论如何在建筑结构设计中提高建筑的安全性

李洋（山东华科规划建筑设计有限公司，山东聊城252000）

城市化进程日新月异的高速发展带动了城市建筑群体量的增加、建筑设计不断地创新、建筑设计的逐步优化完善。建筑行业的复杂性、建筑的科学舒适性、建筑的安全性等需求使得建筑结构设计必须结合项目实际酌情不断优化。在建筑结构设计中保障了建筑的安全性，才能保障施工的稳定及工程的质量。

1 建筑安全分析

1.1 建筑常见安全问题

建筑的安全性的考察体现在建筑的可靠性上。足够可靠安全的建筑能在常规要求和意外情况下，保证自身结构的稳定，从而保证建筑内及周边人员及财产的安全。然而有诸多环节都可能导致建筑的不安全及不可靠：前期建筑结构设计不够科学合理，建筑抗震防灾功能欠缺，施工过程材料管理不当或人员意识不足，缺乏有效安全设计监管。

1.2 建筑安全性设计原则

1.2.1 设计整体协调性原则

建筑结构设计过程中，要把项目作为一个设计整体进行全盘的考量，而不是追求某个片面设计或效益的突出。不能只注重创新而忽视了建筑性能，或是过分注重追求效益而忽视建筑质量。在考虑构建受力、荷载符合标准、结构设计科学、精确的同时保障建筑的最优质量，既要保障建筑的常规状态下的安全性，也要考虑突发状态下的安全性。

1.2.2 设计弹性原则

建筑本身并不是一个完全饱和或是完全刚硬的存在，追求安全性的同时，不能固化安全设计意识，应同时考量建筑的空间量和柔韧性。过于考虑建筑结构的刚硬，则不利于抵抗外部风险，过于柔软的结构设计，又大大影响了建筑的稳定性，而这都可能造成建筑的严重变形甚至损毁。让建筑结构采取弹性设计，更有利于建筑的安全性。

1.2.3 安全、实用、经济、环保原则

优化建筑安全性的首要原则是安全，安全是建筑工程落实的基本，不仅在结构设计中保障安全性，也必须在施工过程中增强安全意识，增加安全防护。建筑的安全优化一定是实用的，实用体现在优化保障了建筑美观、坚固、安全。根据现实成本要求，优化安全性设计也需要考虑经济性，但是基于确保建筑安全实用的情况下，结合实际兼顾质量和整体效益。环保也是优化建筑设计的切入点，减少废料及污染，利用可再生能源，使用新型环保的材料或新型安全性能优秀的建材来优化建筑设计结构。

2 优化建筑安全性举措

本文将从以下几个方面入手，浅析建筑设计结构的几个部分要素，提出几个优化建筑结构安全性的举措：

2.1 优化建筑结构整体

在建筑物的结构中，优化建筑物的安全性必须做整体考量。地基是建筑安全稳定的基础，是结构设计的重点。地基结构的好坏不仅影响造价和工程进度，更直接关系到建筑整体结构好坏，地基安全性不好，会引起无法估量的严重后果和损失。地基在建筑物荷载作用下的容许承载力必须达到标准。针对不同的建筑荷载大小、地质情况空间分布、水文及灾害的情况来优化设计，增加建筑总体的稳定性、安全性。

建筑上部结构是满足建筑使用人员、财产安置、功能使用的重要部分，是整个建筑中的关键部分。对建筑上部结构的优化可做多重考虑。优化前期概念设计，前期设计起着先导作用，针对细部进行优化，经过完整的、全盘的概念设计，为之后的计算、造价、建造等环节打下良好的基础。优化设计概念与建筑建造之间的融合，根据实际情况因地制宜针对每一个环节，进行灵活的设计，让结构设计落地能真正实现建筑结构本身的强度与承受性能，增强准确性，一定程度上提高建筑的质量与安全性。

2.2 优化框架结构与剪力墙

框架是建筑结构的骨骼，是现代建筑结构中常见的形式，其中钢筋混凝土框架结构是建筑施工中常常采用的形式。对于框架结构的优化，要综合考量，多层面分析。框架与剪力墙之间刚度、承载力、变形都需要具体问题具体分析，彼此匹配，做到最优设计。在建筑框架结构设计阶段准确、高效地进行计算与分析，并严格按照规范要求进行设计、优化处理决定工程设计质量好坏。

结合建筑结构设计的需求，科学合理优化剪力墙的质量与数量。在建筑结构设计中，为了完善框架和剪力墙体系，在保持剪力墙重心稳定的情况下，经过合理的结构设计，适当使用剪力墙的数量，可酌情减少剪力墙，以此来优化建筑整体的抗震性，可以增强建筑结构面对突发地质灾害的灾害的抵抗能力。

