高層建筑結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)安全性的一種有效手段。我國已頒布統(tǒng)一標準，要求結(jié)構(gòu)設計規(guī)范按可靠度理論設計。70年代的我國混凝土結(jié)構(gòu)、木結(jié)構(gòu)和鋼結(jié)構(gòu)設計規(guī)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(tǒng)一。但是，對規(guī)范采用可靠度理論，以及這一理論能否將各種結(jié)構(gòu)的安全度都統(tǒng)一在同一體系中，觀點如下:

1.1.我國規(guī)范采用了先進的可靠度理論，用失效概率度量結(jié)構(gòu)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(jīng)驗為校準點，成功地將這一理論用于建筑結(jié)構(gòu)設計規(guī)范中，這是我國規(guī)范先進性的一種表現(xiàn)。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(guī)范中采用可靠度理論的原則。可靠度理論一樣重視經(jīng)驗，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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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?yōu)殡S機變量，以及將截面承載力的安全指標β作為結(jié)構(gòu)的可靠指標，隨著認識的發(fā)展都值得質(zhì)疑。用概率可靠度理論需要進行大量數(shù)據(jù)統(tǒng)計，但不論荷載統(tǒng)計或抗力統(tǒng)計都還存在一些問題，規(guī)范安全度還需考慮將來可能出現(xiàn)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(jīng)濟因素等。可靠度理論強調(diào)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(guī)范，會帶來一些不必要麻煩，比如地基基礎規(guī)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(guī)范中不得不引入調(diào)整系數(shù)。又如地下結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)構(gòu)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(jié)構(gòu)的大壩設計目前只有蘇聯(lián)用可靠度理論，其它國家都用安全系數(shù)k大壩在不同工作條件下的溫度。滲透壓力很難用統(tǒng)計確定，影響壩基穩(wěn)定的地基軟弱夾層及其分布也很難憑少數(shù)鉆孔取樣確定其統(tǒng)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(jié)構(gòu)規(guī)范要確定火車的荷載譜，現(xiàn)在花了很大力氣已取得上萬條荷載譜，統(tǒng)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(tǒng)計多不相關。

1.3.分項多安全系數(shù)設計方法要比可靠度方法更為靈活實用。在確定安全系數(shù)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(shù)值。鑒于現(xiàn)行建筑結(jié)構(gòu)設計規(guī)范已經(jīng)采用了可靠度理論，不足之處可繼續(xù)改進，而其設計公式的表達形式又與分項多安全系數(shù)基本相似，所以也不必再回到老路上去。現(xiàn)行可靠度設計規(guī)范中的分項系數(shù)，其含義可以模糊些，考慮更多的經(jīng)驗因素，這在可靠度理論中也是說得過去的。規(guī)范采用可靠度理論應采取實事求是的態(tài)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(tǒng)一。

2.高層建筑結(jié)構(gòu)設計安全度現(xiàn)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(chǎn)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(chǎn)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(jīng)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(jié)構(gòu)設計可靠度無關。如20世紀50年代的結(jié)構(gòu)設計力法，與現(xiàn)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(fā)生安全事故的較少。現(xiàn)在的安全事故與結(jié)構(gòu)設計安全度沒有連帶關系。其次，我國建筑設計規(guī)范中的構(gòu)造規(guī)定尚屬恰當。安全規(guī)范與國際市場無直接聯(lián)系，要根據(jù)國家政策而定。從實踐表現(xiàn)看，我國規(guī)范中的構(gòu)造規(guī)定，并非都比別國低。我國規(guī)范規(guī)定的是最低用鋼量，設計者一般根據(jù)結(jié)構(gòu)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(guī)范規(guī)定的柱子最小含鋼量為0.4%，是不考慮抗地震時的數(shù)量，我們大多數(shù)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(guī)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(jié)構(gòu)的安全性

結(jié)構(gòu)設計的首要任務是選用經(jīng)濟合理的結(jié)構(gòu)方案.其次是結(jié)構(gòu)分析與構(gòu)件和連接的設計，并取用規(guī)范規(guī)定的安全系數(shù)或可靠指標以保證結(jié)構(gòu)的安全性。結(jié)構(gòu)的安全度通常指安全系數(shù)或可靠指標,實際上只是對結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)安全性的因素大多，安全度是保證結(jié)構(gòu)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(guī)范對結(jié)構(gòu)強度計算上的安全度需要，而忽視從結(jié)構(gòu)體系，結(jié)構(gòu)構(gòu)造，結(jié)構(gòu)材料，結(jié)構(gòu)維護，結(jié)構(gòu)耐久性、以及從設計，施工到使用全過程中經(jīng)常出現(xiàn)的人為錯誤等方面去加強和保證結(jié)構(gòu)的安全性。有的結(jié)構(gòu)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(gòu)件截面過薄，削弱了結(jié)構(gòu)耐久性;這些都會嚴重影響結(jié)構(gòu)的安全性;有的城市橋梁雖然滿足設計規(guī)范的強度要求僅用了5～10年就因耐久性出了毛病影響結(jié)構(gòu)安全。結(jié)構(gòu)耐久性不足已成為最現(xiàn)實的一個安全問題，設計時要從構(gòu)造、材料等角度采取措施加強結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)設計規(guī)范有二種體制，一種是推薦性的，另一種是強制性的。發(fā)達國家的規(guī)范多是推薦性的，對設計人員只起幫助指導作用，結(jié)構(gòu)工程千變?nèi)f化，規(guī)范不可能取代設計人員所必需的理論知識。經(jīng)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(guī)范的約束。我國的設計規(guī)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(guī)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(guī)范的制汀工作也就提出了很高的要求。強制性規(guī)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(fā)揮調(diào)動甚至限制設計人員的創(chuàng)造性。強制性規(guī)范的利弊值得仔細探討。長期以來，我國規(guī)范由政府部門管理，隨著政府機構(gòu)精簡和政府功能轉(zhuǎn)變，有人擔心在規(guī)范管理的力度上會否削弱今后可否借助各種學會、協(xié)會的積極性，委托學會、協(xié)會來編制和管理，而政府部門則起批準監(jiān)督作用。如果將規(guī)范的課題研究，規(guī)范的編制和規(guī)范的批準分成獨立_的不同層次，是否會更好一些。在規(guī)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(jīng)濟的體制，有必要作細致的研究。

4.結(jié)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(chǎn)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(jié)構(gòu)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.