李為君
摘要:隨著我國社會經(jīng)濟的發(fā)展和城市現(xiàn)代化進程的加快,我們的建筑行業(yè)也處于不斷發(fā)展的進程中,諸多建筑結(jié)構(gòu)如雨后春筍般建設起來了。而建筑結(jié)構(gòu)的好壞優(yōu)劣,會直接關(guān)系到人民群眾的生命財產(chǎn)安全,還會影響到國家社會的長久穩(wěn)定,所以我們應該加強建筑結(jié)構(gòu)安全度的設計,從而保證建筑工程的質(zhì)量問題。
關(guān)鍵詞:建筑結(jié)構(gòu);安全度設計
中圖分類號:TU318文獻標識碼:A文章編號:1674-3024(2016)13-151-02
前言
經(jīng)過幾十年的發(fā)展,我國的房屋建筑結(jié)構(gòu)安全度設計水平得到了大幅度的提升,逐漸接近國外發(fā)達國家的水平。但是,跟西方發(fā)達國家相比,仍存在很多的不足之處,工程事故的頻發(fā),不必要的建筑材料的浪費等問題都是值得注意的地方。而這些都和建筑結(jié)構(gòu)規(guī)范標準有著直接的聯(lián)系。
1.建筑結(jié)構(gòu)設計的內(nèi)容原則和步驟
1.1設計內(nèi)容
在建筑施工過程中,建筑的結(jié)構(gòu)設計主要在于結(jié)構(gòu)設計師和建筑師通過組合各種建筑結(jié)構(gòu)元素,用以表達所期望實現(xiàn)的預期目標。在一般情況下建筑工程中的結(jié)構(gòu)元素包含著梁、柱、板、地基基礎以及大樣等內(nèi)容,工程師們可以運用這些結(jié)構(gòu)元素來構(gòu)建建筑工程的結(jié)構(gòu)體系。在建筑結(jié)構(gòu)進行設計時,我們要充分考慮到建筑工程在結(jié)構(gòu)上的總體布局,還要注重建筑結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵部位,尤其需要注意的是在關(guān)鍵細節(jié)問題上的結(jié)構(gòu)設計。比如在進行建筑結(jié)構(gòu)抗震的結(jié)構(gòu)設計時,要根據(jù)地震災害對于建筑結(jié)構(gòu)總體產(chǎn)生的負面影響,來科學合理的確定解決建筑設計實際情況下的基本問題,其中還重點包含著結(jié)構(gòu)破壞過程及機制分析原理,這樣就可以有效提高建筑結(jié)構(gòu)整體的抗震防震能力。
1.2基本原則
通過對建筑工程的整體把握,我們對于建筑結(jié)構(gòu)設計過程中的基本原則在于:(1)建筑結(jié)構(gòu)設計可以應用于正常合理的建設和施工使用,還能經(jīng)受住正常使用中所面臨的各種可能性;(2)建筑結(jié)構(gòu)設計能夠具備良好的工作業(yè)績;(3)建筑結(jié)構(gòu)設計可以滿足正常維修和建筑養(yǎng)護時的耐久性;(4)如果有意外情況發(fā)生,建筑結(jié)構(gòu)設計需要具有發(fā)生事故的設計規(guī)定,還要保持建筑物必要的整體隱定性。
1.3基本步驟
建筑師在進行建筑結(jié)構(gòu)設計的過程中,一般情況下要按照方案規(guī)劃階段一計算和設計階段一施工建設階段這三個階段來工作。其中方案規(guī)劃階段包括根據(jù)建筑工程的重要性及復雜程度,充分考慮到抗震設防烈度、工程地質(zhì)勘查報告、建筑物類型和建設和層高來最終明確建筑結(jié)構(gòu)的設計形式。
2.建筑結(jié)構(gòu)安全度概述
2.1建筑結(jié)構(gòu)設計安全度的定義
建筑結(jié)構(gòu)設計的最終目標是實現(xiàn)“三性”:安全性,在正常使用條件下能承受可能出現(xiàn)的各種外荷載作用(如:自重、機械設備、家具、人流以及風雪、氣溫變化等);在特殊情況下(如:地震、火災、颶風等)仍能保持建筑物整體穩(wěn)定、不倒塌:適用性,在正常使用情況下具有良好的工作性能,即能正常發(fā)揮建筑物各分部的使用功能:耐久性,在正常使用和維護條件下具有足夠長的安全使用壽命(設計使用年限)。
