建筑結構設計中的安全度探討

鄭筱潔

建筑結構設計中的安全度探討

鄭筱潔

主要從規范、可靠度設計以及設計中存在的安全隱患等幾個方面對建筑結構設計中的安全度問題進行了探討,并提出了若干提高措施,對正確認識設計中的安全度有一定的積極作用。

建筑結構,可靠度,安全隱患

建筑結構的安全度受很多因素的制約,如設計參數的選取、結構模型的仿真度、施工質量以及后期使用情況等。本文主要從設計的角度對建筑結構的安全度進行分析探討。

1 對規范的理解

部分同行認為建筑相關規范中對安全度的重視度不夠,存在安全儲備偏低。存在這種認識的原因,主要是由于全國各地經常發生建筑結構開裂、傾斜甚至直接倒塌等,其實這是一種誤解。國內有很多建筑至今已使用 40多年,經受住了各種荷載的作用仍然巋然矗立。可以說現在的安全事故,不一定與結構設計安全度有確定的連帶關系。在施工質量有保證的前提下,結構的安全程度是能滿足需求的。所以現有規范是能滿足安全的需要的,不必作出全面的變更。但隨著時代的發展,安全度的要求也越來越高,原有規范的局部地方可能存在不能滿足現狀需求,所以每隔一段時間,相關部門就會對規范做一定的修改,更新以前的版本。因此,規范對安全度的規定是可以滿足社會發展需要的,且規范對安全度的要求只是最低值,設計人員完全可以根據不同的工程對象,必要時采用高于規范規定的數值。

在我國混凝土規范編制初期時,由于當時事故頻發,某些專家便提出需要建筑結構的安全度,但受制于當時的國力及政治環境而未能實現。隨著社會的發展,對建筑結構安全度的需求也提高了。作為安全度的指標之一的含鋼量,我國現行規范規定的低用鋼量值是最小值,在實際設計時,設計者會根據具體情況予以適當提高,所以借此來判定我們在工程中的材料用量是不適合的。事實上,在某些細節方面,也已經與國際水平相當了。如剪力墻的最小配筋率為 0.25%,與美國規范的規定值相同;墻的暗柱配筋量,已是世界較高水平。這種構造物中的配筋率,我國規范與國外規范相差無幾,甚至某些情況下配筋更多。

2 可靠度

可靠度理論作為設計理論是從20世紀 80年代開始被引入各種設計稿規范的。但是在實際應用過程中,意見并不統一,專家對此的解釋是：1)將先進的可靠度理論引入規范,是我國規范的又一重大進步。它將實際使用時的隨機過程化為用隨機變量表示的效應方程,并輔以經驗校準,用失效概率度量結構的可靠性。在國際工程設計中,可靠度理論也被 ISO所大力提倡,乃國際工程設計界大勢所趨;需要提出的是可靠度理論同樣也重視經驗,可靠度取值便是用校準法確定。2)基于可靠度的設計雖然是設計理念上的一重大進步,但是將其具體應用到相關規范時,仍存在瑕疵：比如概率可靠度理論需要大量數據的統計做基礎,但目前在荷載和抗力統計方面,仍存在一些問題;結構可靠度分析的三個基礎點都有不完善之處;可靠度理論強調三個正常,即正常設計、正常施工和正常使用,但正常和不正常沒有明確的界定。因此,盲目地將可靠度理論推廣于各種規范,會產生一些不宜之處。3)相比概率可靠度設計方法,分項多安全系數設計方法要更為靈活實用。在確定安全系數時,可以同時采用可靠度理論一起作分析,最后選定合適的系數值。4)建筑結構設計中存在的安全隱患。這里我們僅從設計的角度談,不考慮施工和后期使用的不規范帶來的安全隱患。

2.1 結構抗震考慮不足

汶川地震和玉樹地震的慘痛教訓告訴我們,某些地方建筑結構抗震性很差,未達到我國規范規定的標準。提高抗震設計水平是提高建筑結構設計安全度的一個重要方面。同時由于我國幅員廣闊,各個地區的地震級別與地震幾率情況各有不同。因此應了解實際情況,具體分析,選擇不同的抗震規范,具體設計。

2.2 結構設計中偷工減料,鋼材不足導致功能減弱

在市場經濟的今天,由于對利潤的追求,某些建筑開發商無視規范,迫使設計人員在結構設計時,過度的減少鋼材等,導致建筑物中鋼材等材料的性能減弱,進一步導致建筑物的質量不過關,安全性下降。

