房屋建筑結(jié)構(gòu)安全度設(shè)計要點探究

李為君

摘要：隨著我國社會經(jīng)濟的發(fā)展和城市現(xiàn)代化進程的加快，我們的建筑行業(yè)也處于不斷發(fā)展的進程中，諸多建筑結(jié)構(gòu)如雨后春筍般建設(shè)起來了。而建筑結(jié)構(gòu)的好壞優(yōu)劣，會直接關(guān)系到人民群眾的生命財產(chǎn)安全，還會影響到國家社會的長久穩(wěn)定，所以我們應(yīng)該加強建筑結(jié)構(gòu)安全度的設(shè)計，從而保證建筑工程的質(zhì)量問題。

關(guān)鍵詞：建筑結(jié)構(gòu)；安全度設(shè)計

中圖分類號：TU318文獻標識碼：A文章編號：1674-3024（2016）13-151-02

前言

經(jīng)過幾十年的發(fā)展，我國的房屋建筑結(jié)構(gòu)安全度設(shè)計水平得到了大幅度的提升，逐漸接近國外發(fā)達國家的水平。但是，跟西方發(fā)達國家相比，仍存在很多的不足之處，工程事故的頻發(fā)，不必要的建筑材料的浪費等問題都是值得注意的地方。而這些都和建筑結(jié)構(gòu)規(guī)范標準有著直接的聯(lián)系。

1.建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的內(nèi)容原則和步驟

1.1設(shè)計內(nèi)容

在建筑施工過程中，建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計主要在于結(jié)構(gòu)設(shè)計師和建筑師通過組合各種建筑結(jié)構(gòu)元素，用以表達所期望實現(xiàn)的預(yù)期目標。在一般情況下建筑工程中的結(jié)構(gòu)元素包含著梁、柱、板、地基基礎(chǔ)以及大樣等內(nèi)容，工程師們可以運用這些結(jié)構(gòu)元素來構(gòu)建建筑工程的結(jié)構(gòu)體系。在建筑結(jié)構(gòu)進行設(shè)計時，我們要充分考慮到建筑工程在結(jié)構(gòu)上的總體布局，還要注重建筑結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵部位，尤其需要注意的是在關(guān)鍵細節(jié)問題上的結(jié)構(gòu)設(shè)計。比如在進行建筑結(jié)構(gòu)抗震的結(jié)構(gòu)設(shè)計時，要根據(jù)地震災(zāi)害對于建筑結(jié)構(gòu)總體產(chǎn)生的負面影響，來科學(xué)合理的確定解決建筑設(shè)計實際情況下的基本問題，其中還重點包含著結(jié)構(gòu)破壞過程及機制分析原理，這樣就可以有效提高建筑結(jié)構(gòu)整體的抗震防震能力。

1.2基本原則

通過對建筑工程的整體把握，我們對于建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中的基本原則在于：（1）建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計可以應(yīng)用于正常合理的建設(shè)和施工使用，還能經(jīng)受住正常使用中所面臨的各種可能性；（2）建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計能夠具備良好的工作業(yè)績；（3）建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計可以滿足正常維修和建筑養(yǎng)護時的耐久性；（4）如果有意外情況發(fā)生，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計需要具有發(fā)生事故的設(shè)計規(guī)定，還要保持建筑物必要的整體隱定性。

1.3基本步驟

建筑師在進行建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的過程中，一般情況下要按照方案規(guī)劃階段一計算和設(shè)計階段一施工建設(shè)階段這三個階段來工作。其中方案規(guī)劃階段包括根據(jù)建筑工程的重要性及復(fù)雜程度，充分考慮到抗震設(shè)防烈度、工程地質(zhì)勘查報告、建筑物類型和建設(shè)和層高來最終明確建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計形式。

2.建筑結(jié)構(gòu)安全度概述

2.1建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計安全度的定義

建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的最終目標是實現(xiàn)“三性”：安全性，在正常使用條件下能承受可能出現(xiàn)的各種外荷載作用（如：自重、機械設(shè)備、家具、人流以及風(fēng)雪、氣溫變化等）；在特殊情況下（如：地震、火災(zāi)、颶風(fēng)等）仍能保持建筑物整體穩(wěn)定、不倒塌：適用性，在正常使用情況下具有良好的工作性能，即能正常發(fā)揮建筑物各分部的使用功能：耐久性，在正常使用和維護條件下具有足夠長的安全使用壽命（設(shè)計使用年限）。