上述安全性、適用性、耐久性是衡量建筑結(jié)構(gòu)是否安全可靠的基本標志,稱為建筑結(jié)構(gòu)的安全性。在建筑結(jié)構(gòu)設計中用來度量結(jié)構(gòu)安全性、適用性和耐久性的指標就叫安全度。
2.2安全度的不同表示方法
20世紀50年代以來,我國建筑結(jié)構(gòu)設計方法歷經(jīng)容許應力設計法、破壞階段設計法、極限狀態(tài)設計法和概率極限狀態(tài)設計法四個階段;在結(jié)構(gòu)設計規(guī)范中,則分別以安全系數(shù)、分項系數(shù)和可靠指標來表示容許應力法、破壞階段法、概率極限狀態(tài)法的安全度。其實,建筑結(jié)構(gòu)安全度(又叫可靠度)還與其它一些因素有關(guān),例如:結(jié)構(gòu)的構(gòu)造規(guī)定、荷載標準與材料強度標準值、結(jié)構(gòu)內(nèi)力分析的精確度和構(gòu)件承載力計算公式等。建筑結(jié)構(gòu)可靠度(安全度)理論是分析建筑結(jié)構(gòu)安全性的一種有效手段。我國早已頒布、實施了建筑結(jié)構(gòu)設計統(tǒng)一標準,要求結(jié)構(gòu)設計時,按可靠度理論進行設計。可靠度理論用失效概率來度量結(jié)構(gòu)的可靠性,通過將結(jié)構(gòu)自身的抗力和外荷載的作用效應相互獨立,將隨機過程化成隨機變量,并以經(jīng)驗數(shù)據(jù)作為校準點,成功地將這一理論應用到建筑結(jié)構(gòu)設計規(guī)范中。但由于這一理論尚不完善,在具體設計時還應結(jié)合工程實際,靈活應用。
3.建筑結(jié)構(gòu)安全度設計中存在的問題
3.1建筑結(jié)構(gòu)設計安全度水平偏低
結(jié)構(gòu)設計安全度水平的高度并不是受單方面作用的,而是一個綜合的反映。從大的層面來說,它反映了國家經(jīng)濟、社會財富積累以及資源狀況,從小的方面來講,它反映了材料質(zhì)量水準和設計施工水平。盡管工程安全度的確定是通過概率和統(tǒng)計實現(xiàn)的,但是最重要的依據(jù)卻是工程判斷和施工經(jīng)驗這些綜合因素。在與結(jié)構(gòu)安全度有關(guān)的不同環(huán)節(jié),我國的混凝土結(jié)構(gòu)規(guī)范設定的安全度水平比國際上通用標準要偏低,部分偏低程度更深。例如在混凝土結(jié)構(gòu)設計中采用的荷載值,我國的要求比國外要低,而材料強度值卻高。甚至國外估計結(jié)構(gòu)承載力所用計算公式安全度不達標的安全度標準比我國制定規(guī)范中達標的還要高,同樣的情況體現(xiàn)在很多環(huán)節(jié),例如結(jié)構(gòu)的構(gòu)造規(guī)定。
和國際水平相比,現(xiàn)行的安全度標準雖然較低,但是這些安全度的制定是通過數(shù)十年實踐來證實的。隨著我國人民生活水平的提高和對住房要求的不斷嚴格,以往的經(jīng)驗數(shù)據(jù)和標準已經(jīng)不能滿足現(xiàn)在的需求。另外,不斷變化的客觀形勢,也對現(xiàn)行設計可靠度水平產(chǎn)生了一定的影響,相關(guān)的安全度標準必須得到適當?shù)奶嵘?,以促進建筑結(jié)構(gòu)設計的長遠發(fā)展。
3.2安全度和工程事故的關(guān)系
