建筑结构设计的安全隐患及优化对策研究

2024-02-22田森源杭州园林设计院股份有限公司浙江杭州310000

中国房地产业 2024年4期

文／田森源杭州园林设计院股份有限公司浙江杭州 310000

引言：

建筑行业市场在发展过程中，借助科学技术的力量，采用更为先进的施工技术和工艺，不断拓宽发展空间，相应也带动了结构设计的提升，为其带来新的机遇。在现代化建筑结构设计工作中，依然采用传统结构设计理念难以满足设计需求，并且会对整个行业的可持续进步造成制约影响。提高建筑设计质量，需要对建筑结构设计中的问题有清晰的认知，深入研究设计方式，由此保证建筑设计工作的合理性和科学性。结构设计工程师在设计阶段要严格依据规范和标准，经济合理的对建筑结构进行分析和设计，但又不能仅局限于设计阶段的工作，还应积极主动的参与到施工及验收等重要环节，以便于及时发现问题、解决问题，为工程结构的质量和安全提供坚实保障。

1.建筑结构设计内容概述

首先是其整体设计方面，基于整体层面建筑结构设计划分通常为主体和基础两个部分，按照建筑物实际呈现的性质和区域环境等综合性条件，需确保建筑结构体系的合理性。选择结构体系之后，需要确定的部分是柱、剪力墙分布等。设计过程中，设计人员需要十分注重分析和计算内力参数，将这一数值作为基础进行选型。在设计基础部分时，主要将上部结构计算结果作为前提，涵盖了项目所在区域的地质和水文条件等，以此来确定建筑基础形式，为后续设计深化打下基础框架。

针对结构部件设计工作，这一部分主要是内力以及配筋计算，计算对象为梁、柱、墙等几方面，细长杆件包括梁和柱，这二者内力计算基本相同[1]。在计算单片剪力墙过程中，设计人员通常是将这一部分简化为薄壁柱，综合分析翼缘部分的作用；计算筒体结构剪力墙部分时，设计人员通常会选择空间力学计算方式；在计算梁柱时，人工计算结果偏差较大，这一问题多是由于不同方向尺寸规格存在差异，无法精简、精准计算。在部件设计中，独立基础和桩承台部分较为常见，受力上也较为复杂，因此计算和分析就不够精确，通常是利用比较高的安全系数，以此来确保结构上的整体性和安全性。

2.建筑结构设计的特点

建筑结构设计作为建筑工程的重要组成部分，具有独特的特点，其设计质量直接关系到建筑的安全性、稳定性和使用寿命。在深入研究建筑结构设计的安全隐患及优化对策之前，有必要了解建筑结构设计的一些特点。一是多学科综合性。建筑结构设计是一项多学科综合性的工作，涉及工程力学、结构力学、材料力学、地基工程学等多个领域的知识。设计师需要在这些学科的基础上，综合考虑建筑的形状、荷载、地基条件等因素，以确保整体结构的合理性和稳定性。二是动静力效应。建筑结构在使用过程中会受到动力和静力的双重作用。动力效应包括地震、风力等外部因素对建筑结构的影响，而静力效应则包括建筑本身的荷载以及使用过程中的变化。因此，在建筑结构设计中，需要综合考虑这两种效应，以保证结构在各种工况下的安全性。三是材料与结构的匹配性。建筑结构设计需要充分考虑所选用的建筑材料与结构形式之间的匹配性。不同的材料有不同的强度、刚度等特性，而结构的形式也会影响材料的应用。因此，设计师需要根据具体项目的要求，选择合适的材料和结构形式，以实现最佳的结构性能。四是安全性和可维护性。建筑结构设计必须注重安全性和可维护性。安全性是设计的首要目标，确保建筑在各种外界因素下能够保持稳定。同时，可维护性考虑了建筑在使用阶段的维护难易程度，包括检查、修复、更换等工作，从而延长建筑的使用寿命。五是环境可持续性。现代建筑结构设计越来越注重环境可持续性。这包括在设计中考虑建筑的节能、材料的可再生性、施工过程中的环境影响等方面。建筑结构设计需要在满足功能和安全的基础上，尽可能减少对环境的不良影响，实现可持续发展。

3.安全性意义和设计要点概述

3.1 安全性意义分析

目前社会建设水平不断提高，人们生活质量更加优越，在日常生产生活中安全性逐渐涉及到方方面面。建筑工程不断进步，安全理念进入到结构设计中。工程项目的成功，在保留基本功能外，也需确保安全性。通过相关实践数据可知，结构设计安全性会对建筑工程质量以及使用者的安全产生直接影响，因此深化工程结构设计安全性研究十分必要。当前社会正面临的现象是建筑业市场改革不断深化，人们在使用建筑成品过程中更加注重安全性。综合分析可知，结构造价和材料价格占比并不高，因此安全储备并不会对工程造价产生波动影响，并且工程质量也能够有效提高。人们愈发重视建筑保障问题，在部分安全度比较低的安全财产方面，业主通常会选择增加保险金的方式，基于经济学角度，此种方式并不合理。从可持续发展角度分析，建筑结构的安全储备量提升，可在多个环节进行干预，例如材料选择或者是科学结构设计等，此举十分必要[2]。确保建筑结构设计的安全，可推动产业发展，同时使用人员的权益也能够得到保证。

