建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的安全隱患及優(yōu)化對策研究

文／田森源 杭州園林設(shè)計院股份有限公司 浙江杭州 310000

引言：

建筑行業(yè)市場在發(fā)展過程中，借助科學(xué)技術(shù)的力量，采用更為先進的施工技術(shù)和工藝，不斷拓寬發(fā)展空間，相應(yīng)也帶動了結(jié)構(gòu)設(shè)計的提升，為其帶來新的機遇。在現(xiàn)代化建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計工作中，依然采用傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計理念難以滿足設(shè)計需求，并且會對整個行業(yè)的可持續(xù)進步造成制約影響。提高建筑設(shè)計質(zhì)量，需要對建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的問題有清晰的認知，深入研究設(shè)計方式，由此保證建筑設(shè)計工作的合理性和科學(xué)性。結(jié)構(gòu)設(shè)計工程師在設(shè)計階段要嚴格依據(jù)規(guī)范和標準，經(jīng)濟合理的對建筑結(jié)構(gòu)進行分析和設(shè)計，但又不能僅局限于設(shè)計階段的工作，還應(yīng)積極主動的參與到施工及驗收等重要環(huán)節(jié)，以便于及時發(fā)現(xiàn)問題、解決問題，為工程結(jié)構(gòu)的質(zhì)量和安全提供堅實保障。

1.建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計內(nèi)容概述

首先是其整體設(shè)計方面，基于整體層面建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計劃分通常為主體和基礎(chǔ)兩個部分，按照建筑物實際呈現(xiàn)的性質(zhì)和區(qū)域環(huán)境等綜合性條件，需確保建筑結(jié)構(gòu)體系的合理性。選擇結(jié)構(gòu)體系之后，需要確定的部分是柱、剪力墻分布等。設(shè)計過程中，設(shè)計人員需要十分注重分析和計算內(nèi)力參數(shù)，將這一數(shù)值作為基礎(chǔ)進行選型。在設(shè)計基礎(chǔ)部分時，主要將上部結(jié)構(gòu)計算結(jié)果作為前提，涵蓋了項目所在區(qū)域的地質(zhì)和水文條件等，以此來確定建筑基礎(chǔ)形式，為后續(xù)設(shè)計深化打下基礎(chǔ)框架。

針對結(jié)構(gòu)部件設(shè)計工作，這一部分主要是內(nèi)力以及配筋計算，計算對象為梁、柱、墻等幾方面，細長桿件包括梁和柱，這二者內(nèi)力計算基本相同[1]。在計算單片剪力墻過程中，設(shè)計人員通常是將這一部分簡化為薄壁柱，綜合分析翼緣部分的作用；計算筒體結(jié)構(gòu)剪力墻部分時，設(shè)計人員通常會選擇空間力學(xué)計算方式；在計算梁柱時，人工計算結(jié)果偏差較大，這一問題多是由于不同方向尺寸規(guī)格存在差異，無法精簡、精準計算。在部件設(shè)計中，獨立基礎(chǔ)和樁承臺部分較為常見，受力上也較為復(fù)雜，因此計算和分析就不夠精確，通常是利用比較高的安全系數(shù)，以此來確保結(jié)構(gòu)上的整體性和安全性。

2.建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的特點

建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計作為建筑工程的重要組成部分，具有獨特的特點，其設(shè)計質(zhì)量直接關(guān)系到建筑的安全性、穩(wěn)定性和使用壽命。在深入研究建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的安全隱患及優(yōu)化對策之前，有必要了解建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的一些特點。一是多學(xué)科綜合性。建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計是一項多學(xué)科綜合性的工作，涉及工程力學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)、材料力學(xué)、地基工程學(xué)等多個領(lǐng)域的知識。設(shè)計師需要在這些學(xué)科的基礎(chǔ)上，綜合考慮建筑的形狀、荷載、地基條件等因素，以確保整體結(jié)構(gòu)的合理性和穩(wěn)定性。二是動靜力效應(yīng)。建筑結(jié)構(gòu)在使用過程中會受到動力和靜力的雙重作用。動力效應(yīng)包括地震、風(fēng)力等外部因素對建筑結(jié)構(gòu)的影響，而靜力效應(yīng)則包括建筑本身的荷載以及使用過程中的變化。因此，在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中，需要綜合考慮這兩種效應(yīng)，以保證結(jié)構(gòu)在各種工況下的安全性。三是材料與結(jié)構(gòu)的匹配性。建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計需要充分考慮所選用的建筑材料與結(jié)構(gòu)形式之間的匹配性。不同的材料有不同的強度、剛度等特性，而結(jié)構(gòu)的形式也會影響材料的應(yīng)用。因此，設(shè)計師需要根據(jù)具體項目的要求，選擇合適的材料和結(jié)構(gòu)形式，以實現(xiàn)最佳的結(jié)構(gòu)性能。四是安全性和可維護性。建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計必須注重安全性和可維護性。安全性是設(shè)計的首要目標，確保建筑在各種外界因素下能夠保持穩(wěn)定。同時，可維護性考慮了建筑在使用階段的維護難易程度，包括檢查、修復(fù)、更換等工作，從而延長建筑的使用壽命。五是環(huán)境可持續(xù)性。現(xiàn)代建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計越來越注重環(huán)境可持續(xù)性。這包括在設(shè)計中考慮建筑的節(jié)能、材料的可再生性、施工過程中的環(huán)境影響等方面。建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計需要在滿足功能和安全的基礎(chǔ)上，盡可能減少對環(huán)境的不良影響，實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。

