实现建筑结构设计安全性问题分析

文会杰

(河南省豫建设计院，河南 郑州 450000)

建筑结构安全性是个综合概念，它包括结构失效标准、安全等级划分、实用设计方法和结构质量检验与控制等，是在理想条件下即正常设计、正常施工和正常使用条件下，在预定的基准使用期内、建筑综合体具备建筑结构应具备各种功能的全体，包括安全性、耐久性和适用性等。安全性是建筑结构最根本和最主要的目标，包括结构构件承载能力的安全性、结构的整体牢固性；耐久性指建筑结构在预定使用期限内，能经受各种外来荷载和外力作用而不倒塌、倾斜或断裂、同时能保证其功能的概率；适用性指建筑结构的设计要基于一定的国家经济发展水平社会资源状况以及建筑的功能定位，在最经济的实现条件下，建筑实现其应具备的各种功能。结构安全度，是建筑结构在预定条件和预定使用时间内实现预定各种功能的概率，它是评价建筑结构安全性的有效手段。结构安全度用失效概率度量结构的安全性、耐久性和适用性，通过将结构自身抗力和外荷载作用等各随机因素相独立，借助随机函数并结合经验数据，指导建筑结构安全设计。合理评价建筑结构安全度，实质是基于一定的社会条件下，在安全与经济之间寻求最佳的平衡，这不单纯是技术的问题，还需要考虑国家经济和资源状况，社会财富分配、设计施工水平和材质质量等多方面的因素，提高结构的安全性，必然增加结构造价、耗费更多材料，但是可以降低结构失效的风险以及由此造成的社会财产损失。这就决定了结构安全度度量不仅要从安全性和耐久性出发，还要考虑建筑结构的预定使用时期内甚至在特定社会条件下建筑结构的功能性，力求用最经济的手段，获得在预定使用期限内具备预定功能的建构结构。

1 国内建筑结构设计安全性发展现状

自 1984 年以来，国家建委和国家建设部颁布了建筑结构设计统一标准以来，我国开始采用以概率理论和数理统计为基础的可靠度设计方法。利用概率理论计算建筑结构安全度，在国际学术界内被认为是一种发展趋势，可靠度方法对安全度的概率定义比定值的安全系数更科学合理，也更能清晰地反映影响安全度的各个随机因素。当然，任何一种理论在与实践相结合的开始，或多或少存在一些缺陷，同样，概率可靠度设计方法本身也存在一些问题，如结构设计规范与标准约束的类型多样的建筑结构的群体，在安全度上确定和不确定的因素多而复杂，并不是简单数理统计和概率理论所能科学处理，还需要结合经验数据；同时，对技术人员，结构安全度可靠度和失效概率不如安全系数更为直接，在他们看来模糊了度量方法。因此，尽管用概率可靠度计算结构安全度是重大的科技进步，但是应用概率可靠度计算实际建筑结构安全度还不成熟，在具体实践中还需要考虑经验数据。基于以上现状，在今后运用概率可靠度度量建筑结构的安全度的实践中，一方面要实事求是，用理论指导具体实践，另一方面，在具体实践中补充和丰富理论，促进理论本身的完善。

2 建筑结构安全性的实现

2.1 建筑结构设计中安全性的实现

好的建筑结构设计是建造高质量建筑结构的前提和基础，对建筑结构安全性有根本性的影响。结构方案设计是基于一定理论和实践基础上再创造的过程，是从无到有的过程，属于创造性工作。做好建筑结构设计，首先要了解结构设计的概念。结构设计是在特定的建筑空间和环境条件下，利用结构总体系和分体系间的力学特性及关系，选择科学、合理的结构计算模型，对建筑结构总体布局和各部分布置的宏观控制。结构设计的目的是在保证建筑结构的安全性、耐久性和适用性基础上，通过最经济的手段，实现建筑结构的各项功能要求，是将建筑结构变为真实的前提和基础。建筑结构设计要以安全性、耐久性和适用性为根本设计原则和设计思想，综合考虑社会资源和国家经济发展状况，在特定的建筑空间和地理、气候等环境条件下，对建筑结构进行宏观的总体把握和理解、构思和设计，具体为选出科学合理的竖向结构体系、水平分体系、确定结构总体方案的布置、结构计算模型的选择以及各分体系的构造及相互间的关系。同时，结构设计还必须考虑所选结构体系是否有良好的整体稳定性、结构传力途径、局部破坏对整体的影响等，这些是强化结构设计环节安全性实现所必须的，这不仅要求设计人员要以一定的理论计算为指导，还需要结合经验数据，准确把握结构整体，确定结构方案。

结构设计安全性的实现，从结构整体安全性和耐久性出发，我国设计人员需要具体问题具体对待，不能墨守陈规，要敢于创新。提高结构整体安全性，即要提高结构局部破坏时结构整体不至于出现连续破坏倒塌的能力，这就要求结构设计时要求结构具备良好的延性和必要的冗余度，用来降低地震、爆炸等意外灾害导致的损失。在提高结构的耐久性方面，在关注各种荷载作用下结构强度外，还需要对环境作用如酸雨侵蚀、冻融、土中有害化学物质侵蚀等的影响予以关注。

建筑结构设计安全性实现的重要方法和步骤，即选择合适的计算模型分析计算结构承载力、预测结构安全度。美国一些学者和专家曾指出：“误用计算机造成结构破坏而引起的灾难只是一个时间的问题。”由此可见，运用科学合理的设计思想越来越重要，同时也对评价结构安全度的计算模型提出了更高的要求。因此，评价结构安全度合理计算模型的选择，也是实现结构安全的一个主要方面。

2.2 建筑结构建造中安全性的实现

结构设计是建筑结构成为真实的前提与基础，真正实现建筑结构各项功能需要通过合格的建造，因此，建造是结构设计安全性实现的媒介、是建筑结构各项功能实现的关键。建造的技术方法和建造实践都会影响结构的安全性，结构建造过程中安全性的实现，必须做好建造过程质量控制工作。首先，在组织建造前，必须提前管理，从思想上抓起，提高认知，完善措施管理方案，采取科学合理的建筑技术。其次，为了保质保量，还要落实监管，明确责任，这是保障结构建造安全性实现的第二道防线。

2.3 结构使用中安全性的实现

建筑结构目的之一即适用性，要求建筑结构在预定使用期限内应具备相应的各项功能。不仅建筑结构设计和建造会影响结构的安全性，同时，结构的实际使用状态也会影响结构的安全性。不合理的使用可能降低甚至牺牲结构的安全性，比如未经考核和论证擅自改变建筑物的用途、装修过程中不按照建筑设计要求擅自改造结构构件，这些都可能改变结构传力途径、降低结构体系的承载能力和性能、破坏结构整体稳定性。因此，合理地使用和定期检修是保证结构安全性的重要措施。

3 结 论

随着社会经济发展和人们生活水平的提高，对建筑结构安全提出了更高的要求。好的建筑结构设计是建造高质量建筑结构的前提和基础，对建筑结构安全性有根本性的影响。建筑结构安全涉及许多复杂的数理统计问题和工程实际问题，运用概率可靠度度量和评价结构安全度是科学合理的。因此，关注建筑结构设计、提高结构建造质量，加强结构使用和管理的科学性和合理性，是提高建筑结构安全性的必然途径。