高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中安全性鑒定的分析

郭 馳 蔣正濤

（四川省建筑設(shè)計(jì)院，四川 成都 610000）

1.高層建筑可靠度設(shè)計(jì)理論

高層建筑可靠度理論是分析結(jié)構(gòu)安全性的一種有效手段。我國(guó)已頒布統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，要求結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范按可靠度理論設(shè)計(jì)。70年代的我國(guó)混凝土結(jié)構(gòu)、木結(jié)構(gòu)和鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范分別采用不同的設(shè)計(jì)方法體系，在安全度的表達(dá)形式上互不相同，給設(shè)計(jì)或教學(xué)都造成不便，50年代用可靠度理論率先加以統(tǒng)一。但是，對(duì)規(guī)范采用可靠度理論，以及這一理論能否將各種結(jié)構(gòu)的安全度都統(tǒng)一在同一體系中，觀點(diǎn)如下:

1.1.我國(guó)規(guī)范采用了先進(jìn)的可靠度理論，用失效概率度量結(jié)構(gòu)的可靠性，通過(guò)將抗力和作用效應(yīng)相互獨(dú)立。將隨機(jī)過(guò)程化為隨機(jī)變量并以經(jīng)驗(yàn)為校準(zhǔn)點(diǎn)，成功地將這一理論用于建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范中，這是我國(guó)規(guī)范先進(jìn)性的一種表現(xiàn)。工程設(shè)計(jì)采用可靠度理論為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)組織(ISO)所提倡，是國(guó)際上大勢(shì)所趨;多次國(guó)際安全度會(huì)議也傾向于采納ISO提出的在設(shè)計(jì)規(guī)范中采用可靠度理論的原則?？煽慷壤碚撘粯又匾暯?jīng)驗(yàn)，可靠度取值用校準(zhǔn)法確定。

1.2.可靠度理論是分析和度量結(jié)構(gòu)安全性的一種先進(jìn)手段，但在應(yīng)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(jié)構(gòu)可靠度分析的三個(gè)約束條件:將抗力與作用效應(yīng)分離，將隨機(jī)過(guò)程變?yōu)殡S機(jī)變量，以及將截面承載力的安全指標(biāo)β作為結(jié)構(gòu)的可靠指標(biāo)，隨著認(rèn)識(shí)的發(fā)展都值得質(zhì)疑。用概率可靠度理論需要進(jìn)行大量數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，但不論荷載統(tǒng)計(jì)或抗力統(tǒng)計(jì)都還存在一些問(wèn)題，規(guī)范安全度還需考慮將來(lái)可能出現(xiàn)的荷載變化。概率可靠度理論會(huì)有意或無(wú)意地簡(jiǎn)化、忽略本應(yīng)考慮但又無(wú)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(huì)。經(jīng)濟(jì)因素等。可靠度理論強(qiáng)調(diào)三個(gè)正常，即正常設(shè)計(jì)。正常施工和正常使用，但正常和不正常有時(shí)不易界定:匆忙地將可靠度理論推廣于各種規(guī)范，會(huì)帶來(lái)一些不必要麻煩，比如地基基礎(chǔ)規(guī)范中，地基承載力強(qiáng)度的設(shè)計(jì)值競(jìng)比標(biāo)準(zhǔn)值還高，抗震設(shè)計(jì)規(guī)范中不得不引入調(diào)整系數(shù)。又如地下結(jié)構(gòu)的荷載與其作用效應(yīng)高度輛合，其不確定性遠(yuǎn)大于荷載本身的不確定性、結(jié)構(gòu)構(gòu)件尺寸的不確定性。以及材料強(qiáng)度不確定性的總和，而前者又難以估計(jì)，這時(shí)勉強(qiáng)采用可靠度設(shè)計(jì)往往徒有形式而無(wú)實(shí)效。有的專(zhuān)家指出，水工結(jié)構(gòu)的大壩設(shè)計(jì)目前只有蘇聯(lián)用可靠度理論，其它國(guó)家都用安全系數(shù)k大壩在不同工作條件下的溫度。滲透壓力很難用統(tǒng)計(jì)確定，影響壩基穩(wěn)定的地基軟弱夾層及其分布也很難憑少數(shù)鉆孔取樣確定其統(tǒng)計(jì)特性，所以用可靠度理論估計(jì)不了壩體的安全度。將可靠度理論用于鐵路工程結(jié)構(gòu)規(guī)范要確定火車(chē)的荷載譜，現(xiàn)在花了很大力氣已取得上萬(wàn)條荷載譜，統(tǒng)計(jì)出了50年最大可能荷載，可是今后鐵路上的火車(chē)荷載及其變化，更多地由鐵路部門(mén)指令所確定，與那些統(tǒng)計(jì)多不相關(guān)。

