論如何在建筑結構設計中提高建筑的安全性

李洋（山東華科規劃建筑設計有限公司，山東聊城252000）

城市化進程日新月異的高速發展帶動了城市建筑群體量的增加、建筑設計不斷地創新、建筑設計的逐步優化完善。建筑行業的復雜性、建筑的科學舒適性、建筑的安全性等需求使得建筑結構設計必須結合項目實際酌情不斷優化。在建筑結構設計中保障了建筑的安全性，才能保障施工的穩定及工程的質量。

1 建筑安全分析

1.1 建筑常見安全問題

建筑的安全性的考察體現在建筑的可靠性上。足夠可靠安全的建筑能在常規要求和意外情況下，保證自身結構的穩定，從而保證建筑內及周邊人員及財產的安全。然而有諸多環節都可能導致建筑的不安全及不可靠：前期建筑結構設計不夠科學合理，建筑抗震防災功能欠缺，施工過程材料管理不當或人員意識不足，缺乏有效安全設計監管。

1.2 建筑安全性設計原則

1.2.1 設計整體協調性原則

建筑結構設計過程中，要把項目作為一個設計整體進行全盤的考量，而不是追求某個片面設計或效益的突出。不能只注重創新而忽視了建筑性能，或是過分注重追求效益而忽視建筑質量。在考慮構建受力、荷載符合標準、結構設計科學、精確的同時保障建筑的最優質量，既要保障建筑的常規狀態下的安全性，也要考慮突發狀態下的安全性。

1.2.2 設計彈性原則

建筑本身并不是一個完全飽和或是完全剛硬的存在，追求安全性的同時，不能固化安全設計意識，應同時考量建筑的空間量和柔韌性。過于考慮建筑結構的剛硬，則不利于抵抗外部風險，過于柔軟的結構設計，又大大影響了建筑的穩定性，而這都可能造成建筑的嚴重變形甚至損毀。讓建筑結構采取彈性設計，更有利于建筑的安全性。

1.2.3 安全、實用、經濟、環保原則

優化建筑安全性的首要原則是安全，安全是建筑工程落實的基本，不僅在結構設計中保障安全性，也必須在施工過程中增強安全意識，增加安全防護。建筑的安全優化一定是實用的，實用體現在優化保障了建筑美觀、堅固、安全。根據現實成本要求，優化安全性設計也需要考慮經濟性，但是基于確保建筑安全實用的情況下，結合實際兼顧質量和整體效益。環保也是優化建筑設計的切入點，減少廢料及污染，利用可再生能源，使用新型環保的材料或新型安全性能優秀的建材來優化建筑設計結構。

2 優化建筑安全性舉措

本文將從以下幾個方面入手，淺析建筑設計結構的幾個部分要素，提出幾個優化建筑結構安全性的舉措：

2.1 優化建筑結構整體

在建筑物的結構中，優化建筑物的安全性必須做整體考量。地基是建筑安全穩定的基礎，是結構設計的重點。地基結構的好壞不僅影響造價和工程進度，更直接關系到建筑整體結構好壞，地基安全性不好，會引起無法估量的嚴重后果和損失。地基在建筑物荷載作用下的容許承載力必須達到標準。針對不同的建筑荷載大小、地質情況空間分布、水文及災害的情況來優化設計，增加建筑總體的穩定性、安全性。

建筑上部結構是滿足建筑使用人員、財產安置、功能使用的重要部分，是整個建筑中的關鍵部分。對建筑上部結構的優化可做多重考慮。優化前期概念設計，前期設計起著先導作用，針對細部進行優化，經過完整的、全盤的概念設計，為之后的計算、造價、建造等環節打下良好的基礎。優化設計概念與建筑建造之間的融合，根據實際情況因地制宜針對每一個環節，進行靈活的設計，讓結構設計落地能真正實現建筑結構本身的強度與承受性能，增強準確性，一定程度上提高建筑的質量與安全性。

2.2 優化框架結構與剪力墻

框架是建筑結構的骨骼，是現代建筑結構中常見的形式，其中鋼筋混凝土框架結構是建筑施工中常常采用的形式。對于框架結構的優化，要綜合考量，多層面分析。框架與剪力墻之間剛度、承載力、變形都需要具體問題具體分析，彼此匹配，做到最優設計。在建筑框架結構設計階段準確、高效地進行計算與分析，并嚴格按照規范要求進行設計、優化處理決定工程設計質量好壞。

結合建筑結構設計的需求，科學合理優化剪力墻的質量與數量。在建筑結構設計中，為了完善框架和剪力墻體系，在保持剪力墻重心穩定的情況下，經過合理的結構設計，適當使用剪力墻的數量，可酌情減少剪力墻，以此來優化建筑整體的抗震性，可以增強建筑結構面對突發地質災害的災害的抵抗能力。

