論如何在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中提高建筑的安全性

白虎林

（山西凱的建筑設(shè)計(jì)規(guī)劃有限公司，山西 太原 030009）

我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷進(jìn)步，使得人民的生活水平和質(zhì)量意識(shí)得到了極大的提高。而住房和商業(yè)建筑作為人民安居樂(lè)業(yè)的基本保障和社會(huì)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)的承載，建筑的安全性備受社會(huì)關(guān)注。且隨著建筑行業(yè)的不斷突破，建筑的結(jié)構(gòu)發(fā)展也越來(lái)越呈現(xiàn)多樣化和復(fù)雜化，這種變化不斷滿足了人們對(duì)房屋建筑的多樣化需求。但建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面仍然存在很多不足，從而對(duì)所建造的建筑安全性和建筑使用壽命產(chǎn)生不利影響。因此，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師需通過(guò)更加科學(xué)合理的方式對(duì)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化，確保建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的科學(xué)性、合理性、安全性，進(jìn)而提高建筑效益。

1 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的安全性簡(jiǎn)述

建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的安全主要依賴于結(jié)構(gòu)工程師的設(shè)計(jì)和科學(xué)的建造，保障工程結(jié)構(gòu)的安全是推動(dòng)建筑業(yè)穩(wěn)定發(fā)展的關(guān)鍵。而在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師需保障建筑在一般條件下可以經(jīng)受住不同程度的破壞力，并且在災(zāi)難發(fā)生時(shí)仍能維持其總體的穩(wěn)定[1]。在建筑物的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，安全是建筑的核心，它是一切建筑物結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。而建筑設(shè)計(jì)的安全問(wèn)題，需從設(shè)計(jì)人員的設(shè)計(jì)和施工的角度來(lái)分析，同時(shí)施工單位也應(yīng)全面綜合考慮施工項(xiàng)目的有關(guān)指標(biāo)，合理地避開(kāi)施工過(guò)程中的各種情況，以防止施工過(guò)程中由于施工不當(dāng)，而造成的施工質(zhì)量問(wèn)題。

2 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中提高安全性的必要性

建筑物結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)安全性不足可能會(huì)導(dǎo)致建筑安全事故頻發(fā)，據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)調(diào)查顯示，每年因建筑安全事故導(dǎo)致的人員傷亡數(shù)量正逐年攀升，且每年都有因建筑安全事故喪失生命，據(jù)不完全數(shù)據(jù)顯示，很大一部分安全事故產(chǎn)生的原因都是因?yàn)榻ㄖ锝Y(jié)構(gòu)安全設(shè)計(jì)不合理導(dǎo)致。通過(guò)對(duì)建筑事故追本溯源發(fā)現(xiàn)，大多數(shù)的建筑事故原因都是因?yàn)樵O(shè)計(jì)人員對(duì)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)沒(méi)有嚴(yán)格要求，沒(méi)有確定的安全標(biāo)準(zhǔn)，才導(dǎo)致建筑安全事故頻繁發(fā)生。此外，在設(shè)計(jì)人員進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，還會(huì)存在部分人員懷有僥幸心理，設(shè)計(jì)的建筑結(jié)構(gòu)安全性只能達(dá)到國(guó)家規(guī)定的安全性的最低標(biāo)準(zhǔn)。而這些所有因建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的安全性不合理的建筑工程不僅會(huì)威脅到施工人員的生命安全，甚至?xí)斐山痤~巨大的事故賠償，還會(huì)對(duì)建筑工程的交付工期產(chǎn)生影響，造成一定程度的社會(huì)恐慌事件出現(xiàn)。