短肢剪力墙相比于框架结构，在刚度、内力分配、荷载上更合理均匀，而且变形时候的竖向位移差也相对比较小。短肢剪力墙一般有利于进行建筑布置、减轻结构自重的特点。所以短肢剪力墙适合广泛用于现代化住宅建设，同时短肢剪力墙也存在抗震性较差的特点，不常应用于地震灾害高发区。

高层建筑物的剪力墙体系在合理的框架体系内，见图1，在大多数情形下，高层建筑物的建筑物框架体系中的轴压应力值都远远超过框架边柱的轴压应力值，由此避免不了在一定程度上，建筑上下不同高度的楼层的轴向压力不同，同时框架边柱轴向压缩变形又低于框架中柱轴向压缩变形，以上种种导致了内部梁产生沉陷的现象，并带动降低连续梁中间支座出的弯矩值，让端支座负弯矩值与跨中正弯矩值增大。优化高层建筑的剪力墙体系，重视高层建筑产生的轴向变形问题，利于提高高层建筑本身的安全性。

图1 房屋框架、剪力墙结构

2.3 保证建筑配筋的科学性及合理性

配筋是建筑结构设计中的重要环节，好的配筋方式能在保证建筑结构稳定的情况下带来更好的经济效益。以下将简单说明合理科学的配筋在优化建筑结构设计和保障建筑安全性中的作用。通常情况下，科学配筋应该在外部配置横向水平钢筋，内部配置纵向钢筋（如图2）。但有些情况下，建筑墙体本身需要承受很强的侧面压强，当上部建筑下压带来的土体侧面压强增加，为了增强抗测压能力，合理科学配筋会在外部配置纵向钢筋，内部配置横向钢筋，进而提高墙体的刚度。

图2 外横内纵配置钢筋

2.4 优化建筑抗震性能

地震地质灾害的发生导致建筑体受损或是毁坏，极大威胁建筑体及建筑体内人员财产的安全。应对地震冲击力带来的危害，建筑结构设计需要根据工程项目实地情况，展开合理的抗震设计，确保建筑结构抗震等级符合要求，减少坍塌概率。以下将分析几种情况下如何优化建筑结构抗震性能。

在比较罕遇地震冲击下，建筑结构设计中的抗震结构都会部分进入塑性状态，所以研究结构的弹塑性变形能力是必要的。建筑结构设计中需要对结构在地震的冲击下，面对在不同超越概率水平，来设计结构的性能或变形要求。在设计层面优化建筑抗震性能，要从建筑结构的总体来控制。先在概念设计阶段，运用概念性近似估算方法对建筑结构设计进行快速、有效的设计，避免后期阶段的烦琐。

在多遇地震作用下，一般情况下按反应谱理论计算地震作用。该地震动的反应谱的计算是一组具有相同阻尼、不同自振周期的单质点体系，在某一地震动时程作用下的最大反应。反应谱分为加速度反应谱、速度反应谱和位移反应谱。计算内力及位移的计算用弹性方法。面对特殊情况时，补充计算时使用国际动力通用分析法的时程分析法，同时还要进行罕遇地震作用下的变形验算。计算依据整体结构体系与分体系之间的力学关系、结构破坏机理、震害、试验现象和工程经验所获得的基本设计原则和设计思想。

2.5 优化建筑结构设计相关信息技术

信息化社会，当前建筑结构设计离不开相关软件的支持。对于空间结构的设计，可使用SAP2000、MIDAS、STAAD PRO和ROBOT；纯计算分析可使用ANSYS、MIDAS、SAP2000和NASTRAN；对于索膜结构可使用ANSYS、EASY、FORTEN、3D3S；对于动力弹塑性分析建议采用ABAQUS和LS-DYNA、ETABS（多高层）、SAP2000、MIDAS；节点细部分析采用ANSYS、ABSQUS、NASTRAN和MARC。由于软件之间存在差异，所以需要结合实际多比对使用，优化相关信息技术的应用。

4 结束语

综上所述，建筑的安全性是建筑结构设计中的关键部分。根据建筑结构项目实际要求发现问题，坚持设计原则，从建筑结构设计的整体入手进行优化分析，根据建筑结构设计的基础框架、结构细节、抗震等级做针对性考量。利用先进的现代信息学手段对建筑结构安全性进行研究、分析、评估。全方位、立体、精确的优化建筑结构设计中的建筑安全性问题，为建筑设计提供保障。