?一.土建結(jié)構(gòu)工程的安全性
??? 結(jié)構(gòu)安全性是結(jié)構(gòu)防止破壞倒塌的能力,是結(jié)構(gòu)工程最重要的質(zhì)量指標(biāo)。結(jié)構(gòu)工程的安全性主要決定于結(jié)構(gòu)的設(shè)計與施工水準(zhǔn),也與結(jié)構(gòu)的正確使用(維護(hù)、檢測)有關(guān),而這些又與土建工程法規(guī)和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)(規(guī)范、規(guī)程、條例等)的合理設(shè)置及運用相關(guān)聯(lián)。
??? 一)我國結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范的安全設(shè)置水準(zhǔn)
??? 對結(jié)構(gòu)工程的設(shè)計來說,結(jié)構(gòu)的安全性主要體現(xiàn)在結(jié)構(gòu)構(gòu)件承載能力的安全性、結(jié)構(gòu)的整體牢固性與結(jié)構(gòu)的耐久性等幾個方面。我國建筑物和橋梁等土建結(jié)構(gòu)的設(shè)計規(guī)范在這些方面的安全設(shè)置水準(zhǔn),總體上要比國外同類規(guī)范低得多。
??? 1.1構(gòu)件承載能力的安全設(shè)置水準(zhǔn)
??? 與結(jié)構(gòu)構(gòu)件安全水準(zhǔn)關(guān)系最大的二個因素是:1)規(guī)范規(guī)定結(jié)構(gòu)需要承受多大的荷載(荷載標(biāo)準(zhǔn)值),比如同樣是辦公樓,我國規(guī)范自1959年以來均規(guī)定樓板承受的活荷載是每平方米150公斤(現(xiàn)已確定在新的規(guī)范里將改回到200公斤),而美、英則為240和250公斤;2) 規(guī)范規(guī)定的荷載分項系數(shù)與材料強(qiáng)度分項系數(shù)的大小,前者是計算確定荷載對結(jié)構(gòu)構(gòu)件的作用時,將荷載標(biāo)準(zhǔn)值加以放大的一個系數(shù),后者是計算確定結(jié)構(gòu)構(gòu)件固有的承載能力時,將構(gòu)件材料的強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值加以縮小的一個系數(shù)。這些用量值表示的系數(shù)體現(xiàn)了結(jié)構(gòu)構(gòu)件在給定標(biāo)準(zhǔn)荷載作用下的安全度,在安全系數(shù)設(shè)計方法(如我國的公路橋涵結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范)中稱為安全系數(shù),體現(xiàn)了安全儲備的需要;而在可靠度設(shè)計方法(如我國的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范)中稱為分項系數(shù),體現(xiàn)了一定的名義失效概率或可靠指標(biāo)。安全系數(shù)或分項系數(shù)越大,表明安全度越高。我國建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范規(guī)定活荷載與恒載(如結(jié)構(gòu)自重)的分項系數(shù)分別為1.4和1.2,而美國則分別為1.7和1.4,英國1.6和 1.4 ;這樣根據(jù)我國規(guī)范設(shè)計辦公樓時,所依據(jù)的樓層設(shè)計荷載(荷載標(biāo)準(zhǔn)值與荷載分項系數(shù)的乘積)值大約只有英美的52%(考慮人員和設(shè)施等活載)和85%(對結(jié)構(gòu)自重等恒載),而設(shè)計時據(jù)以確定構(gòu)件能夠承受荷載的能力(與材料強(qiáng)度分項系數(shù)有關(guān))卻要比英美規(guī)范高出的10~15%,二者都使構(gòu)件承載力的安全水準(zhǔn)下降。日本與德國的設(shè)計規(guī)范在某些方面比英美還要保守些。