如何提高建筑结构设计的安全性

肖 昕，王廷廷

（1.广东省电信规划设计院有限公司，广东 广州 510630；2.广州番禺职业技术学院，广东 广州 511487）

0 引言

近年来，关于建筑事故的案例和报道屡见不鲜，某些企业和相关从业者盲目减少建设成本，或者设计方案华而不实，没有满足正常的安全性指标要求，导致了相应的事故发生，给居民和日常使用者造成了生命和财产威胁。目前我国经济形势良好，建筑工程日益增多，在建筑的结构设计当中，应当严格按照建筑结构对应的安全等级，一级为重要的建筑，二级为一般的房屋，三级为次要的房屋来设计[1]。为保证建筑结构具有规定的可靠度，除应进行必要的结构设计计算外，还应对结构材料性能、施工质量、使用与维护进行相应的控制。对控制的具体要求，应符合有关勘察、设计、施工及维护等标准的专门规定。

1 建筑结构的分类

根据不同的居民生活需要，可以将结构分为不同的类型，根据不同的结构类型、使用年限，可以得出不同的分类标准。如果按建筑材料的分类，可以分为钢结构、混凝土结构、砌体结构、木结构等。按照使用年限划分可分为临时性建筑、普通房屋和构筑物、纪念性建筑和特别重要的建筑等；按结构形态划分，可分为框架结构（图1）、剪力墙结构、框架剪力墙结构等。按建筑高度划分，可分为超高层、高层、多层、单层。根据其使用性能，可分为工业和民用两类。从目前建筑业的发展趋势来看，目前我国的超高层建筑越来越多，工程建设规模越来越大，对建筑结构的设计提出了新的要求和挑战[2]。

图1 框架结构

2 结构设计的重要性

为保证结构的整体稳定性和安全性，结构设计人员和相关施工人员应充分考虑建筑整体的设计水准和施工质量。在工程建设中，地质条件、水文、水利环境、周围环境等因素能否满足工程建设的后期需求，对于建筑工程的后期运营都有很大的影响。为保证建筑物的整体稳定性和安全性，建筑结构设计人员都要到现场收集环境勘察报告并对其进行相应的分析；或者可以委托有资质的第三方机构对现场进行安全性、稳定性和完整性评估，以保证建筑工程的可行性。在保证受力安全的同时，结构设计师还要对整个建筑的结构和方案的执行进行系统的优化。建筑结构设计是后面一切施工安全的基础，结构设计师应根据不同的场地、不同的使用功能、不同的使用年限、安全等级等选择合理适用的建筑结构，然后根据不同的荷载选择合适的构件截面尺寸。使结构设计符合技术先进、经济合理、安全适用、确保质量的要求。

3 建筑结构设计和建筑安全性关系分析

结构设计能否有效地实现，将极大地影响到建筑的安全稳定性，进而影响到下一步建筑的使用质量和使用寿命。建筑的适用性主要体现在建筑的总体规划与布置上，以及能否满足使用者的个性化要求。而耐久性则是指在有限的情况下达到目的的可能性。另外，建筑物的安全性主要是指建筑物的内外功能在一定的使用年限内所能达到的最大限度。所以，加强建筑物的安全设计，既可以使建筑物的品质与性能得到改善，又可以保障居民的人身和财产安全。因此，在建筑结构的设计中，应采用科学、合理的方法来保证建筑的适用性、稳定性，从而提高建筑的整体性能[3-5]。

4 建筑结构设计的基本安全准则

经过具体问题的分析可以得出，结构设计是一项整体性工程，需要考量多个方面来确保结构整体的安全性，因此在建筑结构设计的过程中有必要按照相应的结构设计标准进行设计。

4.1 建筑结构的完整性原则

建筑结构必须遵循完整性原则，特别是一些大型建筑和结构复杂的建筑。在设计过程中保证结构的整体性，就可以使结构的整体受力均匀，确保结构的刚度和强度能够充分的发挥，当建筑物承受外部冲击载荷和持续载荷的情况下，结构能够均匀受力，减少外部冲击对结构整体的损害。

