建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在城市規(guī)劃設(shè)計(jì)中的重要性

陳 顥（昆明有色冶金設(shè)計(jì)研究院股份公司，云南　昆明　650051）

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建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在城市規(guī)劃設(shè)計(jì)中的重要性

陳 顥
（昆明有色冶金設(shè)計(jì)研究院股份公司，云南昆明650051）

摘要：針對(duì)如何確保合理布局的城市規(guī)劃設(shè)計(jì)順利實(shí)施，有效降低城市的運(yùn)作成本以及建設(shè)成本，筆者通過闡述建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與城市規(guī)劃設(shè)計(jì)的關(guān)系，指出兩者相對(duì)獨(dú)立，但建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)服從城市規(guī)劃設(shè)計(jì)。建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)作為城市規(guī)劃設(shè)計(jì)的重要組成部分，其結(jié)構(gòu)的安全可靠為建筑提供存在的基礎(chǔ)，為城市的存在、安定和發(fā)展提供有力保障。

關(guān)鍵詞：結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；城市規(guī)劃；建筑設(shè)計(jì)；安全可靠性

0　引 言

當(dāng)今世界，科技日新月異，競爭也日益激烈，人們總希望通過更好的城市規(guī)劃設(shè)計(jì)提高城市的運(yùn)作效率，來發(fā)揮城市的群體效應(yīng)，同時(shí)希望通過運(yùn)用新的技術(shù)手段來降低城市的運(yùn)作成本以及建設(shè)成本。如何確保一個(gè)城市的規(guī)劃設(shè)計(jì)順利實(shí)施，有效降低城市建設(shè)的成本呢？隨著城市規(guī)模的不斷擴(kuò)張，各種工業(yè)與民用建筑物越來越多，人口密度急劇上漲，城市中建筑物的體量在不斷加大，使用頻率在不斷增加，相對(duì)于人口和建筑物都較少的城鎮(zhèn)、鄉(xiāng)村，自然災(zāi)害對(duì)城市的沖擊將造成更大的損失。建筑物的結(jié)構(gòu)安全性和可靠度成為城市規(guī)劃設(shè)計(jì)必需考慮的基本因素，同時(shí)，也確立了建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在城市規(guī)劃設(shè)計(jì)中的重要地位。

1　城市規(guī)劃設(shè)計(jì)的含義

城市的發(fā)展是按照人的意圖，有計(jì)劃的、持續(xù)的、階段性的發(fā)展。人對(duì)未來城市建設(shè)的模式；城市經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的存在和發(fā)展模式；城市中，人的生活和生產(chǎn)模式等的綜合考量，最終都反映在城市規(guī)劃設(shè)計(jì)中。城市規(guī)劃設(shè)計(jì)是對(duì)城市空間的分析和設(shè)計(jì)，是針對(duì)城市經(jīng)濟(jì)、社會(huì)發(fā)展、土地利用、空間布局等一系列建設(shè)計(jì)劃在一定時(shí)期內(nèi)的綜合部署。城市規(guī)劃設(shè)計(jì)需用發(fā)展的眼光和可持續(xù)發(fā)展的原則來協(xié)調(diào)城市中人的活動(dòng)區(qū)域與其它區(qū)域間的關(guān)系，以城市的社會(huì)、政治、經(jīng)濟(jì)發(fā)展為目標(biāo)，以城市的可持續(xù)發(fā)展性為方向，通過科學(xué)的規(guī)劃，滿足人的需求，適應(yīng)人的生存狀態(tài)，使人的生活、生產(chǎn)便捷［1］。

