高層建筑結構設計中安全性鑒定的分析

郭 馳 蔣正濤

（四川省建筑設計院，四川 成都 610000）

1.高層建筑可靠度設計理論

高層建筑可靠度理論是分析結構安全性的一種有效手段。我國已頒布統一標準，要求結構設計規范按可靠度理論設計。70年代的我國混凝土結構、木結構和鋼結構設計規范分別采用不同的設計方法體系，在安全度的表達形式上互不相同，給設計或教學都造成不便，50年代用可靠度理論率先加以統一。但是，對規范采用可靠度理論，以及這一理論能否將各種結構的安全度都統一在同一體系中，觀點如下:

1.1.我國規范采用了先進的可靠度理論，用失效概率度量結構的可靠性，通過將抗力和作用效應相互獨立。將隨機過程化為隨機變量并以經驗為校準點，成功地將這一理論用于建筑結構設計規范中，這是我國規范先進性的一種表現。工程設計采用可靠度理論為國際標準組織(ISO)所提倡，是國際上大勢所趨;多次國際安全度會議也傾向于采納ISO提出的在設計規范中采用可靠度理論的原則?？煽慷壤碚撘粯又匾暯涷?，可靠度取值用校準法確定。

1.2.可靠度理論是分析和度量結構安全性的一種先進手段，但在應用上還有其局限性，理論本身也有一些方面未能突破，比如結構可靠度分析的三個約束條件:將抗力與作用效應分離，將隨機過程變為隨機變量，以及將截面承載力的安全指標β作為結構的可靠指標，隨著認識的發展都值得質疑。用概率可靠度理論需要進行大量數據統計，但不論荷載統計或抗力統計都還存在一些問題，規范安全度還需考慮將來可能出現的荷載變化。概率可靠度理論會有意或無意地簡化、忽略本應考慮但又無法用這一理論處理的因素，如一定程度的人為失誤以及社會。經濟因素等?？煽慷壤碚搹娬{三個正常，即正常設計。正常施工和正常使用，但正常和不正常有時不易界定:匆忙地將可靠度理論推廣于各種規范，會帶來一些不必要麻煩，比如地基基礎規范中，地基承載力強度的設計值競比標準值還高，抗震設計規范中不得不引入調整系數。又如地下結構的荷載與其作用效應高度輛合，其不確定性遠大于荷載本身的不確定性、結構構件尺寸的不確定性。以及材料強度不確定性的總和，而前者又難以估計，這時勉強采用可靠度設計往往徒有形式而無實效。有的專家指出，水工結構的大壩設計目前只有蘇聯用可靠度理論，其它國家都用安全系數k大壩在不同工作條件下的溫度。滲透壓力很難用統計確定，影響壩基穩定的地基軟弱夾層及其分布也很難憑少數鉆孔取樣確定其統計特性，所以用可靠度理論估計不了壩體的安全度。將可靠度理論用于鐵路工程結構規范要確定火車的荷載譜，現在花了很大力氣已取得上萬條荷載譜，統計出了50年最大可能荷載，可是今后鐵路上的火車荷載及其變化，更多地由鐵路部門指令所確定，與那些統計多不相關。

1.3.分項多安全系數設計方法要比可靠度方法更為靈活實用。在確定安全系數時，同樣可以利用可靠度理論一起作分析，最后選定合適的系數值。鑒于現行建筑結構設計規范已經采用了可靠度理論，不足之處可繼續改進，而其設計公式的表達形式又與分項多安全系數基本相似，所以也不必再回到老路上去?，F行可靠度設計規范中的分項系數，其含義可以模糊些，考慮更多的經驗因素，這在可靠度理論中也是說得過去的。規范采用可靠度理論應采取實事求是的態度，能用的盡量用，尚不成熟的將來再用,不宜用行政手段一刀切去追求“統一。

2.高層建筑結構設計安全度現狀

高層建筑物由于設計、施工、使用力法、使用年限、遭受不同自然災害等因素的影響，許多建筑物的安全性有待評定;特別是一此已完工或正在建設中的建筑由于各種因素的影響，建筑物已產生了不同程度的損傷，為此必須進行建筑物安全性鑒定。由于建筑產品的商品化、市場化，建筑物鑒定工作直接與各相關力存在經濟利益關系，從而也導致了一些法律問題。

