所屬欄目:2012年07月 發布日期:2010-10-27 11:27 熱度:
摘要:從事高層民用建筑結構設計的基本目的,是在一定的經濟條件下,賦予結構以適當的安全度,使結構在預定的使用期限內,能滿足所預期的各種功能要求,本文首先闡述了高層民用建筑結構設計安全度的概念,其次,分析了選擇結構設計安全度的有關因素。同時,就高層民用建筑物安全性設計要從多個方面來保證結構的安全性進行了深入的探討。最后,就高層民用建筑結構設計安全度提出了自己的思考和建議,具有一定的參考價值。
關鍵詞:高層民用建筑;結構設計;安全度;思考
1. 前言
高層民用建筑物由于設計、施工、使用方法、使用年限、遭受不同自然災害等因素的影響,許多建筑物的安全性有待評定;特別是一些已完工或正在建設中的建筑由于各種因素的影響,高層民用建筑物已產生了不同程度的損傷,為此必須進行建筑物安全性鑒定。由于建筑產品的商品化、市場化,建筑物鑒定工作直接與各相關方面存在經濟利益關系,從而也導致了一些法律問題。
2.高層民用建筑結構設計安全度的概念
從事高層民用建筑結構設計的基本目的,是在一定的經濟條件下,賦予結構以適當的安全度,使結構在預定的使用期限內,能滿足所預期的各種功能要求,一般來說,建筑結構必須滿足的功能要求是:
(1)能承受在正常施工和使用時可能出現的各種作用,且在偶發事件中,仍能保持整體穩定性,即建筑結構需具有的安全性;
(2)在正常使用時具有良好的工作性能,即建筑結構需具有的適用性;
(3)在正常維護下具有足夠的耐久性。
上述安全性、適用性和耐久性,是建筑結構安全與否的標志,總稱為結構的可靠性,對這些性能的度量,即結構在規定的時間內,在規定的條件下,完成預定功能的概率,稱為結構的安全度。
3.選擇結構設計安全度的有關因素
結構設計安全度的高低,是國家經濟和資源狀況、社會財富積累程度以及設計施工技術水平與材料質量水準的綜合反映。具體來說,選擇結構設計安全度要處理好與工程直接造價、維修費用及投資風險(包括生命及財產損失)之間的關系。顯然,提高結構設計安全度時,結構的直接造價將有所提高,而維修費用將減少,投資風險亦將減少;如果降低工程造價,則維修費用和投資風險都將提高。所以,確定建筑的結構設計安全度,實際上是在結構造價(包括維修費用在內)與結構風險之間權衡得失,尋求較優的選擇。那種單純以建造時的材料消費用量和經濟指標來評價結構安全度的觀點,將導致片面的結論,實際上,結構設計安全度的選擇,不僅涉及生命財產的損失,有時還會產生嚴重的社會影響,對某些結構,還將可能產生嚴重的政治后果;而且還涉及到國家的經濟基礎和技術經濟政策。
4.高層民用建筑物安全性設計要從多個方面來保證結構的安全性
結構設計的首要任務是選用經濟合理的結構方案.其次是結構分析與構件和連接的設計,并取用規范規定的安全系數或可靠指標以保證結構的安全性。結構的安全度通常指安全系數或可靠指標,實際上只是對結構截面強度安全的一種度量,與此相關的還有荷載和材料強度標準值的取值。影響結構安全性的因素大多,安全度是保證結構安全性的重要方面但不是全部。有些設計人員往往只滿足于規范對結構強度計算上的安全度需要,而忽視從結構體系,結構構造,結構材料,結構維護,結構耐久性、以及從設計,施工到使用全過程中經常出現的人為錯誤等方面去加強和保證結構的安全性。有的結構整體性和延性不足,抗偶然作用和防倒塌能力差;或者計算圖形和受力路線不明確,造成局部受力過大:或者混凝土強度等級過低、保護層厚度過小、鋼筋直徑過細、構件截面過薄,削弱了結構耐久性;這些都會嚴重影響結構的安全性;有的城市橋梁雖然滿足設計規范的強度要求僅用了5~10年就因耐久性出了毛病影響結構安全。結構耐久性不足已成為最現實的一個安全問題,設計時要從構造、材料等角度采取措施加強結構耐久性,并要對施工單位提出具休要求。
國際上高層民用建筑物安全性的結構設計規范有二種體制,一種是推薦性的,另一種是強制性的。發達國家的規范多是推薦性的,對設計人員只起幫助指導作用,結構工程千變萬化,規范不可能取代設計人員所必需的理論知識。經驗和判斷,設計人員必須自己承擔設計的全部責任,可以不受推薦性規范的約束。我國的設計規范則是強制性的,是設計人員必須遵守的法律,如有違反,一切責任由設計人自負,而出了事故,設計人員也可憑規范推卸責任。幾十年來,這種做法已在工程設計界深入人心,因而對規范的制定工作也就提出了很高的要求。強制性規范的不足之處是,不能靈活適應設計中遇到的各種情況,難以照顧到設計者可能遇到的各種特殊問題,而且客觀上不利于發揮調動甚至限制設計人員的創造性。強制性規范的利弊值得仔細探討。長期以來,我國規范由政府部門管理,隨著政府機構精簡和政府功能轉變,有人擔心在規范管理的力度上會否削弱今后可否借助各種學會、協會的積極性,委托學會、協會來編制和管理,而政府部門則起批準監督作用。如果將規范的課題研究,規范的編制和規范的批準分成獨立的不同層次,是否會更好一些。在規范的編訂和管理上如何能更好地適應既是社會主義、又是市場經濟的體制,有必要作細致的研究。
5.高層民用建筑結構設計安全度的思考
(1)規范要根據國家政策而定
一個國家的規范,不僅僅是技術性的,還有根強的政策性,許多方面,是一個國家經濟條件的直接反映。因此,我國規范的材料用量,當然應該比發達國家低,也即安全度應該低一些。這方面我們完全可以理直氣壯地說,我們過去的設計標準,是符合我國國情的,是安全的。當然某些局部有不足,要不斷修改。國外的規范也不是十全十美,也在不斷的修改。我們過去的結構成功地經受了幾十年的考驗,那就是說,我們的規范,基本是正確的,安全度基本是能滿足要求的。
我國經濟發展地區不平衡,分布不均,不能單看我國這些年沿海地區的經濟發展,我國廣大中西部地區,還是相當窮的。我國鋼產量雖大幅度提高,但人均產量仍就很低,而且品種不全,質量較低。所以,我不贊成說現在就可以大量用鋼。中小城市現在還在發展冷軋變形鋼筋,這種鋼筋性能并不太好,就因為能省鋼,所以還在發展,這就是我國的國情。
(2)不容忽視設計中的浪費現象
當前建筑結構設計存在的問題中,有一個方面不容忽視,就是設計中的浪費現象。我們有不少鋼筋混凝土高層建筑的用鋼量,已超過國外同等高度鋼結構的用鋼量,其不合理可見一斑!
現在這種關于建筑結構設計安全度的討論是正常的,但我擔心會不會引起誤導,使一些設計人員誤以為按我國規范進行設計會造成不安全,以致盲目加大構件截面,增加用鋼量,造成不必要的浪費。這種可能性是不能不防的。
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文章標題:高層民用建筑結構設計安全度的思考
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