混凝土結構設計管理論文

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摘要對混凝土結構設計安全度和規范的修訂，提出了以下三方面看法：①規范中的安全度設定水平需要大幅度提高；②關于可靠度設計理論；③關于設計規范的強制性。

關鍵詞混凝上結構設計規范可靠度設計安全度設定水平

對于混凝土結構設計規范中的安全度設置水平，我在1998年7月提交規范修訂組領導的一封信中和1999年年初刊出的一篇文章[1]中已經表達了看法。

這篇題為《要大幅度提高建筑結構設計安全度》的文章，代表了一部分同志的看法，原本是應約撰寫，從不同角度為規范修訂提供參考意見。這份材料中有兩處不妥，一是對抗震設計的“小震不壞”原則提出了質疑而又未做詳細解釋。我在原稿寄出后不久就寫信通知要求刪去，但最后還是未能及時轉到雜志社并刊了出來。另外，這篇文章冠以“建筑結構”的標題也不合適，因為文中只論及混凝土結構，而鋼、木等結構的安全度可能是另一回事。

1、規范中的安全度設定水平需要大幅度提高

我對規范低安全度的看法，最早源于從事高強混凝土結構科研和推廣應用工作中的感受。用現行規范設計C50～C60級高強混凝土結構，其安全儲備比普通強度的混凝土還要低，給推廣造成困難和阻力，何況一項新技術的開始應用會存在經驗不足等問題，更需要有較為寬松的安全度環境；過低的安全度難免捉襟見肘，對新技術推廣不利。我國規范安全度與國外的差別已有不少資料作過報道，現在再看我國規范安全度從解放后的演變，以受彎構件為例，將安全度統一折算成解放初期按破損階段設計方法時的總安全系數K，則在最早的東北人民政府設計規程中K等于2.0；后改為與當時的蘇聯規范相同即1.8，但鋼材強度取值仍低于蘇聯；約在1956年后，按三系數極限狀態方法的蘇聯規范設計，K降到約1.55～1.6，1965年我國頒布的BJG21-66規范與此相同；1974年頒布TJ10-74規范，受彎構件K值又略有降低；1989年頒布的現行規范，K值大體保持在1965年規范的水平。這里需要指出的是，50年代設計時所用的樓層活荷載標準值基本參照了蘇聯荷載規范的取值，而在1959年頒布我國的荷載規范后，不少類型建筑物的樓層活荷載標準值都降低了，導致這類結構安全儲備的進一步降低。

橫向比較各國規范以及豎向縱觀我國規范的演變，可以深切體會到規范作為上層建筑，必然反映時代社會經濟的特色和需要。在這次規范修訂中，除了必需從專業的技術角度對安全度作細致分析外，如何從社會經濟的角度進行深入探討可能更為重要。這是因為我國正處在從短缺型的社會主義計劃經濟體制過渡到社會主義市場經濟體制的轉型期，而整個世界正面臨科技和生產飛速更新時代的到來。近十年來，我國的社會經濟狀況發生了從未有過的根本性變化，而我們現在設計的建筑物又必需適應今后幾十年乃至上百年內生產和生活水平的發展。

規范和標準如何從短缺型計劃經濟影響下走出來，使之更好地為社會主義市場經濟基礎服務，這是本次規范修訂不同于以往歷次修訂的主要區別，理應作為本次修訂中首要考慮的問題。隨便舉例來說，我們對普通公寓住宅的層高標準作了限制，在北京地區規定為2.7m（凈空僅2.55m），也不準設計人員或用戶提高房屋抗震設防等級，這些限制是否反映了過去短缺經濟年代的特色？短缺經濟的主要傾向是竭盡全力去約束消費和限制投資，并伴以過多的行政干預來加以保證。過去講節約，偏重于初期一次性投資和用料的節省，較少顧及長期和整體效益，更少考慮用戶的利益和要求；設計規范的低安全度和某些荷載標準值的過低取值，也是短缺經濟造成的。在今天的市場經濟體制下，如果只需花相對較少的錢，換得更為結實耐久的房子住，應屬合理消費受到鼓勵，為此而必須多花一些鋼材也屬于合理使用，說不上有違節約原則。安全度的設置本來就是用來對付比較意外的情況，低安全度的房子盡管在一般情況下安全可靠，但是抵御外界不確定性作用的能力相對較弱。房子結實些，壽命長些，符合國家提高人民生活質量的要求；萬一發生不測地震，可以減少生命財產損失；再說這種合理消費并不要政府掏錢，而且合理的多用些鋼材、水泥又能促進生產發展，從眼前講，還多少能緩解通貨緊縮的困難。這些說法從短缺經濟的立場上看是格格不入的，但符合眼前和長遠利益以及市場經濟的需要。