4.2 刚度适宜性原则

结构的设计过程中，刚度不能过大也不能过小。结构刚度过大的话，抗形变的延展拉伸能力就会减弱，比较容易发生整体性的垮塌和破坏；如果刚度过小的话，当承受比较大的外部冲击载荷时，也容易发生整体性垮塌和破坏，发生较大的事故危机使用者的生命财产安全。建筑材料的选择方面上，要选用自身弹性性能好的材料，可以抵抗外部载荷作用，保证建筑整体的安全性和可靠性。此外，结构设计人员还要进行一定程度的弹性设计，确保建筑整体的安全性满足相关规范的要求。

5 影响建筑工程结构安全性的因素

5.1 结构设计人员安全意识不足

为保证建筑结构设计满足国家规范的要求，设计人员在设计方案开始之前，需要对施工场地进行实地勘察，充分了解现场影响设计及施工安全的各个因素，并且需综合考虑工程的总体投资等因素，使设计方案既能满足经济适用，也能保证建筑结构的安全。然而，现在大部分的设计人员面对的现状确实工程的工期紧张，预留给设计的时候愈加紧张。每天在赶图赶方案的过程中安全意识难免会有所松懈，或者遗漏某些有关安全的设计参数，从而导致设计方案存在结构安全方面的漏洞。在工程设计中，应杜绝这种情况的发生，首先结构设计人员应该加强自己的安全意识，结构安全放在首位；其次应该加强三级校审制度，从制度体系上提升结构的设计安全性。

5.2 结构设计选型不够合理

建筑结构是整个建筑的骨架，是支撑整个建筑最关键的部分。建筑的结构设计就是要为建筑选择合适的骨架，以匹配整个建筑的体量。所以，在结构设计时，前期的结构选型尤为重要。前期结构选型不合适，在后期结构计算时可能要通过加大截面积才能满足结构的使用要求，这样既加大了投资，也使结构的安全存在一定的隐患。所以前期的结构设计选型，选择了合适的结构类型，设计方案就成功了一大半，也能保证结构设计的安全性。

5.3 抗震设计较为缺乏

从有关资料的分析可知，发生地震时，地震作用会对建筑物的结构造成很大的损害。而在地震高发区，由于前期国内的房屋缺乏良好的抗震设计，地震发生时，没有进行抗震设计的房屋大部分都发生了大规模的破坏。所以，在现阶段的结构设计中，抗震设计尤为重要，设计人员需要按照最新的国家抗震规范的要求，是建筑物能满足遭受低于本地区抗震设防烈度的多遇地震影响时，主体结构不受损坏或不需修理可继续使用；当遭受相当于本地区抗震设防烈度的设防地震影响时，可能发生损坏，但经一般性修理仍可继续使用；当遭受高于本地区抗震设防烈度的罕遇地震影响时，不致倒塌或发生危及生命的严重破坏。

5.4 所用材料存在隐患

如今，我国大多数建筑企业在进行建筑工程施工时最常使用钢材，钢材质量的好坏直接关系到建筑物的安全。然而，一些建筑企业在建设过程中，往往会选用质量较差的钢筋，以增加工程效益，减少工程造价，从而对房屋的承载能力和稳定性造成很大的影响。所以设计人员在出设计方案是，要对所用材料的型号和规格进行要求，要求建筑施工企业使用满足规范及设计施工图的材料。另外，我国对建筑钢材的选用有严格的规范，对钢筋的配筋比例也有严格的要求，必须根据不同的部位、不同的受力状况来确定合理的配筋比例。

6 提高建筑结构设计安全性的具体措施

6.1 建筑结构的安全性计算

建筑安全性计算对于建筑整体的安全性可靠性是必要的，设计方案需要经过严格的计算，来论证设计方案的结构安全性，并根据计算结果对应修改相应的设计方案。例如在进行建筑结构的抗震设计中，需要分析建筑所处的地理位置和地面组成情况，根据安全计算合理选择合适的建筑方案，选择合适的结构体系。对于混凝土结构，剪力墙和配筋等环节，相关设计人员要慎重考虑，深入细节，充分利用相关调研资料和地勘报告进行综合设计。

