通訊作者：張庚彪，1988年11月，男，漢族，山東菏澤人，就職于山東東瑞規(guī)劃建筑設(shè)計院有限公司，中級工程師，碩士研究生。研究方向：結(jié)構(gòu)設(shè)計。

摘 要：隨著國民經(jīng)濟的不斷提高，土木工程建設(shè)設(shè)計行業(yè)也在迅速發(fā)展進步。建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的安全性，直接影響建筑工程質(zhì)量，關(guān)系到人們生命與財產(chǎn)的安全。隨著生活水平的提高，人們對建筑安全性的要求不斷提高，提高建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的安全性成為評價設(shè)計水平的重要標準。本文主要闡述評價建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計安全性原則，分析我國建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中常見的安全問題，并提出了增強建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計安全性的建議，以供相關(guān)實踐研究參考借鑒。

關(guān)鍵詞：土木工程;結(jié)構(gòu)設(shè)計;安全性;改進措施

Abstract： With the continuous improvement of the national economy， the civil engineering construction design industry is also developing rapidly. The safety of building structure design directly affects the quality of construction engineering and the safety of people’s life and property. With the improvement of living standards， people’s requirements for building safety continue to improve. Improving the safety of building structure design has become an important standard to evaluate the design level. This paper mainly expounds the principles of evaluating the safety of building structure design， analyzes the common safety problems in China’s building structure design， and puts forward some suggestions to enhance the safety of building structure design， so as to provide reference for relevant practical research.

Keywords： Civil engineering; Structural design; Safety; Improving measures

一、引言

我國建筑規(guī)模呈現(xiàn)更高更大的發(fā)展趨勢，工程復(fù)雜性不斷提高，對安全性的要求也在不斷提高[1]。如何保障建筑結(jié)構(gòu)的安全性，已經(jīng)不僅是建筑行業(yè)關(guān)注的問題，還引起社會各界的廣泛關(guān)注。保障建筑使用安全的關(guān)鍵在于建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的安全性，提高建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的安全性，不僅是人們對建筑質(zhì)量的評價基礎(chǔ)，同時也是建筑行業(yè)自身在追求的目標，對其的研究具有十分重要的意義。

二、土木工程結(jié)構(gòu)安全性概述

土木工程結(jié)構(gòu)的安全性是指建筑物可以承受規(guī)定的重量，可以適應(yīng)風(fēng)、雨、雪等天氣，在臺風(fēng)、地震和火災(zāi)極端情況下不崩塌，能夠維持建筑結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的特性，受到施工設(shè)計、施工質(zhì)量與后續(xù)維護等影響[2]。在進行建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計時，應(yīng)該根據(jù)結(jié)構(gòu)損壞后果的嚴重性確定建筑結(jié)構(gòu)安全等級（如表1所示），需要注意的是，特殊建筑物的安全等級需要根據(jù)情況另行判斷。

三、土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計安全性原則

（一）結(jié)構(gòu)設(shè)計整體性原則

建筑各層的重力通過樓板傳遞至地面，當(dāng)樓板受力不均時，需要通過梁結(jié)構(gòu)約束承重柱等結(jié)構(gòu)，增強其剛度，以確保結(jié)構(gòu)承受外力時不變形。結(jié)構(gòu)設(shè)計需要依照各部分構(gòu)件的承重能力進行分配。

建筑結(jié)構(gòu)的總體布置的提高設(shè)計安全性的關(guān)鍵。建筑的結(jié)構(gòu)單元平面規(guī)劃應(yīng)該盡量規(guī)則簡單，避免復(fù)雜結(jié)構(gòu)的影響[3];建筑立面設(shè)計應(yīng)該避免伸縮，避免建筑重心偏移;建筑內(nèi)部結(jié)構(gòu)應(yīng)該盡量對稱，分布均勻。科學(xué)的整體結(jié)構(gòu)可以迅速傳遞并消耗建筑受到的外力，保障建筑安全。在建筑的設(shè)計階段，應(yīng)該以建筑結(jié)構(gòu)整體性的安全為基礎(chǔ)，考慮各個建筑構(gòu)件的設(shè)計與使用，確保建筑構(gòu)件設(shè)計遵循是圍繞建筑整體的安全性展開。另外，在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中，不僅要分析解結(jié)構(gòu)力學(xué)，還要分析建筑構(gòu)件之間的關(guān)系。