首先，當前的建筑物安全事故，與結構設計可靠度無關。如20世紀50年代的結構設計力法，與現在近似，當時所用的混凝土強度很低，施工手段也很落后，混凝土用人工攪拌，沒有振搗器，而當時施工發生安全事故的較少?，F在的安全事故與結構設計安全度沒有連帶關系。其次，我國建筑設計規范中的構造規定尚屬恰當。安全規范與國際市場無直接聯系，要根據國家政策而定。從實踐表現看，我國規范中的構造規定，并非都比別國低。我國規范規定的是最低用鋼量，設計者一般根據結構重要性，予以適當提高，所以不能以此來判定我們在工程中的材料用量，更不能以我們的最低值來與人家比。我國規范規定的柱子最小含鋼量為0.4%，是不考慮抗地震時的數量，我們大多數城市設計時都考慮抗震，高層建筑更是都要考慮，這時柱子的最小含鋼量就是0.5%-1.0%。而且設計單位在設計高層建筑的柱子時，用鋼量常比規范要求的還大，因此與國外相比，實際用鋼量并不小。

3.高層建筑物安全性設計要從多個方面來保證結構的安全性

結構設計的首要任務是選用經濟合理的結構方案.其次是結構分析與構件和連接的設計，并取用規范規定的安全系數或可靠指標以保證結構的安全性。結構的安全度通常指安全系數或可靠指標,實際上只是對結構截面強度安全的一種度量，與此相關的還有荷載和材料強度標準值的取值。影響結構安全性的因素大多，安全度是保證結構安全性的重要方面但不是全部。有些設計人員往往只滿足于規范對結構強度計算上的安全度需要，而忽視從結構體系，結構構造，結構材料，結構維護，結構耐久性、以及從設計，施工到使用全過程中經常出現的人為錯誤等方面去加強和保證結構的安全性。有的結構整體性和延性不足，抗偶然作用和防倒塌能力差;或者計算圖形和受力路線不明確，造成局部受力過大:或者混凝土強度等級過低、保護層厚度過小、鋼筋直徑過細、構件截面過薄，削弱了結構耐久性;這些都會嚴重影響結構的安全性;有的城市橋梁雖然滿足設計規范的強度要求僅用了5～10年就因耐久性出了毛病影響結構安全。結構耐久性不足已成為最現實的一個安全問題，設計時要從構造、材料等角度采取措施加強結構耐久性，并要對施工單位提出具休要求。

國際上高層建筑物安全性的結構設計規范有二種體制，一種是推薦性的，另一種是強制性的。發達國家的規范多是推薦性的，對設計人員只起幫助指導作用，結構工程千變萬化，規范不可能取代設計人員所必需的理論知識。經驗和判斷，設計人員必須自己承擔設計的全部責任，可以不受推薦性規范的約束。我國的設計規范則是強制性的，是設計人員必須遵守的法律，如有違反，一切責任由設計人自負，而出了事故，設計人員也可憑規范推卸責任。幾十年來，這種做法已在工程設計界深入人心，因而對規范的制汀工作也就提出了很高的要求。強制性規范的不足之處是，不能靈活適應設計中遇到的各種情況，難以照顧到設計者可能遇到的各種特殊問題，而且客觀上不利于發揮調動甚至限制設計人員的創造性。強制性規范的利弊值得仔細探討。長期以來，我國規范由政府部門管理，隨著政府機構精簡和政府功能轉變，有人擔心在規范管理的力度上會否削弱今后可否借助各種學會、協會的積極性，委托學會、協會來編制和管理，而政府部門則起批準監督作用。如果將規范的課題研究，規范的編制和規范的批準分成獨立_的不同層次，是否會更好一些。在規范的編訂和管理上如何能更好地適應既是社會主義、又是市場經濟的體制，有必要作細致的研究。

4.結束語。

高層民用建筑物由于設計、施工、使用方法、使用年限、遭受不同自然災害等因素的影響，許多建筑物的安全性有待評定;特別是一些已完工或正在建設中的建筑由于各種因素的影響，高層民用建筑物已產生了不同程度的損傷，因此進行建筑物安全性鑒定是必然的。

[1]曹軍.鋼筋混凝土結構施工期安全分析與控制軟件SAC的工程實踐評測.上海交通大學,2005.