關于在建筑結構設計中如何提高建筑的安全性

閆 軍

(臨汾市建筑規劃設計院， 山西 臨汾 041000)

建筑項目安全性主要體現在其結構設計層面，所以在設計過程中要嚴格遵照建筑學科學原則、建筑結構安全設計要求、做到圍繞技術中心展開結構設計，提高設計合理有效性，優化建筑項目設計規劃安全系數。

1 某高層住宅建筑項目基本概況

某高層住宅建筑項目位于城市繁華區，與其它商業建筑相連，且擁有獨立景觀道，整個項目包含三幢主體建筑，其中的1號樓高層住宅最高，達到地上20層，高度達到60m，且每幢樓地下都擁有地下室，地下室與商業建筑相連。綜上所述，該高層住宅建筑周圍環境因素復雜，所以針對它的安全性結構設計格外關鍵。

1 號高層住宅建筑項目的結構總體設計布置

該高層建筑項目中的 1號樓，它所采用的是現澆混凝土剪力墻結構，因為整個建筑地上20層，所以該項目采用剪力墻結構更加安全穩妥。主要原因在于剪力墻和框架梁部分均與建筑分隔墻互為一體，所以對建筑本身的使用功能不會發生任何沖突矛盾。再一方面就是結構整體性相對較好，特別是建立起將所承受的豎向荷載與水平荷載能力較強，在結構整體的側向剛度方面表現出色，而水平荷載的作用結構側移相對偏小，所以說它可以基本解決高層住宅抗震問題，保證結構計算分析更加精確，參數調整也會變得更加簡潔人性化。

在單體結構體系設計完成后，就要結合整個建筑結構設計進行總體布置，主要提出對建筑結構的高度、平面、立面和體型有效選擇。在整個設計過程中應該考慮到建筑本身的使用功能與建筑景觀相關技術要求，保證建筑結構滿足剛度、強度和穩定性相關安全指標，從整體上完善建筑結構設計安全性概念，形成基本的設計原則與設計思想。同時也要結合建筑結構總體布置確定其細部構造相應技術要點，體現建筑結構布置、結構體系、結構延性等諸多方面的整體把控。在總體設計該建筑項目還合理把握了建筑中的抗震薄弱環節，希望提高結構整體抗震能力，配合剪力墻結構從總體上合理布置剪力墻所處位置。在設計過程中還要確定剪力墻的基本數量、長度與厚度，確保剪力墻結構剛度均勻適宜。

2 號高層住宅建筑項目的結構設計技術要點

（一）地基加固處理設計

高層住宅建筑項目在結構方面必須按照規范要求進行相應的抗震性能設計，并根據建筑高度及基底荷載進行合理地基處理，準確測量地形與地貌情況，做好施工標記與施工記錄，嚴格遵照項目所在地的地形地貌展開設計。

另外，1號樓單體在基礎結構設計方面還采用到了水泥粉煤灰碎石樁（CFG樁），CFG單體樁徑為400mm，有效樁長18米，復合地基承載力特征值要求達到420kpa以上，確保建筑單體最大沉降量被控制在20mm以內，以滿足建筑設計結構安全性。

（二）剪力墻總體設計

根據建筑方案，1號高層住宅建筑樓體的單體建平面從東西向軸線長度為41.5m，南北向軸線寬度為17.5m，每層層高為3.0m，其標準層的建筑平面則采取了規則布局，如此可保證單體結構小開間剪力墻布局合理，完全遵循均勻、對稱和連續性布局原則，整體美觀大方。在 1號樓的兩個正交軸線雙向位置則布置了兩個方向的接近抗側剛度軸線，保證剪力墻布置的絕對對稱優化。另外在結構設計中也十分注重了對剪力墻剛度中心與質量的有效重合控制，目的是為了減少傳統高層建筑中容易出現的結構扭轉現象，同時發揮剪力墻的抗扭作用。在單體剪力墻的布置方面則基于“弱中央、強周邊”的基本思路展開設計，保證所布置的剪力墻做到剛度有效傳遞，整體性能良好。而在 1號樓的單體中間位置不但設計了樓梯、電梯間，還運用到了大量的豎向荷載設計，保證建筑豎向平面轉角位置剪力墻的較少分布，同時提高建筑單體周邊的圍護墻合理布局，保證圍護墻能夠沿著墻體軸線方向垂直設計墻肢，從整體上提高建筑結構的抗扭剛度，最終確保建筑剪力墻結構控制周期比與位移合理。在具體的 1號樓結構設計過程中，還融入了結構計算位移限值布局理念，1號樓在設計中相應減少了暗柱數量，大幅度節約了建筑工程施工中的鋼筋用量，為項目節約成本]。

