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摘要:建筑工程質(zhì)量的好壞直接決定了其投入使用后的可靠性和安全性,并且它與使用居民的生命財(cái)產(chǎn)安全都是緊密相關(guān)的。我國(guó)現(xiàn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的可靠度原則已不能適應(yīng)當(dāng)前的國(guó)情,提高我國(guó)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的可靠度水平將有利于生產(chǎn)、生活水準(zhǔn)的改善,有利于國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展,也符合建筑物業(yè)主的利益和要求。
關(guān)鍵詞:建筑工程;可靠性;結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
通過(guò)工程界無(wú)數(shù)人員的長(zhǎng)期摸索和不懈努力,建筑工程的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法已經(jīng)逐漸走向成熟,建筑工程結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計(jì)也取得了質(zhì)的變化和突破性的進(jìn)展。本文對(duì)建筑工程結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計(jì)進(jìn)行了一定程度的分析和探討。
一、安全性設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)的探討
(一)可靠性理論需要繼續(xù)完善發(fā)展
可靠性理論及概率極限狀態(tài)設(shè)計(jì)方法將定性的\\"安全\\"概念盡可能量化,是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理論的重大進(jìn)步,并成為國(guó)際上的主導(dǎo)潮流。我國(guó)在這方面已處于先行地位,理應(yīng)堅(jiān)持和發(fā)展。建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)再退回單一安全系數(shù)設(shè)計(jì)方法實(shí)際上已經(jīng)不可能,當(dāng)然也不能將可靠性理論絕對(duì)化。一方面,對(duì)土木工程某些領(lǐng)域由于不確定因素太多而難以應(yīng)用,可不必勉強(qiáng)統(tǒng)一,到條件成熟時(shí)再考慮不遲。另一方面,對(duì)難以實(shí)現(xiàn)定量統(tǒng)計(jì)的因素以及因經(jīng)濟(jì)發(fā)展而引起應(yīng)超前考慮的社會(huì)及人文因素的變化,可以用經(jīng)驗(yàn)修正的方式對(duì)可靠指標(biāo)及各種分項(xiàng)系數(shù)作適當(dāng)調(diào)整來(lái)加以反映。
(二)建筑結(jié)構(gòu)可靠度標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)依據(jù)現(xiàn)況調(diào)整
我國(guó)目前的可靠度是采用校準(zhǔn)法于80年代初確定的,反映了當(dāng)時(shí)的技術(shù)水平及社會(huì)經(jīng)濟(jì)情況。與先進(jìn)工業(yè)國(guó)家相比,安全儲(chǔ)備存在著明顯差距。但是在\\"三正常\\"(正常設(shè)計(jì)、正常施工和正常使用)條件下仍能給建筑結(jié)構(gòu)以必要的安全保證。當(dāng)然,抵御意外情況的能力仍然很差。在目前我國(guó)經(jīng)濟(jì)狀況已經(jīng)改善的條件下,從安全性可可持續(xù)發(fā)展的角度考慮,似有調(diào)整的可能和必要。但對(duì)不同的結(jié)構(gòu),調(diào)整的幅度應(yīng)視具體情況分別考慮。
《建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》和《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》因涉及面廣,只能微調(diào),提高一點(diǎn);