不少人認為頻發(fā)的工程事故是由于現(xiàn)行規(guī)范的安全度水平太低導致的,這種說法是錯誤的,現(xiàn)行規(guī)范的安全度標準是足夠的。在20世紀50年代,混凝土水平強度較低的情況下,人們用和現(xiàn)在結(jié)構(gòu)設計相似的方法、落后的施工手段,建立了許多至今仍在發(fā)揮作用的建筑物,例如王府井百貨大樓和北京飯店等,這些建筑物已經(jīng)有51年的歷史,經(jīng)歷了地質(zhì)災害卻依然屹立。當時使用的混凝土強度比現(xiàn)在強度較低的C1 5還要低,并且混凝土的配合方法使用的是體積比,沒有振搗器,攪拌的方式也完全是人工的。但是,安全事故在當時是很少發(fā)生的,由此可見,結(jié)構(gòu)設計安全度并不是現(xiàn)在安全事故的原因,而一些諸如施工不規(guī)范、偷工減料等才是安全事故的原因。
4.提高建筑結(jié)構(gòu)設計安全度的建議
4.1結(jié)構(gòu)設計風格需簡約
在保證安全的前提下,采用較少的材料來滿足建筑物不同的功能需求是結(jié)構(gòu)設計工程師的主要職責之一。在安全度設計方面,最主要的一項是關(guān)于鋼材節(jié)約的問題,構(gòu)件截面的大小對材料用量有著直接影響,因此要設置合適的構(gòu)件截面。在西方發(fā)達國家,結(jié)構(gòu)設計工程師也在追求材料的節(jié)約,這種節(jié)約是以安全性的保證為前提的。節(jié)約鋼材,結(jié)構(gòu)方案合理布置,采用規(guī)則的圖形設計方案和常規(guī)材料,搭配出合理的設計風格,不僅能節(jié)省建造費用,還減輕了建筑物自身的載荷,保證了結(jié)構(gòu)安全度。
4.2靈活運用國家規(guī)范設計標準
國家規(guī)范中最低用鋼量是根據(jù)綜合因素考慮制定的,這種最低標準不能作為設計者參考的依據(jù),不同的建筑物對建筑結(jié)構(gòu)的要求不同,因此應根據(jù)建筑物的不同,相應的提高用鋼量。在我國,相關(guān)規(guī)定中柱子的含鋼量不能少于0.4%,這個標準是將地震等地質(zhì)災害因素排除在外的,但是我國大多數(shù)地區(qū)屬于地震頻發(fā)帶,這些是必須要考慮的,因此必須適當提高含鋼量,尤其是在高層建筑中,含鋼量必須達到0.5%~1.0%,甚至更多。我國現(xiàn)行的構(gòu)造規(guī)定,部分要求已經(jīng)和國外相近,例如剪力墻,和美國最小配筋率0.25的標準是相同的。并且在部分方面,我國構(gòu)造規(guī)定要比國外更加嚴格,如墻的暗柱配筋量等。很多設計者在進行設計時,往往以國外標準為參考標準來進行設計,不同地區(qū)有不同的情況,因此不能一概而論,比如配筋方面,美國的標準比我們還要少,但是,如果以國外的標準來指導我國的施工,顯然是行不通的。因此,設計師要根據(jù)施工條件的不同,來合理利用相關(guān)構(gòu)造標準,不能生搬硬套,一定要保證建筑結(jié)構(gòu)安全度。
4.3根據(jù)政策制定規(guī)范。
結(jié)構(gòu)規(guī)范的制定是國家經(jīng)濟條件的直接反映,因此和國家政策息息相關(guān)。和發(fā)達國家相比,我國規(guī)范的材料用量,總體來說,顯然是低的,也就是安全度要低。但是,過往的這些年的實踐情況足以證明,我們的規(guī)范標準是安全的。隨著經(jīng)濟的發(fā)展和相關(guān)要求的增加,安全標準需要適當?shù)奶岣?,但是,不能盲目的增加?gòu)件截面,增加用鋼量,造成不必要的浪費。
5.結(jié)語
建筑結(jié)構(gòu)設計要保證安全性、適用性和耐久性,這對安全度設計提出了嚴峻的挑戰(zhàn),針對目前的材料使用不規(guī)范,安全度不達標的問題,必須制定相應的措施來避免。國家制定的規(guī)范是符合現(xiàn)階段我國國情的,對安全度設計有著極其重要的指導作用,但是,仍有很多不足之處。需要結(jié)構(gòu)設計人員,根據(jù)工程情況合理設計,在保證安全度的前提下,規(guī)范設計風格和材料用量。