2　建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的含義

建筑物的結(jié)構(gòu)（或簡稱結(jié)構(gòu)）主要是由梁、柱、板、基礎(chǔ)等各個(gè)構(gòu)件組成的整體，建筑物的基礎(chǔ)以上部分稱為建筑物的上部結(jié)構(gòu)。上部結(jié)構(gòu)所采用的形式稱為結(jié)構(gòu)形式（例如：磚混結(jié)構(gòu)，框架結(jié)構(gòu)等）；將上部結(jié)構(gòu)的荷載傳導(dǎo)給地基的部分叫做建筑物的基礎(chǔ)；基礎(chǔ)采用的傳導(dǎo)荷載的模式叫做基礎(chǔ)形式（例如：獨(dú)立基礎(chǔ)、樁基礎(chǔ)等）。建筑物的結(jié)構(gòu)不但要承受自身的重量，還要承擔(dān)施加在其上的自然環(huán)境荷載（如風(fēng)荷載、雪荷載等）、墻體等圍護(hù)結(jié)構(gòu)、裝修材料、設(shè)施設(shè)備的荷載和人使用建筑物時(shí)所產(chǎn)生的荷載，以及自然災(zāi)害對(duì)建筑物沖擊的作用。建筑物的結(jié)構(gòu)安全性是指建筑物的結(jié)構(gòu)在各種荷載或自然災(zāi)害作用下，仍能保持完整和穩(wěn)定的性能［2］。建筑物的結(jié)構(gòu)可靠度是指建筑物的結(jié)構(gòu)在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)、在規(guī)定的條件下、完成預(yù)定功能的概率［3］。建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)就是針對(duì)各種荷載或作用對(duì)結(jié)構(gòu)的影響，分析結(jié)構(gòu)中各個(gè)構(gòu)件的受力情況，協(xié)調(diào)各構(gòu)件的變形以及結(jié)構(gòu)的整體變形，綜合考量結(jié)構(gòu)在各種荷載或自然災(zāi)害的作用（如：地震作用、風(fēng)振作用等）下的安全性和可靠度，并通過采用合理的結(jié)構(gòu)形式，使結(jié)構(gòu)的各部分受力均勻、變形協(xié)調(diào)，在滿足結(jié)構(gòu)的安全性和可靠度前提下，降低建造成本、提高生產(chǎn)效率、減少環(huán)境污染。在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，建筑物的結(jié)構(gòu)安全性和可靠度是衡量建筑物的結(jié)構(gòu)是否安全可靠的重要指標(biāo)，而通過合理的設(shè)計(jì)手段，充分利用地形條件，有效的發(fā)揮各種建筑材料的特點(diǎn)，以更低的建造成本來滿足結(jié)構(gòu)的安全性和可靠度，是建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的目的和宗旨。

3　建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和城市規(guī)劃設(shè)計(jì)的關(guān)系

3.1建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和城市規(guī)劃設(shè)計(jì)相對(duì)獨(dú)立的關(guān)系

建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)主要關(guān)注各棟建筑物所處的地段是否對(duì)建筑物本身抗震有利和該地段的地基持力層的承載能力是否達(dá)到要求；建筑物的上部結(jié)構(gòu)所采用的結(jié)構(gòu)形式是否合理；整個(gè)建筑物的結(jié)構(gòu)在可能出現(xiàn)的自然災(zāi)害作用下的安全性能和可靠程度是否滿足；在滿足安全性和可靠度的前提下，如何有效運(yùn)用地形條件和建筑材料，降低建造成本，縮短建造時(shí)間，使整個(gè)建筑項(xiàng)目效益最大化。

城市規(guī)劃設(shè)計(jì)主要關(guān)注城市的整體的設(shè)計(jì)，城市各個(gè)空間區(qū)域的性質(zhì)、分工和構(gòu)成，并通過各種交通渠道將各個(gè)分散的城市空間區(qū)域組成一個(gè)完整的有機(jī)整體。

城市規(guī)劃設(shè)計(jì)屬于逐漸完善的科學(xué)，在不斷的實(shí)踐中，有著相對(duì)獨(dú)立的基本原則和規(guī)律。建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)也是一個(gè)不斷進(jìn)步的科學(xué)，遵循著獨(dú)立的準(zhǔn)則和客觀規(guī)律，故二者之間的關(guān)系是相對(duì)獨(dú)立的。

3.2建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)服從城市規(guī)劃化設(shè)計(jì)

建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)一般從城市中建筑物的單體入手，根據(jù)建筑物所處地形位置、地質(zhì)資料、建筑布置、城市規(guī)劃布局要求等進(jìn)行設(shè)計(jì)。但在特殊情況下，也需要考慮建筑物單體周圍的情況，比如：高層建筑較為密集區(qū)域的風(fēng)荷載或周邊建筑物距離較近的地基承載能力。

城市規(guī)劃設(shè)計(jì)是對(duì)城市空間的分析和設(shè)計(jì)，以動(dòng)態(tài)的眼光來協(xié)調(diào)各類建筑物之間的關(guān)系，從整體的城市發(fā)展和布局入手，對(duì)城市的發(fā)展和今后城市的發(fā)展均起到巨大影響［1］。

建筑物作為城市的重要組成部分，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)首先要滿足建筑設(shè)計(jì)，而建筑設(shè)計(jì)應(yīng)滿足城市規(guī)劃設(shè)計(jì)，故建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)服從城市規(guī)劃設(shè)計(jì)。

