对混凝土结构设计安全度和规范修订的几点看法

对混凝土结构设计安全度和规范修对混凝土结构设计安全度和规范修 订的几点看法订的几点看法 对于混凝土结构设计规范中的安全度设置水平 我在 1998 年 7 月提交规范修订组领导的一封信中和 1999 年年初刊出的一 篇文章中已经表达了看法 这篇题为 要大幅度提高建筑结构设计安全度 的文章 代表了一部分同志的看法 原本是应约撰写 从不同角度为规 范修订提供参考意见 这份材料中有两处不妥 一是对抗震设 计的 小震不坏 原则提出了质疑而又未做详细解释 我在原稿 寄出后不久就写信通知要求删去 但最后还是未能及时转到杂 志社并刊了出来 另外 这篇文章冠以 建筑结构 的标题也不 合适 因为文中只论及混凝土结构 而钢 木等结构的安全度 可能是另一回事 1 规范中的安全度设定水平需要大幅度提高 规范中的安全度设定水平需要大幅度提高 我对规范低安全度的看法 最早源于从事高强混凝土结构 科研和推广应用工作中的感受 用现行规范设计 c50 c60 级高 强混凝土结构 其安全储备比普通强度的混凝土还要低 给推 广造成困难和阻力 何况一项新技术的开始应用会存在经验不 足等问题 更需要有较为宽松的安全度环境 过低的安全度难 免捉襟见肘 对新技术推广不利 我国规范安全度与国外的差 别已有不少资料作过报道 现在再看我国规范安全度从解放后 的演变 以受弯构件为例 将安全度统一折算成解放初期按破 损阶段设计方法时的总安全系数 k 则在最早的东北人民政府 设计规程中 k 等于 2 0 后改为与当时的苏联规范相同即 1 8 但钢材强度取值仍低于苏联 约在 1956 年后 按三系数极限状 态方法的苏联规范设计 k 降到约 1 55 1 6 1965 年我国颁布 的 bjg21 66 规范与此相同 1974 年颁布 tj10 74 规范 受弯构 件 k 值又略有降低 1989 年颁布的现行规范 k 值大体保持在 1965 年规范的水平 这里需要指出的是 50 年代设计时所用的 楼层活荷载标准值基本参照了苏联荷载规范的取值 而在 1959 年颁布我国的荷载规范后 不少类型建筑物的楼层活荷载标准 值都降低了 导致这类结构安全储备的进一步降低 横向比较各国规范以及竖向纵观我国规范的演变 可以深 切体会到规范作为上层建筑 必然反映时代社会经济的特色和 需要 在这次规范修订中 除了必需从专业的技术角度对安全 度作细致分析外 如何从社会经济的角度进行深入探讨可能更 为重要 这是因为我国正处在从短缺型的社会主义计划经济体 制过渡到社会主义市场经济体制的转型期 而整个世界正面临 科技和生产飞速更新时代的到来 近十年来 我国的社会经济 状况发生了从未有过的根本性变化 而我们现在设计的建筑物 又必需适应今后几十年乃至上百年内生产和生活水平的发展 规范和标准如何从短缺型计划经济影响下走出来 使之更 好地为社会主义市场经济基础服务 这是本次规范修订不同于 以往历次修订的主要区别 理应作为本次修订中首要考虑的问 题 随便举例来说 我们对普通公寓住宅的层高标准作了限制 在北京地区规定为 2 7m 净空仅 2 55m 也不准设计人员或 用户提高房屋抗震设防等级 这些限制是否反映了过去短缺经 济年代的特色 短缺经济的主要倾向是竭尽全力去约束消费和 限制投资 并伴以过多的行政干预来加以保证 过去讲节约 偏重于初期一次性投资和用料的节省 较少顾及长期和整体效 益 更少考虑用户的利益和要求 设计规范的低安全度和某些 荷载标准值的过低取值 也是短缺经济造成的 在今天的市场 经济体制下 如果只需花相对较少的钱 换得更为结实耐久的 房子住 应属合理消费受到鼓励 为此而必须多花一些钢材也 属于合理使用 说不上有违节约原则 安全度的设置本来就是 用来对付比较意外的情况 低安全度的房子尽管在一般情况下 安全可靠 但是抵御外界不确定性作用的能力相对较弱 房子 结实些 寿命长些 符合国家提高人民生活质量的要求 万一 发生不测地震 可以减少生命财产损失 再说这种合理消费并 不要政府掏钱 而且合理的多用些钢材 水泥又能促进生产发 展 从眼前讲 还多少能缓解通货紧缩的困难 这些说法从短 缺经济的立场上看是格格不入的 但符合眼前和长远利益以及 市场经济的需要 当然 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 提高结构的安全性能需要从结构选型 结构构造 结构布 置 材料选择等多个方面作出努力 以加强结构的整体性 延 性和耐久性 提高其抗御不测之灾和防止倒塌 特别是抵抗连 续倒塌的能力 也许基于概念设计的这些措施 对于增进结构 安全更为有效且更符合经济节约的原则 比如这次规范修订组 提出的用新 级钢替代 级或 级钢 就能带来立竿见影的效 果 可是为了增强延性和防倒塌能力 主要还得靠合理加大构 造用钢量 上述与结构安全性能有关的众多因素较难用数值形 式加以度量 而我们在这里所讨论的安全度 则仅限于截面强 度的安全度和与之有关的荷载标准值和材料强度标准值等能够 用数值度量的那些参数 提出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 对于规 