淺談加強土木工程結構設計安全性的措施討論

通訊作者：張庚彪，1988年11月，男，漢族，山東菏澤人，就職于山東東瑞規劃建筑設計院有限公司，中級工程師，碩士研究生。研究方向：結構設計。

摘 要：隨著國民經濟的不斷提高，土木工程建設設計行業也在迅速發展進步。建筑結構設計的安全性，直接影響建筑工程質量，關系到人們生命與財產的安全。隨著生活水平的提高，人們對建筑安全性的要求不斷提高，提高建筑結構設計的安全性成為評價設計水平的重要標準。本文主要闡述評價建筑結構設計安全性原則，分析我國建筑結構設計中常見的安全問題，并提出了增強建筑結構設計安全性的建議，以供相關實踐研究參考借鑒。

關鍵詞：土木工程;結構設計;安全性;改進措施

Abstract： With the continuous improvement of the national economy， the civil engineering construction design industry is also developing rapidly. The safety of building structure design directly affects the quality of construction engineering and the safety of people’s life and property. With the improvement of living standards， people’s requirements for building safety continue to improve. Improving the safety of building structure design has become an important standard to evaluate the design level. This paper mainly expounds the principles of evaluating the safety of building structure design， analyzes the common safety problems in China’s building structure design， and puts forward some suggestions to enhance the safety of building structure design， so as to provide reference for relevant practical research.

Keywords： Civil engineering; Structural design; Safety; Improving measures

一、引言

我國建筑規模呈現更高更大的發展趨勢，工程復雜性不斷提高，對安全性的要求也在不斷提高[1]。如何保障建筑結構的安全性，已經不僅是建筑行業關注的問題，還引起社會各界的廣泛關注。保障建筑使用安全的關鍵在于建筑結構設計的安全性，提高建筑結構設計的安全性，不僅是人們對建筑質量的評價基礎，同時也是建筑行業自身在追求的目標，對其的研究具有十分重要的意義。

二、土木工程結構安全性概述

土木工程結構的安全性是指建筑物可以承受規定的重量，可以適應風、雨、雪等天氣，在臺風、地震和火災極端情況下不崩塌，能夠維持建筑結構穩定的特性，受到施工設計、施工質量與后續維護等影響[2]。在進行建筑結構設計時，應該根據結構損壞后果的嚴重性確定建筑結構安全等級（如表1所示），需要注意的是，特殊建筑物的安全等級需要根據情況另行判斷。

三、土木工程結構設計安全性原則

（一）結構設計整體性原則

建筑各層的重力通過樓板傳遞至地面，當樓板受力不均時，需要通過梁結構約束承重柱等結構，增強其剛度，以確保結構承受外力時不變形。結構設計需要依照各部分構件的承重能力進行分配。

建筑結構的總體布置的提高設計安全性的關鍵。建筑的結構單元平面規劃應該盡量規則簡單，避免復雜結構的影響[3];建筑立面設計應該避免伸縮，避免建筑重心偏移;建筑內部結構應該盡量對稱，分布均勻。科學的整體結構可以迅速傳遞并消耗建筑受到的外力，保障建筑安全。在建筑的設計階段，應該以建筑結構整體性的安全為基礎，考慮各個建筑構件的設計與使用，確保建筑構件設計遵循是圍繞建筑整體的安全性展開。另外，在建筑結構設計過程中，不僅要分析解結構力學，還要分析建筑構件之間的關系。

（二）結構彈塑性適度原則

所謂“剛過易折”，建筑結構的設計需要考慮留有適宜的彈性。如果建筑的剛度過高，在受外力影響時不能變形釋放能量，反而會導致能量迅速聚集，到達建筑承受極限后，能量釋放將會造成更大的損害。如果建筑保留過高的彈性，建筑的結構穩定性會過低，導致建筑容易變形，變形程度過高，會引發更大的安全問題。所以，建筑結構設計需要保留適度的彈性，過高過低都不可取[4]。

