李嘉順

（上海中建建筑設計院有限公司，上海 200135）

1 引言

結(jié)構(gòu)設計的安全性，是確保建筑物擁有可靠性以及穩(wěn)定性的重要標準。但目前大部分建筑企業(yè)的設計人員在對建筑結(jié)構(gòu)進行設計時，一味地追尋經(jīng)濟效益，忽視了安全問題，很容易引發(fā)安全事故。而本文的研究旨在效解決這一問題，提高結(jié)構(gòu)設計的安全性，保證建筑質(zhì)量，使建筑物能夠滿足施工要求，不僅可以為用戶提供良好的居住環(huán)境，還能保障用戶的生命安全，推動建筑行業(yè)發(fā)展，并提高建筑行業(yè)的設計水平，使結(jié)構(gòu)設計能夠發(fā)揮應有的作用和價值。

2 土木工程結(jié)構(gòu)設計

土木工程的結(jié)構(gòu)設計主要包括兩部分，分別為上部結(jié)構(gòu)設計與基礎設計[1]。其中，基礎設計主要是根據(jù)地質(zhì)勘測結(jié)果進行，并由材料供應情況、上部結(jié)構(gòu)類型、施工技術水平、材料強度等級、荷載效應以及技術形式確定。一般來說基礎設計分為深基礎與淺基礎兩種。而上部結(jié)構(gòu)設計主要有砌體結(jié)構(gòu)、框架結(jié)構(gòu)筒中筒結(jié)構(gòu)，剪力墻結(jié)構(gòu)框架核心筒以及框架剪力墻結(jié)構(gòu)等[2]。

3 以上海某土木工程結(jié)構(gòu)設計為例

3.1 項目概況

本文以上海某土木工程項目為例，該項目為住宅建筑，設計人員在對其結(jié)構(gòu)進行設計時，選擇5層框架結(jié)構(gòu)，整個建筑的總高度在15 m，層高在3 m，建筑面積在1 250 m2。并且該建筑工程的抗震設防裂度為7度，同時抗震等級設為丙類，擁有良好的安全性。

3.2 兩種方案設計對比

設計人員在對工程結(jié)構(gòu)進行設計時，設計了兩種方案，分別為鋼結(jié)構(gòu)方案與鋼混結(jié)構(gòu)方案[3]。

3.2.1 鋼結(jié)構(gòu)方案

鋼結(jié)構(gòu)主要是由鋼制材料組成的結(jié)構(gòu)，是現(xiàn)代建筑結(jié)構(gòu)中常用的一種結(jié)果類型。整個結(jié)構(gòu)主要由型鋼和鋼板等制成的鋼梁、鋼柱、鋼桁架等構(gòu)件組成，并采用硅烷化、純錳磷化、水洗烘干、鍍鋅等除銹防銹工藝。各構(gòu)件或部件之間通常采用焊縫、螺栓或鉚釘連接。因其自重較輕，且施工簡單，廣泛應用于大型廠房、場館、超高層等領域。鋼結(jié)構(gòu)容易銹蝕，一般鋼結(jié)構(gòu)要除銹、鍍鋅或涂料，且要定期維護。

鋼結(jié)構(gòu)方案中的鋼柱結(jié)構(gòu)為Q345鋼，梁為H型鋼梁，柱為箱形鋼柱，如圖1所示。設計人員在對框架橫縱梁柱進行設計時，選擇剛性連接方式將其連接在一起，由于該住宅工程屬于多層建筑，因此，結(jié)構(gòu)的軸力和彎矩與一般住宅不同。為了最大程度上發(fā)揮鋼結(jié)構(gòu)應力的價值與作用，設計人員在對各層柱結(jié)構(gòu)進行設計時，可以選擇多截面這種方式開展設計，以此提高結(jié)構(gòu)的安全性，降低對梁的影響。并且還可以借助STS進行建模，利用建模分析獲得鋼結(jié)構(gòu)方案各構(gòu)件的參數(shù)，見表1。

圖1 Q345鋼

表1 鋼結(jié)構(gòu)方案構(gòu)件參數(shù)

根據(jù)表1不難發(fā)現(xiàn)，鋼結(jié)構(gòu)設計方案能夠有效滿足該建筑工程對于抗震設計的要求，并且結(jié)構(gòu)強度較高，能夠有效發(fā)揮出鋼柱強度的優(yōu)勢。而且該結(jié)構(gòu)設計方案還能對長細比與軸壓比科學、合理地進行控制。同時，在設計鋼梁時，鋼梁符合彈性撓度標準，能夠發(fā)揮鋼材的優(yōu)勢與作用，提高建筑工程的安全性。