3.安全性意義和設(shè)計要點概述

3.1 安全性意義分析

目前社會建設(shè)水平不斷提高，人們生活質(zhì)量更加優(yōu)越，在日常生產(chǎn)生活中安全性逐漸涉及到方方面面。建筑工程不斷進步，安全理念進入到結(jié)構(gòu)設(shè)計中。工程項目的成功，在保留基本功能外，也需確保安全性。通過相關(guān)實踐數(shù)據(jù)可知，結(jié)構(gòu)設(shè)計安全性會對建筑工程質(zhì)量以及使用者的安全產(chǎn)生直接影響，因此深化工程結(jié)構(gòu)設(shè)計安全性研究十分必要。當前社會正面臨的現(xiàn)象是建筑業(yè)市場改革不斷深化，人們在使用建筑成品過程中更加注重安全性。綜合分析可知，結(jié)構(gòu)造價和材料價格占比并不高，因此安全儲備并不會對工程造價產(chǎn)生波動影響，并且工程質(zhì)量也能夠有效提高。人們愈發(fā)重視建筑保障問題，在部分安全度比較低的安全財產(chǎn)方面，業(yè)主通常會選擇增加保險金的方式，基于經(jīng)濟學(xué)角度，此種方式并不合理。從可持續(xù)發(fā)展角度分析，建筑結(jié)構(gòu)的安全儲備量提升，可在多個環(huán)節(jié)進行干預(yù)，例如材料選擇或者是科學(xué)結(jié)構(gòu)設(shè)計等，此舉十分必要[2]。確保建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的安全，可推動產(chǎn)業(yè)發(fā)展，同時使用人員的權(quán)益也能夠得到保證。

3.2 安全性設(shè)計要點內(nèi)容

在建筑設(shè)計中，為了消除安全隱患，需要明確安全性設(shè)計要點，具體如下：（1）合理的荷載計算與分析：在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中，首先需要準確計算和分析各類荷載，包括靜力荷載（如自重、附加荷載等）和動力荷載（如風(fēng)荷載、地震荷載等）。合理而精確的荷載計算是確保結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和安全性的基礎(chǔ)[3]。（2）材料強度與性能的匹配：選用適當?shù)慕ㄖ牧喜⒋_保其與結(jié)構(gòu)形式的匹配是保障安全性的重要環(huán)節(jié)。建筑材料的強度、剛度和耐久性等性能必須與設(shè)計的結(jié)構(gòu)要求相匹配，以確保整體結(jié)構(gòu)的可靠性。（3）結(jié)構(gòu)的合理形式和構(gòu)造：結(jié)構(gòu)形式和構(gòu)造的合理性直接影響結(jié)構(gòu)的抗荷能力和穩(wěn)定性。設(shè)計師應(yīng)當根據(jù)項目需求，選擇最適合的結(jié)構(gòu)形式，并確保結(jié)構(gòu)構(gòu)造的合理性，避免因結(jié)構(gòu)形式選擇不當導(dǎo)致的安全隱患。（4）安全裕量的考慮：在荷載計算和結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中，引入適當?shù)陌踩Ａ渴且豁椫匾脑瓌t。通過增加設(shè)計荷載和采用保守的設(shè)計方法，確保結(jié)構(gòu)在遭受不同荷載和環(huán)境影響時依然能夠安全運行，防范潛在的災(zāi)害性事故。（5）綜合考慮靜力與動力效應(yīng)：結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)全面考慮靜力與動力效應(yīng)，包括在地震、風(fēng)等極端天氣條件下結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。采用先進的分析方法，確保結(jié)構(gòu)在不同工況下的安全性能。（6）定期維護與檢查：安全性設(shè)計不僅僅體現(xiàn)在初期的結(jié)構(gòu)設(shè)計中，還包括結(jié)構(gòu)的日常維護與定期檢查。定期維護和檢查有助于發(fā)現(xiàn)潛在問題，及時采取修復(fù)和強化措施，延長建筑的使用壽命。

