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浅谈对土木建筑结构安全性问题的探讨

[日期:2013-08-06]
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 1我国结构设计规范的安全设置水准对结构工程的设计来说,结构的安全性主要体现在结构构件承载能力的安全性、结构的整体牢固性与结构的耐久性等几个方面。我国建筑物和桥梁等土建结构的设计规范在这些方面的安全设置水准,总体上要比国外同类规范低得多。
  1.1构件承载能力的安全设置水准与结构构件安全水准关系最大的两个因素是:第一,规范规定结构需要承受多大的荷载(荷载标准值)。 第二,规范规定的荷载分项系数与材料强度分项系数的大小,前者是计算确定荷载对结构构件的作用时,将荷载标准值加以放大的一个系数,后者是计算确定结构构件固有的承载能力时,将构件材料的强度标准值加以缩小的一个系数。这些用量值表示的系数体现了结构构件在给定标准荷载作用下的安全度,在安全系数设计方法(如我国的公路桥涵结构设计规范)中称为安全系数,体现了安全储备的需要;而在可靠度设计方法(如我国的建筑结构设计规范)中称为分项系数,体现了一定的名义失效概率或可靠指标。安全系数或分项系数越大,表明安全度越高。
  公路桥梁结构的情况也与房屋建筑结构类似,除车载标准外,荷载分项安全系数(我国规范对车载取 1.4,比国际着名的美国 AASHTO规范的1.75 约低 25%)与材料强度分项安全系数规定均较低。尽管我国设计规范所设定的安全贮备较低,但是某些工程的材料用量反而有高于国外同类工程的,这里的问题主要在于设计墨守陈规,在结构方案、材料选用、分析计算、结构构造上缺乏创新。
  1.2 结构的整体牢固性除了结构构件要有足够承载能力外,结构物还要有整体牢固性。结构的整体牢固性是结构出现某处局部破坏,不至于导致大范围连续破坏倒塌的能力,或者说是结构不应出现与其原因不相称的破坏后果。结构的整体牢固性主要依靠结构能有良好的延性和必要的冗余度,用来应对地震、爆炸等灾害性荷载或因人为因素导致的灾难后果,可以减轻灾害损失。唐山地震造成的巨大伤亡与当地房屋结构缺乏整体牢固性有很大关系。
  1.3结构的耐久安全性我国土建结构的设计与施工规范重点放在各种荷载作用下的结构强度要求,而对环境因素作用(如干湿、冻融等大气侵蚀以及工程周围水、土中有害化学介质侵蚀)下的耐久性要求则考虑的相对较少。混凝土结构因钢筋锈蚀或混凝土腐蚀导致的结构安全事故其严重程度已远过于因结构构件承载力安全水准设置偏低所带来的危害,所以,这个问题必须引起我们的足够重视。
  我国规范规定的与耐久性有关的一些要求,如保护钢筋免遭锈蚀的混凝土保护层最小厚度和混凝土的最低强度等级都显着低于国外规范。损害结构承载力的安全性只是耐久性不足的后果之一;在一些情况下,提高结构构件承载能力的安全设置水准也有利于结构的耐久性与结构使用寿命。
  2调整结构安全设置水准的不同见解近几年,国内对建筑结构安全度的设置水准已经组织过几次讨论,专家们在如何调整规范的问题上存在着较大的意见分歧,不同的见解有:
  2.1 认为我国现行规范的安全设置水准是足够的,并已为长期实践所证明,而国外就没有这种经验。我国取得的这一成功经验决不能轻易丢掉,在安全度上不能跟着英美的高标准走;安全度高了是浪费,除个别需调整外,总体上不必变动。
  2.2 认为我国规范的安全度设置水准尽管不高,但在全面遵守规范的前提下,即在正常设计、正常施工和正常使用的“三正常”前提下,据此建成的上百亿平米的建筑物绝大多数至今仍在安全使用,表明这些规范规定的水准仍然适用;但是理想的“三正常”很难做到,同时为了缩小与先进国际标准的差距以及鉴于可持续发展和提高耐久性的需要,在物质供应条件业已改善的市场经济条件下,结构的安全设置水准应适当提高。这种提高只能适度,因为我国目前尚属发展中国家,要与国家的发展步伐相适应。
  2.3 认为我国规范的安全设置水准应该大体与国际水准接近,需要大幅度提高。这是由于随着我国经济发展和生活水平不断提高,土建工程特别是重大基础设施工程出现事故所造成的损失将愈严重,而为了提高工程安全程度所需要的经费投入在整个工程(特别是建筑工程)造价中所占的比重现在已愈来愈低,材料供应也十分充裕。过去的低安全水准只是适应了以往计划经济年代的需要,存在安全风险,如果规范的安全水准较高,有些曾经发生过的安全事故本就会避免。而规范的这一缺陷在一定程度上为“三正常”的提法所掩盖。在建的工程要为将来的现代化社会服务,安全性上一定要有高标准。低的安全质量标准在参与将来的国际竞争中难以被国际同行认可,即使结构设计的安全设置水准提高到发达国家水平,由于我们的施工质量总体较差,结构的安全性依然会存在一定的差距。
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