4　建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是城市規(guī)劃設(shè)計(jì)的重要組成部分

伴隨著經(jīng)濟(jì)和文化的發(fā)展，人們對(duì)建筑物的結(jié)構(gòu)安全性、可靠度要求也越來越高，特別是經(jīng)歷了2008年5月12日汶川地震和2011年3月11日日本海嘯以后，人們對(duì)自然災(zāi)害的認(rèn)識(shí)進(jìn)一步加深。在面對(duì)自然災(zāi)害時(shí)，建筑物的結(jié)構(gòu)安全性和可靠度將充分體現(xiàn)出來，安全性高、可靠度好的結(jié)構(gòu)，能夠抵御自然災(zāi)害對(duì)結(jié)構(gòu)的沖擊，能有效的保護(hù)人們生命、財(cái)產(chǎn)的安全。城市規(guī)劃設(shè)計(jì)中，城市的安全性是首要問題，各棟建筑的結(jié)構(gòu)安全性和可靠度是極重要的基本因素，無論是在人們正常使用的情況下，還是在爆發(fā)自然災(zāi)害的極端的情況下，建筑物的結(jié)構(gòu)都要能夠?yàn)槿藗兲峁┯行У谋Ｗo(hù)。城市中，人的生命和財(cái)產(chǎn)得到有效保護(hù)的基礎(chǔ)上，城市才能存在，并有未來的發(fā)展。試想，某個(gè)城市中的建筑物沒有安全性，沒有可靠度，這個(gè)城市就不能提供人們基本的需求：“安全”，人就無法在這樣的城市中生存，沒有人存在的城市的未來和發(fā)展更無從談起，這樣的城市也是不可能存在的。故，在城市規(guī)劃設(shè)計(jì)中，應(yīng)融入對(duì)建筑物的結(jié)構(gòu)安全性和可靠度的考慮。但是，如果建造某個(gè)城市，為達(dá)到建筑物的結(jié)構(gòu)安全性、可靠度而付出過高的成本，較長的時(shí)間，并產(chǎn)生大量的污染，這便不符合城市建設(shè)的意義，且過于龐大的投入，也造成建設(shè)投資者的巨大負(fù)擔(dān)，會(huì)影響到城市的布局，規(guī)模，甚至城市未來的發(fā)展。因此，在城市規(guī)劃設(shè)計(jì)中同樣要考慮城市建設(shè)成本的投入問題。

建筑物的結(jié)構(gòu)安全性和可靠度是通過建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)來保證的。同時(shí)，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)也通過選擇合理的結(jié)構(gòu)形式并發(fā)揮各種建筑材料的特點(diǎn)，以及充分利用現(xiàn)有地形等設(shè)計(jì)手段，來降低建造成本、提高生產(chǎn)效率、減少環(huán)境污染。進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，需要有豐富的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)、清晰的概念、高超的設(shè)計(jì)手段，在城市規(guī)劃設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)建筑物的結(jié)構(gòu)進(jìn)行細(xì)致和全面的考慮，可以根據(jù)城市規(guī)劃勘察資料、GB 50011－2010《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》等結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范，從當(dāng)?shù)氐目拐鹪O(shè)防烈度、建筑安全等級(jí)、建筑場地類別、地基地質(zhì)情況、地形地貌、建筑形體、建筑荷載分布等入手，對(duì)城市中各種建筑合理布局，為建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供較好的條件，使其在設(shè)計(jì)時(shí)有更多的發(fā)揮空間。

在城市規(guī)劃設(shè)計(jì)時(shí)，如何考慮建筑物的結(jié)構(gòu)安全性和可靠度呢？在滿足了建筑物安全性和可靠度的情況下，如何降低建造成本、提高生產(chǎn)效率、減少環(huán)境污染呢？

