论混凝土结构设计安全度和规范的修订

葛从福

摘要 :对混凝土结构设计安全度和规范的修订,提出了以下三方面看法:①规范中的安全度设定水平需要大幅度提高;②关于可靠度设计理论;③关于设计规范的强制性。

Abstract: To the concrete structure design degree of security and the standard revision, proposed the following three aspect view:①In the standard degree of security hypothesis level needs to enhance large scale;②About reliability design theory;③About design standard compulsory.

关键词:混凝土结构 设计规范 可靠度设计

Key word: Concrete structure Design standard Reliability design

对于混凝土结构设计规范中的安全度设置水平,最早源于从事高强混凝土结构科研和推广应用工作中的感受。用现行规范设计C50～C60级高强混凝土结构,其安全储备比普通强度的混凝土还要低,给推广造成困难和阻力,何况一项新技术的开始应用会存在经验不足等问题,更需要有较为宽松的安全度环境;过低的安全度难免捉襟见肘,对新技术推广不利。

规范和标准如何从短缺型计划经济影响下走出来,使之更好地为社会主义市场经济基础服务,这是本次规范修订不同于以往历次修订的主要区别,理应作为本次修订中首要考虑的问题。随便举例来说,我们对普通公寓住宅的层高标准作了限制,在北京地区规定为2.7m(净空仅2.55m),也不准设计人员或用户提高房屋抗震设防等级,这些限制是否反映了过去短缺经济年代的特色?短缺经济的主要倾向是竭尽全力去约束消费和限制投资,并伴以过多的行政干预来加以保证。过去讲节约,偏重于初期一次性投资和用料的节省,较少顾及长期和整体效益,更少考虑用户的利益和要求;设计规范的低安全度和某些荷载标准值的过低取值,也是短缺经济造成的。在今天的市场经济体制下,如果只需花相对较少的钱,换得更为结实耐久的房子住,应属合理消费受到鼓励,为此而必须多花一些钢材也属于合理使用,说不上有违节约原则。安全度的设置本来就是用来对付比较意外的情况,低安全度的房子尽管在一般情况下安全可靠,但是抵御外界不确定性作用的能力相对较弱。房子结实些,寿命长些,符合国家提高人民生活质量的要求;万一发生不测地震,可以减少生命财产损失;再说这种合理消费并不要政府掏钱,而且合理的多用些钢材、水泥又能促进生产发展,从眼前讲,还多少能缓解通货紧缩的困难。这些说法从短缺经济的立场上看是格格不入的,但符合眼前和长远利益以及市场经济的需要。

提高结构的安全性能需要从结构选型、结构构造、结构布置、材料选择等多个方面作出努力,以加强结构的整体性、延性和耐久性,提高其抗御不测之灾和防止倒塌、特别是抵抗连续倒塌的能力。也许基于概念设计的这些措施,对于增进结构安全更为有效且更符合经济节约的原则。比如这次规范修订组提出的用新Ⅲ级钢替代Ⅱ级或Ⅰ级钢,就能带来立竿见影的效果。可是为了增强延性和防倒塌能力,主要还得靠合理加大构造用钢量。上述与结构安全性能有关的众多因素较难用数值形式加以度量,而我们在这里所讨论的安全度,则仅限于截面强度的安全度和与之有关的荷载标准值和材料强度标准值等能够用数值度量的那些参数。

提出要大幅度提高设计安全度,无非是基于客观形势变化和对现行安全度进行初步分析比较后的一种宏观的定性估计。究竟需要提高多少,则需经过课题立项研究才能确定。对于规范修订组这次提出的设计可靠度改进意见,总的趋势是往高处调,对此我表示拥护;虽然幅度不够大。钢材的分项系数过去偏低,似不宜再低于1.1。梁的最小配筋率一般根据截面抗弯屈服能力不低于截面拉区混凝上抗裂能力的原则来定,具体计算时所用的材料强度似宜采用平均值而不是标准值,否则从概率保证的角度不能符合要求。

将可靠度设计理论用于设计规范,不论在学术或工程界一直有分歧意见。我倾向于多安全系数的极限状态设计法,因为其中对安全度的表示比较灵活又易于理解,而且在确定各项安全系数时并不排斥利用可靠度理论手段进行分析对比,然后再综合考虑其它因素加以修正。

由于现行建筑结构设计规范业已采用了可靠度设计理论,其在规范中的计算表达形式又与多安全系数方法相似,在实用上姑且将它理解为多安全系数也并无不可。在这种情况下,我赞成承认现实,在这次修订中还是保留现有的设计方法体系为好。可靠度理论对于不同类型工程结构的适用程度肯定会有很大差别,用于混凝土建筑结构尚没有解决不了的大问题,所以不宜再变。可靠度理论还在发展,这方面的学术讨论希望能够深入开展下去。

结构安全度需要考虑的因素过于综合,尤其是规范中的结构安全度,它不同于某个具体工程,需要考虑和照顾的方面更多,包括非技术性的社会经济因素、政策因素等等。可靠度设计理论有其先进的一面,也有其不足之处;可靠度理论也有某些假定和约束条件,会有意或无意地省略某些本应考虑而用这一理论又难以处理的一些因素。技术科学理论一般擅长于分析,而规范安全度的设定除了要用分析外更需要综合,因此经验和判断更为重要。

可靠度理论强调三个“正常”作为前提,即正常设计、正常施工和正常使用。这三个正常带有较大的模糊性,有时甚难界定。比如野蛮施工绝非正常,很容易确认;可是针对我国施工中的上千万农民队伍以及管理水平薄弱的现状,这种状况是否正常?这个问题带有普遍性,而且要改变这一状况需有较长的过程。如果在设定规范安全度水平时完全不予理采,不考虑它会增加某种程度人为失误的可能性及其对工程质量的影响,显然是不合适的。规范面对的是群体而不是某个具体建筑的施工现场。我们不能因为不好統计、不好用理论分析处理,就将某些应该考虑的问题列入不正常。