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摘要:本文基于当下我国建筑结构设计的多样性、现代化发展趋势以及建筑安全要求逐步提升的具体实际,探讨了结构设计的基本内容以及其在建筑安全性维护上的主要价值,并结合当下结构设计中暴露的诸多安全性问题,着重对优化建筑结构设计以提高建筑安全性的具体措施作详细的分析与讨论,旨在为我国建筑行业健康、快速、品质化的提升提供借鉴与参考。
关键词:建筑结构设计;安全性;内容;价值;技术重点;优化举措
伴随着我国现代化建设的逐步深入,建筑工程设计与施工所涉及自然及社会环境越来越复杂多变,对其实施的技术工艺及安全度的要求也越来越高。结构设计作为建筑工程质量施工、品质运营的先导,是实现建筑主体安全的基础和关键性任务。建筑结构设计内容涵盖广泛,涉及技术及工艺参数多样且精度要求极高,任何一个环节出现问题或是纰漏,都会对造成建筑质量的劣化以及安全度缺失。因此,需要从前期的勘察到各维度框架结构的建模、计算、绘图等各个层面不断地实施优化,以从设计阶段达到对建筑安全的高效维护。
1.建筑结构设计的主要内容
建筑的结构设计就是在前期的地质勘测和建筑设计意图的基础之上,将建筑的结构骨架通过建模、计算、配筋、绘图的方式搭建起来的一项重要工作。建筑结构的设计应具有自身力学和外围承载能力构成的合理性,并达到不与建筑、设备发生冲突,以全面涵盖建筑内部结构各个层面有效安全度把控的目的。总的来说,其主要包含以下几个主要工作内容及发展流程:
(1)结合建筑设计意图,对墙体的材料、外墙的做法、各空间板面标高、梁高、脚线、外圈梁高、基础埋深、屋面找坡、板面高差线、梁柱偏位及尺寸、电梯基坑和地下室标高、梁宽和板厚与电专业的配合尺寸等的设计确定。
(2)对混凝土容重与强度、钢筋强度与保护层厚度、风荷载与层高、周期折减系数、地震力作用系数等的参数计算以及班恒荷载与板厚、空间活载等的考虑与计算,除此之外,还要对各个构件的尺寸的进行计算、核对,以达到各结构层面参数的精准。
(3)在之前的基础之上,对轴线、轮廓与标高、柱墙位置、楼电梯、开洞和井沟、大样和构造柱以及等的定位、标记、核对和绘制,以生成平面模板图、配筋图和墙柱图等。
2.建筑结构设计中产生的主要问题
2.1抗震结构设计的安全等级较低
抗震设计是建筑结构设计必然要考虑的关键性事项,但是在我国的建筑设计中,不仅抗震等级的设置无法全面满足当下建筑安全运营发展的需求,而且在结构设计的过程中,对抗震性能的把控、各个结构体系中抗震参数的引入计算与校正、结构材料抗震性的选择上都存在弱化,进而大大降低了建筑的安全度。
2.2结构体系的设计与计算缺乏整体性且稳定性较差
建筑的结构体系本身应当具有其力学的合理性和稳定性,即在一个结构局部遭受损坏的过程中,依然能够有效保持结构整体的稳固与安全,因此其底框结构体系、墙面结构体系、梁柱结构体系、坡面结构体系等结构分布应当具有相互支撑、相互促进的整体性稳定效果[1]。但在现实的结构设计中,设计人员缺乏必要的整体性设计思路,为了达到结构性能的有效达标,而在某个局部通过计算参数的加强来满足设计规范的目的,进而造成了一旦这个局部发生损害,就会严重影响建筑整体安全的不良现象。
2.3结构设计的发展与建筑整体发展的思路不相适应
伴随着建筑物型制和功能的现代化发展,建筑层高不断提升、异形建筑逐渐涌现、智能化电气工程设计与安装也开始成为建筑设计施工中的重要事项,这些发展变化都需要更加优化而适用的结构设计作为支撑。但是,一些建筑工程为了寻求外观的酷炫、功能的齐备,却忽视了结构设计中各项参数的适应性提高与调节,也缺乏对复杂运营环境下各个应力参数的有效涵盖,致使建筑的结构设计难以满足现代化建筑发展和安全运营的需求,进而带来了诸多运维难点和安全隐患。