（三）剪力墻墻肢設計

1號樓的單體剪力墻墻肢設計以均勻且相對較長的墻肢為主，其長度大約在2.5～5m不等，考慮到該類小于8m的墻肢在建筑受外界壓力過程中容易出現較小裂縫，所以要保證墻肢配筋發揮作用。1號樓設計了帶有翼緣的L型和T型墻肢，這些墻肢的主要優勢就在于它們的延性較高，且能夠保證墻肢的整體穩定性，對剪力墻的截面抗剪性能改善也非常利好。在構件剛度方面 1號樓則設計其與墻肢長度呈現3次方正比，與厚度呈現1次方正比。舉個例子，在施工中如果有意削減薄剪力墻墻肢截面厚度，則必須在減輕建筑總重量時保證建筑結構整體剛度到位。因此在設計過程中需要明確剪力墻厚度，在滿足墻肢厚度穩定性要求的同時考慮設計厚度相對薄一些的剪力墻。1號樓的單體剪力墻從10層以下為240厚度，10層以上則在墻肢內部增加200厚度，但在墻肢變化方面要錯開樓層設計，這是為了有效規避剛度沖突問題。再者，該建筑剪力墻墻肢的設計還遵循從上到頂、從下到底的基本原則，保證豎向剛度設計呈現連續漸變變化。

以 1號樓的建筑的單體聯肢墻設計為例展開分析，它的豎向高度設計與水平長度設計比例在 3以上，整體來看其剪力墻形態細高，所以可以將其設計為具有一定彎曲度的延性墻，進而避免脆性墻肢被剪切破壞。另外在墻肢連梁的設計與布置方面則充分考慮到 1號樓相連墻肢的剛度強弱因素，可以將剪力墻結構的連梁剛度設計的相對較弱，目的是為了減小連梁的整體彎矩及剪力，以便于后期施工配筋要求，同時增加連梁的整體延性。總的來說，1號樓的剪力墻墻肢及連梁設計就嚴格遵循“強剪弱彎”基本設計原則，在滿足強墻肢、弱連梁的安全設計要求后也使得剪力墻墻肢的屈服度達標[2]。

（四）建筑單體連梁設計

在建筑單體連梁設計方面，1號樓取連梁為500高，梁頂直接與樓板面相連，且連梁的跨高比基本控制在2.5～5.5之間，跨高比基本大于2.5連梁，保證連梁本身具有較強的變形能力。在延性構件設計方面，則設計了跨度高接近 5的剪切變形連梁，保證連梁位移較小，同時連梁位移主要以彎曲變形為基本設計理念，目的是減小建筑內力，提高建筑的抗彎承載力，最后通過連梁令墻肢退到第二道抗震防線位置。

（五）建筑抗震設計

最后看 1號樓的抗震設計，抗震結構設計本身要結合建筑整體的受力特征展開深入計算分析，然后才提出必要的抗震措施。1號樓依然結合剪力墻結構分析建筑整體抗震性能，保證使用荷載設計正常，整體建筑結構處于彈性工作狀態等等。該建筑在抗震計算方面采用了彈性計算配合內力位移計算這樣的定量評價預估方法預測地震反應，希望確保建筑結構具有足夠的剛度與承載能力。在計算過程中還運用到了設計軟件對建筑整體性能進行有效控制，避免建筑豎向樓層受剪承載力突變，即要從整體上控制建筑結構穩定性[3]。

2 總結

綜上所述，高層建筑一定要確保設計安全性與實用性，體現設計技術性優勢，確保建筑項目擁有較長的運營生命周期。