关于建筑结构安全度设计的研究

2013-04-16刘新娜

建材世界 2013年3期

刘新娜

（武汉供电设计院有限公司，武汉 430000）

建筑产业的现代发展，需要基于安全的结构设计，尤其是基于结构安全度的设计，这直接关系着工程造价管理、质量控制等环节。因而，建筑结构安全度设计对于现代建筑的发展起着重要的作用。同时，基于我国建筑产业的发展现状，提高建筑结构安全度设计，又是其发展的必要措施。因此，建筑结构安全度设计，对于现代建筑产业的发展，起着主导性作用。

1 建筑结构安全度设计的概念

根据结构破坏可能产生的后果（危及人的生命、造成经济损失、产生社会影响等）的严重性，《建筑结构可靠度设计统一标准》将建筑物划分为3个安全等级。大部分的一般建筑物列入中间等级，重要的建筑物提高一级，次要的建筑物降低一级，而这其中大多数建筑物的安全等级均为2级。同一建筑物内的各种结构构件宜与整个结构采用相同的安全等级，但允许对部分结构构件根据其重要程度和综合经济效益进行适当调整。如提高某一结构构件的安全等级所需额外费用不多，又能减轻整个结构的破坏程度，从而大大减少人员伤亡和财产损失，则可将该结构构件的安全等级较整个结构的安全等级提高1级；相反，如某一结构构件的破坏并不影响整个结构或其他结构构件，则可将其安全等级降低1级。

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）保证在正常使用条件下建筑结构的安全性，另外，也要充分考虑意外情况的稳定应对，确保整体结构的完整性，保证人身财产安全；

2）建筑结构设计中要充分考虑其适用性这一根本目的，保证其能物尽所用；

3）除了上述提到的安全性、适用性这两点以外，还要保证其耐久性这一要求，也就是结构的可靠性，即结构性能保证其完成预定的功能。

2 建筑结构安全度设计的重要性

随着我国现代建筑产业的发展，建筑结构设计的安全度要求逐步占据至关重要的地位，尤其是在施工质量控制、工程造价管理上都彰显出主导性的作用。建筑结构的安全因素来源于多个角度，因而，基于全面的安全度考虑，是建筑施工建设、工程质量管理的关键。建筑结构设计的安全度，在一定程度上反映出工程造价的控制，尤其是工程建设的有效经济化。建筑结构设计的安全度，是在功能构建、结构规划的背景之下，对建筑结构安全性能的预期要求。建筑结构中，结构的安全度是衡量建筑结构有效性的重要基点，设计的合理化、施工的安全化、建筑使用的舒适化，都是基于结构安全度而考虑的。

建筑结构设计安全度，首先需要基于施工技术角度、综合受力情况、整体设计理念进行合理的结构建模，结构设计的安全度不仅体现于正常的施工建设以及日常使用，更多的是针对各类自然灾害下，结构安全系数的构建。也就是说，科学的结构设计安全度应考虑结构在任何特殊情况下的稳定性。出于结构设计的安全性考虑，其在技术层面就有着更高的要求。

结构设计的安全度，对于建筑风险控制、施工安全的控制同样有影响。同时，基于技术的需求，安全度的控制程度也体现在建筑材料、工艺要求上的严格程度，过高的安全度要求会造成工程的额外成本输出。因此，建筑结构设计安全程度的合理性，直接影响着工程质量的控制，以及工程造价的控制。合理的确定建筑结构设计安全度，对于工程建设的各个环节都有着实质性的价值。

3 提高建筑结构安全度设计的必要性

工程建设是一个复杂而长期的过程，其结构设计、工程监理、质量验收都是工程控制的重点。建筑结构安全度的设计程度，直接影响着建筑工程的质量控制以及造价管理。因而，合理地提高建筑结构安全度设计，对于工程建设而言具有必要性。

3.1 我国建筑产业的现状

随着我国生活水平的不断提升，人们的生活理念发生了本质性的改变，尤其是基于多重结构性能的建筑需求，越来越突出。但是，这些性能的构建，都需要基于有效的建筑结构设计安全度。同时，结构安全度设计的提高，是满足现代建筑产业发展的有效举措。现代建筑的结构设计越发注重风格化，因而对建筑材料、施工工艺的高水准控制，都是提高结构安全度的重要原因。加之竞争日益激烈的房地产市场，提高建筑结构的安全度，是房地厂商占领市场的“杀手锏”。

但与之不相适应的是，我国现阶段执行的建筑结构安全度设计标准已经不能适应我国的发展。自上个世纪中期以后，我国的建筑结构设计方法经历了多次重大的变革。建筑结构设计中对安全系数的影响是多方面的，比如建筑结构的荷载标准值，建筑材料的强度，设计安全的计算公式等等。从上个世纪中期到现在，建筑设计标准在我国不论是设计方法还是设计的具体内容都发生了重大的改变，但是在安全度设计上，发展却显得微不足道，始终比国外的建筑标准要低。

在我国的建筑行业中，建筑结构安全度的设计规范相比国外特别是欧美等发达国家，无论是荷载值还是材料强度取值都不是一个水平上的，而且我国建筑行业所用的结构承载力计算公式的安全度也比国外的低。某些特殊情况下趋于不安全，还有对建筑结构的设计构造规定要求也比较低，我国的建筑结构设计的结构安全度几乎比国外任何一个国家的规定都低。2008年“5·12”汶川大地震震级达里氏8级，最大烈度达11度，余震3万多次，灾区总面积约50万平方公里，受灾群众4 625万多人，造成69 227名同胞遇难、17 923名同胞失踪，直接经济损失8 451亿多元。这说明随着经济社会的发展，抗震设防能力也应该随之提高，否则一旦发生灾害，造成的损失太大。在本来已经较低的设防烈度下，还要从各自不同的角度千方百计深挖潜力，结果是安全储备越挖越低。在人们生活水平已经告别了生存型向小康型转变，物资供应和社会财富状况早已今非昔比的今天，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。

自上世纪中期以来，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）、分项系数和可靠指标（概率极限状态法），同时还与其他许多因素有关，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以及结构内力分析的精度等。可靠度理论是分析结构安全性的一种有效手段。我国已经颁布同一标准，要求结构设计规范按可靠度理论设计。该理论用失效概率度量结构的可靠性，通过将抗力和作用效应相互独立，将随机过程化为随机变量并以经验为校准点，成功地将这一理论用于建筑结构设计规范中，这是我国规范先进性的一种表现。但该理论在应用上还有其局限性，理论本身也有一些方面未能突破。因此，规范采用可靠度理论应采取实事求是的态度，能用的尽量用，尚不成熟的将来再用。

3.2 我国现代建筑产业与国外相比存在较大差距

我国现代建筑产业起步晚，与国外相比还存在较大差距。尤其是我国建筑结构安全度设计的偏低，进而在市场的竞争上面临多方面挑战，并且，我国的经济建设逐渐加快，建筑产业作为我国的支柱国民经济，提高其结构安全度设计，对我国建筑产业的发展而言，必然是一个良好的发展平台。与此同时，我国在房地产领域的控制越发严格，尤其是随着相关法律的颁布实施，更加规范了建筑产业的发展。因而，提高建筑结构安全度设计，对于建筑产业的现代化发展必然会起到重要的主导作用。