混凝土结构设计安全度的看法

1.规范中安全度的设置水平有待大大提高
我对规范中安全度偏低的看法，源于我对高强混凝土结构的科研、推广和应用经验。现行规范设计的C50~C60级高强混凝土结构的安全储备甚至低于普通强度混凝土，给推广造成困难和阻力。而且在应用一项新技术时会有一些经验不足等问题，需要更宽松的安全环境。过低的安全性难以避免，不利于新技术的推广。关于我国代码安全度与国外的差异，已经有很多报道。现在看看解放后中国代码安全度的演变。以受弯构件为例，在解放初期按破坏阶段设计方法时，安全度统一换算为总安全系数K，然后在东北人民政府最早的设计规定中K等于2.0。后改为与当时苏联标准相同，即1.8，但钢的强度仍低于苏联。大约在1956年以后，按照三系数极限状态法的苏联标准设计，K下降到1.55 ~ 1.6左右，我国1965年颁布的BJG21-66标准也是如此。1974年TJ10-74规范颁布，受弯构件K值略有降低。在1989年颁布的现行规范中，K值一般保持在1965年规范的水平。这里需要指出的是，50年代设计中使用的楼面活荷载标准值基本上参考了苏联荷载规范的值。但1959年我国荷载规范颁布后，许多类型建筑的楼面活荷载标准值有所降低，导致此类结构的安全储备进一步降低。
横向比较各国规范，纵向看规范在中国的演变，可以深刻认识到规范作为上层建筑，必须反映时代社会经济的特点和需要。此次《规范》修订，除了从专业技术角度对安全程度进行详细分析外，更重要的可能是从社会经济角度进行深入探讨。这是因为我国正处于从短缺的社会主义计划经济体制向社会主义市场经济体制的过渡时期，全世界都面临着科学技术和生产快速更新时代的到来。在过去的十年里，中国的社会经济状况发生了前所未有的根本性变化，我们现在设计的建筑必须适应未来几十年甚至上百年生产生活水平的发展。
如何走出短缺计划经济的影响，使之更好地为社会主义市场经济的基础服务，是这次法典修订与以往修订的主要区别，也应该是这次修订首先要考虑的问题。比如我们对普通公寓住宅的层高标准做了限制，北京是2.7m (net 空只有2.55m)，不允许设计者或使用者提高房屋的抗震设防等级。这些限制是否反映了过去短缺经济的特征？短缺经济的主要倾向是尽一切努力限制消费和投资，并伴随着过多的行政干预来保证这一点。过去强调的经济性是初期的一次性投入和材料节约，很少考虑长远和整体效益，更少考虑用户的利益和要求；设计规范安全度低，部分荷载标准值偏低也是短缺经济造成的。在今天的市场经济体制下，如果你只需要花相对较少的钱就能住上更坚固耐用的房子，那应该是合理的消费，是被鼓励的。所以多花点钢材也是合理的用途，不能说违背经济原则。安全度的设置本来是用来应对突发情况的。安全度低的房子虽然总体安全可靠，但抵御外界不确定性的能力相对较弱。房子更坚固，寿命更长，符合国家对提高人民生活质量的要求；万一发生意外地震，可以减少生命财产损失；况且这种合理的消费并不需要政府买单，合理使用更多的钢材和水泥可以促进生产的发展。短期来看，可以在一定程度上缓解通货紧缩的困难。这些论点站在短缺经济的立场上不合时宜，但符合眼前和长远利益，符合市场经济的需要。
当然，经济作为人类可持续发展的需要和美德，应该是结构设计师的重要守则。这里讨论的只是计划经济时代曾经盛行的片面节约，但即使是那种节约，在过去的短缺经济中，仍然是合理的、必要的。问题是，把它搬到今天的社会经济状况和制度中，有时已经不合适了。
提高结构的安全性能，应从结构选型、结构配置、结构布局、材料选择等方面努力，加强结构的整体性、延性和耐久性，提高其抵御意外灾害、防止倒塌特别是连续倒塌的能力。也许这些基于概念设计的措施在提高结构安全性方面更有效，也更符合经济节约的原则。比如，规范修订组提出的新三级钢替代二级或一级钢，可以带来立竿见影的效果。但为了增强延性和抗倒塌能力，主要还是要合理增加建筑用钢量。与上述结构安全性能相关的许多因素很难用数值形式来衡量，但我们这里讨论的安全度仅限于那些可以用数值形式衡量的参数，如截面强度的安全度、相关的荷载标准值、材料强度标准值等。
提出大幅度提高设计安全度，无非是基于客观形势变化和对当前安全度的初步分析比较，做出的宏观定性估计。需要改进多少，只有在项目研究之后才能确定。至于这次代码修订组提出的设计可靠性改进建议，总的趋势是向更高的地方调整，我是支持的；虽然量级不够大。中国幅员辽阔，各地经济发展很不平衡。对于北京、上海、广州这样的国际大都市，建筑结构的安全度要高一些，允许经济不发达的边缘地区低一些。规范修改时，是否可以用结构重要系数、荷载标准值或地方标准区别对待，大城市的结构安全储备是否可以更高，当然可以循序渐进。钢材的分项系数以前很低，低于1.1似乎不合适。梁的最小配筋率一般按截面的抗弯屈服能力不低于截面受拉区混凝土的抗裂能力的原则确定。混凝土计算中使用的材料强度应该是平均值而不是标准值，否则从概率保证的角度来看是不能满足要求的。
2。关于可靠性设计理论
对于可靠性设计理论在设计规范中的应用，学术界或工程界一直存在不同意见[3]。我更倾向于多安全系数的极限状态设计法，因为安全度的表达方式灵活易懂，而且在确定各种安全系数时，不排除运用可靠度理论进行分析比较，然后综合考虑其他因素进行修正。
由于现行建筑结构设计规范中已经采用了可靠度设计理论，其在规范中的计算表达式与多安全系数法相似，在实践中没有必要将其作为多安全系数。在这种情况下，我同意承认现实，在这次修订中最好保留现有的设计方法体系。可靠度理论对不同类型工程结构的适用性肯定会有很大差异。应用在混凝土建筑结构上没有解决不了的大问题，不应该再改了。对于没有使用的规范，宜适当放慢“统一”的步伐，对于确实难以使用的，不宜用行政手段统一。可靠性理论还在发展中，这方面的学术讨论希望得到进一步发展。