淺談建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的安全度

王明玉

【摘 要】 進(jìn)入19世紀(jì)以來，高層建筑在全球范圍內(nèi)取得了長足的發(fā)展與進(jìn)步，建筑的安全性要求更高，指標(biāo)更為嚴(yán)格。近年來，人們對于建筑預(yù)防地質(zhì)災(zāi)害的能力尤為看重， 抗震指數(shù)，防火級別，疏散通道，避難層等跟建筑安全性息息相關(guān)的技術(shù)及硬件指標(biāo)越來越多的被人們所關(guān)注。本文在建筑設(shè)計(jì)安全諸多決定因素中選取建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)安全問題做初步研討，以供參考。

【關(guān)鍵詞】 建筑結(jié)構(gòu)；安全度

前言

隨著現(xiàn)代建筑產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，基于建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)安全度的有效控制，直接關(guān)系著工程質(zhì)量控制、造價管理等諸多環(huán)節(jié)?，F(xiàn)代社會高層建筑的長足發(fā)展，建筑層數(shù)增多，高度增加，建筑風(fēng)格趨于多樣化，現(xiàn)代建筑對于工程設(shè)計(jì)的合理性要求日益突出，如何在最大化滿足建筑功能性的同時，兼顧設(shè)計(jì)合理性，建筑美感度，建筑社會效益環(huán)境效益及經(jīng)濟(jì)效益是擺在目前建筑業(yè)的一個重要話題。

一、建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的安全度把控對于工程本身的重大意義

在的工程建設(shè)中，結(jié)構(gòu)的安全度是衡量建筑結(jié)構(gòu)有效性的重要基點(diǎn)，而以此發(fā)散的建筑功能性、美感度、創(chuàng)造力及藝術(shù)感也都是基于建筑結(jié)構(gòu)安全這一基本前提。同時，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的安全度更體現(xiàn)在建筑應(yīng)對突發(fā)的特殊情況的穩(wěn)定性思考，因此建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的安全度對于現(xiàn)代建筑有著十分巨大的意義，離開結(jié)構(gòu)安全，建筑設(shè)計(jì)將無從談起。另一方面，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的安全度把控并非一味的高標(biāo)準(zhǔn)堆砌，而是在基于項(xiàng)目本身具體情況及周邊地質(zhì)、地理環(huán)境考慮下而得出的綜合性思考成果。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理是建立在對項(xiàng)目本身的深入了解及對各種結(jié)構(gòu)體系優(yōu)劣及適應(yīng)性的充分挖掘基礎(chǔ)上得出的最佳方案，符合各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)、不浪費(fèi)、不缺失是建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在安全性指標(biāo)上的基本出發(fā)點(diǎn)。

二、影響建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)安全度的主要因素

總的來說，建筑物結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)安全度是指在設(shè)計(jì)師設(shè)計(jì)下，通過規(guī)范化的設(shè)計(jì)，合理的施工處理使建筑在一定的環(huán)境下具有預(yù)防破壞及應(yīng)對突發(fā)事件的一個安全系數(shù)指標(biāo)。建筑的安全性主要取決于設(shè)計(jì)水平與施工水準(zhǔn)，而其中，處于設(shè)計(jì)規(guī)劃階段的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案具有更大的可控性，因此在工程安全的綜合考慮上，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)安全就顯的尤為重要。一般而言，建筑設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)安全度主要是由構(gòu)建重要性所決定的，若建筑物重要層級相同，結(jié)構(gòu)的安全富余則主要體現(xiàn)在構(gòu)架的平面布置及豎向受力方面。在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上，平面規(guī)則和豎向受力構(gòu)建規(guī)則的建筑工程將會擁有更加合理的受力結(jié)構(gòu)，工程的安全系數(shù)也會更高。若建筑物體現(xiàn)在同等的設(shè)計(jì)要求之下，合理的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)則會表現(xiàn)出更好的經(jīng)濟(jì)性。因此，在工程的前期準(zhǔn)備階段，建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)就顯得尤為重要，設(shè)計(jì)人員必須在充分了解結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范及工程特性的前提下做設(shè)計(jì)的創(chuàng)意發(fā)揮，而并非一味的求新求異，脫離了建筑結(jié)構(gòu)合理性的工程設(shè)計(jì)無疑于舍本逐末。