（二）結(jié)構(gòu)彈塑性適度原則

所謂“剛過易折”，建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計需要考慮留有適宜的彈性。如果建筑的剛度過高，在受外力影響時不能變形釋放能量，反而會導(dǎo)致能量迅速聚集，到達建筑承受極限后，能量釋放將會造成更大的損害。如果建筑保留過高的彈性，建筑的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性會過低，導(dǎo)致建筑容易變形，變形程度過高，會引發(fā)更大的安全問題。所以，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計需要保留適度的彈性，過高過低都不可取[4]。

在極端災(zāi)害中，地震對建筑的破壞最為顯著，建筑結(jié)構(gòu)的彈性適度原則主要也是針對地震而言。在地震中，地面加速度的實際情況會遠高于設(shè)計預(yù)期的加速度，需要依靠建筑結(jié)構(gòu)的塑性狀態(tài)降低地震對建筑結(jié)構(gòu)的損害，這個過程需要保證結(jié)構(gòu)有充足的延性，能大量吸收地震釋放的能量[5]。延性相對的是脆性，延性破壞相對于脆性破壞能吸收更多能量（如圖1所示），能夠有效提高建筑結(jié)構(gòu)安全性。因此，在建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計階段就要防止結(jié)構(gòu)剛性破壞，達到抗震設(shè)計的要求，設(shè)計要求為小震結(jié)構(gòu)彈性吸收;中震結(jié)構(gòu)損壞可維修;大震結(jié)構(gòu)損壞不坍塌。

（三）多重防護原則

建筑結(jié)構(gòu)的安全性不能依靠一層防護措施，所以建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的安全性需要遵循多重防護原則。多重防護原則指的是設(shè)計中應(yīng)該盡量多設(shè)計安全防護，利用多重防護消耗外界輸入的能量，通過這些防護的損耗，使建筑結(jié)構(gòu)一直保持在穩(wěn)定安全的結(jié)構(gòu)體系，提高建筑安全能力[6]。

尤其是現(xiàn)在的建筑越來越高大，建筑住戶越來越密集，受到的外界干擾越來越多，多種防護措施的成本分攤后極低，為了提高建筑結(jié)構(gòu)的質(zhì)量，采用多種防護措施結(jié)合提高建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的安全性成為了更好的選擇。

四、當(dāng)前建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的問題

（一）勘查工作形式化

結(jié)構(gòu)設(shè)計以工程前期勘查得到的數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，數(shù)據(jù)不準確必然導(dǎo)致結(jié)構(gòu)設(shè)計不合實際，進而導(dǎo)致建筑結(jié)構(gòu)的安全性降低[7]。當(dāng)前很多建筑單位將勘查工作形式化，存在檢測取點隨意，布點疏松，鉆孔深度不達標等諸多問題，甚至有些勘查設(shè)備在現(xiàn)場閑置，勘查數(shù)據(jù)不準，勘查工作發(fā)揮不出應(yīng)有的作用，不能提供準確的數(shù)據(jù)支撐，影響建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計。

（二）抗震設(shè)計標準低

抗震設(shè)計是建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的核心環(huán)節(jié)，是提高建筑安全性的關(guān)鍵。但很多設(shè)計單位對抗震性能不夠重視。另外，建筑抗震設(shè)計的要求有極大的彈性空間，且不同抗震設(shè)計的成本差距也較大，規(guī)定中也缺乏根據(jù)地區(qū)情況細化的規(guī)定，這些共同導(dǎo)致建筑抗震設(shè)計標準偏低。

（三）結(jié)構(gòu)耐久性較差

建筑工程大多需要在外界經(jīng)受風(fēng)吹日曬，隨著時間變化而老化。老化與損壞是建筑必然面臨的問題，所以建筑有明確的使用年限。但很多工程結(jié)構(gòu)缺乏維護與保養(yǎng)設(shè)計，進一步加速了建筑結(jié)構(gòu)的老化與損壞，導(dǎo)致建筑在使用年限間就出現(xiàn)了結(jié)構(gòu)承載能力明顯下降、抗震性能迅速下滑等情況，這些與工程結(jié)構(gòu)設(shè)計中忽視耐久因素有直接關(guān)系[8]。

五、土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計安全性改進措施

（一）提高對勘查工作的重視

針對當(dāng)下工程勘查形式化的問題，施工單位應(yīng)該提高對勘查工作的重視程度。在勘查過程中制定嚴格的作業(yè)流程，加大勘查工程的投入力度，培養(yǎng)專業(yè)勘查人才，使用現(xiàn)金的勘查技術(shù)，著重提高勘查數(shù)據(jù)的精準程度，為后續(xù)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計提供詳細準確的數(shù)據(jù)依據(jù)[9]。

