关于结构安全度与耐久性的思考和意见  
关于结构安全度与耐久性的思考和意见———中国土木工程学会第九届年会主题评述
                         唐美树
             (中国土木工程学会　北京100835)
一、工程质量问题和我国结构安全度设置水准现状
 中国土木工程学会最近召开了第九届学术年会,其主题是工程安全度及耐久性。这个主题应该说是近期来工程技术界的一个争论热点,也是一个深层次的问题。建设部俞正声部长在给本次年会的贺信中,殷切希望“年会通过交流,以求共识,共商对策措施,为提高我国工程建设质量而尽职尽责”。
 目前事故频频发生的原因有:大量的是属管理腐败,违法违规,假冒伪劣,偷工减料等;其次是野蛮施工,不按施工顺序,不按验收标准,粗制滥造;极少是由于设计错误,不符合设计标准规范要求的。作为工程学术界,更关心的是从结构设计理论、标准设定上找出存在的问题和薄弱环节。
 有专家提出:工程质量问题不要与结构安全度、耐久性混为一谈,否则容易引起混乱,造成社会不安定因素。应该说我国结构安全度的设定水准是合理的、安全的,是符合我国国情的。有的专家说:“我国现行的规范自1989年实施十年来,全国已建各类建筑达100亿ｍ2,至今尚未发现一例因设计规范安全设定不当而发生承载力失效的实例”。当然,这种说法是否绝对,尚待研究,但总的说,是有道理的。
 我国结构安全度设置水准总体偏低,这是参与专家们的共识,但偏低并不是说不安全,而是在国际认可取值范围内,是合理的,适合我国国情的,在正常条件下,设计不出错误、保证施工质量、不违规使用,是能确保结构安全可靠的。问题在于我们现在已进入了社会主义市场经济体制下的大规模基础设施建设的新时期,这些设施将要使用几十年、上百年,而且结构面临的风险在不断提高。我国结构可靠度数据出自80年代前后的统计资料,而目前荷载与材料强度统计数据与20年前比,肯定会有较大差别。在此前提下,结构一旦失效,引起的损失将是十分巨大的。因此,重新思考结构安全度设置水准,将有积极意义。50年来历次的规范修订,结构设计安全度总体是有所下降。有专家估计:现在的设计规范与50年代中期相比,由于安全系数和荷载标准值的下降,如办公室等楼层构件的安全储备平均降低幅度可达30%,而楼面活荷载标准值的降低又影响到柱的安全储备,对一般多层房屋而言,加上安全系数的变动,安全贮备比50年代中期平均降低15%。因此,有专家认为:我国规范中安全程度的设置水准,不是偏低“一些”或“一点”,而是低得不少。从横向比较,有专家估计,如果综合考虑各国规范的规定,我国结构的安全储备比英、美等国小很多,最多可小一倍以上。我国进入ＷＴＯ后,我们的工程建设有一个与国际接轨的问题,也需要我们认真地考虑,否则也不利于走向世界。
二、关于安全度设置水准的调整研讨
 影响结构安全控制的因素很多,既要考虑当时社会的经济和物质条件,还要考虑现有的设计、施工技术水平以及结构的生命周期和功能需求等,甚至还要考虑建筑物的商品属性和人们对建筑需求的心理因素。结构安全度是结构安全控制的重要方面。
 工程技术人员一直在用标准规范进行结构安全控制,同时又不断地修正标准、规范和探索新的方法。我国结构设计安全系数的演变经历了从容许应力法、破损阶段法、计算极限状态法到现在的概率极限状态法。应该说,我国在结构安全控制方面取得了长足的进步。当然,即便是被认为跻身于国际先进行列的我国可靠度设计方法,也还存在很多难以解决的理论和实践问题,有待进一步的探讨、完善和提高。因此有专家诚恳地指出:当用概率理论计算的指标与成熟的工程经验或科学实验指标相矛盾时,往往要修正前者,使之服从后者,因为后者更符合工程逻辑。
 在年会讲座中,对我国结构安全度偏低,需要提高我国结构安全度设置水准的认识是一致的,但对于如何提高会上反映了两种意见:一种意见是根据工程实践经验和分析,对比国外规范的结果,认为我国现行设计规范的安全度设置水准应该大幅度提高;另一种意见也通过对比,认为可以把结构可靠度水平提高一点。两种意见的差异,是稍作调整,还是大步到位。这是学术问题,应充分发扬学术民主,各抒己见,有助于加深认识,形成共识。本人认为,根据当前形势和条件,最好能有较大幅度的提高。我同意有些专家说的意见,即我国现在不再是当初的低水准、短缺型计划经济的年代,我国的钢材不是匮乏,而是富余,现在,由于房子安全性差,而要经常大修所带来的损失远非过去所能比拟,更何况提高结构安全性所需要的付出在整个建筑物造价中的比例已降到了很少的程度,在建筑物的售价中更是微不足道。