论建筑结构设计安全度分析

◎ 浙江省泰顺县建筑设计研究所 陶学棋

浙江省泰顺县建设工程质量监督站 林竹华

一、建筑结构设计安全度的概念

从事建筑结构设计的基本目的，是在一定的经济条件下，赋予结构以适当的安全度，使结构在预定的使用期限内，能满足所预期的各种功能要求，一般来说，建筑结构必须满足的功能要求是：1）、能承受在正常施工和使用时可能出现的各种作用，且在偶发事件中，仍能保持整体稳定性，即建筑结构需具有的安全性；2）、在正常使用时具有良好的工作性能建筑结构需具有的适用性；3）、在正常维护下具有足够的耐久性。

上述安全性、适用性和耐久性，是建筑结构安全与否的标志，总称为结构的可靠性，对这些性能的度量，即结构在规定的时间内，在规定的条件下，完成预定功能的概率，称为结构的安全度。

二、选择结构设计安全度的有关因素

结构设计安全度的高低，是国家经济和资源状况，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。具体来说，选择结构设计安全度要处理好与工程直接造价、维修费用及投资风险(包括生命及财产损失)之间的关系。虽然，提高结构设计安全度时，结构的直接造价将有所提高，而维修费用将减少，投资风险亦将减少，如果降低工程造价，则维修费用和投资风险都将提高。所以，确定建筑的结构设计安全度，实际上是在结构造价(包括维修费用在内)与结构风险之间权衡得失，寻求较优的选择。那种单纯以建造时的材料消费用量和经济指标来评价结构安全度的观点，将导致片面的结论。实际上，结构设计安全度的选择，不仅涉及生命财产的损失，有时还会产生严重的社会影响，对某些结构，还将可能产生严重的政治后果，而且还涉及到国家的经济基础和技术经济政策。

三、我国结构设计安全度的现状

我国的建筑结构设计安全度已不适应当前国情的需要。自20世纪50年代以来，我国建筑结构的设计方法，经历了容许应力设计法、破损阶段设计法、极限状态设计法和概率极限状态设计法的重大变化。在结构设计标准中，安全度主要表现为安全系数(容许应力法、破损阶段法)、分项系数(极限状态法)和可靠指标(概率极限状态法)同时还与其它许多因素有关，如结构的构造规定、荷载标准值与材料强度标准值的取值、构件承载力计算公式及结构内力分析的精度等。从50年代到现在，我国建筑结构的设汁标准不论在方法或具体内容上都有了很大的发展和提高，但在结构设计的安全度要求上，却一直没有大的变动，与国际通用设计标准相比始终处于低水平的安全度。这并不是一个单纯的技术问题，从根本上说，结构设计安全度的高低，是国家经济和资源状况，社会财富以及设计施工技术水平与材料质量水准的综合反映。提高结构的安全度，必然会增加结构造价和耗费更多的材料，但能相应降低结构失效的风险。所以确定建筑结构设计的安全度，还应体现投资者或业主的利益，在结构造价与结构风险之间权衡得失，寻求较优的选择。

我国建筑结构安全度的现状是：设计规范取用的荷载值比国外低，材料强度的取值比国外高，所用结构承载力计算公式的安全裕度比国外低，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。也就是说，在设计结构安全度的各个环节中，几乎没有一个环节比国外更偏于安全的。

以建筑结构的抗震设计标准为例，我国绝大多数城镇处于地震区，随着社会财富的增长，地震造成的经济损失愈来愈大，已非过去所能比拟，因而不断提高建筑物的抗震能力是经济发展的必然要求。我国建筑结构抗震除了设防烈度较低以外，在具体抗震设计计算方法和构造规定上的保守程度也都不如国外。我们不少从事设计和研究的工程技术人员，又往往习惯于如何为建筑结构潜力以降低成本，而不习惯于如何为建筑结构提高质量，在本来已经较低的设防烈度下，还要从个自不同的角度千方百计深挖潜力，结构的安全储备越挖越低。在人民生活水平已经告别了生存型并向小康型转变，以及物资供应和社会财富状况已非昔比的今天，如果继续执行现行的抗震设计标准，则在地震发生时就有可能给国家和城市居民带来更大的危害和损失。以城市商品房建筑为例，如果我们将设防裂度提高1度，即将结构抵抗地震加速度的能力提高一倍，其所需费用非常有限，其所增加的每平方米的造价在数以千元甚至万元以上的房屋售价和装修总价中是相对较少的一部分；相反，由于设防烈度较低，震后裂而不倒，则所需的昂贵的加固维修费用以及间接经济损失就不是一般居民所能负担的。现在购置新房后的居民花室内装修的费用一般就可达300-500元／平方米，甚至更多，从中拿出一部分用以将房屋抗地震的能力提高一个等级是非常有意义的。目前情况下，将“小震不坏”的抗震原则改为“中震不坏”，可能对国家、对震区人民都更有利。

四、从商品的角度看待建筑结构的设计安全度

建筑结构作为特殊的商品，其内在的安全质量非一般用户所能了解。确定建筑结构设计安全度的高低在过去是一种政府行为，而在改革开放后的今天，这个问题至少应有房产开发商、保险业和有关学术团体的参与。开发商该对其出售的建筑物的安全质量负责，在不影响售价过多的情况下，尽可能提高房屋的安全度，特别是抵抗地震的能力，和汽车、飞机一样，更高的安全性应该作为房屋开发商促销和竞争的一个热点。保险业也应该积极参与建筑结构安全度的制订。随着我国房产私有化的进展，房产迟早会与保险业紧密挂钩。结构设计安全度的房产必然要与较高的保险费相匹配。就像国外一样，保险业应聘请各类专家对其重大的保险对象进行评估。我国现行的低安全度的结构设计原则如果任期维持下去，将来要为其不断付出代价的可能是需要交纳高昂保险费的业主，这对保险业的本身也会产生极其不利的影响。在很多国家，建筑结构设计标准的具体制订不是政府而是由学会负责。我国正在进行政府机构职能转变的改革，根据历史的经验，对于政府部门具体包揽建筑结构设计标准制订的优缺点似乎也值得进行一次总结，学会应该能够参与标准的制订和管理。