上述安全性、適用性、耐久性是衡量建筑結(jié)構(gòu)是否安全可靠的基本標志，稱為建筑結(jié)構(gòu)的安全性。在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中用來度量結(jié)構(gòu)安全性、適用性和耐久性的指標就叫安全度。

2.2安全度的不同表示方法

20世紀50年代以來，我國建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計方法歷經(jīng)容許應(yīng)力設(shè)計法、破壞階段設(shè)計法、極限狀態(tài)設(shè)計法和概率極限狀態(tài)設(shè)計法四個階段；在結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范中，則分別以安全系數(shù)、分項系數(shù)和可靠指標來表示容許應(yīng)力法、破壞階段法、概率極限狀態(tài)法的安全度。其實，建筑結(jié)構(gòu)安全度（又叫可靠度）還與其它一些因素有關(guān)，例如：結(jié)構(gòu)的構(gòu)造規(guī)定、荷載標準與材料強度標準值、結(jié)構(gòu)內(nèi)力分析的精確度和構(gòu)件承載力計算公式等。建筑結(jié)構(gòu)可靠度（安全度）理論是分析建筑結(jié)構(gòu)安全性的一種有效手段。我國早已頒布、實施了建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計統(tǒng)一標準，要求結(jié)構(gòu)設(shè)計時，按可靠度理論進行設(shè)計。可靠度理論用失效概率來度量結(jié)構(gòu)的可靠性，通過將結(jié)構(gòu)自身的抗力和外荷載的作用效應(yīng)相互獨立，將隨機過程化成隨機變量，并以經(jīng)驗數(shù)據(jù)作為校準點，成功地將這一理論應(yīng)用到建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范中。但由于這一理論尚不完善，在具體設(shè)計時還應(yīng)結(jié)合工程實際，靈活應(yīng)用。

3.建筑結(jié)構(gòu)安全度設(shè)計中存在的問題

3.1建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計安全度水平偏低

結(jié)構(gòu)設(shè)計安全度水平的高度并不是受單方面作用的，而是一個綜合的反映。從大的層面來說，它反映了國家經(jīng)濟、社會財富積累以及資源狀況，從小的方面來講，它反映了材料質(zhì)量水準和設(shè)計施工水平。盡管工程安全度的確定是通過概率和統(tǒng)計實現(xiàn)的，但是最重要的依據(jù)卻是工程判斷和施工經(jīng)驗這些綜合因素。在與結(jié)構(gòu)安全度有關(guān)的不同環(huán)節(jié)，我國的混凝土結(jié)構(gòu)規(guī)范設(shè)定的安全度水平比國際上通用標準要偏低，部分偏低程度更深。例如在混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計中采用的荷載值，我國的要求比國外要低，而材料強度值卻高。甚至國外估計結(jié)構(gòu)承載力所用計算公式安全度不達標的安全度標準比我國制定規(guī)范中達標的還要高，同樣的情況體現(xiàn)在很多環(huán)節(jié)，例如結(jié)構(gòu)的構(gòu)造規(guī)定。

和國際水平相比，現(xiàn)行的安全度標準雖然較低，但是這些安全度的制定是通過數(shù)十年實踐來證實的。隨著我國人民生活水平的提高和對住房要求的不斷嚴格，以往的經(jīng)驗數(shù)據(jù)和標準已經(jīng)不能滿足現(xiàn)在的需求。另外，不斷變化的客觀形勢，也對現(xiàn)行設(shè)計可靠度水平產(chǎn)生了一定的影響，相關(guān)的安全度標準必須得到適當?shù)奶嵘?，以促進建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的長遠發(fā)展。

3.2安全度和工程事故的關(guān)系

不少人認為頻發(fā)的工程事故是由于現(xiàn)行規(guī)范的安全度水平太低導(dǎo)致的，這種說法是錯誤的，現(xiàn)行規(guī)范的安全度標準是足夠的。在20世紀50年代，混凝土水平強度較低的情況下，人們用和現(xiàn)在結(jié)構(gòu)設(shè)計相似的方法、落后的施工手段，建立了許多至今仍在發(fā)揮作用的建筑物，例如王府井百貨大樓和北京飯店等，這些建筑物已經(jīng)有51年的歷史，經(jīng)歷了地質(zhì)災(zāi)害卻依然屹立。當時使用的混凝土強度比現(xiàn)在強度較低的C1 5還要低，并且混凝土的配合方法使用的是體積比，沒有振搗器，攪拌的方式也完全是人工的。但是，安全事故在當時是很少發(fā)生的，由此可見，結(jié)構(gòu)設(shè)計安全度并不是現(xiàn)在安全事故的原因，而一些諸如施工不規(guī)范、偷工減料等才是安全事故的原因。