3 現(xiàn)行建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的安全隱患

3.1 建筑連梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理

連梁的橫向壓力偏大、連梁橫向承載力及垂直承載力的問(wèn)題是連梁在結(jié)構(gòu)上的普遍問(wèn)題。從當(dāng)前的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)狀況來(lái)看，我國(guó)國(guó)內(nèi)的連梁截面尺寸雖不大，但在單元內(nèi)所承擔(dān)的荷載卻相當(dāng)大，再加上建筑結(jié)構(gòu)中連續(xù)梁端壁的剛性太大，從而使連梁的承載能力變得更為嚴(yán)重。盡管許多建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師都降低了連梁的剛度但這樣做也會(huì)帶來(lái)相當(dāng)大的問(wèn)題，如果連梁的剛度不夠，就會(huì)改變混凝土的構(gòu)造，而如果連梁承受太大的壓力，將會(huì)對(duì)連梁性能產(chǎn)生不利的作用。在設(shè)計(jì)時(shí)，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師則需要考慮到剪力墻的實(shí)際情況，使其與墻相適應(yīng)、協(xié)調(diào)。因此，在設(shè)計(jì)初期，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師必須對(duì)連梁相應(yīng)的計(jì)算，包括橫向和豎向加載。同時(shí)，由于連梁的橫向荷載和豎向荷載的計(jì)算需要大量的計(jì)算量，因此，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師的計(jì)算錯(cuò)誤往往會(huì)引起連梁的設(shè)計(jì)問(wèn)題，從而對(duì)建筑的整體性能帶來(lái)隱患，進(jìn)而造成建筑內(nèi)部工程的建造質(zhì)量不達(dá)標(biāo)現(xiàn)象出現(xiàn)。

3.2 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不具備合理的抗震能力

在當(dāng)前我國(guó)的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，建筑的內(nèi)部抗震設(shè)計(jì)依舊存在許多問(wèn)題，如結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)概念模糊，抗震設(shè)計(jì)未得到全面驗(yàn)證，抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不夠科學(xué)等等。而地震作為建筑損害的最突出因素，主要分為自然的板塊運(yùn)作與人為的環(huán)境破壞，而現(xiàn)如今大多數(shù)的地震為自然的正常演變，而當(dāng)下很多建筑設(shè)計(jì)師并不了解地震的具體來(lái)源便盲目進(jìn)行設(shè)計(jì)，勢(shì)必會(huì)帶來(lái)材料的浪費(fèi)以及人力資源的浪費(fèi)?，F(xiàn)如今建筑物的建筑材料大多是為鋼筋混凝土，但由于鋼筋混凝土自身的重量高的特性，所以當(dāng)發(fā)生地震時(shí)，建筑內(nèi)部的混凝土結(jié)構(gòu)很可能會(huì)發(fā)生不穩(wěn)定的情況，尤其是在鋼筋混凝土的粘接處更是如此。目前，由于我國(guó)的建筑物越來(lái)越復(fù)雜、越來(lái)越多元化，過(guò)去傳統(tǒng)的人工實(shí)測(cè)的抗震計(jì)算方法已不再可行，所以建筑設(shè)計(jì)師需依照目前較為先進(jìn)化的科技抗震設(shè)計(jì)方法來(lái)進(jìn)行抗震模式的建立，然而這種模式的實(shí)驗(yàn)并沒(méi)有廣泛地運(yùn)用，而且對(duì)震源發(fā)生情況的模擬也不夠充分，使得建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師在工程中的抗震設(shè)計(jì)存在缺陷。

