基于建筑结构设计中的安全度分析研究

【摘 要】本文首先就现代建筑结构设计与现代建筑结构设计中的安全度问题进行了分析,然后探讨了提高建筑结构设计安全度的措施,为建筑设计发展提供借鉴资料。

【关键词】现代建筑； 结构设计；安全度

前言

从事建筑结构设计的基本目的,是在一定的经济条件下,赋予结构以适当的安全度,使结构在预定的使用期限内,能满足所预期的各种功能要求,一般来说,建筑结构必须满足的功能要求是:1)能承受在正常施工和使用时可能出现的各种作用,且在偶发事件中,仍能保持整体稳定性,即建筑结构需具有的安全性。2)在正常使用事具有良好的工作性能建筑结构需具有的适用性。3)在正常维护下具有足够的耐久性。上述安全性、适用性和耐久性,是建筑结构安全与否的标志,总称为结构的可靠性,对这些性能的度量,即结构在规定的时间内,在规定的条件下,完成预定功能的概率,称为结构的安全度。现代建筑结构设计工作是一个非常系统、多维、全面的工作，需要灵活创新和严肃认真等负责的工作态度。其中，安全度的问题一定要引起重视，因为一个微小的差距也会造成大的影响。设计人员要从一个个基本的构件算起，做到知其所以然，处处反映出对于安全度的重视，深刻理解规范和规程的含义，并密切配合其它专业来进行设计，最终达到最好的效果，在工作中还应事无巨细，同时善于反思和总结工作中的经验和教训，把现代建筑结构设计的安全度问题很好的研究和解决。

一、建筑结构设计问题分析

结构设计简而言之就是用结构语言来表达建筑师及其它专业工程师所要表达的东西。用基础，墙，柱，梁，板，楼梯，大样细部等结构元素来构成建筑物的结构体系，包括竖向和水平的承重及抗力体系。把各种情况产生的荷载以最简洁的方式传递至基础。结构计算阶段的内容为：首先，荷载的计算。荷载包括外部荷载（例如风荷载、雪荷载、施工荷载、地下水的荷载、地震荷载、人防荷载等等)和内部荷载(例如结构的自重荷载、使用荷载、装修荷载等等)上述荷载的计算要根据荷载规范的要求和规定采用不同的组合值系数和准永久值系数等来进行不同工况下的组合计算。其次，构件的试算。根据计算出的荷载值构造措施要求、使用要求及各种计算手册上推荐的试算方法来初步确定构件的截面。再次，内力的计算，根据确定的构件截面和荷载值来进行内力的计算，包括弯矩、剪力、扭矩、轴 心压力及拉力等等。最后，构件的计算。根据计算出的结构内力及规范对构件的要求和限制 (比如轴压比、剪跨比、跨高比、裂缝和挠度等等)来复核结构试算的构件是否符合规范规定和要求。如不满足要求则要调整构件的截面或布置直到满足要求为止。

二、建筑结构设计中的安全度问题分析

所谓“安全”，包括保证人员财产不受损失和保证结构功能的正常运行。即所谓的“强度”和“功能”两大原则，结构安全度还应保证结构有修复的可能，加上“可修复”则为三原则。与国际上一些通用标准相比，我国混凝土结构规范设定的安全度水平偏低，有的偏低较多。由于不同标准对安全度的表示方法不一样，所采用的抗力计算公式也不一致，要准确估计不同标准之间安全程度的差异比较困难。可靠度理论是分析结构安全性的一种有效手段。我国已颁布统一标准，要求结构设计规范按可靠度理论设计。结构设计大体可以分为三个阶段，结构方案阶段、结构计算阶段和施工图设计阶段。方案阶段的内容为：根据建筑的重要性，建筑所在地的抗震设防烈度、工程地质勘查报告、建筑场地的类别及建筑的高度和层数来确定建筑的结构形式(例如，砖混结构、框架结构、框剪结构、剪力墙结构、简体结构、混合结构等等以及由这些结构来组合而成的结构形式)。确定了结构的形式之后就要根据不同结构形式的特点和要求来布置结构的承重体系和受力构件。

三、提高建筑结构设计安全度的对策分析

1、结构设计应该提倡节约的理念。关于节约钢材的问题，是一个结构设计工程师的重要职责之一，具体来说，就是以较少的材料去完成建筑物各种功能的要求。如果将构件截面任意加大，材料用量任意增多，这个工作建筑师也能做。发达国家，节约材料也是工程师所追求的。1998 年美国《商业周刊》登载由美国建筑师学会（AIA）举办的最佳建筑设计竞赛，“节省材料”是那次竞赛的主题之一。纽约时报新印刷厂的设计，因采用规则的矩形平面和常规材料，节约五千万美元而获奖。又如香港中国银行(贝聿铭设计)因其结构方案布置得当，比同样高度的其它结构大量节约钢材，所以若干个杂志上都发表文章加以表扬。

2、我国规范中的构造规定，并非都比别国低。我国规范规定的是最低用钢量，设计者一般根据结构重要性，予以适当提高，所以不能以此来判定我们在工程中的材料用量，更不能以我们的最低值来与人家比。我国规范规定的柱子最小含钢量力 0.4％，是不考虑抗地震时的数量，我们大多数城市设计时都考虑抗震，高层建筑更是都要考虑，这时柱子的最小含钢量就是0.5％至 1.0％。而且设计单位在设计高层建筑的柱子时，用钢量常比规范要求的还大，因此与国外相比，实际用钢量并不太小。我们有些构造要求，已与国外持平，如剪力墙的最小配筋率为0.25％，与美国相同。至于墙的暗柱、筋量，等许多方面已是世界领先。我国规范对于梁受压钢筋的配筋率，有明确规定。且数值与美国基本相等。至于受拉钢筋的最小配筋率，有设计经验的人部知道，一般梁板构件中，此值并不起作用，有影响的是在类似基础厚板一类构件中。这种构件中，我国规范与国外规范相比，在某些情况下配筋更多。因为，如美国或新西兰规范，对于控制最小配筋量还有一些放松要求的措施，可使配筋减少，所以在一定情况下，配筋可以比我们更少。因此也不能一概而论，说我国的构造配筋比国外如何的少。

3、建筑结构设计中的规范要根据国家政策而定。一个国家的规范，不仅仅是技术性的，还有更强的政策性，许多方面，是一个国家经济条件的直接反映。因此，我国规范的材料用量，当然应该比发达国家低，也即安全度应该低一些。这方面我们完全可以理直气壮地说，我们过去的设计标准，是符合我国国情的，也就是说是安全的。当然某些局部有不足，要不断修改。国外的规范也不是十全十美的，也在不断的修改。我们过去的结构成功地经受了几十年的考验，那就是说我们的规范，基本是正确的，安全度基本是能满足要求的。现存这种关于建筑结构设计安全度的讨论是正常的，但我担心会不会引起误导，使一些设计人员误以为按我国规范进行设计会造成不安全，以致盲目加大构件截面，增加用钢量，造成不必要的浪费。这种可能性，是不能不防的。

四、结语

随着我国社会经济大幅增长,人民生活水平日益提高,对于居住环境的要求也越来越多,现代建筑的结构设计也同样越来越难以满足大众所需。作为一项十分系统、多维、综合的复杂型工作,现代建筑结构设计需要具有更加灵活、多变的思维模式,以及严谨、认真的工作态度,并在设计当中夹杂以务实、创新的设计理念,方能更对的服务于大众,造福于百姓。

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