2.4结构设计的模式与手段存在滞后性
建筑行业的现代化发展需要更加复杂而高性能的结构设计,传统的测算、绘图工具在实施这类工程结构设计的过程中,不仅效率低,而且计算精度满足不了结构设计安全度的高需要。此外,配合有智能电气工程的建筑还要多维把控结构设计与线路管道安装上的冲突与碰撞,传统的设计手段难以达到对这方面功能设计需求的有效辅助。
3.优化建筑结构设计以提高建筑安全性的主要措施
3.1严格、精密把握建筑抗震设计的布局与计算
首先无论是在独立的结构单元内、建筑的平面布置还是建筑结构整体,都要将抗震性能及参数的计算进行环境适应性的优化考虑。诸如在结构体系与建筑体型的设计中,要对其空间的设置、竖向体型刚度均匀的分布、结构承载力和变形应力的(轴压比、剪重比、刚度比、周期比刚重比)计算、不规则结构中防震缝的设置与尺寸控制、建筑结构整体的自重等方面达到对地震反应的多效应对。
其次在建筑结构的材料、构件的配筋构造设计、构建节点的衔接质量的把控上要引入抗震性能的强效发挥。例如通过建筑结构中的柱、梁、楼板、抗震墙等强度等级的合理确定与控制,建筑内外装饰材料的抗震质量连接等方面确保结构体系抗震性能的有效发挥。
再次,结合不同结构局部的抗震需求,可以采用多种抗震结构和抗震技术的有效应用,以大大提升不同空间的地震预应力。此外,利用混合隔震装置、夹层橡胶隔震以及基底滑移隔震等防震装置进一步强化对地震力的有效吸收[2]。
3.2优化结构设计理论与技术,达到对现代化建筑可靠性的有效支撑
一方面要确立并适时优化结构设计的方案与体系,达到建筑在多维环境下结构的全面有效分析以及构建连接的质量化设计与计算,不断从地基承载强度的优化提高、抗震设计的强化与调整、荷载及尺寸参数的精准性确定、安全系数与安全规范的适应性提高、结构整体性与延性的高效把握、强度极限状态和使用极限状态的结合性统筹试验等措施,全面提升结构设计的可靠性和安全度。
另一方面需要结合建筑的发展需要,借鉴国内外建筑结构设计的先进经验与先进理论,实现对结构体系、结构构造、结构材料、结构维护、结构耐久性,以及从设计,施工到运营全过程的一体性把握,以避免将结构设计作为安全控制的一个单一环节[3]。其设计中的优化举措,要在保证建筑安全度增强的情形下,达到结构及材料重量更轻、基础更稳、结构更加适用,建筑进度实施更加快速、技术把控更加灵活、成本控制更加有效的现代化结构设计发展,以为现代建筑的多样化安全发展奠定坚实的基础。
3.3利用BIM等先进技术,助力结构设计和建筑安全保障的高效实施。
BIM技术在建筑结构中的运用,能够实现对设计部门各项事务的有机协同以及流程的一体化构建,避免由于设计配合的失误和低效,而造成结构设计中的诸多问题和难点;此外,BIM技术能够实时对结构设计的流程、数据进行更改和优化,并能够带到变化点各体系的充分联动,从而增强了结构设计一体化程度。更重要的是,通过BIM技术能够实现结构设计中应力、变形、碰撞等的三维模拟,结构中哪个局部的设计出现了问题,都能够在模拟之中及时得发现,以此实现了正常运营模拟环境下结构设计对建筑安全与使用安全的多效维护。
4结语
结构设计是建筑设计的重要组成部分,也是实现建筑安全度有效保障的关键性环节,结构设计部门及人员要不断深化自己的安全意识、责任意识和业务能力,通过理论深造和实践强化来达到自己设计思维与理念与建筑行业发展的有机同步,从而带来结构设计对现代建筑安全的高效保障。
参考文献:
[1]张洁.建筑结构设计中安全性问题的分析[J].科学技术创新,2014(15):153-153.
[2]殷辉.建筑结构设计安全性研究[J].科学技术创新,2013(30):197-197.