1.3.分項(xiàng)多安全系數(shù)設(shè)計(jì)方法要比可靠度方法更為靈活實(shí)用。在確定安全系數(shù)時(shí)，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(shù)值。鑒于現(xiàn)行建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范已經(jīng)采用了可靠度理論，不足之處可繼續(xù)改進(jìn)，而其設(shè)計(jì)公式的表達(dá)形式又與分項(xiàng)多安全系數(shù)基本相似，所以也不必再回到老路上去?，F(xiàn)行可靠度設(shè)計(jì)規(guī)范中的分項(xiàng)系數(shù)，其含義可以模糊些，考慮更多的經(jīng)驗(yàn)因素，這在可靠度理論中也是說(shuō)得過(guò)去的。規(guī)范采用可靠度理論應(yīng)采取實(shí)事求是的態(tài)度，能用的盡量用，尚不成熟的將來(lái)再用,不宜用行政手段一刀切去追求“統(tǒng)一。

2.高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)安全度現(xiàn)狀

高層建筑物由于設(shè)計(jì)、施工、使用力法、使用年限、遭受不同自然災(zāi)害等因素的影響，許多建筑物的安全性有待評(píng)定;特別是一此已完工或正在建設(shè)中的建筑由于各種因素的影響，建筑物已產(chǎn)生了不同程度的損傷，為此必須進(jìn)行建筑物安全性鑒定。由于建筑產(chǎn)品的商品化、市場(chǎng)化，建筑物鑒定工作直接與各相關(guān)力存在經(jīng)濟(jì)利益關(guān)系，從而也導(dǎo)致了一些法律問(wèn)題。

首先，當(dāng)前的建筑物安全事故，與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可靠度無(wú)關(guān)。如20世紀(jì)50年代的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)力法，與現(xiàn)在近似，當(dāng)時(shí)所用的混凝土強(qiáng)度很低，施工手段也很落后，混凝土用人工攪拌，沒(méi)有振搗器，而當(dāng)時(shí)施工發(fā)生安全事故的較少?，F(xiàn)在的安全事故與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)安全度沒(méi)有連帶關(guān)系。其次，我國(guó)建筑設(shè)計(jì)規(guī)范中的構(gòu)造規(guī)定尚屬恰當(dāng)。安全規(guī)范與國(guó)際市場(chǎng)無(wú)直接聯(lián)系，要根據(jù)國(guó)家政策而定。從實(shí)踐表現(xiàn)看，我國(guó)規(guī)范中的構(gòu)造規(guī)定，并非都比別國(guó)低。我國(guó)規(guī)范規(guī)定的是最低用鋼量，設(shè)計(jì)者一般根據(jù)結(jié)構(gòu)重要性，予以適當(dāng)提高，所以不能以此來(lái)判定我們?cè)诠こ讨械牟牧嫌昧?，更不能以我們的最低值?lái)與人家比。我國(guó)規(guī)范規(guī)定的柱子最小含鋼量為0.4%，是不考慮抗地震時(shí)的數(shù)量，我們大多數(shù)城市設(shè)計(jì)時(shí)都考慮抗震，高層建筑更是都要考慮，這時(shí)柱子的最小含鋼量就是0.5%-1.0%。而且設(shè)計(jì)單位在設(shè)計(jì)高層建筑的柱子時(shí)，用鋼量常比規(guī)范要求的還大，因此與國(guó)外相比，實(shí)際用鋼量并不小。