3.3 建筑地基設(shè)計(jì)問(wèn)題

目前我國(guó)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師在進(jìn)行地基設(shè)計(jì)時(shí)，存在著不規(guī)范、不嚴(yán)謹(jǐn)?shù)葐?wèn)題。對(duì)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)而言，地基的強(qiáng)度是影響建筑物整體質(zhì)量的重要因素，且地基的強(qiáng)度將是直接影響建筑物安全性能的重要因素。建筑物的地基設(shè)計(jì)是一項(xiàng)很復(fù)雜、技術(shù)難度很高的工作，如若建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師在設(shè)計(jì)時(shí)不能準(zhǔn)確、完整地了解其復(fù)雜性、不能準(zhǔn)確地確定其荷載，將會(huì)導(dǎo)致地基的整體設(shè)計(jì)受到影響，從而導(dǎo)致地基的變形，以此引發(fā)建筑物倒塌事件的發(fā)生。同時(shí)，在設(shè)計(jì)地基方面，設(shè)計(jì)者還會(huì)因?yàn)閷?duì)施工場(chǎng)地的地理?xiàng)l件不熟悉因素影響對(duì)建筑物的地基設(shè)計(jì)，所以當(dāng)施工場(chǎng)地中有軟土、軟質(zhì)下臥時(shí)，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)者往往會(huì)降低其計(jì)算精度，使其在設(shè)計(jì)中產(chǎn)生錯(cuò)誤，故設(shè)計(jì)師需計(jì)算其承載量、均勻性和非均質(zhì)性。而在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)者對(duì)復(fù)合型地基進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，時(shí)常會(huì)忽略褥墊層的影響，沒(méi)有在對(duì)應(yīng)的位置鋪設(shè)褥墊，致使復(fù)合地基的承載量下降，從而導(dǎo)致了復(fù)合地基的作用無(wú)法得到最大程度利用[2]。此外，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師也時(shí)常會(huì)在設(shè)計(jì)建筑地基圖紙時(shí)，會(huì)出現(xiàn)一些問(wèn)題，比如：建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)者不能正確地體現(xiàn)工程的內(nèi)容和理念，不能掌握?qǐng)D紙的正確尺寸，圖紙中可能會(huì)出現(xiàn)一些不應(yīng)該出現(xiàn)的錯(cuò)誤，而如果圖紙沒(méi)有達(dá)到既定要求，建筑內(nèi)部的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)就會(huì)受到影響，進(jìn)而難以確保建筑工程在竣工后的質(zhì)量。

4 建筑設(shè)計(jì)人員職業(yè)素養(yǎng)不足

就目前的建筑行業(yè)人力資源而言，大部分建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員常常會(huì)存在設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)不足、專業(yè)素養(yǎng)不高等現(xiàn)象，而這種專業(yè)知識(shí)欠缺、專業(yè)經(jīng)驗(yàn)缺失的現(xiàn)象必然會(huì)導(dǎo)致建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師設(shè)計(jì)出的建筑結(jié)構(gòu)存在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理的結(jié)果，給未來(lái)建筑的正常使用帶來(lái)巨大的隱患。且在建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方面上，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師還將會(huì)面臨建筑用料、用法、裝修和構(gòu)造等外部因素的影響，進(jìn)一步造成一些建筑抵抗不住較為輕緩的自然災(zāi)害，一旦遭到外界因素的侵害，建筑結(jié)構(gòu)所存在的安全隱患問(wèn)題以及建筑變形的情況都將出現(xiàn)。即便如此，依舊會(huì)有部分建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)者只追求建筑的外在美觀，并不注重其內(nèi)部的構(gòu)造是否堅(jiān)固。故建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師在實(shí)際設(shè)計(jì)中常常出現(xiàn)忽視建筑的安全性和穩(wěn)定性現(xiàn)象。且在當(dāng)今，大部分建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師雖已注重建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，但依舊會(huì)存在有些設(shè)計(jì)師的設(shè)計(jì)不能與時(shí)俱進(jìn)，設(shè)計(jì)樣式陳舊，設(shè)計(jì)方式不具備科技化的特點(diǎn)，建筑所使用的材料依舊沿用傳統(tǒng)，固步自封，致使建筑的用料缺乏合理性，進(jìn)而導(dǎo)致建筑缺乏安全性。

5 提高建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)安全性的對(duì)策

5.1 采用科學(xué)合理的建筑結(jié)構(gòu)連梁設(shè)計(jì)