3.2 安全性设计要点内容

在建筑设计中，为了消除安全隐患，需要明确安全性设计要点，具体如下：（1）合理的荷载计算与分析：在建筑结构设计中，首先需要准确计算和分析各类荷载，包括静力荷载（如自重、附加荷载等）和动力荷载（如风荷载、地震荷载等）。合理而精确的荷载计算是确保结构稳定性和安全性的基础[3]。（2）材料强度与性能的匹配：选用适当的建筑材料并确保其与结构形式的匹配是保障安全性的重要环节。建筑材料的强度、刚度和耐久性等性能必须与设计的结构要求相匹配，以确保整体结构的可靠性。（3）结构的合理形式和构造：结构形式和构造的合理性直接影响结构的抗荷能力和稳定性。设计师应当根据项目需求，选择最适合的结构形式，并确保结构构造的合理性，避免因结构形式选择不当导致的安全隐患。（4）安全裕量的考虑：在荷载计算和结构设计过程中，引入适当的安全裕量是一项重要的原则。通过增加设计荷载和采用保守的设计方法，确保结构在遭受不同荷载和环境影响时依然能够安全运行，防范潜在的灾害性事故。（5）综合考虑静力与动力效应：结构设计应全面考虑静力与动力效应，包括在地震、风等极端天气条件下结构的稳定性。采用先进的分析方法，确保结构在不同工况下的安全性能。（6）定期维护与检查：安全性设计不仅仅体现在初期的结构设计中，还包括结构的日常维护与定期检查。定期维护和检查有助于发现潜在问题，及时采取修复和强化措施，延长建筑的使用寿命。

4.建筑结构设计中的安全性问题分析

4.1 抗震强度偏低引发的安全问题分析

全球范围内经常出现地壳活动，地震发生频次增加，人员伤亡和房屋倒塌等均会造成严重经济损失。在建筑工程领域中，设计人员需要更加重视结构抗震性能，提高建筑质量，为人们的财产安全保驾护航。避免地震人员伤亡以及经济损失的重要措施是建筑结构的安全性和稳定性，设计建筑结构过程中，注重抗震能力的提高，安全性和稳定性也会同比上升。除此之外，目前有多数建设单位出于增加经济利益、降低建筑成本目的，在结构设计上不够重视，抗震能力也未能有效提升，因此经常出现豆腐渣工程，不利于提高建筑业在国际市场上的竞争力。基于此，建筑结构的安全性设计需结合建筑法律进行，重视工程质量。建筑结构中的部分设计人员，专业素质并不是很高，忽视抗震能力，设计上未能有效突出抗震性能，因此工程在建成后，在遭遇地震等问题后会产生严重风险，不利于保护人们生命财产安全。在结构设计过程中，建设单位需保证建筑设计院的资质，有序设计抗震结构，从而提高结构安全性，以此为前提，逐步完善其外观和舒适性等效果，首先要围绕人身安全进行考虑[4]。由于我国国土面积比较广阔，不同区域的地理结构不同，因此抗震的强度也不同，例如四川或者是云南等区域，其自然条件相对复杂，地质结构上也不够稳定，因此经常会面临地震或者是洪水等风险，针对这些区域的建筑结构安全设计，需综合性分析地质结构和水文条件等，结合实际需求确定具体的抗震分类标准和规范，满足结构抗震能力需求。

4.2 设计不合理引发的安全问题

建筑工程的重要基础部分是建筑结构，设计安全性会对整体工程质量产生直接影响，近些年经常出现安全事故问题，人们愈发重视结构设计安全性问题。此项设计工作相对复杂，部分设计人员专业素质低并且缺乏丰富的设计经验，难以实现全方位设计，极易忽略其中细节性的问题，因此会导致工程面临安全事故风险。除此之外，部分设计人员工作开展过程中并不具备安全设计意识，不够重视结构质量，目光只停留在建筑美观性和经济性上，结构设计安全性被完全忽略。还有一些设计人员过于信任自己的能力和经验，结构也会在后期产生安全问题，设计中比较重视自身和企业利益，在发现安全问题后并未及时上报，造成安全事故频发。

4.3 图纸管理不够细致

施工活动开展的指导性资料就是结构设计图纸，施工单位在工作开展过程中经常使用表达迷糊和标记不清晰等质量较差的图纸，此种细节管理较差，会增加施工人员的设计难度，还有部分施工单位使用的图纸比较老旧，并且设计人员没有对版本资料进行确定情况下极易对施工人员造成误导[5]。针对结构图纸的设计，其属于整体结构设计的纲领说明，多数重要信息数据均要在结构图纸中表达出来，但一些设计人员一味的减少施工时间，会复制以往使用的总说明资料，并没有认真研究表述信息，在此种情况下也会造成对施工人员的误导。

