌,没有振捣器而当时施工发生安全事故的较少。有一些建筑物,如王府井百货大楼、北京饭店等,使用至今已逾45年,而且经过了唐山地震影响的考验。因此可以说,现在的安全事故,与结构设计安全度是没有连带关系的。2、结构设计,仍宜提倡节约。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。在发达国家,节约材料也是工程师所追求的。1998年美国商业周刊登载由美国建筑师学会(AIA)举办的最佳建筑设计竞赛“,节省材料”是该次竞赛的主题之一。纽约时报新印刷厂的设计,因采用规则的矩形平面和常规材料,节约五千万美元而获奖:又如香港中国银行(贝聿铭设计)因其结构方案布置得当,比同样高度的其他结构大量节约钢材,所以若干个杂志上都发表文章加以表扬。3、我国规范中的构造规定,并非都比别国低。我国规范规定的是最低用钢量,设计者一般根据结构重要性,予以适当提高,所以下能以此来判定我们在工程中的材料用量,更不能以我们的最低值来与人家比。我国规范规定的柱子最小含钢量力0.4%,是不考虑抗地震时的数量,我们大多数城市设计时都考虑抗震,高层建筑更是都要考虑,这时柱子的最小含钢量就是0.5%1.0%。而且设计单位在设计高层建筑的柱子时,用钢量常比规范要求的还大,因此与国外相比,实际用钢量并不太小。我们有些构造要求,已与国外持平,如剪力墙的最小配筋率为0.25%,与美国相同。至于墙的暗柱配筋量,在许多方面已是世界领先。4、规范要根据国家政策而定。一个国家的规范,不仅仅是技术性的,还有很强的政策性等许多方面,是一个国家经济条件的直接反映。因此,我国规范的材料用量,当然应该比发达国家低,也即安全度应该低一些。这方面我们完全可以理直气壮地说,我们过去的设计标准,是符合我国国情的,是安全的。当然某些局部有不足,要不断修改。国外的规范也不是十全十美,也在不断的修改。我们过去的结构成功地经受了几十年的考验,那就是说,我们的规范基本是正确的,安全度基本是能满足要求的。5、转变设计思想,全面提高安全度水平（1）建筑结构作为特殊商品,确定其设计安全度的高低不再是纯政府行为,目前至少会有房屋开发商、保险业和用户参与。开发商应该对其出售建筑物的安全质量负责,在影响售价不多的情况下应尽可能提高安全度,更高的安全性能应作为房屋开发商促销和竞争的一个热点。（2）我国现行结构设计标准的低安全度原则已不能适用当前的国情,提高我国建筑结构的安全度水平将有利于生产、生活水准的改善,有利于国民经济发展,也符合建筑物业主的利益和要求。（3）从提高结构安全度出发,为了改善结构物的安