《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》的情況比較復(fù)雜,材料的分項(xiàng)系數(shù)和設(shè)計(jì)強(qiáng)度只能微調(diào)或個(gè)別調(diào)整;抗剪、局壓、最小配筋率等適當(dāng)提高;沖切等少數(shù)項(xiàng)目安全裕量大,應(yīng)予下調(diào)??傊畱?yīng)分別處理,但總體上應(yīng)該適度上調(diào)。
(三)結(jié)構(gòu)可靠度調(diào)高的影響
目前大幅度提高可靠度不太現(xiàn)實(shí),可留待將來(lái)考慮。但作適當(dāng)調(diào)整使可靠度漸趨一致并有所提高,是必要的也是可行的。我國(guó)經(jīng)濟(jì)環(huán)境已由物資旺乏轉(zhuǎn)向市場(chǎng)調(diào)控,建筑鋼材供應(yīng)已能充分滿(mǎn)足。建筑費(fèi)用中材料造價(jià)比例大幅度減少,鋼筋所占份額更小。適當(dāng)提高可靠度而增加鋼筋用量不會(huì)引起造價(jià)波動(dòng)。根據(jù)荷載規(guī)范和混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范修訂,適當(dāng)提高可靠度后進(jìn)行試設(shè)計(jì)的后果,由于荷載標(biāo)準(zhǔn)值增加而引起用鋼量的增幅在7%左右;由于設(shè)計(jì)規(guī)范修訂而引起的增幅則在10%左右。如果優(yōu)化材料選取,采用強(qiáng)度價(jià)格比較高的鋼筋及混凝土,材料造價(jià)增加可控制在5%以?xún)?nèi),這是可以接受的。
二、對(duì)建筑工程質(zhì)量事故的評(píng)述
(一)工程事故與可靠度
當(dāng)前頻繁發(fā)生的工程質(zhì)量事故大都是違反標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范而引起的,屬于\\"三不正常\\"的情況,因此不能歸罪于可靠性存在缺陷。但是可靠度設(shè)置水平低,相應(yīng)失效概率大,抵御意外情況的能力差,也是引發(fā)事故的原因之一。反過(guò)來(lái)如提高可靠度,對(duì)抵抗意外作用減少事故,肯定能起到明顯的效果。目前,適當(dāng)提高可靠度以減少事故,使人民的生命有更可靠的保障,并避免更多的社會(huì)財(cái)富損失是值得的。
(二)使用狀態(tài)缺陷問(wèn)題
數(shù)量大得多的使用狀態(tài)缺陷(如可見(jiàn)裂縫和變形等)應(yīng)予以足夠注意。配筋較小,構(gòu)造措施不當(dāng)?shù)仁菇Y(jié)構(gòu)不能適應(yīng)條件變化和非荷載(如溫度變化,混凝土收縮等)因素的影響,雖一般不致危及承載力,但也難以適應(yīng)建筑市場(chǎng)的要求。由于建筑(尤其是住宅)的商品化,用戶(hù)作為消費(fèi)者有權(quán)對(duì)商品提出更高的期望。如處理不當(dāng)往往激化矛盾,引起社會(huì)不安定。適當(dāng)增加配筋并完善構(gòu)造措施以提高使用質(zhì)量至關(guān)重要。
(三)施工質(zhì)量低是導(dǎo)致事故的主要因素
施工隊(duì)伍素質(zhì)太低是目前造成工程質(zhì)量事故的主要原因,加強(qiáng)管理并法制化是當(dāng)務(wù)之急。嚴(yán)密施工過(guò)程中各層次質(zhì)量監(jiān)督和驗(yàn)收程序;完善質(zhì)量檢測(cè)手段;制定統(tǒng)一的強(qiáng)制性驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)并嚴(yán)格執(zhí)行,這是結(jié)束當(dāng)前建筑市場(chǎng)混亂局面的必要措施。
(四)應(yīng)大力提高設(shè)計(jì)質(zhì)量
建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不僅應(yīng)遵守有關(guān)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)的要求,如結(jié)構(gòu)選型、傳力途徑、計(jì)算簡(jiǎn)圖、配筋原則、構(gòu)造措施等非計(jì)算因素同樣影響結(jié)構(gòu)安全而且更具根本性。力學(xué)概念不清、工程經(jīng)驗(yàn)缺乏、對(duì)計(jì)算機(jī)的過(guò)分依賴(lài)等,都可能引起安全問(wèn)題。因此,對(duì)設(shè)計(jì)人員進(jìn)行教育、培訓(xùn)和考核十分必要,設(shè)計(jì)審核也應(yīng)加強(qiáng)。