不僅如此，相較于其他結(jié)構(gòu)設計，鋼結(jié)構(gòu)不僅自重輕，而且材質(zhì)相對均勻，和力學模型相吻合，可以滿足結(jié)構(gòu)設計對安全的需求，提高結(jié)構(gòu)設計的安全性。而且鋼結(jié)構(gòu)設計不僅制作十分簡便，施工工期短，并且擁有良好的密閉性，十分適合作為建筑結(jié)構(gòu)，尤其是對于多層建筑來說，采用鋼結(jié)構(gòu)設計可以降低建筑工程的施工難度，控制建設成本，讓整個建筑施工能夠順利進行。

除此之外，鋼結(jié)構(gòu)這種設計方案的空間與使用空間更大，而且使用的構(gòu)件尺寸會比混凝土構(gòu)件小，使建筑各樓層擁有較大的凈高，為用戶提供良好的居住環(huán)境。再加上鋼結(jié)構(gòu)方案中的鋼柱尺寸相對較小，使整個建筑的樓板面積多，鋼材能夠提供較大的柱間距離，讓住宅室內(nèi)擁有較寬敞的視野，如此不僅能提高建筑的安全性，還能使建筑結(jié)構(gòu)更加牢固、耐久，為用戶提供良好的居住體驗。

但需要注意的是，鋼結(jié)構(gòu)雖然具有良好的耐熱性，但是耐火性極差，因此，無法有效防范火災的發(fā)生，難以保障住宅安全。而且這種鋼結(jié)構(gòu)的耐腐蝕性極差，在使用過程中很容易受到銹蝕，對建筑結(jié)構(gòu)質(zhì)量造成影響，不僅會影響住宅的使用壽命，還容易引發(fā)安全事故的發(fā)生。同時，還需要定期對其進行養(yǎng)護，否則鋼結(jié)構(gòu)很容易出現(xiàn)損壞，增加建筑隱患，引發(fā)安全事故。所以，這種鋼結(jié)構(gòu)方案并不適用于高層住宅以及多層住宅當中，難以有效提高結(jié)構(gòu)的安全性，無法保障結(jié)構(gòu)安全，正因為如此，在本工程中，并不適合選擇鋼結(jié)構(gòu)作為本建筑的施工結(jié)構(gòu)。

3.2.2 鋼混結(jié)構(gòu)方案

所謂鋼混結(jié)構(gòu)是一種綜合了鋼結(jié)構(gòu)以及鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的設計方案，結(jié)構(gòu)方案的施工材料主要為型鋼與鋼筋混凝土，可以細分為混凝土、型鋼以及鋼筋。使用這種結(jié)構(gòu)進行住宅建設，可以讓住宅內(nèi)房間的開間以及進深變得更大，讓整個室內(nèi)空間的分割更加自由，從而為用戶提供更加優(yōu)質(zhì)的居住環(huán)境。通常情況下，這種鋼混結(jié)構(gòu)設計被廣泛應用于多層以及高層住宅中，并發(fā)揮著至關重要的作用。但是，這種鋼混結(jié)構(gòu)的工藝相對復雜，因此，施工難度較大，造價也相對較高。

需要注意的是，鋼混結(jié)構(gòu)和鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)是兩個概念。鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)是指承重的主要構(gòu)件是用鋼筋混凝土建造的，包括薄殼結(jié)構(gòu)、大模板現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)及使用滑模、升板等建造的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的建筑物。通常情況下鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)分兩種：（1）整體式鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。在施工現(xiàn)場架設模板，配置鋼筋，澆搗混凝土而筑成。（2）裝配式鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。用在工廠或施工現(xiàn)場預先制成的鋼筋混凝土構(gòu)件，在現(xiàn)場拼裝而成。因此，在實際施工過程中，施工人員需要根據(jù)工程項目的具體情況科學、合理地進行選擇，只有這樣才能最大程度上保證結(jié)構(gòu)質(zhì)量，避免建筑物出現(xiàn)安全隱患。