首先，抗震設(shè)防烈度、建筑安全等級(jí)方面?；谙嗤脑O(shè)計(jì)基準(zhǔn)年限［5］來說，根據(jù)GB 50223－2008《建筑工程抗震設(shè)防分類標(biāo)準(zhǔn)》的3.0.1條和3.0.2條中的特殊設(shè)防類（如：涉及國家公共安全的重大建筑）和重點(diǎn)設(shè)防類建筑（如地震時(shí)使用功能不能中斷或需盡快恢復(fù)的生命線相關(guān)建筑）［6］和GB 50153－2008《工程結(jié)構(gòu)可靠性設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》的3.2.1條中的工程結(jié)構(gòu)安全等級(jí)為一級(jí)的建筑（即：結(jié)構(gòu)破壞后造成后果很嚴(yán)重的建筑）［5］，這種抗震設(shè)防要求高或安全等級(jí)要求高的建筑，不應(yīng)設(shè)置在地震設(shè)防烈度較高的地區(qū)，若處于地震設(shè)防烈度較高的地區(qū)進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，地震作用對(duì)建筑物的結(jié)構(gòu)影響很大。經(jīng)計(jì)算和分析可知，高設(shè)防烈度地區(qū)，建筑物的結(jié)構(gòu)中抗側(cè)力構(gòu)件和抗傾覆構(gòu)件的剛度、強(qiáng)度都較大，結(jié)構(gòu)中抗震措施需要增加很多，才能滿足結(jié)構(gòu)的安全性和可靠度，且建設(shè)成本和投入巨大，故城市規(guī)劃設(shè)計(jì)時(shí)，該類型的建筑應(yīng)考慮設(shè)置于抗震烈度較低的地區(qū)，若必須在高烈度地區(qū)建設(shè)，則必須將該類建筑布置在對(duì)抗震有利的地段（如：少邊坡無河流的平緩地段）；在高設(shè)防烈度地區(qū)，地下水位較高且地下土層存在液化情況的地方，地震作用會(huì)加劇土層液化，造成建筑的地基沉陷，建筑物傾覆，故該類型地區(qū)不宜設(shè)置建筑物；在高設(shè)防烈度地區(qū)，若需要建設(shè)高層建筑，則應(yīng)考慮采用隔震減震措施，可有效降低成本。

其次，建筑物所處的建筑場地類別、地基地質(zhì)情況、地形地貌方面。據(jù)GB 50011－2010《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》中3.3.1條4.1.6條4.1.8條5.1.4條［4］可知，根據(jù)工程需要、地震活動(dòng)情況、工程地質(zhì)、地震地質(zhì)的有關(guān)資料，建筑地段分為對(duì)抗震有利、一般、不利和危險(xiǎn)4種地段。對(duì)不利地段應(yīng)避開設(shè)置建筑物，對(duì)危險(xiǎn)地段不應(yīng)設(shè)置建筑物。另按建筑場地覆蓋層厚度和土層等效剪切波速，建筑場地類別分為I至IV類，建筑場地土層等效波速越慢，覆蓋層越厚，就越不利于建筑物抗震，則類型數(shù)越高。場地類別直接影響結(jié)構(gòu)的水平地震影響系數(shù)最大值，類型數(shù)越高，水平地震影響系數(shù)越大，水平地震作用越大，結(jié)構(gòu)用于消耗水平地震能量的抗側(cè)力構(gòu)件的截面就要加大，造成對(duì)整個(gè)結(jié)構(gòu)的不利影響，同時(shí)也造成工程造價(jià)的上漲。應(yīng)特別注意：在GB 50011－2010《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》3.3.3條中要求，建筑場地為III、IV類時(shí)，設(shè)計(jì)基本地震加速度為0.15g和0.30g的地區(qū)，宜分別按抗震設(shè)防烈度8度（0.20g）和9度（0.4g）的抗震設(shè)防類別建筑的要求采取控制構(gòu)造措施［4］。在城市規(guī)劃設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)盡量避開抗震不利地段，在抗震危險(xiǎn)地段不設(shè)置建筑，選用建筑場地時(shí)也應(yīng)盡量選用I、II類場地。城市規(guī)劃設(shè)計(jì)中，應(yīng)盡量避免在條狀突出的山嘴、高聳孤立的山丘、非巖石和強(qiáng)風(fēng)化巖石的陡坡、河岸和邊坡邊緣設(shè)置建筑物，因在這些地方設(shè)置建筑，不但要保證建筑物在地震作用下的穩(wěn)定性外，還需考慮地震動(dòng)參數(shù)對(duì)水平地震影響系數(shù)的放大作用。城市規(guī)劃設(shè)計(jì)中，應(yīng)盡量避免在發(fā)震斷裂帶附近設(shè)置大量建筑物、高層建筑、永久性建筑物，在GB 50011－2010《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》3.10.3條4.1.7條中要求建筑物避讓發(fā)震斷裂帶需要滿足的最小距離，在發(fā)展斷裂帶兩側(cè)10 km范圍內(nèi)的建筑物，地震動(dòng)參數(shù)應(yīng)計(jì)入近場影響，水平地震影響系數(shù)需乘以1.25～1.50不等的增大系數(shù)。另，在故河道、臨近河岸海岸等可能存在軟弱黏性土層和高含水量的可塑性黃土的地段設(shè)置建筑物時(shí)，應(yīng)盡量不設(shè)置較大荷載的建筑物或?qū)Σ痪鶆虺两得舾械慕ㄖ铩?/p>