建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)者在進(jìn)行連梁的設(shè)計(jì)過(guò)程中必須從下列幾個(gè)方面著手：建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師要按照我國(guó)對(duì)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的有關(guān)規(guī)定進(jìn)行連梁的高度設(shè)計(jì)。而在高層建筑中，剪力墻連梁的設(shè)計(jì)與施工工藝都具有較大的難度，因此建筑施工前的設(shè)計(jì)與施工準(zhǔn)備工作中，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師應(yīng)嚴(yán)格遵守國(guó)家有關(guān)規(guī)范，根據(jù)規(guī)范進(jìn)行設(shè)計(jì)，確保其整體的工作狀態(tài)與規(guī)范相符[3]。在工程實(shí)踐中，連梁的設(shè)計(jì)高度、跨距對(duì)建筑性能的發(fā)揮有重要影響，在整體的建筑工程的性能中扮演著彌足重要的角色。因此，在實(shí)際的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師應(yīng)盡可能采取降低連梁高度，增加連梁長(zhǎng)度的方法，并通過(guò)適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)連接梁長(zhǎng)和跨距來(lái)保證其在整體剪力墻中的作用。且建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師還需要特別重視連梁長(zhǎng)、跨距的調(diào)節(jié)不能大于20%，以避免對(duì)剪力墻產(chǎn)生不利影響。此外，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師需在實(shí)際工程設(shè)計(jì)中考慮對(duì)調(diào)節(jié)程序的設(shè)計(jì)，以保證連續(xù)梁能同時(shí)承受較大的剪切和弱彎特性。而建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師在進(jìn)行連梁的設(shè)計(jì)時(shí)，一定要保證鋼筋的質(zhì)量，并使其組成比例達(dá)到最優(yōu)，以保證整個(gè)建筑結(jié)構(gòu)的承載能力得到保障與提高。

5.2 優(yōu)化建筑結(jié)構(gòu)的抗震性能

近年來(lái)，隨著人們對(duì)自然界破壞的外部因素以及自然界的內(nèi)部板塊運(yùn)作影響，地震的出現(xiàn)頻率越來(lái)越高，而頻繁發(fā)生的地震必然會(huì)對(duì)我國(guó)的房屋結(jié)構(gòu)造成嚴(yán)重的破壞，因此建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師需在進(jìn)行房屋的抗震設(shè)計(jì)時(shí)著重注意建筑的規(guī)范性，盡量減少異形立柱的排列，并適當(dāng)增加建筑物的抗震強(qiáng)度和橫向剛度。我國(guó)常見(jiàn)的房屋建筑物多為矩形平面，它的橫向剛度要遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于縱向剛度，所以大量的橫墻模式是滿足抗震性能的主要方式。從建筑的抗地震災(zāi)害等級(jí)角度來(lái)看，由于房屋的剪力在抗震效果中最為明顯。因此，建筑的內(nèi)部設(shè)計(jì)要想達(dá)到久經(jīng)地震依舊牢固的水平，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師必須加強(qiáng)建筑的抗剪能力，并在加強(qiáng)建筑的強(qiáng)度的同時(shí)增加其承載能力。而在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，也要充分考慮到地震的強(qiáng)弱關(guān)系，比如柱、梁、節(jié)點(diǎn)、壓力的中心以及梁、柱、桿和拉力的中心，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師都要適當(dāng)?shù)貙⒔ㄖ闹匦慕档?，也就是說(shuō)，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師必須保證柱端承載力要比梁端承載力強(qiáng)，而且要保證節(jié)點(diǎn)不會(huì)發(fā)生過(guò)早的損傷，且需要保障建筑的混凝土承載力在受拉區(qū)所能承受的極限。另外，建筑物的地震特性也與建設(shè)項(xiàng)目的選擇密切相關(guān)，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師在選擇建筑項(xiàng)目時(shí)應(yīng)盡可能滿足各種不同的需求，如建筑物的用途和功能等等。而建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師在進(jìn)行國(guó)內(nèi)的房屋結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)中，應(yīng)盡可能選取地形較平的地區(qū)，同時(shí)在選取施工場(chǎng)地的土壤方面，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師必須保障土壤具備較高的致密性和較高的強(qiáng)度，以此確保建筑物的承載能力以及抗震能力，而當(dāng)所選場(chǎng)地為軟黏土?xí)r，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)確保土壤被進(jìn)行過(guò)注漿加固，進(jìn)而使得建筑內(nèi)部的抗震設(shè)計(jì)得到保障。

5.3 重視地基設(shè)計(jì)并優(yōu)化承重柱計(jì)算高度設(shè)計(jì)

