建筑结构设计中的安全度探讨

郑筱洁

建筑结构设计中的安全度探讨

郑筱洁

主要从规范、可靠度设计以及设计中存在的安全隐患等几个方面对建筑结构设计中的安全度问题进行了探讨,并提出了若干提高措施,对正确认识设计中的安全度有一定的积极作用。

建筑结构,可靠度,安全隐患

建筑结构的安全度受很多因素的制约,如设计参数的选取、结构模型的仿真度、施工质量以及后期使用情况等。本文主要从设计的角度对建筑结构的安全度进行分析探讨。

1 对规范的理解

部分同行认为建筑相关规范中对安全度的重视度不够,存在安全储备偏低。存在这种认识的原因,主要是由于全国各地经常发生建筑结构开裂、倾斜甚至直接倒塌等,其实这是一种误解。国内有很多建筑至今已使用 40多年,经受住了各种荷载的作用仍然岿然矗立。可以说现在的安全事故,不一定与结构设计安全度有确定的连带关系。在施工质量有保证的前提下,结构的安全程度是能满足需求的。所以现有规范是能满足安全的需要的,不必作出全面的变更。但随着时代的发展,安全度的要求也越来越高,原有规范的局部地方可能存在不能满足现状需求,所以每隔一段时间,相关部门就会对规范做一定的修改,更新以前的版本。因此,规范对安全度的规定是可以满足社会发展需要的,且规范对安全度的要求只是最低值,设计人员完全可以根据不同的工程对象,必要时采用高于规范规定的数值。

在我国混凝土规范编制初期时,由于当时事故频发,某些专家便提出需要建筑结构的安全度,但受制于当时的国力及政治环境而未能实现。随着社会的发展,对建筑结构安全度的需求也提高了。作为安全度的指标之一的含钢量,我国现行规范规定的低用钢量值是最小值,在实际设计时,设计者会根据具体情况予以适当提高,所以借此来判定我们在工程中的材料用量是不适合的。事实上,在某些细节方面,也已经与国际水平相当了。如剪力墙的最小配筋率为 0.25%,与美国规范的规定值相同;墙的暗柱配筋量,已是世界较高水平。这种构造物中的配筋率,我国规范与国外规范相差无几,甚至某些情况下配筋更多。

2 可靠度

可靠度理论作为设计理论是从20世纪 80年代开始被引入各种设计稿规范的。但是在实际应用过程中,意见并不统一,专家对此的解释是：1)将先进的可靠度理论引入规范,是我国规范的又一重大进步。它将实际使用时的随机过程化为用随机变量表示的效应方程,并辅以经验校准,用失效概率度量结构的可靠性。在国际工程设计中,可靠度理论也被 ISO所大力提倡,乃国际工程设计界大势所趋;需要提出的是可靠度理论同样也重视经验,可靠度取值便是用校准法确定。2)基于可靠度的设计虽然是设计理念上的一重大进步,但是将其具体应用到相关规范时,仍存在瑕疵：比如概率可靠度理论需要大量数据的统计做基础,但目前在荷载和抗力统计方面,仍存在一些问题;结构可靠度分析的三个基础点都有不完善之处;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,但正常和不正常没有明确的界定。因此,盲目地将可靠度理论推广于各种规范,会产生一些不宜之处。3)相比概率可靠度设计方法,分项多安全系数设计方法要更为灵活实用。在确定安全系数时,可以同时采用可靠度理论一起作分析,最后选定合适的系数值。4)建筑结构设计中存在的安全隐患。这里我们仅从设计的角度谈,不考虑施工和后期使用的不规范带来的安全隐患。

2.1 结构抗震考虑不足

汶川地震和玉树地震的惨痛教训告诉我们,某些地方建筑结构抗震性很差,未达到我国规范规定的标准。提高抗震设计水平是提高建筑结构设计安全度的一个重要方面。同时由于我国幅员广阔,各个地区的地震级别与地震几率情况各有不同。因此应了解实际情况,具体分析,选择不同的抗震规范,具体设计。