（二）增強工程師的職業(yè)素養(yǎng)與安全意識

建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計需要結(jié)構(gòu)工程師施行，建筑工程師的職業(yè)素養(yǎng)與安全意識，直接影響設(shè)計方案的安全性。結(jié)構(gòu)工程師首先具有完善的專業(yè)知識，主要分為因地制宜和與時俱進，因地制宜指的是工程師需要結(jié)合勘查數(shù)據(jù)和建筑需求，設(shè)計科學(xué)合理的建筑結(jié)構(gòu)，與時俱進指的是工程師需要不斷學(xué)習(xí)進步，更新專業(yè)知識，提高自己的設(shè)計水平[10]。其次要具有較高的安全意識，在結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中保持認真嚴謹?shù)墓ぷ鲬B(tài)度，認識到自己承擔(dān)的責(zé)任，能夠充分利用自身的專業(yè)技能，設(shè)計出完善的建筑結(jié)構(gòu)方案，并積極與施工部門溝通，確保施工正確。

（三）增強建筑結(jié)構(gòu)抗震性能

在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中，企業(yè)應(yīng)該注重建筑的抗震性能，不滿足于符合國家標準。企業(yè)應(yīng)該對建筑工程所在地的地質(zhì)情況與地形特征進行全面勘查，結(jié)合國家相關(guān)標準與當(dāng)?shù)厍闆r選擇預(yù)期的建筑抗震參數(shù)，據(jù)此制定建筑設(shè)計目標。在地震帶等特殊區(qū)域，應(yīng)該適當(dāng)提高抗震參數(shù)，確保建筑抗震性滿足需要，可以參考地震多發(fā)的日本等發(fā)達國家的抗震設(shè)計標準，提高結(jié)構(gòu)設(shè)計的規(guī)范性。此外，遵循建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的多重防護原則，結(jié)合使用簡化平面設(shè)計、設(shè)置抗震支架、加強圍護結(jié)構(gòu)強度等多種抗震設(shè)計，提高建筑抗震性能[11]。需要注意的是，施工過程中需要注意建筑材料的選擇和使用，確保施工材料符合設(shè)計要求，避免材料質(zhì)量影響抗震設(shè)計實用效果。建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計如下圖2所示。

（四）重視建筑結(jié)構(gòu)的耐久性

工程結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)該注重結(jié)構(gòu)的耐久性，提高建筑結(jié)構(gòu)的使用年限。施工單位可以提高鋼筋混凝土等主體材料的耐久性設(shè)計。鋼筋混凝土是大多數(shù)建筑的主體材料，其耐久性受到設(shè)計、施工、使用和維護的影響，施工企業(yè)可以從設(shè)計與施工方面改良鋼筋混凝土構(gòu)件的耐久性、剛度等性能，減低影響構(gòu)件性能的不利因素。施工單位需要了解材料市場，使用先進的建筑材料，提高結(jié)構(gòu)延性。另外，為了保證建筑的總耐久性，在結(jié)構(gòu)設(shè)計時，應(yīng)該結(jié)合建筑結(jié)構(gòu)特點與外界環(huán)境，適當(dāng)增加建筑保護層的厚度，延長老化進程，從材料、結(jié)構(gòu)和構(gòu)件三方面入手，全面提高建筑結(jié)構(gòu)的耐久性。

（五）信息技術(shù)的引用

隨著信息科技的發(fā)展，“建筑+互聯(lián)網(wǎng)”為提高建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的安全性提供了新的途徑。以BIM技術(shù)為例，該技術(shù)可以解決以往復(fù)雜結(jié)構(gòu)設(shè)計難、缺乏模擬途徑、方案修改困難等問題，使用BIM技術(shù)不僅可以提高建筑的安全性，還可以收集處理以往建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計數(shù)據(jù)，幫助企業(yè)建立完善的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計體制，提高之后建筑解結(jié)構(gòu)設(shè)計的質(zhì)量與效率。

六、結(jié)束語

總而言之，提高建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的安全性對建筑行業(yè)的發(fā)展具有重要意義，但當(dāng)前的結(jié)構(gòu)設(shè)計存在勘查數(shù)據(jù)不準、抗震設(shè)計標準低和耐久性差等問題，建筑工程企業(yè)需要，堅持“安全第一，質(zhì)量第一”的設(shè)計理念，加強對結(jié)構(gòu)設(shè)計安全性的重視，結(jié)合項目情況針對性地制定改正措施，確保建筑結(jié)構(gòu)安全。

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