高层建筑结构设计调研报告
土104-08 李安朗
混凝土结构的安全性
关键词：混凝土结构、安全性、抗震设计、业界良心
随着经济的不断发展与资源的日益紧缺，高层建筑，以混凝土结构居多，已经越来越多的出现在了城市中，尤其像北京这样的大型比较发达的城市，寸土寸金。花大价钱得来的地皮当然盖得越高越好。作为即将从事这一行业的毕业生，我们通过课程的学习以及在施工现场进行的生产管理实习，对建筑业有了初步而浅薄的认识。不仅仅是对于高层建筑结构，对于所有建筑结构来说，安全都是首要目标。
建筑是人类从事生产、生活的场所，一旦出现安全事故，不仅仅是经济上会受到损失，更实会危及人的生命安全，而我们国家的建筑在这一点上似乎不那么令人放心，个人认为，原因有以下几点：
1、设计、施工等人为错误或差错
设计上为了省钱，少用钢筋或使用次等钢筋，不按规范要求设计构造措施等等，就是设计上的偷斤短两，这些行为在一些非专业人员很难挑出，大多数都推给施工方。由于设计差错或错误造成的结构安全事故主要因为结构或构件没有足够的承载能力，导致结构开裂和结构坍塌。但绝大多数人为错误或差错并非主观故意和恶意，出现设计差错或错误往往都设计人员素质不高、设计能力差、调查研究不细致、基础资料不全、设计参数的选取不合理、计算能力差、缺乏设计经验；其次由于行政干预、掌管意志、缺乏合理的设计周期；再说到施工质量，一直以来口碑也并不好，一方面是老板为了赚钱偷工减料，以次充好，另一方面是因为工人素质不高，缺乏专业知识、技能而导致的安全隐患。存在着有些工地搅拌混凝土时往其中注水而导致强度下降，生产实习过程中确实有同学目睹。有些工地为了赶工期，不等混凝土达到规定养护期前就拆模或是在上进行作业，也会导致混凝土强度不足而开裂。在我国现行工程项目建设招投标管理体制下，或多或少存在高资质中标，施工能力低的现象，工程层层转包，同时又由于施工管理水平低下，从业人员素质较低，也是当今我国建筑行业中的一个突出问题，难以及时发现和有效消除因人为的差错，而最终酿成的安全事故。还有一点令人不放心的就是建材的质量，商品混凝土的强度不合格状况广泛存在，钢筋以次充好更是比比皆是。我们上级的研究生作过调查，到工地想要钢筋回来进行试验屡遭拒绝，有些地方干脆说了实话，小直径的钢筋都是经过冷拉的，一定不合格。对于这种现象，主管部门也毫无作为，不得不为我们的安全捏把汗。
归根结底，是这些从业人员不够敬业，更深刻地说，是没有责任心与业界良心，心里只是想着如何赚钱，许多关系链条中都存在着黑幕，这是对我们最大的威胁。
2、现行技术标准存在差异，安全系数设置水平偏低 按照我国现行结构设计规范所采用的可靠度设计方法，结构安全性的可靠度定义为“规定”荷载作用下的强度保证率，既不反映不同设计规范在荷载标准值上存在很大差异，也不体现结构整体上的差别。而设计规范中的结构可靠度只是对结构的构件而言，构件的安全性很大程度取决与荷载的取值，设计时安全系数设置水平与荷载系数取值有关。据有关资料，我国规范中的动荷载安全系数比美、英等国家规范低14%～21%，比欧洲规范低7%；静载安全系数比美、英等国低17%，比欧洲低13%；在强度安全系数方面，我国规范的混凝土强度安全系数比欧美低15%，钢材强度安全系数低6%。这样一来按我国规范设计的柱子假设动载和静载比为1：2，由于荷载和材料方面的影响其承载能力较美、英规范设计的柱子的承载能力低35%，较欧洲低28%；梁板的安全系数比美英低24%，比欧洲低18%。
3、缺乏较为完整的法规和标准体系及管理机制 在我国工程建设和使用在管理上缺乏立法约束，重视项目建设，轻视使用过程中的日常维修、保养；重视建设资金的投入，忽视保养维修基金设置。在结构的保养维修缺乏强制性措施，一些结构由于保养不及时或长年失修造成结构损伤，最终导致结构破坏。其次，设计、施工、保养及维修技术不配套，过于依赖技术规范的作用，缺乏指南、工法等较为具体详尽的技术标准。再次，规范的错位认识与管理，局限于现有的标准、规范，缺乏创新性。随着技术进步，对规范、标准的修订不及时，缺乏与时俱进。
4、火灾、爆炸事故
火灾和爆炸可能导致灾难性的后果。2001年发生的石家庄爆炸，造成整栋房屋所有单元连续倒塌；央视大楼的着火事件更是震惊全国，那座楼是钢结构的建筑，耐火性差。总体来说，混凝土结构的防火能力较好，耐火性差的钢筋有混凝土的保护层包裹，也不会直接受到燃烧。由于混凝土结构遭火灾后，混凝土的抗压强度和钢筋抗拉强度降低，导致结构的承载能力降低，特别是爆炸，瞬间巨大冲击力远远超过结构的极限承载能力，造成瞬间破坏。
5、自然灾害
