淺論關于提高建筑結構安全度的幾點看法

徐維柱

摘 要：本文就建筑結構可靠度設計理論及對提高建筑結構安全性提出幾點看法。

關鍵詞：建筑結構；可靠度；安全性；提高

分析結構安全性的一種有效手段是可靠度理論。我國已頒布統一標準，要求結構設計規范按可靠度理論設計。20世紀80年代用可靠度理論率先加以統一。對規范采用可靠度理論，以及這一理論能否將各種結構的安全度都統一在同一體系中，專家們持不同意見：

1）認為我國規范采用了先進的可靠度理論，用失效概率度量結構的可靠性，通過將抗力和作用效應相互獨立。將隨機過程化為隨機變量并以經驗為校準點，成功地將這一理論用于建筑結構設計規范中，這是我國規范先進性的一種表現。工程設計采用可靠度理論為國際標準組織（ISO）所提倡，是國際上大勢所趨；多次國際安全度會議也傾向于采納ISO 提出的在設計規范中采用可靠度理論的原則?？煽慷壤碚撘粯又匾暯涷?，可靠度取值用校準法確定。

2）認為可靠度理論是分析和度量結構安全性的一種先進手段，但在應用上還有其局限性，理論本身也有一些方面未能突破，比如結構可靠度分析的三個約束條件：將抗力與作用效應分離，將隨機過程變為隨機變量，以及將截面承載力的安全指標β作為結構的可靠指標，隨著認識的發展都值得質疑。用概率可靠度理論需要進行大量數據統計，但不論荷載統計或抗力統計都還存在一些問題，規范安全度還需考慮將來可能出現的荷載變化。概率可靠度理論會有意或無意地簡化、忽略本應考慮但又無法用這一理論處理的因素，如一定程度的人為失誤以及社會。經濟因素等?？煽慷壤碚搹娬{三個正常，即正常設計。正常施工和正常使用，但正常和不正常有時不易界定。匆忙地將可靠度理論推廣于各種規范，會帶來一些不必要麻煩，比如地基基礎規范中，地基承載力強度的設計值竟比標準值還高，抗震設計規范中不得不引入調整系數。又如地下結構的荷載與其作用效應高度耦合，其不確定性遠大于荷載本身的不確定性、結構構件尺寸的不確定性。以及材料強度不確定性的總和，而前者又難以估計，這時勉強采用可靠度設計往往徒有形式而無實效。

3）認為分項多安全系數設計方法要比可靠度方法更為靈活實用。在確定安全系數時，同樣可以利用可靠度理論一起作分析，最后選定合適的系數值。鑒于現行建筑結構設計規范已經采用了可靠度理論，不足之處可繼續改進，而其設計公式的表達形式又與分項多安全系數基本相似，所以也不必再回到老路上去?，F行可靠度設計規范中的分項系數，其含義可以模糊些，考慮更多的經驗因素，這在可靠度理論中也是說得過去的。規范采用可靠度理論應采取實事求是的態度，能用的盡量用，尚不成熟的將來再用，不宜用行政手段一刀切去追求“統一”。

4）認為可靠度理論是美國專家于20世紀40年代最早提出的，這方面的研究工作和成果也遠遠超過我們，可是到現在為止，他們大部分的重要規范都還沒有用可靠度方法。在西方，主張可靠度理論用于規范的主要是可靠度理論家們的觀點，搞工程實踐的人多持反對或懷疑態度。所請國際標準《結構可靠性總原則》，主要也是一些理論工作者提出的、是參考性的，并無約束力。前不久，曾長期擔任過美國混凝上設計規范ACI-318 委員會主席的國際著名學者 Siess 教授，就在《Concretelnternational》雜志上談了為什么不用可靠度設計理論的見解?？煽慷壤碚撌欠褚淹晟频娇梢杂糜谝幏兜某潭?，這個問題在國際上是有爭論的。確定工程的安全度在一定程度上需以概率和統計為基礎，但更多的須依靠經驗、工程判斷及綜合考慮。所以在可靠度用于規范這