而由于结构安全性不足带来的风险损失却愈来愈大。再考虑建筑业加速与国际市场接轨等因素,对本来较低的安全度进行较大幅度的提高,也是现实的,可为我国建筑业进军国际市场带来好处。规范编制应当面对市场经济的现实,考虑业主和使用者的利益,他们在付出与风险之间是最有资格权衡得失的,大幅度提高安全度是有基础的,但大幅度提高尚需做较多的工作,目前尚未能提出一个具体的方案。幅度大到什么程度才合适?如何调整具体指标?因为在我国规范中并不是所有指标都低,如超高层建筑的风压系数和轻钢结构的安全度,有人认为过于保守,但结构的整体性、结构抗灾能力、结构的耐久性等应有较大的提高。因此需要做细致的工作,以便能在较短的时间内提出适合当代并能与国际接轨的结构安全度参数,建立我国自己的结构安全度理论和标准。
 建设部标准定额司在听取各方面意见后,结合2000年标准修订计划,提出原则上同意把结构可靠度水平提高一点的指示意见,并在此基础上继续做工作,以求更加完善。目前来看,这是现实的一步,如ＧＢＪ68—84修订组认真做了分析研究,提出了具体调整方案,提出了荷载分项系数、材料分项系数、风荷载标准取值以及办公室、住宅楼面荷载等具体提高参数方案,并通过这些调整,计算出可靠指标提高了0 3～0 6,用钢量估计平均增加12%～20%,但调整后与欧、美现规范相比仍相差10%左右,同时也强调安全度的提高还应依靠科技进步,如提高材料性能,采用新的结构体系、新的施工技术和施工工艺等,不能走低水平的单纯加大材料用量的老路。当然,在不能做到有较大幅度调整的方案时,这个决策也是现实的,是可以接受和必要的。
 总之,结构可靠度设定水准必须从社会经济方面全面、长远地考虑。要倾听各方面的意见,深入研究,寻求有较强科学性的、并能与国际接轨的我国自己的结构可靠度设定水准。
三、必须重视结构耐久性的研究
 目前对结构的耐久性问题还认识不足,往往是凭经验增加一些构造措施来加以弥补,缺乏在耐久性方面系统的理论研究和完善措施。耐久性研究需要宏观的定性描述和微观机理的定量分析,这是今后需要加强和深化的一项重要工作。
 我国在耐久性设计方面主要存在标准、规范、规程跟不上的问题,缺乏全面、完善、可靠的措施。规范对耐久性的要求,主要应在构造(如保护层厚度等)和材料性能(如混凝土配比、抗氧离子渗透性等)等若干个易于明确表达的几种指标上规定,有些规定也没有进行系统的机理研究,如对混凝土的徐变、碳化、碱骨料反应及钢筋锈蚀与时间的关系,研究得也很肤浅。影响耐久性的因素很多,需要加强的措施也很复杂,如本次年会上就有专家严肃指出:应重视后张灌浆不密实而产生的结构耐久性问题,要完善无粘结预应力工艺,加强张拉端和固定端锚具的选用和防腐措施,确保全密封方面的技术措施;再如要重视楼板中收缩和温度构造配筋要求,解决现浇楼板中出现收缩、温度裂缝给使用带来的危害和由此造成的钢筋锈蚀等结构耐久性问题。在设计、施工中对耐久性问题认识不足,普遍存在混凝土强度等级过低、保护层厚度过小、钢筋直径过细、构件截面过薄而削弱结构耐久性的问题。从观念上要克服设计中考虑强度多,而考虑耐久性少;重视强度极限状态,而不重视使用极限状态;重视新建筑建造而忽视旧建筑的维护。专家们强调:耐久性问题导致结构安全存在隐患已不容忽视,今后似应把研究的重点放在耐久性上。
四、标准、规范与工程师职责
 我国也正处于前所未有的大规模基础设施建设时期,尤其西部大开发战略的实施将为我国现代化建设奠定坚实的基础。我们设计的建筑物须在今后几十年、上百年的生产和生活中满足发展的需要,我们建造的工程应该具有更大的安全储备,能够提供更长的使用年限,可以承受更大的灾害风险,这是工程界、工程技术人员的重大历史使命和事业追求的永恒主题。
 工程师在进行结构安全控制时,应遵循规范的指导,但规范不可能取代设计人员所必需的理论知识、经验和判断,设计人员必须自己承担设计的全部责任,针对不同的设计对象、环境和使用条件等,创造性地选用规范中的数据。因为规范再详细,也不能包罗本来应由设计人员自己去解决的各种问题。
五、结语
 上述诸方面表明设计的安全控制是一个复杂的系统工程,需要多方努力。在我国单靠标准规范这一道平面防线是远远不够的,如果上升到法律的高度,问题就更多。国际经验是立体的多道防线:上有经典概念和理论指导,中有标准、规范给出的控制下限指标可供执行,下有各个学会、协会规程和指南给出的细则。现在学会的这个职能远远没有发挥,有专家已向土木学会提出要成立“标准工作委员会”,进行这一道防线工作。此项工作的展开将有待各方面的支持和管理体制的不断完善。