4.建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的安全性問題分析

4.1 抗震強度偏低引發(fā)的安全問題分析

全球范圍內(nèi)經(jīng)常出現(xiàn)地殼活動，地震發(fā)生頻次增加，人員傷亡和房屋倒塌等均會造成嚴重經(jīng)濟損失。在建筑工程領(lǐng)域中，設(shè)計人員需要更加重視結(jié)構(gòu)抗震性能，提高建筑質(zhì)量，為人們的財產(chǎn)安全保駕護航。避免地震人員傷亡以及經(jīng)濟損失的重要措施是建筑結(jié)構(gòu)的安全性和穩(wěn)定性，設(shè)計建筑結(jié)構(gòu)過程中，注重抗震能力的提高，安全性和穩(wěn)定性也會同比上升。除此之外，目前有多數(shù)建設(shè)單位出于增加經(jīng)濟利益、降低建筑成本目的，在結(jié)構(gòu)設(shè)計上不夠重視，抗震能力也未能有效提升，因此經(jīng)常出現(xiàn)豆腐渣工程，不利于提高建筑業(yè)在國際市場上的競爭力?；诖耍ㄖY(jié)構(gòu)的安全性設(shè)計需結(jié)合建筑法律進行，重視工程質(zhì)量。建筑結(jié)構(gòu)中的部分設(shè)計人員，專業(yè)素質(zhì)并不是很高，忽視抗震能力，設(shè)計上未能有效突出抗震性能，因此工程在建成后，在遭遇地震等問題后會產(chǎn)生嚴重風(fēng)險，不利于保護人們生命財產(chǎn)安全。在結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中，建設(shè)單位需保證建筑設(shè)計院的資質(zhì)，有序設(shè)計抗震結(jié)構(gòu)，從而提高結(jié)構(gòu)安全性，以此為前提，逐步完善其外觀和舒適性等效果，首先要圍繞人身安全進行考慮[4]。由于我國國土面積比較廣闊，不同區(qū)域的地理結(jié)構(gòu)不同，因此抗震的強度也不同，例如四川或者是云南等區(qū)域，其自然條件相對復(fù)雜，地質(zhì)結(jié)構(gòu)上也不夠穩(wěn)定，因此經(jīng)常會面臨地震或者是洪水等風(fēng)險，針對這些區(qū)域的建筑結(jié)構(gòu)安全設(shè)計，需綜合性分析地質(zhì)結(jié)構(gòu)和水文條件等，結(jié)合實際需求確定具體的抗震分類標準和規(guī)范，滿足結(jié)構(gòu)抗震能力需求。

4.2 設(shè)計不合理引發(fā)的安全問題

建筑工程的重要基礎(chǔ)部分是建筑結(jié)構(gòu)，設(shè)計安全性會對整體工程質(zhì)量產(chǎn)生直接影響，近些年經(jīng)常出現(xiàn)安全事故問題，人們愈發(fā)重視結(jié)構(gòu)設(shè)計安全性問題。此項設(shè)計工作相對復(fù)雜，部分設(shè)計人員專業(yè)素質(zhì)低并且缺乏豐富的設(shè)計經(jīng)驗，難以實現(xiàn)全方位設(shè)計，極易忽略其中細節(jié)性的問題，因此會導(dǎo)致工程面臨安全事故風(fēng)險。除此之外，部分設(shè)計人員工作開展過程中并不具備安全設(shè)計意識，不夠重視結(jié)構(gòu)質(zhì)量，目光只停留在建筑美觀性和經(jīng)濟性上，結(jié)構(gòu)設(shè)計安全性被完全忽略。還有一些設(shè)計人員過于信任自己的能力和經(jīng)驗，結(jié)構(gòu)也會在后期產(chǎn)生安全問題，設(shè)計中比較重視自身和企業(yè)利益，在發(fā)現(xiàn)安全問題后并未及時上報，造成安全事故頻發(fā)。