一點上，我們大可不必去爭天下先。建筑結構設計規范還是用安全系數方法好，對于工程設計人員來說用分項安全系數表達安全度要比可靠指標β更直觀、更明白?？煽恐笜穗m然有一個相應的失效概率，可是這個所謂的失效概率其實也不是真實的，但在一定程度上可用于相對比較。

如何提高建筑結構設計安全度，下面淡一下幾點看法：

1）當前的建筑物安全事故，與結構設計安全度無關。20世紀50年代的結構設計方法，與現在近似，當時所用的混凝土強度很低，只有110~140號，比現在的C15 還低。50 年代初期施工手段也很落后，混凝土用體積配合比，人工攪拌，沒有振搗器……而當時施工發生安全事故的較少。有一些建筑物，如王府井百貨大樓、北京飯店等，使用至今已逾45年，而且經過了唐山地震影響的考驗。因此可以說，現在的安全事故，與結構設計安全度是沒有連帶關系的。

2） 結構設計，仍宜提倡節約。作為一個結構設計工程師，重要職責之一，就是以較少的材料去完成建筑物各種功能的要求。如果將構件截面任意加大，材料用量任意增多，這個工作，建筑師也能做。

在發達國家，節約材料也是工程師所追求的。1998年美國《商業周刊》登載由美國建筑師學會（AIA）舉辦的最佳建筑設計競賽“，節省材料”是該次競賽的主題之一。紐約時報新印刷廠的設計，因采用規則的矩形平面和常規材料，節約五千萬美元而獲獎：又如香港中國銀行（貝聿銘設計）因其結構方案布置得當，比同樣高度的其他結構大量節約鋼材，所以若干個雜志上都發表文章加以表揚。

3） 我國規范中的構造規定，并非都比別國低。我國規范規定的是最低用鋼量，設計者一般根據結構重要性，予以適當提高，所以不能以此來判定我們在工程中的材料用量，更不能以我們的最低值來與人家比。我國規范規定的柱子最小含鋼量為0.4％，是不考慮抗地震時的數量，我們大多數城市設計時都考慮抗震，高層建筑更是都要考慮，這時柱子的最小含鋼量就是0.5%~1.0%。而且設計單位在設計高層建筑的柱子時,用鋼量常比規范要求的還大,因此與國外相比，實際用鋼量并不太小。

我們有些構造要求，已與國外持平，如剪力墻的最小配筋率為0.25%，與美國相同。至于墻的暗柱配筋量，在許多方面已是世界領先。

我國規范對于梁受壓鋼筋的配筋率，有明確規定。且數值與美國基本相等，并非“無此規定”。至于受拉鋼筋的最小配筋率，有設計經驗的人都知道，在一般梁板構件中，此值并不起作用，有影響的是在類似基礎厚板一類構件中。這種構件中，我國規范與國外規范相比，在某些情況下配筋更多。因為如美國或新西蘭規范，對于控制最小配筋量還有一些放松要求的措施，可使配筋減少，所以在一定情況下，配筋可以比我們更少。因此也不能一概而論，說我國的構造配筋比國外如何的少。

4） 規范要根據國家政策而定。一個國家的規范，不僅僅是技術性的，還有很強的政策性，許多方面，是一個國家經濟條件的直接反映。因此，我國規范的材料用量，當然應該比發達國家低,也即安全度應該低一些。這方面我們完全可以理直氣壯地說，我們過去的設計標準，是符合我國國情的，是安全的。當然某些局部有不足，要不斷修改。國外的規范也不是十全十美，也在不斷的修改。我們過去的結構成功地經受了幾十年的考驗，那就是說，我們的規范,基本是正確的，安全度基本是能滿足要求的。

現在這種關于建筑結構設計安全度的討論，是正常的，但我擔心會不會引起誤導，使一些設計人員誤以為按我國規范進行設計會造成不安全，以致盲目加大構件截面，增加用鋼量，造成不必要的浪費。這種可能性，是不能不防的。

參考文獻：

【1】 林皋,梁青槐 地下結構的抗震設計[J];土木工程學報;2006年01期

【2】 宋子煜 論高層建筑設計原理[J];消費導刊;2010年01期

【3】 孫友波;結構體系的再造與重構——高層建筑結構的探索[J];南方建筑;2004年05期