提高建筑结构安全度设计的探讨

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  摘要:我国的建筑结构安全度设计问题应该得到设计人员的重视,本文从建筑结构设计安全度的概念入手,进一步分析了安全度设计过程中经常遇见的一些问题,并提出了相应的解决措施。
  关键词:建筑结构;结构设计;安全度
  随着我国国民经济的快速发展和城市化进程的加快,城市规模不断增大,人口不断增加,使得城市住房建设用地高度紧张,以及人民对生活质量的高标准的追求,新建高层建筑是城市发展的必然趋势。这就必然给结构工程们对高层建筑的设计也带来了许多新的课题和更高的挑战。如何设计出舒适、安全、经济、美观,同时又要符合人们精神生活要求的建筑。满足人们生产和生活的需求,是结构设计师们必须要面对和需要解决的首要问题。掌握高层建筑结构设计的要点,正确处理高层建筑设计过程中出现的问题,是每个结构设计师所必须具备的基本素质。
  1 建筑结构安全度概述
  1.1 建筑结构设计安全度的定义。
  建筑结构设计的最终目标是实现“三性”:安全性,在正常使用条件下能承受可能出现的各种外荷载作用(如:自重、机械设备、家具、人流以及风雪、气温变化等);在特殊情况下(如:地震、火灾、飓风等)仍能保持建筑物整体稳定、不倒塌;舒适性,在正常使用情况下具有良好的工作性能,即能正常发挥建筑物各部分的使用功能;耐久性,在正常使用和维护条件下具有足够长的安全使用寿命(设计使用年限)。上述安全性、舒适性、耐久性是衡量建筑结构是否安全可靠的基本标志,称为建筑结构的安全性。在建筑结构设计中用来度量结构安全性、舒适性的指标就叫安全度。
  1.2 安全度的不同表示方法
  20 世纪50 年代以来,我国建筑结构设计方法历经容许应力设计法、破坏阶段设计法、极限状态设计法和概率极限状态设计法四个阶段;在结构设计规范中,则分别以安全系数、分项系数和可靠指标来表示容许应力法、破坏阶段法、概率极限状态的安全度。其实,建筑结构安全度(有较可靠度)还与其它一些因素有关,例如:结构的构造规定、荷载标准与材料强度标准值、结构内力分析的精确度和构件承载计算公式等。
  建筑结构可靠度(安全度)理论是分析建筑结构安全性的一种有效手段。我国早已颁布、实施了建筑结构设计统一标准,要求结构设计时,按可靠度理论设计。可靠度理论用失效概率来度量结构的可靠性,通过将结构自身的抗力和外荷载的作用效应相互独立,将随机过程化成随机变量,并以经验数据作为校准点,成功地将这一理论应用到建筑结构设计规范中。
  2 建筑结构安全度设计中常见的问题
  结构设计安全的高低,是国家经济和资源状态、社会财富积累程度以及设计施工技术水平与材料质量水准的综合反映。确定工程的安全度在一定程度上需以概率和统计为基础,但更多的须依靠经验、工程判断及综合考虑。与国际上一些通用标准相比,我国混凝土结构规范设定的安全度的各个环节中,如我国混凝土结构设计规范取用的荷载值比国外低,材料强度值比国外高,估计结构承载力所用计算公式的安全度低于国外甚至在个别情况下偏于不安全,对结构的构造规定又远比国外要求低。现行规范安全度与国际相比虽然偏低,但是可以接受,这是数十年来成功建成数百亿平方米建筑物的长期时间加以证实的。但考虑到客观形势变化,国家经济实力增强和住宅制度改革现状,可以将现行设计可靠度水平适当提高一点,这样投入不大,却对长远利益有利。
  3 提高建筑结构设计安全度的建议
  3.1提高建筑结构安全度设计方面的耐久性