在極端災害中，地震對建筑的破壞最為顯著，建筑結構的彈性適度原則主要也是針對地震而言。在地震中，地面加速度的實際情況會遠高于設計預期的加速度，需要依靠建筑結構的塑性狀態降低地震對建筑結構的損害，這個過程需要保證結構有充足的延性，能大量吸收地震釋放的能量[5]。延性相對的是脆性，延性破壞相對于脆性破壞能吸收更多能量（如圖1所示），能夠有效提高建筑結構安全性。因此，在建筑結構的設計階段就要防止結構剛性破壞，達到抗震設計的要求，設計要求為小震結構彈性吸收;中震結構損壞可維修;大震結構損壞不坍塌。

（三）多重防護原則

建筑結構的安全性不能依靠一層防護措施，所以建筑結構設計的安全性需要遵循多重防護原則。多重防護原則指的是設計中應該盡量多設計安全防護，利用多重防護消耗外界輸入的能量，通過這些防護的損耗，使建筑結構一直保持在穩定安全的結構體系，提高建筑安全能力[6]。

尤其是現在的建筑越來越高大，建筑住戶越來越密集，受到的外界干擾越來越多，多種防護措施的成本分攤后極低，為了提高建筑結構的質量，采用多種防護措施結合提高建筑結構設計的安全性成為了更好的選擇。

四、當前建筑結構設計的問題

（一）勘查工作形式化

結構設計以工程前期勘查得到的數據為基礎，數據不準確必然導致結構設計不合實際，進而導致建筑結構的安全性降低[7]。當前很多建筑單位將勘查工作形式化，存在檢測取點隨意，布點疏松，鉆孔深度不達標等諸多問題，甚至有些勘查設備在現場閑置，勘查數據不準，勘查工作發揮不出應有的作用，不能提供準確的數據支撐，影響建筑結構設計。

（二）抗震設計標準低

抗震設計是建筑結構設計的核心環節，是提高建筑安全性的關鍵。但很多設計單位對抗震性能不夠重視。另外，建筑抗震設計的要求有極大的彈性空間，且不同抗震設計的成本差距也較大，規定中也缺乏根據地區情況細化的規定，這些共同導致建筑抗震設計標準偏低。

（三）結構耐久性較差

建筑工程大多需要在外界經受風吹日曬，隨著時間變化而老化。老化與損壞是建筑必然面臨的問題，所以建筑有明確的使用年限。但很多工程結構缺乏維護與保養設計，進一步加速了建筑結構的老化與損壞，導致建筑在使用年限間就出現了結構承載能力明顯下降、抗震性能迅速下滑等情況，這些與工程結構設計中忽視耐久因素有直接關系[8]。

五、土木工程結構設計安全性改進措施

（一）提高對勘查工作的重視

針對當下工程勘查形式化的問題，施工單位應該提高對勘查工作的重視程度。在勘查過程中制定嚴格的作業流程，加大勘查工程的投入力度，培養專業勘查人才，使用現金的勘查技術，著重提高勘查數據的精準程度，為后續建筑結構設計提供詳細準確的數據依據[9]。

（二）增強工程師的職業素養與安全意識

建筑的結構設計需要結構工程師施行，建筑工程師的職業素養與安全意識，直接影響設計方案的安全性。結構工程師首先具有完善的專業知識，主要分為因地制宜和與時俱進，因地制宜指的是工程師需要結合勘查數據和建筑需求，設計科學合理的建筑結構，與時俱進指的是工程師需要不斷學習進步，更新專業知識，提高自己的設計水平[10]。其次要具有較高的安全意識，在結構設計過程中保持認真嚴謹的工作態度，認識到自己承擔的責任，能夠充分利用自身的專業技能，設計出完善的建筑結構方案，并積極與施工部門溝通，確保施工正確。

