淺析建筑結構設計的可靠度

摘 要:本文分析了影響結構設計可靠度的有關因素以及我國現(xiàn)階段結構設計的現(xiàn)狀，提出了合理選擇結構設計可靠度的方法，探討提高結構設計可靠度的新概念。

關鍵詞:結構設計 可靠度 構件承載力 荷載設計值 荷載標準值

1 建筑結構設計可靠度的概念

一般來說，建筑結構，必須滿足下列功能要求:能承受在正常施工和使用時可能出現(xiàn)的各種作用，且在偶發(fā)事件中，仍能保持必須的整體穩(wěn)定性:在正常使用時具有良好的工作性能;

在正常維護下具有足夠的耐久性。上述可靠性、適用性和耐久性，是建筑結構可靠{或安全)與否的標志，總稱為結構的可靠性，對這些性能的度量，即結構在規(guī)定的時間內(nèi)，在規(guī)定的條件下，完成預定功能的概率，稱為結構的可靠度(或稱安全度)。

2 選擇結構設計可靠度的意義

結構設計可靠度的高低，是國家經(jīng)濟和資源狀況、社會財富積累程度以及設計施工技術水平與材料質(zhì)量水準的綜合反映。具體來說，選擇結構設計可靠度要處理好與工程直接造價、維修費用以及投資風險(包括生命及財產(chǎn)損失)之間的關系。顯然，提高結構設計可靠度，工程造價將有所提高，而維修費用將減少，投資風險亦將減少:如果降低工程造價，則維修費用和投資風險都將提高。所以，確定建筑的結構設計可靠度，實際上是在結構造價(包括維修費用在內(nèi))與結構風險之間權衡得失，尋求最優(yōu)的選擇。

3 我國結構設計可靠度的現(xiàn)狀

自20世紀50年代以來，我國建筑結構的設計方法，經(jīng)歷了容許應力設計法、破損階段設計法、極限狀態(tài)設計法和概率極限狀態(tài)設計法的重大變化，但在結構設計可靠度上一直沒有大的變化，與國際通用設計標準相比始終處于低水平的可靠度。在結構設計標準中，可靠度主要表現(xiàn)為:可靠系數(shù)(容許應力法、破損階段法)、分項系數(shù)(極限狀態(tài)法)和可靠指標(概率極限狀態(tài)法)，同時還與其它許多因素有關，如結構的構造規(guī)定、荷載標準值與材料強度標準值的取值、構件承載力計算公式及結構內(nèi)力分析的精度等。以混凝土結構為例，比較一下我國<混凝土結構設計規(guī)范》{GB50010-2002)與國外規(guī)范在設計可靠度上的差別，就可看出其可靠度偏低。例如:在結構要求上，我國規(guī)范中梁的拉筋和柱壓筋的最小配筋率比國外約低50%以上，箍筋最小配筋率、箍筋間距、配筋最小直徑、混凝土保護層厚度等構造要求也普遍比國外標準所要求的低。在荷載取值上，美國的樓層荷載標準值平均比我國大50%，在荷載設計值上，以恒載標準值G和荷載標準值Q組合后的設計值為例，中國的計算式為1.2G+1.0Q，而，美國為1.4G+1.7Q，英國為1.4G+1.6Q，從而設計鋼筋混凝土樓蓋時，荷載設計值平均比英、美等國家低81%左右。而在材料強度設計值的取值上比莢美兩國的取值高。這是因為國外對混凝土現(xiàn)場強度檢驗的標準比我國嚴格，所以材料強度標準值的實際保證率我國依然偏低，而我國設計規(guī)范規(guī)定的材料分項系數(shù)又比國外低，因而同樣的材料，我國規(guī)定的材料設計值偏高，造成結構可靠度偏低。另外，在構件承載力計算公式的精確度上，也有一些值得探討的問題，當采用高強度混凝土或高強度鋼筋時問題尤為嚴重。綜上所述，我國建筑結構可靠度的現(xiàn)狀不太好。

4 根據(jù)國情合理選擇結構設計可靠度

我國在解放初期，財政狀況和物資供應均很困難，國家對外需要備戰(zhàn)，對內(nèi)需要建設，我國從事建筑結構設計、施工和研究的科技人員在過去非常困難的歷史條件下，為我國建設事業(yè)作出了巨大的貢獻。他們在材料供應和投資經(jīng)費均很困難的情況下采用了可能是世界上最低的結構設計可靠度，為國家建起了盡可能多的建筑結構物。而且這些結構已經(jīng)受了幾十年的考驗。這是應該肯定的。但是從20世紀80年代以來，我國的經(jīng)濟形勢和綜合國力發(fā)生了根本的變化，現(xiàn)行的建筑結構設計可靠度是否適應國情的需要，值得探討。目前的情況是:

①結構造價占整個建筑造價的比例愈來愈小。②對結構使用功能的要求愈來愈高。現(xiàn)在建筑物內(nèi)各種設施和財產(chǎn)的價值愈來愈高，對結構的可靠度自然會提出更高的要求。隨著生產(chǎn)和生活方式的更新，人們要求建筑物在使用過程中具有更大的靈活性，更能適應功能變換的需要，因此，也要求結構可靠度有更大的儲備。⑨建筑物已成為商品，國家不再是城鎮(zhèn)物業(yè)的惟一投資者和擁有者。這是一個重要的變化。過去業(yè)主只是國家，國家不堪統(tǒng)建城鎮(zhèn)房屋的重負，只能采取低可靠度的設計原則。現(xiàn)在業(yè)主中有了普通百姓，百姓買房時總希望可靠些好，更何況提高結構設計可靠度又不會過多增加費用。④結構材料已能充分供應。鋼材、水泥的供應并不緊張，合理地多用一些鋼材不僅可提高結構性能，而且還能帶動國民經(jīng)濟發(fā)展。

5 結束語

綜上所述，如果繼續(xù)執(zhí)行低可靠度的政策既不符合國家眼前和長遠利益，也違背了投資者的意愿。①建筑結構作為特殊商品。確定其設計可靠度的高低不再是純政府行為，開發(fā)商應該對其出售建筑物的安全品質(zhì)負責，在影響售價不大的情況下應盡可能提高可靠度。更高的可靠性應作為房屋開發(fā)商促銷和競爭的一個熱點。②我國現(xiàn)行結構設計標準的低可靠度原則已不能適應當前國情，提高我國建筑結構設計的可靠度水平將有利于生產(chǎn)、生活水準的改善，有利于國民經(jīng)濟發(fā)展，也符合建筑物業(yè)主的利益和要求。③從提高結構可靠度出發(fā)，為了改善結構物的可靠性，要提倡合理地多用鋼材，而不再是挖空心思地節(jié)約鋼材。

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