地基是建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的重點(diǎn)，良好的地基是保障建筑能夠經(jīng)受住自然災(zāi)害和地震的最有力保障。若地基并不牢固，建筑物則極易發(fā)生變形甚至倒塌情況，尤其是在高層建筑中，建筑所需要承載的壓力巨大，因此對(duì)抗震能力有很大的需求，而良好的地基搭建則是最好的對(duì)策。而除地基的搭建外，建筑的承重柱設(shè)計(jì)，也能夠幫助建筑提高抗震能力，故建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師需根據(jù)不同工程的具體要求，選用適當(dāng)?shù)某兄刂愋停_地確定承重柱的軸壓比，并采用箍筋約束混凝土柱、鋼纖維混凝土柱、分體柱等耐久性較強(qiáng)的鋼筋混凝土柱，且以上的三種柱除了能夠顯著降低混凝土柱的截面尺寸外，還可以提高建筑的抗震能力。而在建筑物承載力較大的情況下，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師應(yīng)選用更為高強(qiáng)度等級(jí)的混凝土標(biāo)號(hào)，以使其更好地利用其承載力，提高建筑的抗震性能[4]。此外，當(dāng)前的施工項(xiàng)目中，承重柱正截面軸壓比限值是由受壓區(qū)的混凝土破碎來(lái)計(jì)算的，即當(dāng)受拉鋼筋遭受不斷增加的拉力而沒(méi)有發(fā)生變形時(shí)，而在壓力作用下具有壓縮失效的特點(diǎn)，所以在應(yīng)力作用下，該極限是由拉伸失效和壓縮失效的閾值決定的。故為了保證不同承載力形式下，建筑能夠及時(shí)適應(yīng)周圍環(huán)境，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師可以選用適當(dāng)?shù)臉O限壓強(qiáng)對(duì)承重柱軸壓的極限進(jìn)行測(cè)試，并通過(guò)得出的精準(zhǔn)數(shù)據(jù)選擇更為優(yōu)良的承重柱。

5.4 提高建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師的專業(yè)技能和職業(yè)素養(yǎng)

為全面提高建筑結(jié)構(gòu)的整體設(shè)計(jì)水平，相關(guān)人才以及人才的職業(yè)素養(yǎng)必不可少，在建筑施工前，良好的建筑工程設(shè)計(jì)者具備優(yōu)秀的專業(yè)素質(zhì)和職業(yè)素質(zhì)，是保障工程順利進(jìn)行的基礎(chǔ)[5]。因此，施工隊(duì)必須在施工過(guò)程前認(rèn)真核查設(shè)計(jì)師的專業(yè)技能與職業(yè)素養(yǎng)是否達(dá)標(biāo)，且針對(duì)一些經(jīng)驗(yàn)較為稀少的設(shè)計(jì)師，施工隊(duì)需不斷帶領(lǐng)其在實(shí)際工程中掌握新的知識(shí)，轉(zhuǎn)變舊的思維方式，提醒設(shè)計(jì)師需從發(fā)展的角度來(lái)考慮，注重抗震設(shè)計(jì)，并充分發(fā)揮自己的知識(shí)和技術(shù)，以增強(qiáng)建筑結(jié)構(gòu)的安全性。

6 結(jié)語(yǔ)

隨著社會(huì)和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們對(duì)建筑的要求日益提高，建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)不僅直接關(guān)系到施工的質(zhì)量，關(guān)系到施工人員的安全，更關(guān)系到建筑居住者的生命安全。而建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師不斷對(duì)建筑物的結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，不僅是對(duì)自己工作的負(fù)責(zé)，更是對(duì)人民負(fù)責(zé)。而在優(yōu)化建筑內(nèi)部設(shè)計(jì)過(guò)程中，設(shè)計(jì)師需充分考慮外部環(huán)境的影響，并采用科學(xué)合理的建筑結(jié)構(gòu)連梁設(shè)計(jì)，建筑結(jié)構(gòu)的抗震性能優(yōu)化，重視地基設(shè)計(jì)并優(yōu)化承重柱計(jì)算高度設(shè)計(jì)以及提高自身專業(yè)技能和職業(yè)素養(yǎng)的方法保證建筑結(jié)構(gòu)的安全性與可靠性，真正實(shí)現(xiàn)建筑工程的內(nèi)部結(jié)構(gòu)完善，使得施工隊(duì)的施工任務(wù)能夠順利竣工，使得建筑使用者在使用時(shí)安全與放心。