在應用鋼混結(jié)構(gòu)設計方案時，最大柱網(wǎng)開間一致，并且在對梁柱結(jié)構(gòu)進行設計時，以方柱作為結(jié)構(gòu)框架，選擇C30混凝土結(jié)構(gòu)進行梁柱結(jié)構(gòu)施工。另外，為了使鋼混結(jié)構(gòu)中的應力消除，設計人員選擇多種截面的設計形式對各層柱結(jié)構(gòu)進行設計。并且為了提高結(jié)構(gòu)設計的安全性，設計人員通過PMCAD軟件對結(jié)構(gòu)進行建模，然后進行結(jié)構(gòu)計算。這種結(jié)構(gòu)設計方案具有良好的適應性與安全性，能夠滿足工程項目對結(jié)構(gòu)安全的要求，保障結(jié)構(gòu)質(zhì)量，防止安全事故的發(fā)生。同時鋼混結(jié)構(gòu)方案參數(shù)見表2。

表2 鋼混結(jié)構(gòu)方案相關參數(shù)

此外，相較于鋼結(jié)構(gòu)設計方案，鋼混結(jié)構(gòu)方案具有整體性、可塑性、耐久性、環(huán)保性以及耐火性等特點。

首先，由于鋼混結(jié)構(gòu)的建筑材料為鋼材以及混凝土，結(jié)構(gòu)的整體性較好，擁有良好的抗爆性以及抗震性。

其次，進行混凝土澆筑時，施工人員可以結(jié)合設計圖進行澆筑，十分靈活，擁有極強的可塑性。再加上和其他結(jié)構(gòu)的住宅相比，這種結(jié)構(gòu)設計的住宅的耐用性較好，并且使用壽命極強，不易發(fā)生粉化等情況。

再次，鋼混結(jié)構(gòu)還擁有良好的環(huán)保性，這是因為鋼混結(jié)構(gòu)施工中會使用石材以及砂石等材料，能夠就地取材，還能利用礦物廢渣進行施工，有效節(jié)約材料，從而起到環(huán)保的作用。

最后，部分結(jié)構(gòu)為混凝土結(jié)構(gòu)，內(nèi)部是鋼筋，因此，擁有良好的耐火性，能有效提高抗火災能力，提高住宅的安全性。

3.2.3 總結(jié)

通過對上述兩種結(jié)構(gòu)設計方案的對比，得出如下結(jié)論：雖然鋼混結(jié)構(gòu)設計的復雜程度較高，施工難度較大，但是可以有效保證工程結(jié)構(gòu)的安全性。鋼結(jié)構(gòu)設計方案不僅結(jié)構(gòu)設計簡單，強度高，滿足抗震設計要求，能夠有效發(fā)揮出鋼柱的強度優(yōu)勢，但是相較于鋼混結(jié)構(gòu)來說，鋼結(jié)構(gòu)的安全性較差，因此，應選擇鋼混結(jié)構(gòu)進行住宅設計，這樣能夠有效協(xié)調(diào)結(jié)構(gòu)設計的經(jīng)濟性與安全性，使工程項目建設的經(jīng)濟效益得到提升。并且相較于鋼混結(jié)構(gòu)而言，鋼結(jié)構(gòu)的防火能力較差，使用鋼結(jié)構(gòu)對房屋建筑進行設計，存在極大的火災風險，結(jié)構(gòu)設計的安全性較低，而鋼混結(jié)構(gòu)則可以有效解決這一問題，使房屋建筑的防火性能得到提升，防止在施工以及后續(xù)使用中出現(xiàn)安全事故。尤其是該工程對防火有極高的要求，所以，鋼結(jié)構(gòu)設計方案無法滿足該工程對安全性的要求，應將鋼混結(jié)構(gòu)作為該工程項目的結(jié)構(gòu)設計方案。

不僅如此，通過對兩種建筑結(jié)構(gòu)設計方案的對比研究，有效解決了土木結(jié)構(gòu)設計中存在的耐久性、安全性以及加固性等問題，使土木工程的結(jié)構(gòu)設計更加科學、合理，提高結(jié)構(gòu)質(zhì)量，從而防止安全事故的發(fā)生。

4 結(jié)語

綜上所述，要加強土木工程結(jié)構(gòu)設計的安全性，需要全面考慮各種加強結(jié)構(gòu)設計安全性的方法和具體情況，并且科學、合理地選擇合適的方法。并以此為基礎，將各種加強結(jié)構(gòu)設計安全性的方法整合在一起，進而加強土木工程結(jié)構(gòu)設計的安全性，提高建筑企業(yè)的經(jīng)濟效益。另外，還應加強鋼混結(jié)構(gòu)設計在建筑工程中的應用，這樣可以有效提高結(jié)構(gòu)設計的質(zhì)量，提升建筑設計水平，確保符合相關要求，為用戶提供良好的居住環(huán)境。