（三）增強建筑結構抗震性能

在建筑結構設計過程中，企業應該注重建筑的抗震性能，不滿足于符合國家標準。企業應該對建筑工程所在地的地質情況與地形特征進行全面勘查，結合國家相關標準與當地情況選擇預期的建筑抗震參數，據此制定建筑設計目標。在地震帶等特殊區域，應該適當提高抗震參數，確保建筑抗震性滿足需要，可以參考地震多發的日本等發達國家的抗震設計標準，提高結構設計的規范性。此外，遵循建筑結構設計的多重防護原則，結合使用簡化平面設計、設置抗震支架、加強圍護結構強度等多種抗震設計，提高建筑抗震性能[11]。需要注意的是，施工過程中需要注意建筑材料的選擇和使用，確保施工材料符合設計要求，避免材料質量影響抗震設計實用效果。建筑結構抗震設計如下圖2所示。

（四）重視建筑結構的耐久性

工程結構設計應該注重結構的耐久性，提高建筑結構的使用年限。施工單位可以提高鋼筋混凝土等主體材料的耐久性設計。鋼筋混凝土是大多數建筑的主體材料，其耐久性受到設計、施工、使用和維護的影響，施工企業可以從設計與施工方面改良鋼筋混凝土構件的耐久性、剛度等性能，減低影響構件性能的不利因素。施工單位需要了解材料市場，使用先進的建筑材料，提高結構延性。另外，為了保證建筑的總耐久性，在結構設計時，應該結合建筑結構特點與外界環境，適當增加建筑保護層的厚度，延長老化進程，從材料、結構和構件三方面入手，全面提高建筑結構的耐久性。

（五）信息技術的引用

隨著信息科技的發展，“建筑+互聯網”為提高建筑結構設計的安全性提供了新的途徑。以BIM技術為例，該技術可以解決以往復雜結構設計難、缺乏模擬途徑、方案修改困難等問題，使用BIM技術不僅可以提高建筑的安全性，還可以收集處理以往建筑結構設計數據，幫助企業建立完善的建筑結構設計體制，提高之后建筑解結構設計的質量與效率。

六、結束語

總而言之，提高建筑結構設計的安全性對建筑行業的發展具有重要意義，但當前的結構設計存在勘查數據不準、抗震設計標準低和耐久性差等問題，建筑工程企業需要，堅持“安全第一，質量第一”的設計理念，加強對結構設計安全性的重視，結合項目情況針對性地制定改正措施，確保建筑結構安全。

參考文獻：

[1]楊光澤.淺談油田土木工程結構設計中的安全性和經濟性[J].中國石油和化工標準與質量， 2021，41（03）：114-116.

[2]焦怡彬，梁儷馨.加強土木工程結構設計安全性的措施討論[J].居舍， 2021（02）：77-78.

[3]陳松庭.探微土木工程結構設計中的安全性與經濟性[J].中華建設， 2020（09）：106-107.

[4]金根.土木工程結構設計中的安全性與經濟性[J].中國高新科技， 2020（16）：43-44+100.

[5]李星.淺談土木工程結構設計中的安全性與經濟性[J].建材與裝飾， 2020（11）：72-73.

[6]周鑫，杜于熙，鄭龍龍，曹樂樂.土木工程結構設計中的安全性與經濟性探討[J].科技經濟導刊， 2020，28（10）：37+24.

[7]葉昕.基于安全性及經濟價值前提的土木工程結構設計與地基加固技術探究[J].花炮科技與市場， 2019（04）：122.

[8]呂洪海.基于經濟發展下土木工程結構設計中的安全性與經濟性探討[J].門窗， 2019（18）：124+126.

[9]張波.土木工程結構安全性評估、健康監測及診斷研究[J].城市建設理論研究（電子版）， 2019（18）：30.

[10]云生翔.淺談土木工程結構設計中實現安全性與經濟性措施[J].中外企業家， 2018（34）：134.

[11]侯偉.提高土木工程結構設計中的安全性及經濟性的方法分析[J].綠色環保建材， 2018（10）：64-65.