2.2 结构设计中偷工减料,钢材不足导致功能减弱

在市场经济的今天,由于对利润的追求,某些建筑开发商无视规范,迫使设计人员在结构设计时,过度的减少钢材等,导致建筑物中钢材等材料的性能减弱,进一步导致建筑物的质量不过关,安全性下降。

2.3 建筑结构设计不合理

由于某些客观原因,结构设计人员知识和经验不足,在结构设计时难免存在不合理之处,存在安全隐患。或是某些设计者安全意识不够,只顾外观而不顾质量,或知道公司要求的设计形式行不通,为了保住自己的饭碗而不提出异议,纵使悲剧上演。

3 提高建筑结构设计安全性的措施

3.1 提高建筑结构设计人员对抗震性能的重视意识

结构设计是个复杂的、精确的工作,需要深厚的理论知识和严肃认真负责的工作态度。设计人员要严格要求自己,对每一步设计都要了然于心,并做到知其所以然,正确理解规范条文,对行业动态和最新发展有一定的了解,工作之余要善于反思和总结,为以后的工作积累经验。结构设计人员要转换自己的陈旧思想,正确对待抗震性能的重要性,在条件允许的情况下,到地震一线去,对地震有一个直观的认识,并留意地震的破坏形式等,为今后的工作提供指导。

3.2 严格遵守相关规范

随着社会经济的发展,建筑结构越来越受到重视。国家也适时地出台了一些相应规范。所谓规范,是具有强制性的。为了提高建筑结构的安全性,设计人员应谨守本责,对设计时不满足相关规范的行为应及时提出,并针对问题,提出解决方案。同时,建筑结构设计人员对存在违规行为且屡教不改的人员要及时举报,以免造成更严重的损失。

3.3 重视研发

计算机的发展为设计软件高仿真提供了广阔前景。造型越是新颖,外观越是独特,计算起来也就越复杂,结构设计难度越来越大。从另一个方面来说,对设计人员知识的广度和深度有了更多的要求,对计算软件也提出了新的要求。所以,要提高结构设计中建筑的安全性,就必须对结构计算软件进行开发,这个过程需要结构设计人员和编程人员全面合作,深度交流,齐心协力共同合作完成软件开发,推新创新。

4 需正确看待的几个问题

1)提高建筑结构的安全度,并不是简单地增加水泥或钢筋用量等,而是在正确、认真分析结构受力的情况下,辅以进步科技和强化管理,合理地提高建筑结构的安全储备和耐久性能。2)提高建筑物安全度和耐久性,对社会影响重大,需认真对待。因为建筑结构安全水准的制约因素较多,既要考虑社会经济的长远,又要考虑设计、施工技术水平(尤其是施工水平)等要素,因此,必须经过国家有关部门组织有关学术界、工程界和经济界的共同参与探讨,以寻求科学的并能与国际接轨的符合我国情况的建筑结构可靠度设定水准和耐久性指标。3)浪费问题。在设计业内,存在一种普遍现象：为了保证尽量安全,在设计时,尽量采取保守设计。这本身并没有什么错,但是很多设计人员,尤其是年轻设计人员,由于并不是十分有信心,在取值方面,尽量的保守,造成没有必要的浪费。浪费问题的根源是对相关知识的不清楚,分析能力不足,信心缺乏。因此为了避免因设计造成的浪费,需经常对自己“充电”,合理科学的进行设计。

5 结语

在今后的工作中,建筑结构设计人员需要重新认识自己工作的重要性,明确自己的责任,提高对结构设计质量安全问题的辨别能力,积累结构设计中出现的问题作为经验,使建筑结构设计工作行业逐步步入正轨,做到建筑物的设计更安全、更合理。

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Inquiry on the security in architectural structure design

ZHENG Xiao-jie

This paper discusses the security issue in architectural structure design from aspects of norms,reliability design,and design hazards and so on,and puts forward some imp rovingmeasures,which has certain positive role in correctly understanding the security.

architectural structure,reliability,security hazards

TU318

A

1009-6825(2011)09-0033-02

2010-11-28

郑筱洁(1973-),女,高级工程师,福州市园林科学研究院,福建福州 350000