4.4 忽视了结构耐久性

结构耐久性的不足是建筑结构设计中常见的安全性问题之一。当结构耐久性不足时，建筑结构在长时间的使用和各种外部环境的影响下，容易出现腐蚀、劣化和裂缝等问题，从而降低其整体的安全性和稳定性。究其根本，结构中的金属元素可能因为腐蚀而减弱，混凝土可能因劣化而失去原有的强度和稳定性。结构可能在长期荷载作用下逐渐减弱，出现裂缝，影响整体的承载能力。不合理的施工工艺、质量监管不严格可能导致结构存在隐患，使得结构更容易受到外部环境的侵蚀。还有部分工程在结构设计阶段，未充分考虑结构的设计寿命，导致在建筑使用的较长时间内，结构性能下降。对建筑所处环境条件的忽视，如高湿度、高盐度等，可能加速结构的腐蚀和劣化。

4.5 材料选择不合理

安全性设计过程中，设计人员需按照建筑物的实际需求进行，从而保证建筑材料符合科学性需求。目前部分施工单位出于节约成本的目的，并未按照施工规范进行，材料选择也不符合结构安全性要求，因此大幅度降低了建筑结构安全性程度。除此之外，在大型建筑建设中，会经常面对外包情况，部分重要建筑环节会被外包给小型的施工队伍，此种类型施工队伍质量不能保证，人员素质参差不齐，管理效果不佳，因此施工过程缺乏规范性，经常面临偷工减料等恶劣事件。施工阶段，设计人员需针对各个环节中的材料进行严格配置，监督施工单位行为，提高施工质量，确保建筑结构安全[6]。

5.建筑结构设计中安全隐患的优化策略

5.1 增强设计人员安全意识提高

建筑结构设计属于全面性的工作，整体设计工作中会凸显出系统性和细致性，因此设计人员本身需要具备丰富的设计知识，秉持认真的工作态度。作为一名建筑结构设计人员，其需要树立扎实的安全意识，在众多实践工作中，逐渐深化安全性意识，从而更好的开展建筑结构安全性设计工作。另外，在设计工作中，需要结合区域地理环境、抗震性能需求以及建筑功能需求等，确定合理结构，同时按照力学性能特点以及国家相关规范标准，实现结构安全性的科学合理设计。设计人员自身要摒弃传统老旧思想，在面对我国地震灾害现实后，发挥设计主导作用，在根本程度防止设计方案不合理问题，为人们的生命财产安全提供重要支持。设计人员安全意识提升同时，需强化技能知识培训，重点培养其专业素质。

5.2 优化建筑结构抗震设计

抗震设计是建筑结构设计的重要内容，在设计过程中，首先需要对项目所在地的地震规模和频率进行详尽的分析。通过考虑地质条件、历史地震数据以及地震学研究的最新成果，确保设计符合当地的地震特点。根据建筑类型和用途，选择合适的结构体系。一些结构体系对抗震性能有更好的响应，如剪力墙、框架结构等。结构体系的选择应考虑建筑形状、高度、质量分布等因素，以最大限度地提高结构的整体稳定性。在抗震设计中，结构的软硬结合是一个关键概念。通过在结构中引入柔性材料，如减震器、基础隔震等技术，可以有效减小结构的震动响应，提高整体的抗震性能。结构设计应既注重结构的强度，又注重结构的韧性。强度设计确保结构在地震中不会发生破坏，而韧性设计则确保结构在遭受地震影响时能够保持一定的变形能力，降低损伤程度。在建筑结构中引入实时监测系统，通过传感器等设备对结构进行实时监测，有助于及时发现潜在问题，提前采取措施，确保结构在地震发生时的安全性[7]。

5.3 建筑结构合理布置措施

通过有效砌体结构可实现建筑抗震性能的大幅度提升，通常建筑承重形式有以下几种：第一种是横墙承重模式，多数建筑平面结构可确定为矩形，纵向刚度参数相比于横向刚度，数值较大，因此可选择增加横墙数量来有效提高抗震性能。地震对建筑产生影响后，墙体部分会出现剪切破坏现象，因此抗剪强度提高可保证横墙抗震能力，是其根本所在，在设计过程中，横墙可以设计成承重墙，也能作为隔断使用，材料强度需要保证，由此可提高横墙部分的轴压力。第二种是纵横墙的共同承重模式，建筑空间普遍比较大，纵墙承重是指在进深方向的梁，横墙承重设计主要是在纵向部分布置楼板，为横墙部分提供承重的同时，纵墙部分的轴压力也能够得到保证，此种模式会在一定程度上提高抗剪能力。见图1。

图1 建筑结构图

5.4 建筑结构设计契合于国家规定

建筑行业发展速度越来越快，经常会面对安全事故问题，人们愈发重视建筑结构设计安全性，基于这一时代背景，我国出台一些有关建筑结构设计标准方面的法律法规。设计人员在工作开展之前需要熟练掌握我国建筑结构设计相关规定，过程中发现设计的内容与国家规定的设计要求不符，需要第一时间调整修改自身设计内容；除此之外，设计人员要更加重视设计安全性，遵守国家规定作为重要前提后强化安全性设计，最终目的是提高结构质量以及安全性。设计人员重视自身资质，在保证安全性前提下设计出美观、经济和节能并存的建筑，遵循与时俱进原则，推动产业发展进步。