4.3 圖紙管理不夠細致

施工活動開展的指導(dǎo)性資料就是結(jié)構(gòu)設(shè)計圖紙，施工單位在工作開展過程中經(jīng)常使用表達迷糊和標記不清晰等質(zhì)量較差的圖紙，此種細節(jié)管理較差，會增加施工人員的設(shè)計難度，還有部分施工單位使用的圖紙比較老舊，并且設(shè)計人員沒有對版本資料進行確定情況下極易對施工人員造成誤導(dǎo)[5]。針對結(jié)構(gòu)圖紙的設(shè)計，其屬于整體結(jié)構(gòu)設(shè)計的綱領(lǐng)說明，多數(shù)重要信息數(shù)據(jù)均要在結(jié)構(gòu)圖紙中表達出來，但一些設(shè)計人員一味的減少施工時間，會復(fù)制以往使用的總說明資料，并沒有認真研究表述信息，在此種情況下也會造成對施工人員的誤導(dǎo)。

4.4 忽視了結(jié)構(gòu)耐久性

結(jié)構(gòu)耐久性的不足是建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中常見的安全性問題之一。當結(jié)構(gòu)耐久性不足時，建筑結(jié)構(gòu)在長時間的使用和各種外部環(huán)境的影響下，容易出現(xiàn)腐蝕、劣化和裂縫等問題，從而降低其整體的安全性和穩(wěn)定性。究其根本，結(jié)構(gòu)中的金屬元素可能因為腐蝕而減弱，混凝土可能因劣化而失去原有的強度和穩(wěn)定性。結(jié)構(gòu)可能在長期荷載作用下逐漸減弱，出現(xiàn)裂縫，影響整體的承載能力。不合理的施工工藝、質(zhì)量監(jiān)管不嚴格可能導(dǎo)致結(jié)構(gòu)存在隱患，使得結(jié)構(gòu)更容易受到外部環(huán)境的侵蝕。還有部分工程在結(jié)構(gòu)設(shè)計階段，未充分考慮結(jié)構(gòu)的設(shè)計壽命，導(dǎo)致在建筑使用的較長時間內(nèi)，結(jié)構(gòu)性能下降。對建筑所處環(huán)境條件的忽視，如高濕度、高鹽度等，可能加速結(jié)構(gòu)的腐蝕和劣化。

4.5 材料選擇不合理

安全性設(shè)計過程中，設(shè)計人員需按照建筑物的實際需求進行，從而保證建筑材料符合科學(xué)性需求。目前部分施工單位出于節(jié)約成本的目的，并未按照施工規(guī)范進行，材料選擇也不符合結(jié)構(gòu)安全性要求，因此大幅度降低了建筑結(jié)構(gòu)安全性程度。除此之外，在大型建筑建設(shè)中，會經(jīng)常面對外包情況，部分重要建筑環(huán)節(jié)會被外包給小型的施工隊伍，此種類型施工隊伍質(zhì)量不能保證，人員素質(zhì)參差不齊，管理效果不佳，因此施工過程缺乏規(guī)范性，經(jīng)常面臨偷工減料等惡劣事件。施工階段，設(shè)計人員需針對各個環(huán)節(jié)中的材料進行嚴格配置，監(jiān)督施工單位行為，提高施工質(zhì)量，確保建筑結(jié)構(gòu)安全[6]。

5.建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中安全隱患的優(yōu)化策略

5.1 增強設(shè)計人員安全意識提高

建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計屬于全面性的工作，整體設(shè)計工作中會凸顯出系統(tǒng)性和細致性，因此設(shè)計人員本身需要具備豐富的設(shè)計知識，秉持認真的工作態(tài)度。作為一名建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計人員，其需要樹立扎實的安全意識，在眾多實踐工作中，逐漸深化安全性意識，從而更好的開展建筑結(jié)構(gòu)安全性設(shè)計工作。另外，在設(shè)計工作中，需要結(jié)合區(qū)域地理環(huán)境、抗震性能需求以及建筑功能需求等，確定合理結(jié)構(gòu)，同時按照力學(xué)性能特點以及國家相關(guān)規(guī)范標準，實現(xiàn)結(jié)構(gòu)安全性的科學(xué)合理設(shè)計。設(shè)計人員自身要摒棄傳統(tǒng)老舊思想，在面對我國地震災(zāi)害現(xiàn)實后，發(fā)揮設(shè)計主導(dǎo)作用，在根本程度防止設(shè)計方案不合理問題，為人們的生命財產(chǎn)安全提供重要支持。設(shè)計人員安全意識提升同時，需強化技能知識培訓(xùn)，重點培養(yǎng)其專業(yè)素質(zhì)。