短肢剪力墻相比于框架結構，在剛度、內力分配、荷載上更合理均勻，而且變形時候的豎向位移差也相對比較小。短肢剪力墻一般有利于進行建筑布置、減輕結構自重的特點。所以短肢剪力墻適合廣泛用于現代化住宅建設，同時短肢剪力墻也存在抗震性較差的特點，不常應用于地震災害高發區。

高層建筑物的剪力墻體系在合理的框架體系內，見圖1，在大多數情形下，高層建筑物的建筑物框架體系中的軸壓應力值都遠遠超過框架邊柱的軸壓應力值，由此避免不了在一定程度上，建筑上下不同高度的樓層的軸向壓力不同，同時框架邊柱軸向壓縮變形又低于框架中柱軸向壓縮變形，以上種種導致了內部梁產生沉陷的現象，并帶動降低連續梁中間支座出的彎矩值，讓端支座負彎矩值與跨中正彎矩值增大。優化高層建筑的剪力墻體系，重視高層建筑產生的軸向變形問題，利于提高高層建筑本身的安全性。

圖1 房屋框架、剪力墻結構

2.3 保證建筑配筋的科學性及合理性

配筋是建筑結構設計中的重要環節，好的配筋方式能在保證建筑結構穩定的情況下帶來更好的經濟效益。以下將簡單說明合理科學的配筋在優化建筑結構設計和保障建筑安全性中的作用。通常情況下，科學配筋應該在外部配置橫向水平鋼筋，內部配置縱向鋼筋（如圖2）。但有些情況下，建筑墻體本身需要承受很強的側面壓強，當上部建筑下壓帶來的土體側面壓強增加，為了增強抗測壓能力，合理科學配筋會在外部配置縱向鋼筋，內部配置橫向鋼筋，進而提高墻體的剛度。

圖2 外橫內縱配置鋼筋

2.4 優化建筑抗震性能

地震地質災害的發生導致建筑體受損或是毀壞，極大威脅建筑體及建筑體內人員財產的安全。應對地震沖擊力帶來的危害，建筑結構設計需要根據工程項目實地情況，展開合理的抗震設計，確保建筑結構抗震等級符合要求，減少坍塌概率。以下將分析幾種情況下如何優化建筑結構抗震性能。

在比較罕遇地震沖擊下，建筑結構設計中的抗震結構都會部分進入塑性狀態，所以研究結構的彈塑性變形能力是必要的。建筑結構設計中需要對結構在地震的沖擊下，面對在不同超越概率水平，來設計結構的性能或變形要求。在設計層面優化建筑抗震性能，要從建筑結構的總體來控制。先在概念設計階段，運用概念性近似估算方法對建筑結構設計進行快速、有效的設計，避免后期階段的煩瑣。

在多遇地震作用下，一般情況下按反應譜理論計算地震作用。該地震動的反應譜的計算是一組具有相同阻尼、不同自振周期的單質點體系，在某一地震動時程作用下的最大反應。反應譜分為加速度反應譜、速度反應譜和位移反應譜。計算內力及位移的計算用彈性方法。面對特殊情況時，補充計算時使用國際動力通用分析法的時程分析法，同時還要進行罕遇地震作用下的變形驗算。計算依據整體結構體系與分體系之間的力學關系、結構破壞機理、震害、試驗現象和工程經驗所獲得的基本設計原則和設計思想。

2.5 優化建筑結構設計相關信息技術

信息化社會，當前建筑結構設計離不開相關軟件的支持。對于空間結構的設計，可使用SAP2000、MIDAS、STAAD PRO和ROBOT；純計算分析可使用ANSYS、MIDAS、SAP2000和NASTRAN；對于索膜結構可使用ANSYS、EASY、FORTEN、3D3S；對于動力彈塑性分析建議采用ABAQUS和LS-DYNA、ETABS（多高層）、SAP2000、MIDAS；節點細部分析采用ANSYS、ABSQUS、NASTRAN和MARC。由于軟件之間存在差異，所以需要結合實際多比對使用，優化相關信息技術的應用。

4 結束語

綜上所述，建筑的安全性是建筑結構設計中的關鍵部分。根據建筑結構項目實際要求發現問題，堅持設計原則，從建筑結構設計的整體入手進行優化分析，根據建筑結構設計的基礎框架、結構細節、抗震等級做針對性考量。利用先進的現代信息學手段對建筑結構安全性進行研究、分析、評估。全方位、立體、精確的優化建筑結構設計中的建筑安全性問題，為建筑設計提供保障。