三、推進(jìn)可靠性理論研究的有效進(jìn)行
以《建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》為標(biāo)志的我國(guó)可靠度理論曾處于領(lǐng)先地位,并已在土木工程的其他領(lǐng)域逐漸得到應(yīng)用。對(duì)今后的研究,作以下建議:
(一)可靠性理論及設(shè)計(jì)方法的完善
隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)技術(shù)發(fā)展,結(jié)構(gòu)形式、材料、功能和荷載都有很大變化。通過(guò)調(diào)查統(tǒng)計(jì)以及總結(jié)工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn),完善原有的理論及設(shè)計(jì)方法。調(diào)整設(shè)計(jì)參數(shù)和指標(biāo)使之更為合理;為將來(lái)更準(zhǔn)確調(diào)整可靠度指標(biāo)積累資料。
(二)可靠性研究向整體結(jié)構(gòu)體系延伸
真正影響建筑物安全的不只是單個(gè)構(gòu)件而是結(jié)構(gòu)體系。結(jié)構(gòu)體系由構(gòu)件以及它們之間的互相連接組成,各個(gè)構(gòu)件及連接的失效將影響體系的破壞。體系的可靠度應(yīng)綜合考慮構(gòu)件及連接的可靠度以及破壞結(jié)構(gòu)、破壞過(guò)程等。
(三)結(jié)構(gòu)理論應(yīng)重視破壞形態(tài)研究
在作用引起的效應(yīng)S超過(guò)本身具有的抗力R時(shí),結(jié)構(gòu)將失效(破壞)。破壞的形態(tài)對(duì)安全性至善重要,具有明顯預(yù)兆(撓度變形及裂縫寬度等)的延性破壞不致引起嚴(yán)重后果;而無(wú)明顯預(yù)兆的脆性破壞(失穩(wěn)、斷裂、倒坍等)則可能導(dǎo)致巨大的生命財(cái)產(chǎn)損失。因此可靠性的研究應(yīng)重視對(duì)破壞形態(tài)的探討。通過(guò)試驗(yàn)研究和理論分析,定量地界定導(dǎo)致構(gòu)件脆性破壞的條件,才有可能通過(guò)設(shè)計(jì)施工控制而加以避免。
(四)推進(jìn)正常使用極限狀態(tài)的可靠度研究
比起承載力失效(破壞),因裂縫、變形(撓曲)而引起的問(wèn)題要廣泛得多,且對(duì)人民的日常生活影響更為直接。隨著材料的高強(qiáng)化,剛度裂縫問(wèn)題可能取代承載力而成為制約結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的主要因素,因此對(duì)于正常使用極限狀態(tài)的研究亟待深化。使用狀態(tài)的失效應(yīng)明確界定;對(duì)影響使用的各種因素進(jìn)行研究;并以概率和可靠度的形式加以探討。面臨越來(lái)越多的質(zhì)量事故(糾紛)和建筑商品化后對(duì)質(zhì)量的高要求,這類(lèi)研究十分迫切。
四、結(jié)語(yǔ)
結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可靠度的高低,是國(guó)家經(jīng)濟(jì)和資源狀況、社會(huì)財(cái)富積累程度以及設(shè)計(jì)施工技術(shù)水平與材料質(zhì)量水準(zhǔn)的綜合反映。提高結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可靠度時(shí),結(jié)構(gòu)的直接造價(jià)將有所提高,而維修費(fèi)用將減少,投資風(fēng)險(xiǎn)亦將減少;如果降低工程造價(jià),則維修費(fèi)用和投資風(fēng)險(xiǎn)都將提高。所以,確定建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可靠度,實(shí)際上是在結(jié)構(gòu)造價(jià)與結(jié)構(gòu)風(fēng)險(xiǎn)之間權(quán)衡得失,尋求最優(yōu)的選擇。