安全在建筑结构设计中举足轻重

李峰　刘娟　孙苗苗

摘要：建筑结构设计过程中安全性是首先要考慮的因素。制定合理的结构方案，一定是建立在规范有序的作业以及合理可靠的指标的前提下。

关键词：建筑安全；结构设计；安全度

一、引言：

从结构设计方面来说，结构安全度是由结构重要性来决定的。在同等重要的建筑物的前提下，结构的安全富余与结构的平面布置及竖向受力构件有着密切关系。平面规则和竖向受力构件规则的建筑受力更加合理，整体安全储备也会比较高。在同等设计要求下，经济性也会更好。故此，在设计建筑物的结构时，务必要保证其结构体系合理、安全有充分保证的前提，务必具备规范可靠的安全指标。

二、建筑结构设计安全度的概念

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》将建筑物划分为三个安全等级。大量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。大多数建筑物的安全等级均属二级。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果进行适当调整。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）保证在正常使用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，确保整体架构的完整性，保证人身财产安全；

2）建筑结构设计中要充分考虑进其适用这一根本目的，保证其能物尽其用。

3）除了上述提到的安全性、适用性这两点外，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其预定的功能。

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。

三、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，社会财务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。

四、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，我国建筑结构的设计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。

不过也有专家指出，一些工程事故往往由多种因素综合造成，施工质量差、设计有毛病、结构安全储备又偏低，加在一起终于酿成大祸，这类情况不是由于野蛮施工和管理腐败，较高的安全度总是与较低的失效概率相联系，这是客观规律。实际上，结构安全度只是对结构截面强度安全的一种度量，与此相关的还有荷载和材料强度标准值的取值等因素。影响结构安全性的因素太多，安全度是保证结构安全性的重要方面但不是全部。有些设计人员往往只满足于规范对结构强度计算上的安全度需要，而忽视从结构体系、结构构造、结构材料、结构维护、结构耐久性，以及从设计、施工到使用全过程中经常出现的人为错误等方面去加强和保证结构的安全性，造成结构设计不合理，从而引发工程事故。

五、安全建筑结构设计方法

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。可靠度理论是分析结构安全性的一种有效手段。我国已颁布统一标准，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。

六、建筑结构设计与建筑安全的关系

在房屋的后期装修上，禁止拆除承重墙和关键的结构部分，因为所有的建筑在设计过程中，已经在结构、设计方面进行了非常周密的，严谨的计算，已经在抗震技术标准达到了相应的技术要求，拆除了以后，可能直接会影响这栋楼所有的力学反映。在设计过程中，尽量避免这种设计的拆除，尽量在结构改造方面，少做文章。而之所以出现很多墙体改造现象，还是跟前期的建筑设计有关，前期的建筑设计中户型设计是不是达到业主满意是前期结构设计中一个关键的标准，后期业主要改造装修，不仅是室内设计的问题，更是建筑设计的问题。

在结构方面尽量少做调整或者不做调整，即使有了调整以后，一定要做结构的加固，建议采用钢结构的措施来进行加固。在整个建筑空间里，钢结构是相对比较安全的。比简易墙结构安全度更高。钢结构和原来的墙体有一个连接的问题，就需要在设计方面，特别要注重。在设计过程中，钢结构和原始结构调整完以后，如何连接，这方面的技术要有待于加强。倡导一旦进行承重结构的空间调整，一定邀请专业的结构工程师参与整体的设计，来满足空间结果的安全要求。

参考文献：

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[2]黄永荣.高层民用建筑结构设计安全度的思考[J].科技情报开发与经济.2005，（12）.

[3]丁海荣.建筑结构设计安全度的探讨[J].中国科技信息.2005，（5）.

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[5]GB 50068-2001. 建筑结构可靠度设计统一标准[S].中国建筑工业出版社.2001.