建筑结构的可靠性问题的研究

建筑结构的可靠性问题的研究

吴新成

身份证号码：32062419660507****南京双佳涂装工程有限公司江苏南京210000

摘要：建筑工程质量的好坏直接决定了其投入使用后的可靠性和安全性，并且它与使用居民的生命财产安全都是紧密相关的。我国现行结构设计标准的可靠度原则已不能适应当前的国情，提高我国建筑结构设计的可靠度水平将有利于生产、生活水准的改善，有利于国民经济发展，也符合建筑物业主的利益和要求。

关键词：建筑工程；可靠性；结构设计

通过工程界无数人员的长期摸索和不懈努力，建筑工程的结构设计方法已经逐渐走向成熟，建筑工程结构可靠度设计也取得了质的变化和突破性的进展。本文对建筑工程结构可靠度设计进行了一定程度的分析和探讨。

一、安全性设置标准的探讨

（一）可靠性理论需要继续完善发展

可靠性理论及概率极限状态设计方法将定性的\"安全\"概念尽可能量化，是结构设计理论的重大进步，并成为国际上的主导潮流。我国在这方面已处于先行地位，理应坚持和发展。建筑结构设计再退回单一安全系数设计方法实际上已经不可能，当然也不能将可靠性理论绝对化。一方面，对土木工程某些领域由于不确定因素太多而难以应用，可不必勉强统一，到条件成熟时再考虑不迟。另一方面，对难以实现定量统计的因素以及因经济发展而引起应超前考虑的社会及人文因素的变化，可以用经验修正的方式对可靠指标及各种分项系数作适当调整来加以反映。

（二）建筑结构可靠度标准应依据现况调整

我国目前的可靠度是采用校准法于80年代初确定的，反映了当时的技术水平及社会经济情况。与先进工业国家相比，安全储备存在着明显差距。但是在\"三正常\"（正常设计、正常施工和正常使用）条件下仍能给建筑结构以必要的安全保证。当然，抵御意外情况的能力仍然很差。在目前我国经济状况已经改善的条件下，从安全性可可持续发展的角度考虑，似有调整的可能和必要。但对不同的结构，调整的幅度应视具体情况分别考虑。

《建筑结构设计统一标准》和《建筑结构荷载规范》因涉及面广，只能微调，提高一点；

《混凝土结构设计规范》的情况比较复杂，材料的分项系数和设计强度只能微调或个别调整；抗剪、局压、最小配筋率等适当提高；冲切等少数项目安全裕量大，应予下调。总之应分别处理，但总体上应该适度上调。

（三）结构可靠度调高的影响

目前大幅度提高可靠度不太现实，可留待将来考虑。但作适当调整使可靠度渐趋一致并有所提高，是必要的也是可行的。我国经济环境已由物资旺乏转向市场调控，建筑钢材供应已能充分满足。建筑费用中材料造价比例大幅度减少，钢筋所占份额更小。适当提高可靠度而增加钢筋用量不会引起造价波动。根据荷载规范和混凝土结构设计规范修订，适当提高可靠度后进行试设计的后果，由于荷载标准值增加而引起用钢量的增幅在7%左右；由于设计规范修订而引起的增幅则在10%左右。如果优化材料选取，采用强度价格比较高的钢筋及混凝土，材料造价增加可控制在5%以内，这是可以接受的。

二、对建筑工程质量事故的评述

（一）工程事故与可靠度

当前频繁发生的工程质量事故大都是违反标准规范而引起的，属于\"三不正常\"的情况，因此不能归罪于可靠性存在缺陷。但是可靠度设置水平低，相应失效概率大，抵御意外情况的能力差，也是引发事故的原因之一。反过来如提高可靠度，对抵抗意外作用减少事故，肯定能起到明显的效果。目前，适当提高可靠度以减少事故，使人民的生命有更可靠的保障，并避免更多的社会财富损失是值得的。

（二）使用状态缺陷问题

数量大得多的使用状态缺陷（如可见裂缝和变形等）应予以足够注意。配筋较小，构造措施不当等使结构不能适应条件变化和非荷载（如温度变化，混凝土收缩等）因素的影响，虽一般不致危及承载力，但也难以适应建筑市场的要求。由于建筑（尤其是住宅）的商品化，用户作为消费者有权对商品提出更高的期望。如处理不当往往激化矛盾，引起社会不安定。适当增加配筋并完善构造措施以提高使用质量至关重要。

（三）施工质量低是导致事故的主要因素

施工队伍素质太低是目前造成工程质量事故的主要原因，加强管理并法制化是当务之急。严密施工过程中各层次质量监督和验收程序；完善质量检测手段；制定统一的强制性验收标准并严格执行，这是结束当前建筑市场混乱局面的必要措施。

（四）应大力提高设计质量

建筑结构设计不仅应遵守有关规范标准的要求，如结构选型、传力途径、计算简图、配筋原则、构造措施等非计算因素同样影响结构安全而且更具根本性。力学概念不清、工程经验缺乏、对计算机的过分依赖等，都可能引起安全问题。因此，对设计人员进行教育、培训和考核十分必要，设计审核也应加强。

三、推进可靠性理论研究的有效进行

以《建筑结构设计统一标准》为标志的我国可靠度理论曾处于领先地位，并已在土木工程的其他领域逐渐得到应用。对今后的研究，作以下建议：

（一）可靠性理论及设计方法的完善

随着我国经济技术发展，结构形式、材料、功能和荷载都有很大变化。通过调查统计以及总结工程实践经验，完善原有的理论及设计方法。调整设计参数和指标使之更为合理；为将来更准确调整可靠度指标积累资料。

（二）可靠性研究向整体结构体系延伸

真正影响建筑物安全的不只是单个构件而是结构体系。结构体系由构件以及它们之间的互相连接组成，各个构件及连接的失效将影响体系的破坏。体系的可靠度应综合考虑构件及连接的可靠度以及破坏结构、破坏过程等。

（三）结构理论应重视破坏形态研究

在作用引起的效应S超过本身具有的抗力R时，结构将失效（破坏）。破坏的形态对安全性至善重要，具有明显预兆（挠度变形及裂缝宽度等）的延性破坏不致引起严重后果；而无明显预兆的脆性破坏（失稳、断裂、倒坍等）则可能导致巨大的生命财产损失。因此可靠性的研究应重视对破坏形态的探讨。通过试验研究和理论分析，定量地界定导致构件脆性破坏的条件，才有可能通过设计施工控制而加以避免。

（四）推进正常使用极限状态的可靠度研究

比起承载力失效（破坏），因裂缝、变形（挠曲）而引起的问题要广泛得多，且对人民的日常生活影响更为直接。随着材料的高强化，刚度裂缝问题可能取代承载力而成为制约结构设计的主要因素，因此对于正常使用极限状态的研究亟待深化。使用状态的失效应明确界定；对影响使用的各种因素进行研究；并以概率和可靠度的形式加以探讨。面临越来越多的质量事故（纠纷）和建筑商品化后对质量的高要求，这类研究十分迫切。

四、结语

结构设计可靠度的高低，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。提高结构设计可靠度时，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可靠度，实际上是在结构造价与结构风险之间权衡得失，寻求最优的选择。