我国高层钢结构设计中若干安全隐患及其应对措施研究

何 皞，陈 伟

（解放军总后勤部建筑工程规划设计研究院，北京 100036）

引言

改革开放以来，我国经济建设不断迈上新的台阶，尤其是钢结构设计技术的不断成熟与普及，许多城市都在大力兴建各种高楼大厦，而这些建筑也在当前社会发展中扮演着无可替代的角色，不少钢结构建筑更是因其独特的魅力和功能已经有机的融入到了人们的日常生活中，成为了一个城市的名片。然而，作为钢结构设计人员，并不能因为眼前的繁荣景象而变得自满，反而需要不断提醒自己更加深刻的去发现问题、解决问题，只有合理的解决了高层钢结构设计中可能存在的一些安全隐患，才能真正的实现“百年大计”。

1 高层钢结构设计中应坚持的原则和需注意的事项

当前阶段在全球范围内进行高层钢结构设计时，均需要根据当地行业规范的要求开展相关工作，而这些行业规范多是融合了建筑学、结构力学、材料力学、统计学以及概率论等诸多学科的知识以及当地经济发展情况、建筑施工水平等因素，从而制定了一系列比较详细的条文规则。不同国家的设计规范肯定具有一定差别，但是所有的规范对于高层钢结构设计最基本的要求却是相同的，那便是安全性问题：即在规定的时间段内建筑物在正常使用的情况下其安全性不能够出现任何问题，同时，建筑物在一些突发情况下还需要保持足够的稳定性，例如地震、极端恶劣天气的影响。

在钢结构设计中除了需要严格坚持“安全第一”的设计原则，还应该注意到建筑的适用性、耐久性以及经济性等几个方面的问题。一个合格的钢结构建筑物，不仅要应该满足安全性的要求，其适用性是否能够满足用户的要求也是至关重要的，毕竟建筑物是用来为人服务的，其空间结构布置的合理与否直接影响着用户使用过程中的舒适度；钢结构建筑物从前期的规划设计到后期的施工建设，需要投入巨大的人力、物力与财力，以期能够实现“百年大计”的目的，所以在设计过程中就必须充分考虑钢结构的耐久性问题；虽然我们国家已经渡过了曾经的“困难时期”，但在当前时期经济性仍然是非常重要的一个指标，建筑行业的投资往往是非常巨大的，所以在设计过程中还需考虑到经济性的问题。

2 国内高层钢结构设计中较为常见的安全隐患

2.1 建筑结构空间布局缺乏人性化

如果设计人员在前期没有进行认真调研，没有充分领悟业主对建筑物使用方面的要求，仅仅是凭自己感觉或者是套用以前的设计方案，那么最终的建筑结构空间布局很有可能因为缺乏合理性而难以满足业主的需求。同时，还会在安全性方面埋下一些隐患。比如：若是在结构空间布局过程中把承重结构与装饰结构混为一体，未规划出符合要求的消防通道，那么万一发生紧急事件，将很有可能对建筑物内人员的生命财产造成危害。此外，如果建筑结构空间布局不够人性化，还会在一定程度上增加使用成本、缩短使用寿命。

2.2 建筑的抗震性能多难以满足规范要求

虽然我国现行的设计规范对于建筑物的抗震性能均做出了比较详细、具体的规定，但有些业主为了节约开支，认为钢结构的抗震性能比较好，会让设计人员降低建筑物的抗震等级，如此以来，建筑物的抗震性能将会成为一个比较严重的安全隐患，因为我国最近已经进入地震的高发期，汶川、玉树以及雅安等地区相继发生了非常严重的地震灾害，对人民的生命财产造成了巨大伤害。如果高层钢结构建筑的抗震性能不能满足要求，可能会出现如下几种震害。

2.2.1 连接节点破坏

这是钢结构建筑物在地震灾害经常出现的破坏，究其根本原因，多是最初的设计环节，相关节点的构造不符合要求，因而致使一些节点连接处容易产生应力集中的现象，进而造成了破坏。

2.2.2 局部构件破坏

高层钢结构在地震中的局部构件破坏主要是某些支撑杆件的失稳或断裂破坏、钢柱脆性断裂等，而这些多是因为在设计中未充分考虑钢结构的低周疲劳破坏、构件的宽厚比以及塑性设计等方面。