自然灾害指的是地震、滑坡、泥石流、飓风、洪水等不可抗力的自然现象，一旦发生会造成灾难性的破坏。对于结构来说，最大的敌人莫过于地震。从概念设计到计算再到构造措施，都需要逐一考虑。从概念上，首先要有“三水准”设防目标，即“小震不坏，中震可修，大震不倒”，这也是抗震设计的最基本原则。有了这一原则，就要根据其作相应的计算，利用振型分解反应谱法、底部剪力法或是应用计算机做时程分析来得到结构的内力和位移，以此来设计、配筋。至于一些计算无法满足或是无需计算就能满足的就要用到构造措施，规范中都有明确规定，对于梁、柱、墙的截面尺寸及配筋都需要满足。北京地区的一些抗震设计基本参数如下：为8度设防，地震加速度0.2g，αmax=0.16，Tg=0.35s，II类场地一组。做设计就离不开规范，我们手边要备一些常用规范，而且要及时更新。
近年来中国多灾多难，稍远点有76年唐山大地震，正是因为那次地震，让抗震设计被重视起来；近年来又有08年“五·一二”汶川大地震，从一些图片中学校、住宅倒塌的满目沧痍与政府大楼的屹立不倒的对比中，深深地问则了政府与建筑业的良心，也让北京开始了一系列对中小学、住宅楼的抗震加固工程。去年“七·二一”的大暴雨让北京市政系统受到了不小的冲击，大面积积水，而清代的故宫与解放初期建立的工人体育场确是安然无恙。很明显，以上的对比不是做得到于做不到的问题，而是做与不做的问题，终究是责任心与良心。
但是要完全避免自然灾害对结构的破坏是不现实，也是不可能的，也没有必要。但随着经济发展、国力增强、社会财富的增加和科学技术的进步，增强防患意识，提高对灾害的预测水平和结构抗灾能力完全必要的，并以此作为改进结构安全质量的重点。
改善混凝土结构安全性的方法与途径：
1、提高混凝土结构安全系数的设置标准
提高结构安全系数的设置标准无疑有利于提高结构安全性，但建设成本增加。合理设置安全系数既有利于提高结构整体牢固性，又能适应目前经济承受能力，从客观实际出发，审视安全系数设置标准，着力提高结构抗击突发事件的能力，提高抗震、设防等级，增强结构整体牢固性。对重要部位、重点场所，重点设置安全系数。设计荷载等级和结构、构件的承载能力有必要储备，并结合长远考虑荷载等级和使用功能的可能变化。
2、完善结构耐久性设计标准
结构耐久性是指结构、构件所处的各种作用维持使用功能的能力。长期以来，耐久性问题被各国结构工程师十分关注的问题。在我国由于长期处于短缺经济和计划经济历史条件的影响，现行的设计规范和施工规范主要局限于荷载作用下结构、构件的安全性问题，对于结构、构件在长期使用过程中由于环境作用导致材料性能劣化的影响，被置于比较次要或从属地位，主要是对耐久性认识不足，环境作用下结构耐久性问题比较复杂，存在很多不确定性，不像结构安全性通过加载试验可以确定。而耐久性只有通过预测、估计。但随着工程实践和工程技术人员的理论研究，已有可能对耐久性的预测、估计接近实际。
3、加强施工过程中工程质量的监管
工程质量的优劣直接关系到结构的安全性能和耐久性能，加强施工过程中工程质量的监管是有效遏制结构安全事故的重要手段。政府和企业（业主）本着对国家、对社会、对人民负责的态度，认真履行监管的职能；施工单位要严格按照《中华人民共和国产品质量法》，经得起历史的检验、社会的检验和用户的检验；社会监理要认真履行监理职责，把好过程关，禁止存在质量隐患的产品投入使用。
4、制定科学合理的项目建设工期
科学合理的项目建设工期是保证工程质量的前提和基础，然而在一些具体的项目建设中人为的行政干、预长官意志、盲目追求工期、进度，特别是一些政绩工程，有大干快上的“大跃进”之风，缺乏合理工期，为结构安全性和耐久性埋下了隐患。而今在科学发展观的指导下，以科学的态度、科学的思维方式、科学的组织行为制定科学合理的建设工期，为结构构件安全性和耐久性创造前提条件。
5、强化使用过程中的安全检测
由于结构、构件的安全性与设计、施工和使用过程中的保养、维修相关，也与工程技术人员和管理人员的水平和素质相关联。在我国结构工程施工中技术水平和人员素质相对较差，安全系数的设置较低，质量保证体系和质量保证制度尚不完善，政府的监督职能没有真正发挥，有些项目交付使用时存在质量缺陷，因此有必要加强结构、构件在使用过程中的安全检测。通过有效的安全检测，即时发现问题，采取整改措施，避免事故的发生，把安全事故的发生率降低到最小限度，从而达到预防为主的目的。要结合结构、构件的使用情况编制安全检测计划，配备检测仪器，安排检测经费，对一些重点的结构、构件要进行强制性检测。
6、提高结构材料的耐久性
提高结构材料的耐久性是提高结构、构件使用年限的有效途径。近年来，随着结构耐久性问题的实践和理论研究，控制水泥和粗骨料的使用，推广引气混凝土，开发耐锈蚀的钢筋以及海砂混凝土的控制和利用，积极推广应用耐久性能高的人工合成的高分子材料，结构耐久性问题得到很大程度的提高。
安全性考验着专业人员的技术能力，更是考验着从业者的良心，每一件设计成果都会关乎许多人的生命安全，所以，带着良心工作，让其他人放心。
参考资料：《高层建筑结构设计》、《工程抗震设计》、《混凝土结构原理》、《混凝土结构设计》、《高层建筑混凝土结构技术规程》、《建筑抗震设计规范》、《混凝土结构设计规范》、百度百科