一些發(fā)展中國家的結(jié)構(gòu)設(shè)計多根據(jù)發(fā)達(dá)國家的規(guī)范,就如我國解放前和建國初期的結(jié)構(gòu)設(shè)計方法參照美國規(guī)范一樣。至于中國的香港和臺灣,至今仍分別以英國和參考美國規(guī)范為依據(jù)。這里需要說明的是,在其他建筑物的活荷載標(biāo)準(zhǔn)值上,與國外的差別并沒有象辦公樓、公寓、宿舍中這樣大。不同材料、不同類型的結(jié)構(gòu)在安全設(shè)置水準(zhǔn)上與國際間的差距并不相同,比如鋼結(jié)構(gòu)的差距可能相對小些。
??? 公路橋梁結(jié)構(gòu)的情況也與房屋建筑結(jié)構(gòu)類似,除車載標(biāo)準(zhǔn)外,荷載分項安全系數(shù)(我國規(guī)范對車載取1.4,比國際著名的美國AASHTO規(guī)范的1.75約低25%)與材料強(qiáng)度分項安全系數(shù)均規(guī)定較低。
??? 盡管我國設(shè)計規(guī)范所設(shè)定的安全貯備較低,但是某些工程的材料用量反而有高于國外同類工程的,這里的問題主要在于設(shè)計墨守陳規(guī),在結(jié)構(gòu)方案、材料選用、分析計算、結(jié)構(gòu)構(gòu)造上缺乏創(chuàng)新。
??? 1.2 結(jié)構(gòu)的整體牢固性
??? 除了結(jié)構(gòu)構(gòu)件要有足夠承載能力外,結(jié)構(gòu)物還要有整體牢固性。結(jié)構(gòu)的整體牢固性是結(jié)構(gòu)出現(xiàn)某處的局部破壞不至于導(dǎo)致大范圍連續(xù)破壞倒塌的能力,或者說是結(jié)構(gòu)不應(yīng)出現(xiàn)與其原因不相稱的破壞后果。結(jié)構(gòu)的整體牢固性主要依靠結(jié)構(gòu)能有良好的延性和必要的冗余度,用來對付地震、爆炸等災(zāi)害荷載或因人為差錯導(dǎo)致的災(zāi)難后果,可以減輕災(zāi)害損失。唐山地震造成的巨大傷亡與當(dāng)?shù)胤课萁Y(jié)構(gòu)缺乏整體牢固性有很大關(guān)系。2001年石家莊發(fā)生故意破壞的惡性爆炸事件,一棟住宅樓因土炸藥爆炸造成的墻體局部破壞,竟導(dǎo)致整棟樓的連續(xù)倒塌,也是房屋設(shè)計牢固性不足的表現(xiàn)。
??? 1.3 結(jié)構(gòu)的耐久安全性
??? 我國土建結(jié)構(gòu)的設(shè)計與施工規(guī)范,重點放在各種荷載作用下的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度要求,而對環(huán)境因素作用(如干濕、凍融等大氣侵蝕以及工程周圍水、土中有害化學(xué)介質(zhì)侵蝕)下的耐久性要求則相對考慮較少?；炷两Y(jié)構(gòu)因鋼筋銹蝕或混凝土腐蝕導(dǎo)致的結(jié)構(gòu)安全事故,其嚴(yán)重程度已遠(yuǎn)過于因結(jié)構(gòu)構(gòu)件承載力安全水準(zhǔn)設(shè)置偏低所帶來的危害,所以這個問題必須引起格外重視。我國規(guī)范規(guī)定的與耐久性有關(guān)的一些要求,如保護(hù)鋼筋免遭銹蝕的混凝土保護(hù)層最小厚度和混凝土的最低強(qiáng)度等級,都顯著低于國外規(guī)范。損害結(jié)構(gòu)承載力的安全性只是耐久性不足的后果之一;提高結(jié)構(gòu)構(gòu)件承載能力的安全設(shè)置水準(zhǔn),在一些情況下也有利于結(jié)構(gòu)的耐久性與結(jié)構(gòu)使用壽命。
??? 二)調(diào)整結(jié)構(gòu)安全設(shè)置水準(zhǔn)的不同見解