2.2.3 结构发生坍塌

这是高层钢结构最为严重破坏形式，多是因为钢结构中存在薄弱层或结构选型不合理而引发此类灾害，由于后果极为严重，所以在设计中必须尽一切可能避免出现这种情况。

2.3 设计过程中过分追求经济性

建筑物在施工过程中需要投入大量的财力购买各种建筑材料，尤其是钢材，在高层钢结构建筑施工成本中占据非常大的比重，业主为了降低成本多会要求设计单位控制用钢量，或聘请第三方对原有设计进行优化以降低用钢量，众所周知，用钢量过低不仅会影响建筑物的安全储备，还会削弱其抗震、抗冲击性能；有时即使在设计计算时满足了常规条件下的要求，但是在地震等特殊荷载作用下，很有可能造成梁、柱开裂，甚至是结构坍塌的现象。

3 合理改善和提高钢结构建筑的安全性能

3.1 在建筑结构设计中始终坚持“以人为本”的原则

一名合格的建筑结构设计人员首先应该具有非常专业的知识、灵活的思维方式以及足够的责任心，同时还需要十分清晰的认识到建筑的最终目的是为人服务。这就要求设计人员在工作中认真对待每一个细节，对于同一个问题要善于从不同的角度去思考解决，在辩证的过程中寻求最佳解决方案，要切实做到“以人为本”，如此以来便可提高建筑物的人性化与合理性，从根本上保证其安全性能。

3.2 在设计环节重视地震作用的影响

首先，对于最初的建筑场地选择，就应该充分考虑地震的影响，根据业主的要求、建筑物自身的特点以及规范中的相关规定进行综合分析，尽量选择对抗震比较有利的场地；其次，应该选择一个合理的建筑结构体系，从而使得地震作用力的传递路径非常明确，而对于建筑物自身的一些附属结构的抗震性能同样予以足够重视，避免因为局部构件的破坏造成整个结构的失稳；再次，在建筑结构设计过程中还应该注重通过一些隔震、减震措施以缓解地震作用，对于那些超高钢结构建筑和重要建筑，则应该开展风洞试验和地震台试验，以充分验证建筑物的抗震能力是否满足要求。

3.3 不断学习使用新的知识与技术

虽然我们国家颁布了许多建筑设计规范，但是现阶段这些规范多多少少都具有一定局限性，设计人员在使用的过程中要敢于质疑，对于一些欠合理的条款要进行适当修正；同时，设计人员还需要不断学习使用新的设计计算分析软件，从而实现在保证建筑物安全性不受影响的情况下适当降低造价。

3.4 其他一些需要予以重视的方面

在高层钢结构建筑的受力计算与分析中，要注意连接部位的承载力应该大于被连接的构件才可以，同时还需要确保不同构件之间能够正常传力，必要情况下则应该采取一定的加固措施；除了充分考虑钢结构构件连接的问题，结构连接处变形的影响同样不能被忽略，连接处应该具备一定的变形协调能力。

由于钢结构自身的特殊性，其整体性与耐久性问题必须引起设计人员的注意，如果建筑的耐久性无法满足要求，很有可能发生腐蚀等现象，那么便会直接或间接的影响到结构构件的承载能力，进而威胁到整个建筑物的安全性能。

4 结语

高层钢结构建筑结构安全的重要性已无需多言，本文首先从安全性、适用性、耐久性以及经济性等几个方面阐述了在高层钢结构在设计中应坚持和注意的事项，进而从空间结构布置、抗震性能以及过分追求经济性等三个方面指出了目前我国钢结构设计中比较常见的安全性问题，并进行了比较深入的分析，进而提出了一些较为合理可行的应对措施与建议，以供有关钢结构设计人员参考。

[1]李俊山.在新时期对建筑工程质量与建筑施工安全的探究[J].中国科技纵横，2012（17）.

[2]李彩虹.多高层钢框架结构连接节点抗震设计相关问题探讨[J].钢结构，2012（12）.

[3]徐东海.钢结构设计注意要点探究[J].中国建筑金属结构，2013（6）.