當然，節約作為人類可持續發展的需要和一種美德，應該是結構設計人員的重要守則。這里提出探討的只是計劃經濟年代曾經盛行一時的片面的節約，但即使是那種節約在過去短缺經濟下仍是合理和必需的，問題是將它搬到今天的社會經濟狀況和體制下，有時就不再適宜。

提高結構的安全性能需要從結構選型、結構構造、結構布置、材料選擇等多個方面作出努力，以加強結構的整體性、延性和耐久性，提高其抗御不測之災和防止倒塌、特別是抵抗連續倒塌的能力。也許基于概念設計的這些措施，對于增進結構安全更為有效且更符合經濟節約的原則。比如這次規范修訂組提出的用新Ⅲ級鋼替代Ⅱ級或Ⅰ級鋼，就能帶來立竿見影的效果。可是為了增強延性和防倒塌能力，主要還得靠合理加大構造用鋼量。上述與結構安全性能有關的眾多因素較難用數值形式加以度量，而我們在這里所討論的安全度，則僅限于截面強度的安全度和與之有關的荷載標準值和材料強度標準值等能夠用數值度量的那些參數。

提出要大幅度提高設計安全度，無非是基于客觀形勢變化和對現行安全度進行初步分析比較后的一種宏觀的定性估計。究竟需要提高多少，則需經過課題立項研究才能確定。對于規范修訂組這次提出的設計可靠度改進意見[2]，總的趨勢是往高處調，對此我表示擁護；雖然幅度不夠大。我國幅員廣闊，各地經濟發展很不平衡，象京、滬、穗等國際性大都市，建筑結構的安全度應高些，經濟不發達的邊緣地區允許適當低些。規范修訂時是否尚可通過結構重要性系數，或者荷載標準值取值，或地方性標準予以區別對待，大城市的結構安全儲備是否能再高些，當然也可以分步漸進。鋼材的分項系數過去偏低，似不宜再低于1.1。梁的最小配筋率一般根據截面抗彎屈服能力不低于截面拉區混凝上抗裂能力的原則來定，具體計算時所用的材料強度似宜采用平均值而不是標準值，否則從概率保證的角度不能符合要求。2、關于可靠度設計理論

將可靠度設計理論用于設計規范，不論在學術或工程界一直有分歧意見[3]。我傾向于多安全系數的極限狀態設計法，因為其中對安全度的表示比較靈活又易于理解，而且在確定各項安全系數時并不排斥利用可靠度理論手段進行分析對比，然后再綜合考慮其它因素加以修正。

由于現行建筑結構設計規范業已采用了可靠度設計理論，其在規范中的計算表達形式又與多安全系數方法相似，在實用上姑且將它理解為多安全系數也并無不可。在這種情況下，我贊成承認現實，在這次修訂中還是保留現有的設計方法體系為好。可靠度理論對于不同類型工程結構的適用程度肯定會有很大差別，用于混凝土建筑結構尚沒有解決不了的大問題，所以不宜再變。至于尚未使用的規范似宜適當放慢“統一”步伐，實在難以使用的更不宜通過行政手段去統一。可靠度理論還在發展，這方面的學術討論希望能夠深入開展下去。

結構安全度需要考慮的因素過于綜合，尤其是規范中的結構安全度，它不同于某個具體工程，需要考慮和照顧的方面更多，包括非技術性的社會經濟因素、政策因素等等。可靠度設計理論有其先進的一面，也有其不足之處；可靠度理論也有某些假定和約束條件，會有意或無意地省略某些本應考慮而用這一理論又難以處理的一些因素。技術科學理論一般擅長于分析，而規范安全度的設定除了要用分析外更需要綜合，因此經驗和判斷更為重要。