最后，建筑形體、建筑荷載分布方面。在城市規(guī)劃設(shè)計(jì)時(shí)，所采用的建筑形體應(yīng)盡量規(guī)則，即建筑物的平面對(duì)稱、豎向均勻。建筑形體規(guī)則的建筑物對(duì)抗震有利且具有經(jīng)濟(jì)合理性。據(jù)GB 50011 －2010《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》中3.4.1條3.4.3條［4］要求，建筑形體不規(guī)則的建筑應(yīng)按規(guī)定采取加強(qiáng)措施，特別不規(guī)則的建筑應(yīng)進(jìn)行專門的研究和論證。比如：某建筑項(xiàng)目，由于建筑物的形體不規(guī)則，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)需計(jì)入雙向地震作用，造成結(jié)構(gòu)的配筋率上浮 5%～8%，部分結(jié)構(gòu)構(gòu)件配筋率增加一倍，最終造成建設(shè)成本的增加。另，城市規(guī)劃設(shè)計(jì)時(shí)也應(yīng)考慮建筑荷載的分布，在GB 50007－2011《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》5.3.1～5.3.4條［7］中清楚界定了各種建筑物基礎(chǔ)的不均勻沉降的要求?；A(chǔ)的不均勻沉降和上部結(jié)構(gòu)的荷載分布不均勻有很大關(guān)系，上部結(jié)構(gòu)荷載分布不均勻也會(huì)造成的結(jié)構(gòu)傾覆或倒塌。

5　結(jié) 語

城市規(guī)劃設(shè)計(jì)賦予城市更為合理的布局及明確的發(fā)展方向，但太多的事故與自然災(zāi)害已使我們警醒：“結(jié)構(gòu)的安全和可靠”不是一句空話，城市規(guī)劃設(shè)計(jì)中應(yīng)融入對(duì)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的考慮。沒有結(jié)構(gòu)的建筑不是建筑，沒有建筑的城市也不是城市，結(jié)構(gòu)的安全可靠為建筑提供存在的基礎(chǔ)，為城市的存在、安定繁榮和發(fā)展提供有力保障。所以建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是城市規(guī)劃設(shè)計(jì)的重要組成部分，不可分離、不容忽視。

參考文獻(xiàn)：

［1］陳誠.建筑設(shè)計(jì)在城市規(guī)劃設(shè)計(jì)中的重要性［J］.科技傳播，2014（10）：82－84.

［2］闞雪峰.提高建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)安全性的有效策略分析［J］.建筑規(guī)劃與設(shè)計(jì)，2013（6）：203－205.

［3］陳肇元，杜拱辰.結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范的可靠度設(shè)計(jì)方法質(zhì)疑［J］.建筑結(jié)構(gòu)，2002（4）：64－69.

［4］GB 50011－2010建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2010.

［5］GB 50153－2008工程結(jié)構(gòu)可靠性設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)［S］.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2009.

［6］GB 50223－2008建筑工程抗震設(shè)防分類標(biāo)準(zhǔn)［S］.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2008.

［7］GB 50007－2011建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2011.

中圖分類號(hào)：TU984.11＋1

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1004－2660（2015）03－0038－04

收稿日期：2015－07－03.

作者簡介：陳顥（1979－），男，云南人，工程師.主要研究方向：建筑結(jié)構(gòu).E－mail：20591726＠qq.com.

Importance of Structure Design in Urban Planning and Design

CHEN Hao
（Kunming Engineering＆Research Institute of Nonferrous Metallurgy Co.Ltd.，Kunming 650051，China）

Abstract：Aiming at how to ensure the smooth implementation of reasonable urban planning and design and reducing the operation and building costs of a city，this paper explains the relationship between architectural structure design and urban planning design.It is concluded that they are relatively independent but the building structure design should adhere to urban planning design.As an important part of urban planning design，the safety and reliability of architectural structure is the basis and provides solid guarantee for the existence，stability and development of a city.

Key words：structure design；urban planning；architectural design；safety and reliability