高层民用建筑结构设计安全度的思考

摘要：从事高层民用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，本文首先阐述了高层民用建筑结构设计安全度的概念，其次，分析了选择结构设计安全度的有关因素。同时，就高层民用建筑物安全性设计要从多个方面来保证结构的安全性进行了深入的探讨。最后，就高层民用建筑结构设计安全度提出了自己的思考和建议，具有一定的参考价值。
　　关键词：高层民用建筑；结构设计；安全度；思考
　　　1. 前言
　　高层民用建筑物由于设计、施工、使用方法、使用年限、遭受不同自然灾害等因素的影响，许多建筑物的安全性有待评定;特别是一些已完工或正在建设中的建筑由于各种因素的影响，高层民用建筑物已产生了不同程度的损伤，为此必须进行建筑物安全性鉴定。由于建筑产品的商品化、市场化，建筑物鉴定工作直接与各相关方面存在经济利益关系，从而也导致了一些法律问题。
　　
　　2.高层民用建筑结构设计安全度的概念
　　从事高层民用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，即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。
　　
　　3.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。显然，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。
　　
　　4.高层民用建筑物安全性设计要从多个方面来保证结构的安全性
　　结构设计的首要任务是选用经济合理的结构方案.其次是结构分析与构件和连接的设计，并取用规范规定的安全系数或可靠指标以保证结构的安全性。结构的安全度通常指安全系数或可靠指标,实际上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。影响结构安全性的因素大多，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。有的结构整体性和延性不足，抗偶然作用和防倒塌能力差;或者计算图形和受力路线不明确，造成局部受力过大:或者混凝土强度等级过低、保护层厚度过小、钢筋直径过细、构件截面过薄，削弱了结构耐久性;这些都会严重影响结构的安全性;有的城市桥梁虽然满足设计规范的强度要求仅用了5～10年就因耐久性出了毛病影响结构安全。结构耐久性不足已成为最现实的一个安全问题，设计时要从构造、材料等角度采取措施加强结构耐久性，并要对施工单位提出具休要求。
　　国际上高层民用建筑物安全性的结构设计规范有二种体制，一种是推荐性的，另一种是强制性的。发达国家的规范多是推荐性的，对设计人员只起帮助指导作用，结构工程千变万化，规范不可能取代设计人员所必需的理论知识。经验和判断，设计人员必须自己承担设计的全部责任，可以不受推荐性规范的约束。我国的设计规范则是强制性的，是设计人员必须遵守的法律，如有违反，一切责任由设计人自负，而出了事故，设计人员也可凭规范推卸责任。几十年来，这种做法已在工程设计界深入人心，因而对规范的制定工作也就提出了很高的要求。强制性规范的不足之处是，不能灵活适应设计中遇到的各种情况，难以照顾到设计者可能遇到的各种特殊问题，而且客观上不利于发挥调动甚至限制设计人员的创造性。强制性规范的利弊值得仔细探讨。长期以来，我国规范由政府部门管理，随着政府机构精简和政府功能转变，有人担心在规范管理的力度上会否削弱今后可否借助各种学会、协会的积极性，委托学会、协会来编制和管理，而政府部门则起批准监督作用。如果将规范的课题研究，规范的编制和规范的批准分成独立的不同层次，是否会更好一些。在规范的编订和管理上如何能更好地适应既是社会主义、又是市场经济的体制，有必要作细致的研究。
　　
　　5.高层民用建筑结构设计安全度的思考
　　（1）规范要根据国家政策而定
　　一个国家的规范,不仅仅是技术性的,还有根强的政策性,许多方面,是一个国家经济条件的直接反映。因此,我国规范的材料用量,当然应该比发达国家低,也即安全度应该低一些。这方面我们完全可以理直气壮地说,我们过去的设计标准,是符合我国国情的,是安全的。当然某些局部有不足,要不断修改。国外的规范也不是十全十美,也在不断的修改。我们过去的结构成功地经受了几十年的考验,那就是说,我们的规范,基本是正确的,安全度基本是能满足要求的。
　　我国经济发展地区不平衡,分布不均,不能单看我国这些年沿海地区的经济发展,我国广大中西部地区,还是相当穷的。我国钢产量虽大幅度提高,但人均产量仍就很低,而且品种不全,质量较低。所以,我不赞成说现在就可以大量用钢。中小城市现在还在发展冷轧变形钢筋,这种钢筋性能并不太好,就因为能省钢,所以还在发展,这就是我国的国情。
　　（2）不容忽视设计中的浪费现象
　　当前建筑结构设计存在的问题中,有一个方面不容忽视,就是设计中的浪费现象。我们有不少钢筋混凝土高层建筑的用钢量,已超过国外同等高度钢结构的用钢量,其不合理可见一斑!
　　现在这种关于建筑结构设计安全度的讨论是正常的,但我担心会不会引起误导,使一些设计人员误以为按我国规范进行设计会造成不安全,以致盲目加大构件截面,增加用钢量,造成不必要的浪费。这种可能性是不能不防的。
　　
　　
　　参考文献：
　　[1]丁海荣.建筑结构设计安全度的探讨[J].中国科技信息,2005,(05).
　　[2]袁鸿.高层建筑结构设计探究[J].大众科技,2004,(08).
　　[3]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).
　　[4]袁鸿.工程建设高层建筑结构探究[J].大众科技,2004,(07).
　　[5]韩小雷,杨坤,郑宜,季静.带梁式转换层的超限高层建筑结构设计[J].昆明理工大学学报(理工版),2004,(06).
　　[6]柳承茂,刘西拉.结构安全性综合评估方法的研究[J].四川建筑科学研究,2004,(04).