关键词:建筑结构设计;安全度
引言
近年来,人们对于建筑预防地质灾害的能力尤为看重,要保证建筑物的安全,首先要保证建筑结构的安全性。结构设计的首要任务就是选用经济合理的结构方案,其次是结构分析与构件和连接的设计,并取用规范规定的安全系数或可靠指标以保证结构的安全性。本文提出建筑结构设计中的安全度问题,并重点总结提高建筑结构设计安全度的措施。
一、建筑结构设计安全度的涵义
从事建筑结构设计的基本目的,是在一定的经济条件下,赋予结构以适当的安全度,使结构在预定的使用期限内,能满足所预期的各种功能要求。
(1)能承受在正常施工和使用时可能出现的各种作用,且在偶发事件中,仍能保持必须的整体稳定性,即建筑结构需具有的安全性。
(2)在正常使用时具有良好工作性能,即建筑结构需具有适用性。
(3)在正常维护下具有足够的耐久性
上述安全性、适用性和耐久性,是建筑结构安全与否的标志,总称为结构的可靠性,对这些性能的度量,即结构在规定时间内,在规定条件下,完成预定功能的概率,称为结构的安全度。
二、影响建筑结构设计安全度的主要因素
2.1建筑结构方式的选取
钢框架和钢筋混凝土框架结构是目前最为常用的两种结构方式。单从结构安全性角度考虑,钢框架结构相较钢筋混凝土框架结构优势更为明显。例如,钢结构有着更高的强度且自重更轻,抗震性能更好。但钢框架结构的耐火性能较差,对高层建筑的防火性能难以达到最为理想的要求。因此,钢筋混凝土框架结构在全球范围内的应用则更为普遍,钢筋混凝土框架结构作为建材性能而言无明显缺陷。随着施工技术的进步,混凝土材料性能的提升,钢筋混凝土框架结构的性价比优势更明显。
2.2建筑结构体系的选取
(1)框架结构
框架结构式目前较为常见计算理论成熟度也相对较高的一种结构体系。框架机构体系适用于楼层相对较低的一般性建筑。对框架结构域本身而言,其建筑平面布置灵活,建筑立面易于操作施工,该体系结构使房屋整体自重较轻,造价相对较低,性价比优势高。但框架结构本身的局限性也十分明显,例如框架结构体系柔性较大,抗侧力能力较差,直接导致框架结构体系对风荷载作用及地震荷载作用的承载力不足的缺陷。因此,框架结构的适用范围有限,框架结构体系的合理层数应控制在6到15层之间。
(2)剪力墙结构体系
剪力墙结构体系能很好解决房屋刚度及抗剪度不足的问题。在高层建筑施工中,人们在建筑结构中设置钢筋混凝土墙体并通过多轴线或横向交叉布置的形式形成刚度较大的墙体,使空间整体性能大大提升,并保证房屋的抗震性。此外,剪力墙结构体系还具有易于分割的特点,因此该结构在传统住宅及旅馆的应用中较为普遍。
(3)框架—剪力墙结构体系
框架—剪力墙结构体系被更多用于现代高层建筑中的行政办公大楼及高档酒店、旅馆等。由于综合了框架结构及剪力墙结构的优点,框架—剪力墙结构体系在现实运用中表现出更好的钢度及抗震能力,也有着布局灵活使用方便等特点。
(4)筒体结构体系
随着现代建筑对于建筑层数,建筑高度的需求越来越高,高层建筑对建筑结构体系提出更多更复杂的要求,传统建筑结构体系中,无论是框架结构还是剪力墙结构均以平面工作状态构筑建筑设计,其梁体刚度,抗震系数难以达到要求。而筒体结构体系则很好解决这方面的需求。筒体结构体系的基本原理为:由剪力墙构成空间薄壁筒体成为竖向悬臂箱形梁,加密柱子,增强梁的刚度,并形成空间整体受力的框筒,筒体结构体系通常由一个或多个筒体组成。
对建筑结构体系的选取并非简单的对号入座,在处理建筑个性及复杂的环境因素面前,前期的综合调研和理性分析就更为重要。建筑结构设计应在不违背建筑理论基本原理的前提下,灵活运用、合理创新,不应过分拘泥于以往的经验,要懂得具体问题具体分析。建筑结构设计的安全是整个工程建设环节最为重要的一环,因此必须格外重视。
2.3建筑体型及立面的规则化设计
现代社会,建筑业发展日新月异,建筑本身在满足其基本功能性的同时更被赋予越来越多的含义。因此在建筑设计上,设计者的个性思想及创造力被越来越多的表现出来,这也是建筑业蓬勃发展的良性表现。建筑体型及立面的创新也使得建筑在具体施工过程中呈现出更大的操作难度更复杂的受力结构,这无疑会对建筑整体的安全提出新的考验。设计者应在保障建筑安全性这一大的前提下合理创新,尽量避免不规则化立面设计,从根本上保障建筑结构设计的整体安全。
三、提高建筑结构设计安全度的措施
(1)当前的建筑物安全事故,与结构设计安全度无关。20世纪50年代的结构设计方法与现在近似,当时所用的混凝土强度很低,20世纪50年代初期施工手段也很落后,混凝土用体积配合比,人工搅拌,没有振捣器,但当时施工发生安全事故较少。一些建筑物,如王府井百货大楼、北京饭店等,使用至今已逾46年,并经过唐山地震影响的考验。因此现在的安全事故与结构设计安全度是没有连带关系的。
(2)关于节约钢材的问题。一个结构设计工程师的重要职责就是以较少材料去完成建筑物各功能要求,在发达国家,节约材料也是工程师所追求的。纽约时报新印刷厂的设计,因采用规则的矩形平面和常规材料,节约五千万美元而获奖:又如香港中国银行(贝聿铭设计)因其结构方案布置得当,比同样高度的其他结构大量节约钢材,所以若干个杂志上都发表文章加以表扬。
(3)我国规范规定的是最低用钢量,设计者根据结构重要性,予以适当提高,以来判定在工程中的材料用量。我国规范规定的柱子最小含钢量力0.4%,不考虑抗地震时的数量,大多数城市设计时都考虑抗震,高层建筑更要考虑,这时柱子的最小含钢量就是0.5%1.0%,设计单位在设计高层建筑的柱子时,用钢量常比规范要求还大,因此与国外相比,实际用钢量并不太小。
结束语:建筑机构设计的安全性把控是一个多方面综合考虑的过程。一方面是工程可行性的基本保障,是工程顺利实施的前提,另一方面,又对工程建设的各环节产生深远影响。因此,现代建筑工程对建筑结构设计提出更高的要求,设计人员必须对工程整体的各环节做充分思考,并以高度的责任心及使命感将对建筑安全性的把控落实到工程建设的每个具体环节中。
参考文献
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[2]邢振强,毕继斌.提高建筑结构设计安全度的几点看法[J].科技致富向导,2010,(09).