1.建筑結(jié)構(gòu)方式的選取

就全球范圍內(nèi)來看，鋼框架和鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)為目前最為常用的兩種結(jié)構(gòu)方式。單從結(jié)構(gòu)安全性角度考慮，鋼框架結(jié)構(gòu)相較于鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)有著更為明顯的優(yōu)勢。例如，鋼結(jié)構(gòu)有著更高的強(qiáng)度且自重更輕，抗震性能更好。但同樣的，鋼框架結(jié)構(gòu)的耐火性能較差，對于高層建筑的防火性能難以達(dá)到最為理想的要求。因此，相對而言，鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)在全球范圍內(nèi)的應(yīng)用則更為普遍，鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)作為建材性能而言無明顯缺陷，而隨著施工技術(shù)的進(jìn)步，混凝土材料性能的提升，鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)的性價比優(yōu)勢更為明顯。

而對于建筑本身而言，建筑的重要性是作為結(jié)構(gòu)方式選取的一個重要指標(biāo)，此外，還應(yīng)綜合考慮當(dāng)?shù)氐牡刭|(zhì)、地理環(huán)境等各方面因素。

2.建筑結(jié)構(gòu)體系的選取

就目前而言，全球范圍內(nèi)比較常見的建筑結(jié)構(gòu)體系包括：框架結(jié)構(gòu)、剪力墻結(jié)構(gòu)、框架—剪力墻結(jié)構(gòu)、筒體結(jié)構(gòu)等。四大結(jié)構(gòu)體型均有各自的優(yōu)勢及局限性，因此，在綜合考慮建筑功能性及當(dāng)?shù)氐刭|(zhì)、地理環(huán)境基礎(chǔ)上的建筑結(jié)構(gòu)體系的選擇就有著十分巨大的現(xiàn)實(shí)意義

1.框架結(jié)構(gòu)

框架結(jié)構(gòu)式目前較為常見計(jì)算理論成熟度也相對較高的一種結(jié)構(gòu)體系?？蚣軝C(jī)構(gòu)體系適用于樓層相對較低的一般性建筑，例如：辦公、住宅、商店、醫(yī)療、學(xué)校及多層工業(yè)廠房、倉庫等。對于框架結(jié)構(gòu)域本身而言，其建筑平面布置靈活，建筑立面易于操作施工，該體系結(jié)構(gòu)使得房屋整體自重較輕，造價相對較低，有著不錯的性價比優(yōu)勢。但同樣，框架結(jié)構(gòu)本身的局限性也十分明顯，例如：框架結(jié)構(gòu)體系柔性較大，抗側(cè)力能力較差，從而直接導(dǎo)致框架結(jié)構(gòu)體系對于風(fēng)荷載作用及地震荷載作用的承載力不足的缺陷。因此，框架結(jié)構(gòu)的適用范圍有限，理論上而言，框架結(jié)構(gòu)體系的合理層數(shù)應(yīng)該控制在6到15層之間。

2.剪力墻結(jié)構(gòu)體系

剪力墻結(jié)構(gòu)體系能很好的解決房屋剛度及抗剪度不足的問題。通常，在高層建筑的施工中，人們在建筑結(jié)構(gòu)中設(shè)置鋼筋混凝土墻體并通過多軸線或橫向交叉布置的形式形成剛度較大的墻體，從而使得空間整體性能大大提升并保證了房屋的抗震性。此外，剪力墻結(jié)構(gòu)體系還具有易于分割的特點(diǎn)，因此該結(jié)構(gòu)在傳統(tǒng)住宅及旅館的應(yīng)用中較為普遍。