4.提高建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計安全度的建議

4.1結(jié)構(gòu)設(shè)計風(fēng)格需簡約

在保證安全的前提下，采用較少的材料來滿足建筑物不同的功能需求是結(jié)構(gòu)設(shè)計工程師的主要職責(zé)之一。在安全度設(shè)計方面，最主要的一項是關(guān)于鋼材節(jié)約的問題，構(gòu)件截面的大小對材料用量有著直接影響，因此要設(shè)置合適的構(gòu)件截面。在西方發(fā)達國家，結(jié)構(gòu)設(shè)計工程師也在追求材料的節(jié)約，這種節(jié)約是以安全性的保證為前提的。節(jié)約鋼材，結(jié)構(gòu)方案合理布置，采用規(guī)則的圖形設(shè)計方案和常規(guī)材料，搭配出合理的設(shè)計風(fēng)格，不僅能節(jié)省建造費用，還減輕了建筑物自身的載荷，保證了結(jié)構(gòu)安全度。

4.2靈活運用國家規(guī)范設(shè)計標準

國家規(guī)范中最低用鋼量是根據(jù)綜合因素考慮制定的，這種最低標準不能作為設(shè)計者參考的依據(jù)，不同的建筑物對建筑結(jié)構(gòu)的要求不同，因此應(yīng)根據(jù)建筑物的不同，相應(yīng)的提高用鋼量。在我國，相關(guān)規(guī)定中柱子的含鋼量不能少于0.4%，這個標準是將地震等地質(zhì)災(zāi)害因素排除在外的，但是我國大多數(shù)地區(qū)屬于地震頻發(fā)帶，這些是必須要考慮的，因此必須適當提高含鋼量，尤其是在高層建筑中，含鋼量必須達到0.5%～1.0%，甚至更多。我國現(xiàn)行的構(gòu)造規(guī)定，部分要求已經(jīng)和國外相近，例如剪力墻，和美國最小配筋率0.25的標準是相同的。并且在部分方面，我國構(gòu)造規(guī)定要比國外更加嚴格，如墻的暗柱配筋量等。很多設(shè)計者在進行設(shè)計時，往往以國外標準為參考標準來進行設(shè)計，不同地區(qū)有不同的情況，因此不能一概而論，比如配筋方面，美國的標準比我們還要少，但是，如果以國外的標準來指導(dǎo)我國的施工，顯然是行不通的。因此，設(shè)計師要根據(jù)施工條件的不同，來合理利用相關(guān)構(gòu)造標準，不能生搬硬套，一定要保證建筑結(jié)構(gòu)安全度。

4.3根據(jù)政策制定規(guī)范。

結(jié)構(gòu)規(guī)范的制定是國家經(jīng)濟條件的直接反映，因此和國家政策息息相關(guān)。和發(fā)達國家相比，我國規(guī)范的材料用量，總體來說，顯然是低的，也就是安全度要低。但是，過往的這些年的實踐情況足以證明，我們的規(guī)范標準是安全的。隨著經(jīng)濟的發(fā)展和相關(guān)要求的增加，安全標準需要適當?shù)奶岣撸?，不能盲目的增加?gòu)件截面，增加用鋼量，造成不必要的浪費。

5.結(jié)語

建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計要保證安全性、適用性和耐久性，這對安全度設(shè)計提出了嚴峻的挑戰(zhàn)，針對目前的材料使用不規(guī)范，安全度不達標的問題，必須制定相應(yīng)的措施來避免。國家制定的規(guī)范是符合現(xiàn)階段我國國情的，對安全度設(shè)計有著極其重要的指導(dǎo)作用，但是，仍有很多不足之處。需要結(jié)構(gòu)設(shè)計人員，根據(jù)工程情況合理設(shè)計，在保證安全度的前提下，規(guī)范設(shè)計風(fēng)格和材料用量。