  土建结构工程的耐久性与工程的使用寿命相联系,是使用期内结构保持正常功能的能力。目前对建筑结构的耐久性问题还认识不足,往往是凭经验增加一些构造措施来加以弥补,缺乏在耐久性方面系统的理论研究和完善措施。但是,我国建设部于80 年代一项调查表明,国内大多数工业建筑物在使用25-30 年后即需大修,处于严酷环境下的建筑物使用寿命仅15-20 年。上述问题出现的主要原因其一是我国在耐久性设计方面主要存在标准、规范、规程跟不上的问题,缺乏全面、完善、可靠的措施。规范对耐久性的要求,主要应在构造和材料性能等若干个易于明确表达的几种指标上规定。其二工程施工单位盲目地加快施工进度,尤其是政府行政领导对工程进度的盲目干预行为大大损害了工程耐久性。混凝土的耐久性质量尤其需要足够的施工养护期加以保证,早产有损生命健康的概念同样适用于混凝土。
  结构耐久性不足已成为最现实的一个安全问题,设计时要从构造、材料等角度采取措施加强结构耐久性,并要对施工单位提出具体施工要求。作为结构设计人员在设计中不能考虑强度多而考虑耐久性少,重视强度极限状态而不重视使用极限状态,重视新建筑的建造而不重视旧建筑的维护。作为设计人员不能只套规范,应该根据不同的设计对象,不同的环境和使用条件,发挥自己的才智和创造性;规范再详细也不能包罗本来应由设计人员自己去解决的各种问题。
  3.2 提高结构设计安全度的可靠度
  可靠度理论强调三个正常,即正常设计、正常施工和正常使用,这三个因素之间是相辅相成的,也是保证结构安全性的决定性因素。建筑结构设计不仅应严格遵守国家有关规范,建筑设计标准的要求,而且诸如结构选型、传力途径、计算简图、配筋原则、构造措施等非计算因素同样影响结构安全度,而且更具根本性。力学概念不清、工程经验缺乏、对计算机的过分依赖等,都可能引起建筑结构的安全性问题。因此,对设计人员进行再教育、再培训和考核工作十分必要,设计单位应严格按照三级较审的审核制度执行。我国规范并没有明文规定设计人员不准采用高于规范设定的安全度水平,但在过去计划经济时代的影响下,缺乏经验的设计人员有时还是不善于针对具体工程对象的需求和具体的施工环境条件,必要时加以灵活运用;而与此相反,某些故意钻规范空子的人则会沿着规范允许的最低边缘路线行事,以达到其不良目的并推卸责任。
  为了保证建筑结构安全度,一些工程在建成后应该不但做到合理正确的使用,还应该进行定期检测和维护。那么如何合理正确的使用建筑物,这就是目前建筑领域上的一个空白。例如现在的商品房交付使用后,用户在装修过程中,地面的负荷有多大?恐怕没有一个业主能够知道。这就给普通楼板的使用带来隐患,即便是正常设计和正常施工的楼板,心血来潮的业主在普通楼板上增加一个浴盆,也足以使得楼板变形甚至出现危险。此外建筑结构的安全性,与使用阶段的检测、维护和修理不能分割,对处于露天和恶劣环境下的基础设施工程来说尤其如此。因此,在正常设计和正常施工条件下,要将结构安全质量事故减少到最低程度,还应以预防为主,通过例行检测及时发现问题,及时整改,确保建筑结构的安全性。
  4 结语
  总之,建筑结构的安全度设计应该成为我们设计人员工作中最重要的关注问题,这不但关系到安全与经济的协调、基础设施的投资,而且与国家现行政策、法规以及未来的经济发展息息相关,是一个复杂的系统工程问题。就如上文所述,在国家有关可靠性设计标准的基础上,并且结合建筑结构耐久性方面的研究,适当提高建筑结构设计的安全水准、科学的施工手段和使用条件,就能够使建筑结构具有较好的可靠性和耐久性,更好的适应我国现代化建设的需求,适应经济市场的需求。
  参考文献:
  [1]汪常松.略论中国建筑结构的可靠性及改进[J].中国建设信息,2006.1.
  [2]刘玉斌.工程结构可靠度理论的研究现状与展望[J].大连民族学院学报,2006.16.
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