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1、解析如何提高建筑结构设计安全度 摘要：本文主要结合作者从事多年结构设计工作，对我国建筑结构设计安全度的现状和我国规范在构造规定、荷载设计值与标准值取值偏低、材料强度设计值取值偏高等间题与国外情况进行了比较,认为我国现行建筑结构设计安全度标准已不能适应我国经济社会发展的需要,应大幅度提高。结合近年来地震损失情况还提出应对“大震不倒、中震可修、小震不坏”的抗震设计原则进行重新审议。此外,还从市场经济的观点对安全度的确定原则提出了建议。关键词：建筑结构设计；现状；标准；安全度中图分类号：TB482.2文献标识码：A文章编号：一、建筑结构设计安全度的现状自50年代以来,我国建筑结构的设计方法
2、有了很大的发展,经历了容许应力设计法、破损阶段设计法、极限状态设计法和概率极限状态设计法的重大变化。但在结构设计安全度上一直没有大的变化,与国际通用设计标准相比始终处于低水平。现以混凝土结构为例,比较一下我国混凝土结构设计规范GBJ10—89与国外规范在设计安全度上的差别。(1)构造规定结构设计的构造要求是为了弥补强度计算的不足,其中很多是用来保证结构有必需的延性,6因而往往与配筋量相联系。低用钢量是我国结构设计标准的特色,这从表1可看出。我国GBJ10—89规范规定柱子压筋最小配筋率为0.4%,比苏联1949年规范的0.5%还要少,当年苏联工业建筑研究院对低标号混凝土柱的试验研究表明
3、,少于0.5%的配筋率不能对混凝土柱的工作产生明显作用。如果以0.4%配筋率用于C60级混凝土设计成钢筋混凝土柱,则钢筋对柱承载力的贡献只占4%,这种柱子的性能更象是素混凝土柱。(2)荷载的设计值与标准值荷载的设计值与荷载标准值及荷载分项系数有关。各国设计规范中的荷载标准值在统计时考虑的宽严程度大不一样。恒载的标准值相差不大,而活载就有很大差异。表2是我国设计混凝土楼盖时采用的活载标准值与美国规范的对比。从总体看,美国的楼层活载标准值平均竟比我国大50%。我国由于受历史条件的限制,在确定荷载标准值时总是力求节约,以符合最低要求为出发点。又如,在确定风载时,尽管我国规定的结构设计基准期为
4、50年,却以30年一遇的平均最大风速作为风压标准值的依据,也比国外的标准值低。荷载的差异不仅反映在标准值上,更重要的还体现在荷载分项系数上。(3)材料强度的设计值与标准值材料强度的设计值等于材料强度标准值除以材料分项系数。材料强度标准值是统计确定的,各国多取95%保证率的强度作为标准值。看起来没有差别,6但各国对混凝土现场强度检验的标准不一样,国外的比我国严格,所以材料强度标准值的实际保证率我国依然偏低。此外,我国设计规范规定的材料分项系数又比国外低(表4),因而同样的材料,我国规定的材料强度设计值要比英美的高,混凝土至少高5%—10%,钢筋至少高3%—6%。材料强度分项系数表注:美国
5、ACI规范的设计表达式与我国及英国不一样,其中无分项系数。表中所列值为经过换算后得出的相当于分项系数的等效值。(4)构件承载力计算公式的精确度我国规范GBJ10—89在正截面强度计算上采用了关。关的规定,使得偏心距处于大小偏压界限附近的压弯构件偏于不安全,也使配筋率较大并接近界限配筋率的受弯构件偏于不安全。当采用高强混凝土或高强钢筋时问题尤为严重。而国外在正截面强度计算中均取混凝土压区等效矩形应力图的应力为。我国规范的斜截面抗剪强度计算公式在一些情况下安全度不足是众所周知的,与英美等国规范比较,我国规范给出的抗剪承载力计算值有时竟高出一倍以上。可能除了冲切承载力以外,我国规范各种承载力
6、计算公式的安全裕度都比国外差。二、现行的建筑结构设计安全度已不能适应国情的需要从80年代以来,我国的经济形势发生了根本的变化,6主要表现是:(l)结构造价占整个建筑造价的比例愈来愈小过去,建筑物的造价以结构造价为主,因建筑装修和设备都比较简单,更没有地价、拆迁、城市建设等大笔附加费。以商品房为例,目前中小城市的瞥价约为2000元/m2,其中土建成本费仅700—80元/m2,而结构造价大概不到300元/m2。多放一些钢筋,将房子设计得更加结实些,增加的费用极其有限。对大城市的高档办公楼和住宅,提高结构安全度对建筑总造价影响更小。(2)对结构使用功能的要求愈来愈高现在建筑物内各种设施和财产
7、愈来愈值钱,对结构的安全度自然会提出更高的要求。随着生产和生活方式的更新,人们希望建筑物在使用过程中具有更大的灵活性,能够适应功能变换的需要,这也要求结构安全度有更大的储备。(3)对可持续性发展愈来愈重视可持续发展对建筑结构的耐久性提出了更高的要求。建造建筑结构所需的砂、石、水泥、钢材都取自宝贵的资源,生产水泥、钢材等既消耗能源又造成污染,所以延长建筑结构寿命是节约资源和保护环境的重要措施。设计时如安全储备大一些,对耐久性和使用寿命无疑是有利的