范修订组这次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 象京 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 2 关于可靠度设计理论 关于可靠度设计理论 将可靠度设计理论用于设计规范 不论在学术或工程界一 直有分歧意见 我倾向于多安全系数的极限状态设计法 因为 其中对安全度的表示比较灵活又易于理解 而且在确定各项安 全系数时并不排斥利用可靠度理论手段进行分析对比 然后再 综合考虑其它因素加以修正 由于现行建筑结构设计规范业已采用了可靠度设计理论 其在规范中的计算表达形式又与多安全系数方法相似 在实用 上姑且将它理解为多安全系数也并无不可 在这种情况下 我 赞成承认现实 在这次修订中还是保留现有的设计方法体系为 好 可靠度理论对于不同类型工程结构的适用程度肯定会有很 大差别 用于混凝土建筑结构尚没有解决不了的大问题 所以 不宜再变 至于尚未使用的规范似宜适当放慢 统一 步伐 实 在难以使用的更不宜通过行政手段去统一 可靠度理论还在发 展 这方面的学术讨论希望能够深入开展下去 结构安全度需要考虑的因素过于综合 尤其是规范中的结 构安全度 它不同于某个具体工程 需要考虑和照顾的方面更 多 包括非技术性的社会经济因素 政策因素等等 可靠度设 计理论有其先进的一面 也有其不足之处 可靠度理论也有某 些假定和约束条件 会有意或无意地省略某些本应考虑而用这 一理论又难以处理的一些因素 技术科学理论一般擅长于分析 而规范安全度的设定除了要用分析外更需要综合 因此经验和 判断更为重要 可靠度理论强调三个 正常 作为前提 即正常设计 正常 施工和正常使用 这三个正常带有较大的模糊性 有时甚难界 定 比如野蛮施工绝非正常 很容易确认 可是针对我国施工 中的上千万农民队伍以及管理水平薄弱的现状 这种状况是否 正常 这个问题带有普遍性 而且要改变这一状况需有较长的 过程 如果在设定规范安全度水平时完全不予理采 不考虑它 会增加某种程度人为失误的可能性及其对工程质量的影响 显 然是不合适的 规范面对的是群体而不是某个具体建筑的施工 现场 我们不能因为不好统计 不好用理论分析处理 就将某 些应该考虑的问题列入不正常 再举居民装修房屋用地板砖压 裂了预制混凝土楼板的事例 有的同志认为这是不正常使用 因为设计时并没有考虑过装修地面 或者认为这是不正常设计 因为设计人员在设计时漏掉了地板砖这项恒载 而规范则无责 任 但是用户则认为现在城市里家家搞装修 不装修才是不正 常使用 而设什人员也说地面装修应属活载 因为今天地板砖 明天拆掉改成木地板 不能作为恒载 仍反正常设计 这个问 题其实出在规范荷载标准值的统计上 规范的荷载统计样本取 自过去不搞装修的短缺经济年代里 所以单凭过去或现有样本 所得出的荷载统计值 理论上看来完整无缺 但用到规范仍需 通过经验和判断加以修正 因为这些数据尚不能代表未来可能 的发展 但如规范的安全度比较宽裕 就不至于出现这种问题 这次规范修订组提出了今后要加列装修荷载 对于这一规定 似乎还可商榷 因为随着生产 生活水平的发展 类似装修荷 载那样的其它小型荷载 在今后几十年内还有可能出现 我们 现在很难加以充分想象和估计 这类小型荷载应该通过提高活 载的标准值和相应的分项系数来解决 国外规范的楼板荷载中 还考虑偶然撞击的影响 作出这些改进其实都容易办到 因为 每平米造价可能增加不了 5 元钱 前些时候有报纸报道 有些房管部门给住户发通知 规定 住户室内荷载不许超过 1 5kpa 即规范确定的标准值 这种做 法损害了住户的利益 荷载标准值是按正常使用情况统计出来 的 统计对象中有的就超过标准值 否则就用不到荷载分项系 数 这一房管部门的做法不知出于何种考虑 也给住户带来心 理压力 但是这种现象是否从另一个侧面反映了设计安全度过 低所带来的不必要麻烦 3 关于设计规范的强制性 关于设计规范的强制性 我国的设计规范是强制性的 对于设计人员来说 规范就 是法律 只要不违反规范要求 即使设计出了问题 设计人就 有可能不负任何法律责任 而国外发达国家的许多设计规范则 是指导推荐性的 设计出了问题得自己负责 休想将责任推向 规范 所以我国规范的编制工作有着更高的要求 同时也会遇 到一些不好解决的困难 以往的最小配筋率为例 国外规范中 是 0 8 1 这个数值作为指导值是比较适宜的 而设计人 员可以根据具体情况取用更低的配筋率 例如国际知名的芝加 哥 watertower 大厦 其上层柱的轴力甚小 而截面和承载力很 大 所以一些柱的配筋率就远低于 aci 规范的最小配筋率 但 如换成我国规范 也采用 0 8 1 的最小配筋率 遇到这一 情况就不能合理降低配筋率 可是如将柱的最小配筋率定得低 了 当柱的轴力与承载力相比业已达到相近的程度 那么 0 4 的最小配筋率显然偏低 因而出现高也不是 低也不是的困难 又如我国规范并没有明文规定设计人员不准采用高于规范设定 的安全度水平 但在过去计划经济时代的影响下 缺乏经验的 设计人员有时还是不善于针对具体工程对象的需求和具体的施 工环境条件 必要时加以灵活运用 而与此相反 某些故意钻 规范空子的