可靠度理論強調三個“正常”作為前提，即正常設計、正常施工和正常使用。這三個正常帶有較大的模糊性，有時甚難界定。比如野蠻施工絕非正常，很容易確認；可是針對我國施工中的上千萬農民隊伍以及管理水平薄弱的現狀，這種狀況是否正常？這個問題帶有普遍性，而且要改變這一狀況需有較長的過程。如果在設定規范安全度水平時完全不予理采，不考慮它會增加某種程度人為失誤的可能性及其對工程質量的影響，顯然是不合適的。規范面對的是群體而不是某個具體建筑的施工現場。我們不能因為不好統計、不好用理論分析處理，就將某些應該考慮的問題列入不正常。再舉居民裝修房屋用地板磚壓裂了預制混凝土樓板的事例，有的同志認為這是不正常使用，因為設計時并沒有考慮過裝修地面；或者認為這是不正常設計，因為設計人員在設計時漏掉了地板磚這項恒載，而規范則無責任。但是用戶則認為現在城市里家家搞裝修，不裝修才是不正常使用。而設什人員也說地面裝修應屬活載，因為今天地板磚，明天拆掉改成木地板，不能作為恒載，仍反正常設計。這個問題其實出在規范荷載標準值的統計上，規范的荷載統計樣本取自過去不搞裝修的短缺經濟年代里。所以單憑過去或現有樣本所得出的荷載統計值，理論上看來完整無缺，但用到規范仍需通過經驗和判斷加以修正，因為這些數據尚不能代表未來可能的發展。但如規范的安全度比較寬裕，就不至于出現這種問題。這次規范修訂組提出了今后要加列裝修荷載，對于這一規定，似乎還可商榷，因為隨著生產、生活水平的發展，類似裝修荷載那樣的其它小型荷載，在今后幾十年內還有可能出現。我們現在很難加以充分想象和估計，這類小型荷載應該通過提高活載的標準值和相應的分項系數來解決。國外規范的樓板荷載中還考慮偶然撞擊的影響。作出這些改進其實都容易辦到，因為每平米造價可能增加不了5元錢。

前些時候有報紙報道，有些房管部門給住戶發通知，規定住戶室內荷載不許超過1.5kPa，即規范確定的標準值。這種做法損害了住戶的利益，荷載標準值是按正常使用情況統計出來的，統計對象中有的就超過標準值，否則就用不到荷載分項系數。這一房管部門的做法不知出于何種考慮，也給住戶帶來心理壓力。但是這種現象是否從另一個側面反映了設計安全度過低所帶來的不必要麻煩。

3、關于設計規范的強制性

我國的設計規范是強制性的。對于設計人員來說，規范就是法律，只要不違反規范要求，即使設計出了問題，設計人就有可能不負任何法律責任。而國外發達國家的許多設計規范則是指導推薦性的，設計出了問題得自己負責，休想將責任推向規范。所以我國規范的編制工作有著更高的要求，同時也會遇到一些不好解決的困難。以往的最小配筋率為例，國外規范中是0.8％～1％，這個數值作為指導值是比較適宜的，而設計人員可以根據具體情況取用更低的配筋率。例如國際知名的芝加哥WaterTower大廈，其上層柱的軸力甚小，而截面和承載力很大，所以一些柱的配筋率就遠低于ACI規范的最小配筋率，但如換成我國規范，也采用0.8％～1％的最小配筋率，遇到這一情況就不能合理降低配筋率。可是如將柱的最小配筋率定得低了，當柱的軸力與承載力相比業已達到相近的程度，那么0.4％的最小配筋率顯然偏低，因而出現高也不是、低也不是的困難。又如我國規范并沒有明文規定設計人員不準采用高于規范設定的安全度水平，但在過去計劃經濟時代的影響下，缺乏經驗的設計人員有時還是不善于針對具體工程對象的需求和具體的施工環境條件，必要時加以靈活運用；而與此相反，某些故意鉆規范空子的人則會沿著規范允許的最低邊緣路線行事，以達到其不良目的并推卸責任。

要解決這些難題，根本的辦法是逐漸淡化規范的強制性質。強制性規范還不利于人們發揮創造性。在今天市場經濟體制下，尤其要求設計人員有更強的創新精神，去適應日益豐富多彩和功能千奇百怪的工程建筑物以及迅速發展變化的生產和生活方式。一本比較簡明的規范，再加上各種各樣正規的指導性專題技術文件（指南、建議等）與之配套，對設什人員來說可能更為好用和更有幫助。不過這又會牽涉到規范管理體制上的改革，已是超出這次規范修訂的題外話了。

參考文獻

1陳肇元，要大幅度提高建筑結構設計的安全度，建筑結構，1999年第1期

2李明順、胡德炘，我國建筑結構設計可靠度設定水平的分析與改進意見，1999年7月

3結構設計安全度專題討論會的討論發言綜述（1999年5月14日）．中國土木工程學報，待發表