5.2 優(yōu)化建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計

抗震設(shè)計是建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的重要內(nèi)容，在設(shè)計過程中，首先需要對項目所在地的地震規(guī)模和頻率進行詳盡的分析。通過考慮地質(zhì)條件、歷史地震數(shù)據(jù)以及地震學(xué)研究的最新成果，確保設(shè)計符合當?shù)氐牡卣鹛攸c。根據(jù)建筑類型和用途，選擇合適的結(jié)構(gòu)體系。一些結(jié)構(gòu)體系對抗震性能有更好的響應(yīng)，如剪力墻、框架結(jié)構(gòu)等。結(jié)構(gòu)體系的選擇應(yīng)考慮建筑形狀、高度、質(zhì)量分布等因素，以最大限度地提高結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性。在抗震設(shè)計中，結(jié)構(gòu)的軟硬結(jié)合是一個關(guān)鍵概念。通過在結(jié)構(gòu)中引入柔性材料，如減震器、基礎(chǔ)隔震等技術(shù)，可以有效減小結(jié)構(gòu)的震動響應(yīng)，提高整體的抗震性能。結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)既注重結(jié)構(gòu)的強度，又注重結(jié)構(gòu)的韌性。強度設(shè)計確保結(jié)構(gòu)在地震中不會發(fā)生破壞，而韌性設(shè)計則確保結(jié)構(gòu)在遭受地震影響時能夠保持一定的變形能力，降低損傷程度。在建筑結(jié)構(gòu)中引入實時監(jiān)測系統(tǒng)，通過傳感器等設(shè)備對結(jié)構(gòu)進行實時監(jiān)測，有助于及時發(fā)現(xiàn)潛在問題，提前采取措施，確保結(jié)構(gòu)在地震發(fā)生時的安全性[7]。

5.3 建筑結(jié)構(gòu)合理布置措施

通過有效砌體結(jié)構(gòu)可實現(xiàn)建筑抗震性能的大幅度提升，通常建筑承重形式有以下幾種：第一種是橫墻承重模式，多數(shù)建筑平面結(jié)構(gòu)可確定為矩形，縱向剛度參數(shù)相比于橫向剛度，數(shù)值較大，因此可選擇增加橫墻數(shù)量來有效提高抗震性能。地震對建筑產(chǎn)生影響后，墻體部分會出現(xiàn)剪切破壞現(xiàn)象，因此抗剪強度提高可保證橫墻抗震能力，是其根本所在，在設(shè)計過程中，橫墻可以設(shè)計成承重墻，也能作為隔斷使用，材料強度需要保證，由此可提高橫墻部分的軸壓力。第二種是縱橫墻的共同承重模式，建筑空間普遍比較大，縱墻承重是指在進深方向的梁，橫墻承重設(shè)計主要是在縱向部分布置樓板，為橫墻部分提供承重的同時，縱墻部分的軸壓力也能夠得到保證，此種模式會在一定程度上提高抗剪能力。見圖1。

圖1 建筑結(jié)構(gòu)圖

5.4 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計契合于國家規(guī)定

建筑行業(yè)發(fā)展速度越來越快，經(jīng)常會面對安全事故問題，人們愈發(fā)重視建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計安全性，基于這一時代背景，我國出臺一些有關(guān)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計標準方面的法律法規(guī)。設(shè)計人員在工作開展之前需要熟練掌握我國建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計相關(guān)規(guī)定，過程中發(fā)現(xiàn)設(shè)計的內(nèi)容與國家規(guī)定的設(shè)計要求不符，需要第一時間調(diào)整修改自身設(shè)計內(nèi)容；除此之外，設(shè)計人員要更加重視設(shè)計安全性，遵守國家規(guī)定作為重要前提后強化安全性設(shè)計，最終目的是提高結(jié)構(gòu)質(zhì)量以及安全性。設(shè)計人員重視自身資質(zhì)，在保證安全性前提下設(shè)計出美觀、經(jīng)濟和節(jié)能并存的建筑，遵循與時俱進原則，推動產(chǎn)業(yè)發(fā)展進步。

結(jié)語：

工程整體建設(shè)質(zhì)量會受到建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計重要影響，其設(shè)計質(zhì)量高低決定著工程項目安全性和穩(wěn)定性，并且與人們生命財產(chǎn)安全存在重要聯(lián)系。因此出于保證建筑工程高質(zhì)量目的，避免出現(xiàn)重大傷亡事故，需深入分析建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計安全性，推動建筑工程產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展。