2.3 建筑結構設計不合理

由于某些客觀原因,結構設計人員知識和經驗不足,在結構設計時難免存在不合理之處,存在安全隱患。或是某些設計者安全意識不夠,只顧外觀而不顧質量,或知道公司要求的設計形式行不通,為了保住自己的飯碗而不提出異議,縱使悲劇上演。

3 提高建筑結構設計安全性的措施

3.1 提高建筑結構設計人員對抗震性能的重視意識

結構設計是個復雜的、精確的工作,需要深厚的理論知識和嚴肅認真負責的工作態度。設計人員要嚴格要求自己,對每一步設計都要了然于心,并做到知其所以然,正確理解規范條文,對行業動態和最新發展有一定的了解,工作之余要善于反思和總結,為以后的工作積累經驗。結構設計人員要轉換自己的陳舊思想,正確對待抗震性能的重要性,在條件允許的情況下,到地震一線去,對地震有一個直觀的認識,并留意地震的破壞形式等,為今后的工作提供指導。

3.2 嚴格遵守相關規范

隨著社會經濟的發展,建筑結構越來越受到重視。國家也適時地出臺了一些相應規范。所謂規范,是具有強制性的。為了提高建筑結構的安全性,設計人員應謹守本責,對設計時不滿足相關規范的行為應及時提出,并針對問題,提出解決方案。同時,建筑結構設計人員對存在違規行為且屢教不改的人員要及時舉報,以免造成更嚴重的損失。

3.3 重視研發

計算機的發展為設計軟件高仿真提供了廣闊前景。造型越是新穎,外觀越是獨特,計算起來也就越復雜,結構設計難度越來越大。從另一個方面來說,對設計人員知識的廣度和深度有了更多的要求,對計算軟件也提出了新的要求。所以,要提高結構設計中建筑的安全性,就必須對結構計算軟件進行開發,這個過程需要結構設計人員和編程人員全面合作,深度交流,齊心協力共同合作完成軟件開發,推新創新。

4 需正確看待的幾個問題

1)提高建筑結構的安全度,并不是簡單地增加水泥或鋼筋用量等,而是在正確、認真分析結構受力的情況下,輔以進步科技和強化管理,合理地提高建筑結構的安全儲備和耐久性能。2)提高建筑物安全度和耐久性,對社會影響重大,需認真對待。因為建筑結構安全水準的制約因素較多,既要考慮社會經濟的長遠,又要考慮設計、施工技術水平(尤其是施工水平)等要素,因此,必須經過國家有關部門組織有關學術界、工程界和經濟界的共同參與探討,以尋求科學的并能與國際接軌的符合我國情況的建筑結構可靠度設定水準和耐久性指標。3)浪費問題。在設計業內,存在一種普遍現象：為了保證盡量安全,在設計時,盡量采取保守設計。這本身并沒有什么錯,但是很多設計人員,尤其是年輕設計人員,由于并不是十分有信心,在取值方面,盡量的保守,造成沒有必要的浪費。浪費問題的根源是對相關知識的不清楚,分析能力不足,信心缺乏。因此為了避免因設計造成的浪費,需經常對自己“充電”,合理科學的進行設計。

5 結語

在今后的工作中,建筑結構設計人員需要重新認識自己工作的重要性,明確自己的責任,提高對結構設計質量安全問題的辨別能力,積累結構設計中出現的問題作為經驗,使建筑結構設計工作行業逐步步入正軌,做到建筑物的設計更安全、更合理。

[1]張成中.混凝土結構適用耐久性評估及其工程應用[D].西安：西安建筑科技大學,2002.

[2]蒲德群.建筑結構安全水平的合理設置方法及策略研究[D].北京：清華大學,2005.

[3]許清風,蔣永生,傅傳國,等.關于土耳其和臺灣大地震的一點思考[J].工程抗震,2000(3)：71-72.

[4]張明朗.淺論建筑結構安全性的實現[J].山西建筑,2010,36(1)：89-90.

Inquiry on the security in architectural structure design

ZHENG Xiao-jie

This paper discusses the security issue in architectural structure design from aspects of norms,reliability design,and design hazards and so on,and puts forward some imp rovingmeasures,which has certain positive role in correctly understanding the security.

architectural structure,reliability,security hazards

TU318

A

1009-6825(2011)09-0033-02

2010-11-28

鄭筱潔(1973-),女,高級工程師,福州市園林科學研究院,福建福州 350000