??? 我國結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范的安全設(shè)置水準(zhǔn)較低,與我國建國后長期處于短缺經(jīng)濟(jì)和計劃體制的歷史條件有關(guān)。但是,能夠?qū)ν两ńY(jié)構(gòu)取用較低的安全水準(zhǔn)并基本滿足了當(dāng)時的生產(chǎn)與生活需求,而且業(yè)已歷經(jīng)了較長時間的考驗,這是國內(nèi)土建科技人員經(jīng)過巨大努力所取得的重大成就;但是,由于安全儲備較低,抵御意外作用的能力相對不足。如果適當(dāng)提高安全設(shè)置水準(zhǔn)將有利于減少事故的發(fā)生頻率和提高工程抗御災(zāi)害的能力。國內(nèi)發(fā)生的大量工程安全事故,主要是由于管理上的腐敗和不善以及嚴(yán)重的人為錯誤所致?，F(xiàn)在提出要重新審視結(jié)構(gòu)的安全設(shè)置水準(zhǔn),主要是基于客觀形勢的變化,是由于我們現(xiàn)在從事的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)要為今后的現(xiàn)代化奠定基礎(chǔ),要滿足今后幾十年、上百年內(nèi)人們生產(chǎn)生活水平發(fā)展的需要,有些土建結(jié)構(gòu)如商品房屋則更要滿足市場經(jīng)濟(jì)條件下具備商品屬性的需要。國內(nèi)近幾年來已對建筑結(jié)構(gòu)安全度的設(shè)置水準(zhǔn)組織過幾次討論,在如何調(diào)整的問題上存在較大的意見分歧,這次科技論壇上同樣反映了這些不同的見解:
??? 1)認(rèn)為我國現(xiàn)行規(guī)范的安全設(shè)置水準(zhǔn)是足夠的,并已為長期實踐所證明,而國外就沒有這種經(jīng)驗。我國取得的這一成功經(jīng)驗決不能輕易丟掉,在安全度上不能跟著英美的高標(biāo)準(zhǔn)走;安全度高了是浪費,除個別需調(diào)整外,總體上不必變動。
??? 2)認(rèn)為我國規(guī)范的安全度設(shè)置水準(zhǔn)盡管不高,但在全面遵守標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范有關(guān)規(guī)定,即在正常設(shè)計、正常施工和正常使用的“三正?！睏l件下,據(jù)此建成的上百億平米的建筑物絕大多數(shù)至今仍在安全使用,表明這些規(guī)范規(guī)定的水準(zhǔn)仍然適用;但是理想的“三正?！焙茈y做到,同時為了縮小與先進(jìn)國際標(biāo)準(zhǔn)的差距以及鑒于可持續(xù)發(fā)展和提高耐久性的需要,在物質(zhì)供應(yīng)條件業(yè)已改善的市場經(jīng)濟(jì)條件下,結(jié)構(gòu)的安全設(shè)置水準(zhǔn)應(yīng)適當(dāng)提高。這種提高只能適度,因為我國目前尚屬發(fā)展中國家。
??? 3)認(rèn)為我國規(guī)范的安全設(shè)置水準(zhǔn)應(yīng)該大體與國際水準(zhǔn)接近,需要大幅度提高。這是由于隨著我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展和生活水平不斷提高,土建工程特別是重大基礎(chǔ)設(shè)施工程出現(xiàn)事故所造成的風(fēng)險損失后果將愈益嚴(yán)重,而為了提高工程安全程度所需要的經(jīng)費投入在整個工程(特別是建筑工程)造價中所占的比重現(xiàn)在已愈來愈低,材料供應(yīng)也十分充裕。過去的低安全水準(zhǔn)只是適應(yīng)了以往短缺型計劃經(jīng)濟(jì)年代的需要,但決不是沒有風(fēng)險,如果規(guī)范的安全水準(zhǔn)較高,曾經(jīng)發(fā)生過的有些安全事故本來是可以避免的,而規(guī)范的這一缺陷在一定程度上為“三正?！钡奶岱ㄋ谏w。在建的工程要為將來的現(xiàn)代化社會服務(wù),安全性上一定要有高標(biāo)準(zhǔn)。低的安全質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)在參與將來的國際競爭中也難以被承認(rèn),即使結(jié)構(gòu)設(shè)計的安全設(shè)置水準(zhǔn)能夠提高到與發(fā)達(dá)國家一樣,由于我們的施工質(zhì)量總體較差,結(jié)構(gòu)的安全性依然會有差距。