6.2 平面和竖向设计

在建筑结构的抗震性能设计中，需要合理选用设计平面，采用合乎规则的结构布局，避免结构扭转和薄弱的连接面或连接点的出现。可以通过抗震缝的布局方式，把结构整体分割成几个抗震单元，进行分离分析和整体分析。在高层建筑的设计过程中，需要额外考虑建筑所承受的风荷载。因此在高层建筑的外形选用上，最好采用流线型设计，避免采用矩形平面，因为矩形平面相比于流线型设计需要承受额外的风压，使得建筑受到更多的风载荷。此外平面设计中，两个两两正交方向的刚度需要尽量保持一致，剪力墙可以设置在周围，可以提升建筑整体的刚度与抗扭转力的能力。同时可以适当增加楼层的高度或者大梁的高度，来让剪力墙能够承受更大的弯扭应力作用。在竖向设计过程中，剪力墙的高度应该遵寻从下到上逐渐减小的原则，可以避免使得建筑整体对于水平力的抵抗能力。

6.3 培养从业人员的安全意识

建筑结构设计是一个需要大量知识积累的过程，此外除了理论知识的需求，也需要相关从业人员拥有大量的实践经验，需要对国内外经典的设计案例非常熟悉，对于其中的原理也需要能够掌握，尤其案例中对于提升建筑整体安全性的具体举措也一定要熟悉。从业人员需要有较高的安全意识，制定相关设计方案时，要做好调研，与相关技术人员以及部门人员进行技术以及要求的沟通，明确设计方案，在保证安全性的情况下，适当考量预算和公司的经济能力，分析潜在的风险因素，设计补充性的设计方案，兼顾各个方面。

6.4 加强结构设计的合理性

建筑的结构设计中各个环节都应保持合理性，只有每个环节不出偏差，各个环节相互配合才能保证建筑整体的合理性和安全性。例如钢筋是建筑结构中重要的组成部分，钢筋的质量和安装方式将直接决定建筑整体的结构安全以及可靠性。剪力墙的设计过程中，应当保证横向钢筋在外，纵向钢筋在内的准则。对于地下结构不仅仅要提供对于上部结构的支撑力，还要传递载荷给地面，因此墙体整体的抗侧压的能力是极其重要的。所以不同于剪力墙的钢筋处置方式，应当采取横向钢筋在内，纵向钢筋在外的原则，即与剪力墙的布置方式正好相反。此外楼板的设计也是建筑结构设计需要重点考虑的对象，其使用能力和可靠程度将直接影响建筑整体。楼板的相关设计中，相关从业人员需要考虑不同梁的受力情况，主次梁的受力方式不同，需要对受力大的楼板进行单独的考量和设计（图2）。在保证楼板设计的合理性和可靠性的前提之下，便可以减少钢筋的使用量，从而减少工程整体的造价。

图2 楼板设计

6.5 保障安全监督和管控

设计院内部应建立完善的三级校审制度，通过制度保证结构设计的安全性。另外有条件的话，相关建筑企业也应当在设计院之外，设立相应的设计方案审核和监督部门，负责审核设计人员的设计图，如有疑问的话，与相关设计人员及时沟通，探讨设计方案的合理性和安全性。如果过程中发现设计方案的不合理之处和失误，应当及时指出，避免相应的设计错误和不足流入施工环节。

7 结语

综上所述，建筑结构设计过程中很多环节都会出现问题，有些问题虽小，但是也对结构整体的安全性和可靠性造成了威胁。因此对于建筑结构设计从业者来说，应当仔细调研，明确建筑结构设计中可能出现的问题，了解相关提高建筑整体安全性的举措，依照实际的工程项目采取不同的方法，确保建筑的安全性和可靠性，避免建筑结构安全问题的发生。