胡慧
广西建工集团第四建筑工程有限责任公司
摘要：大多数结构失效和相关损坏的成本是由于规划、设计、施工和使用中的错误造成的，而不是由于建筑材料强度和结构荷载的随机变化。重新开发的基于概率的荷载和阻力系数设计方法处理固有随机性引起的不确定性，比现有设计方法更合理地建模，但仍不考虑设计和施工中的错误。任何有意义的降低失败率的尝试都需要解决这个问题。本文回顾了结构安全性研究中设计和施工误差的研究现状，总结了一些简单的数学分析工具，并论证了编码设计中误差难以处理的原因。本文主要论述了我国现行法律存在的问题针对土木工程结构设计与施工策略的不足，提出了相应的对策为提高土木工程结构和施工策略的合理性和科学性提供帮助。
关键词：土木工程，结构设计，施工策略
引言：
近年来制定的安全检查程序和基于概率的荷载以及阻力系数设计标准解决了因为荷载和强度随机变化而引起的故障。因此使用基于结构和材料特性理想化的结构力学公式而引入的建模误差也应该被考虑在内。如果荷载和阻力系数设置得比较保守，当前拟议的基于概率的安全检查都可以有效地筛选出由于不确定性而导致的故障。因此，结构破坏很少发生并不奇怪，因为可能出现不利的高设计荷载和低设计强度。然而，大多数结构失效和损坏成本，尤其在日常施工中，是由于规划、设计、施工和使用中的错误造成的。即使相关组织和人员参与了设计和施工，并且采用了公认的质量保证和控制方法，也可能出现不可预见的情况和概念、分析或执行错误。错误很难量化，人为因素的介入可以尽可能使错误问题的解决方案从统计学、概率论和可靠性理论的领域中消失。
一、研究土木工程结构的设计与施工策略的主要意义
最近开发的可靠性分析和概率设计方法中没有考虑错误引起的故障。可靠性分析基于设计、施工、使用和质量保证的常规标准。它们所基于的概率模型描述了一组预设条件下的不确定性。设计中使用的标准值的微小偏差被认为是这种不确定性的一部分。然而，误差通常不能与目前可靠性分析所考虑的设计变量的随机偏差有关，从这个角度来看是没有用的。设计规范中的安全系数从未适用于此类错误。误差不仅仅是可靠性分析或设计中使用的载荷或阻力变量之一的极值。相反，错误完全对应于不同的事件，可能会改变适用的概率模型和相关的极限状态。因此，仅考虑高于设计荷载和低于设计阻力而偶然发生的失效概率计算是不现实的。此外，通过调整基本变量或安全系数的分布来包含错误的尝试通常是无效的，因为它们不会触及问题的根源。本文回顾了有关可能导致结构系统失效的错误的知识的现状，并考虑了在评估结构可靠性时如何考虑这些错误。虽然减轻错误的系统程序最终应包括在结构安全管理中，但这些程序并未在本审查的有限范围内制定。
二、目前土木工程结构的设计与施工策略存在的问题
错误发生在建筑过程的所有阶段：规划、设计、施工和使用。在最普遍的意义上，把错误看作是导致事情出错的因素是有用的。
（一）对设计变量的不确定性考虑不足。抗震性，可靠性，安全性等都是结构设计中所必须涉及到的问题，针对这一问题需要考虑的因素许许多多，涉及到方方面面，不仅仅需要经验的积累，同样也需要时刻关注最新的动向，了解最新设计方式，并深入思考。更具体地说，错误是无意中偏离公认的惯例或根本可以避免的错误。错误是由于人们没有正确考虑影响而导致的。什么是“严重”错误不能有一个精确的定义，因为在被认为是“可接受的实践”的范围内存在不确定性。错误可能被认为是“严重”的，这取决于它们对性能的影响。并不是所有的错误都是危险的，有些错误可能会对结构安全产生实际影响。
（二）结构分析方法的错误，特别是在没有能够很好理解的情况下。一些研究试图量化误差来源，并指出它们在建造过程中的相对重要性。在这些研究中发表的有限误差统计是不完整和有偏见的。
及时发现的错误可能不会报告；只能报告导致严重损坏的错误；数据涵盖的情况多种多样，可能并不都适用于特定结构。许多可用数据是自愿报告的，不是随机抽样。然而，故障数据可用于识别建造过程中的技术和组织缺陷，并指示进一步研究的方向。
（三）施工过程中的错误（如现场控制、管理、沟通）对某些建筑结构故障的调查揭示了由于施工过程的错误而导致的结构条件和连接的严重不足，很大程度上影响了工程的安全性。断裂或不稳定似乎是最常见的极限状态，其中墙和板是最常见的结构元件。对大约800起结构失效案例的研究表明，很多的损伤案例和损伤成本是由于施工过程错误造成的。
三、如何提升土木工程结构的设计与施工策略
在建筑工程的发展历程中，土木工程结构的设计的地位至关重要。就目前的发展状况来看，土木工程结构的设计水平从总体上讲还有待进一步提升，在具体设计环节在存在一些问题有待解决。
（一）关注细节，合理优化设计，保证结构设计满足各方面需求。技术措施包括对基本设计概念和假设的独立审查，这些概念和假设已被确定为许多失败的根源。此类审查应在所有主要项目上进行。即使是简单的平衡和稳定性检查，也经常会发现设计概念和假设中的基本错误。设计师不仅要考虑设计极限状态和荷载组合，还要考虑危险场景。危险情景的识别和制定有助于规划质量保证计划，即使在复杂的结构中不可能识别出所有可能的危险情景。一旦确定了可能的危险，就可以在项目的规划阶段作出处理危险的决定和步骤。
（二）不断提升专业能力，紧跟时代步伐。设计者应当时刻紧跟时代潮流，充分了解当下的设计现状，不断提升个人能力，通过经验积累与不断学习进行更为合理的规划。
（三）加强施工过程中的沟通与交流，提升施工人员素质，避免出现误解。组织和管理措施包括书面文件，旨在确保信息顺利流动，并确保所有相关人员明确职责。对于成功的组织和管理计划，有几个要素似乎是必不可少的：项目目标和结构性能要求的说明；设计施工团队的组织；项目责任的定义；设计文件；信息流动的正式机制；以及建立控制点和控制计划。这些关键要素应以书面形式正式阐明，作为设计和施工文件的一部分，并在项目开工前通知各方。这些在复杂的项目或新的情况下变得越来越重要，在新的情况下，经验可能有限或可能不相关，并且常识可能不占上风。以行为为导向的措施包括采取各种措施来改善人们对工作的态度，提高他们完成工作相关任务的能力。
四、结束语
除了通过一般质量保证的声明，结构规范等并不能不解决施工中的错误问题。当前建议的安全检查，如LRFD，在制定时没有考虑到所有可能出现的错误问题。考虑到在建造过程中发生错误的方式几乎是无限的，期望规范能够给出所有减少错误的定性标准是不合理的。尽管如此，公众和专业人士对最近结构故障的反应表明，降低发生率和建筑过程中错误的影响是可取的。工程师们应该认识到，事情可以而且确实会出错。但他们还应该考虑危险场景和结构系统如何失效，以及设计荷载和阻力。这种面向性能的思维不能由代码强制执行，但如果要显著降低错误发生率，这似乎是至关重要的。
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