3.框架—剪力墻結(jié)構(gòu)體系

框架—剪力墻結(jié)構(gòu)體系被更多的用于現(xiàn)代高層建筑中的行政辦公大樓及高檔酒店、旅館等。由于綜合了框架結(jié)構(gòu)及剪力墻結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)，框架—剪力墻結(jié)構(gòu)體系在現(xiàn)實(shí)運(yùn)用中表現(xiàn)出更好的鋼度及抗震能力，同時，也有著布局靈活使用方便等特點(diǎn)。

4.筒體結(jié)構(gòu)體系

筒體結(jié)構(gòu)體系是現(xiàn)代建筑設(shè)計(jì)飛速發(fā)展下的產(chǎn)物。隨著現(xiàn)代建筑對于建筑層數(shù)，建筑高度的需求越來越高，高層建筑對建筑結(jié)構(gòu)體系提出了更多更復(fù)雜的要求，傳統(tǒng)建筑結(jié)構(gòu)體系中，無論是框架結(jié)構(gòu)還是剪力墻結(jié)構(gòu)均以平面工作狀態(tài)構(gòu)筑建筑設(shè)計(jì)，其梁體剛度，抗震系數(shù)難以達(dá)到要求。而筒體結(jié)構(gòu)體系則很好地解決了這方面的需求。筒體結(jié)構(gòu)體系的基本原理為：由剪力墻構(gòu)成空間薄壁筒體成為豎向懸臂箱形梁，加密柱子，從而增強(qiáng)梁的剛度，并能形成空間整體受力的框筒，筒體結(jié)構(gòu)體系通常由一個或多個筒體組成。

對于建筑結(jié)構(gòu)體系的選取并非簡單的對號入座，在處理建筑個性及復(fù)雜的環(huán)境因素面前，前期的綜合調(diào)研和理性分析就更為重要。建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)該在不違背建筑理論基本原理的前提下，靈活運(yùn)用、合理創(chuàng)新，不應(yīng)過分拘泥于以往的經(jīng)驗(yàn)、規(guī)則，要懂得與時俱進(jìn)、具體問題具體分析。建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的安全是整個工程建設(shè)環(huán)節(jié)最為重要的一環(huán)，因此必須格外重視。

3.建筑體型及立面的規(guī)則化設(shè)計(jì)

現(xiàn)代社會，建筑業(yè)發(fā)展日新月異，建筑本身在滿足其基本功能性的同時更被賦予了越來越多的含義。因此，在建筑設(shè)計(jì)上，設(shè)計(jì)者的個性思想及創(chuàng)造力被越來越多的表現(xiàn)出來，這也是建筑業(yè)蓬勃發(fā)展的良性表現(xiàn)。與此同時，建筑體型及立面的創(chuàng)新也使得建筑在具體的施工過程中呈現(xiàn)出更大的操作難度更復(fù)雜的受力結(jié)構(gòu)，這無疑會對建筑整體的安全提出新的考驗(yàn)。因此，在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上，設(shè)計(jì)者應(yīng)在保障建筑安全性這一大的前提下合理創(chuàng)新，盡量避免不規(guī)則化立面設(shè)計(jì)，從根本上保障建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的整體安全。

總而言之，建筑機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的安全性把控是一個多方面綜合考慮的過程。一方面他是工程可行性的基本保障，是工程順利實(shí)施的前提，另一方面，他又將對工程建設(shè)的各個環(huán)節(jié)產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。例如，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)會對工程具體實(shí)施過程中的建材、工藝等提出具體的要求，從而對工程造價產(chǎn)生根本上的影響。在工程建設(shè)中，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重要性不言而喻。因此，現(xiàn)代建筑工程對建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提出了更高的要求，設(shè)計(jì)人員必須對于工程整體的各個環(huán)節(jié)做充分的思考，并以高度的責(zé)任心及使命感將對建筑安全性的把控落實(shí)到工程建設(shè)的每一個具體環(huán)節(jié)中。

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