3.高層建筑物安全性設(shè)計(jì)要從多個(gè)方面來(lái)保證結(jié)構(gòu)的安全性

結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的首要任務(wù)是選用經(jīng)濟(jì)合理的結(jié)構(gòu)方案.其次是結(jié)構(gòu)分析與構(gòu)件和連接的設(shè)計(jì)，并取用規(guī)范規(guī)定的安全系數(shù)或可靠指標(biāo)以保證結(jié)構(gòu)的安全性。結(jié)構(gòu)的安全度通常指安全系數(shù)或可靠指標(biāo),實(shí)際上只是對(duì)結(jié)構(gòu)截面強(qiáng)度安全的一種度量，與此相關(guān)的還有荷載和材料強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值的取值。影響結(jié)構(gòu)安全性的因素大多，安全度是保證結(jié)構(gòu)安全性的重要方面但不是全部。有些設(shè)計(jì)人員往往只滿足于規(guī)范對(duì)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度計(jì)算上的安全度需要，而忽視從結(jié)構(gòu)體系，結(jié)構(gòu)構(gòu)造，結(jié)構(gòu)材料，結(jié)構(gòu)維護(hù)，結(jié)構(gòu)耐久性、以及從設(shè)計(jì)，施工到使用全過(guò)程中經(jīng)常出現(xiàn)的人為錯(cuò)誤等方面去加強(qiáng)和保證結(jié)構(gòu)的安全性。有的結(jié)構(gòu)整體性和延性不足，抗偶然作用和防倒塌能力差;或者計(jì)算圖形和受力路線不明確，造成局部受力過(guò)大:或者混凝土強(qiáng)度等級(jí)過(guò)低、保護(hù)層厚度過(guò)小、鋼筋直徑過(guò)細(xì)、構(gòu)件截面過(guò)薄，削弱了結(jié)構(gòu)耐久性;這些都會(huì)嚴(yán)重影響結(jié)構(gòu)的安全性;有的城市橋梁雖然滿足設(shè)計(jì)規(guī)范的強(qiáng)度要求僅用了5～10年就因耐久性出了毛病影響結(jié)構(gòu)安全。結(jié)構(gòu)耐久性不足已成為最現(xiàn)實(shí)的一個(gè)安全問(wèn)題，設(shè)計(jì)時(shí)要從構(gòu)造、材料等角度采取措施加強(qiáng)結(jié)構(gòu)耐久性，并要對(duì)施工單位提出具休要求。

國(guó)際上高層建筑物安全性的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范有二種體制，一種是推薦性的，另一種是強(qiáng)制性的。發(fā)達(dá)國(guó)家的規(guī)范多是推薦性的，對(duì)設(shè)計(jì)人員只起幫助指導(dǎo)作用，結(jié)構(gòu)工程千變?nèi)f化，規(guī)范不可能取代設(shè)計(jì)人員所必需的理論知識(shí)。經(jīng)驗(yàn)和判斷，設(shè)計(jì)人員必須自己承擔(dān)設(shè)計(jì)的全部責(zé)任，可以不受推薦性規(guī)范的約束。我國(guó)的設(shè)計(jì)規(guī)范則是強(qiáng)制性的，是設(shè)計(jì)人員必須遵守的法律，如有違反，一切責(zé)任由設(shè)計(jì)人自負(fù)，而出了事故，設(shè)計(jì)人員也可憑規(guī)范推卸責(zé)任。幾十年來(lái)，這種做法已在工程設(shè)計(jì)界深入人心，因而對(duì)規(guī)范的制汀工作也就提出了很高的要求。強(qiáng)制性規(guī)范的不足之處是，不能靈活適應(yīng)設(shè)計(jì)中遇到的各種情況，難以照顧到設(shè)計(jì)者可能遇到的各種特殊問(wèn)題，而且客觀上不利于發(fā)揮調(diào)動(dòng)甚至限制設(shè)計(jì)人員的創(chuàng)造性。強(qiáng)制性規(guī)范的利弊值得仔細(xì)探討。長(zhǎng)期以來(lái)，我國(guó)規(guī)范由政府部門(mén)管理，隨著政府機(jī)構(gòu)精簡(jiǎn)和政府功能轉(zhuǎn)變，有人擔(dān)心在規(guī)范管理的力度上會(huì)否削弱今后可否借助各種學(xué)會(huì)、協(xié)會(huì)的積極性，委托學(xué)會(huì)、協(xié)會(huì)來(lái)編制和管理，而政府部門(mén)則起批準(zhǔn)監(jiān)督作用。如果將規(guī)范的課題研究，規(guī)范的編制和規(guī)范的批準(zhǔn)分成獨(dú)立_的不同層次，是否會(huì)更好一些。在規(guī)范的編訂和管理上如何能更好地適應(yīng)既是社會(huì)主義、又是市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的體制，有必要作細(xì)致的研究。

4.結(jié)束語(yǔ)。

高層民用建筑物由于設(shè)計(jì)、施工、使用方法、使用年限、遭受不同自然災(zāi)害等因素的影響，許多建筑物的安全性有待評(píng)定;特別是一些已完工或正在建設(shè)中的建筑由于各種因素的影響，高層民用建筑物已產(chǎn)生了不同程度的損傷，因此進(jìn)行建筑物安全性鑒定是必然的。

[1]曹軍.鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)施工期安全分析與控制軟件SAC的工程實(shí)踐評(píng)測(cè).上海交通大學(xué),2005.