建筑结构设计中的安全性设计分析.pdf

中国科技期刊数据库 工业 A 收稿日期：2023 年 12 月 28 日 作者简介：廖树茂(1987),本科学历，现就职于桂林建筑规划设计集团有限公司，从事结构设计方面工作。-9-建筑结构设计中的安全性设计分析 廖树茂 桂林建筑规划设计集团有限公司，广西 桂林 541001 摘要：摘要：建筑结构设计直接关系到建筑的安全，因此，在施工过程中，一定要注意建筑的设计，预留充足的安全空间，保证建筑物在使用过程中能够满足安全、稳定的要求。再者，在建筑结构的设计中，要根据客观实际情况，制定出最优的设计方案，在每一个部位的细部设计上都要达到一定的标准，并且要做到合理、规范化过关，保证建筑结构的设计能够满足人们的使用需求，同时，在总体上提升国家的建设水平，具有很高的经济效益和社会效益，同时也能为当今社会的快速发展作出贡献。本文首先围绕建筑结构设计的基本原则，然后分析了建筑结构设计中常见的安全隐患，并针对具体的工程案例，并对此类建筑结构的安全设计要点进行分析，以期为相关设计人员提供一定的参考。关键词：关键词：建筑结构设计；安全性；分析 中图分类号：中图分类号：TU74 0 引言 时至今日，随着我国建筑业的迅速发展，城市化进程加快，各种类型的建筑项目层出不穷。于是，建筑结构的安全问题和相应的事故层出不穷，司空见惯，为了保障人们的生命、健康和财产的安全，同时也要确保建筑的安全性、稳定性和科学性，建设单位必须从建筑的结构设计开始，对可能出现的安全问题进行全面、多角度的分析，将可能出现的安全问题进行分析，并将先进的科技和施工技术运用到实际当中，将建设工程有关的法律、法规执行到位，严格遵循建设工程建设标准，预制出一套全面、精细、针对性很强的安全问题的解决办法，从而保证建筑结构的安全和合理，从而推动我国建设工程产业的可持续、高质量发展。1 建筑结构设计的基本原则 1.1 经济性 施工企业在建设工程中最重要的目的就是获得经济利益，设计者在进行建筑结构设计时，应以经济为原则。当前，在进行建筑结构设计时，建材价格是决定建筑经济效益的一个重要因素。由于建筑材料的成本普遍较高，建筑企业需要在钢材、混凝土等与建筑结构相关的建筑材料上投入大量的成本。为保证施工企业的经济效益，设计者在进行建筑结构设计时应对建材的用量进行适当的控制，选用经济适用的建材，节省建材费用。但是，在节省建材费用的同时，也要考虑到施工质量的影响。1.2 实用性 实用性是设计者应遵守的一个重要原则。随着我国城市化进程的加快，城镇人口的快速增长，城镇土地资源日趋紧张，城市住宅价格也随之水涨船高。在这样的形势下，许多人无力偿还房贷，只好转而购买小户型。与此同时，在我国实行“三孩”政策后，部分多子女家庭出现了居住空间紧张的现象。所以，房屋里的每一寸地方都要被充分利用起来。如何在有限的空间里，创造出符合人类生活需要的功能，是设计者所关心的一个课题。1.3 安全性 人作为建筑的使用者，其建筑的安全性事关用户及施工人员的人身、财产安全。所以，建筑物的安全性受到了高度的重视。稳定、安全的建筑结构设计能够保证施工期间不会出现因结构问题引起的安全事故，使建筑物的安全得到全面保障。同时，良好的结构设计也能提升建筑的总体质量，延长建筑的使用年限，进而保证用户的生命和财产的安全。2 影响建筑工程结构安全性的因素 2.1 所用材料存在隐患 至今，国内大多数施工企业在进行建筑工程时，中国科技期刊数据库 工业 A-10-使用的都是最常用的钢材，钢材质量的好坏对于建筑结构的安全性有着不可忽视的作用。但是，部分施工企业为了提高自身的利益、减低施工成本而选择采用质量不合格的劣质钢材，极大地影响了建筑物的承载能力和稳定性。另外，在全国范围内，建筑钢材的用量和钢筋配筋率都有严格的规定，需要对施工地点、受力条件等进行全面的考虑，选用适当的配筋率进行配筋。但是，有些管理者没有注重到配筋率在施工中的作用，导致建筑的安全性和稳定性大大降低，从而影响了建筑的质量。2.2 抗震设计相对欠缺 从有关资料中可知，地震灾害对建筑结构的损害是相当严重的，在地震多发地区，大部分建筑的损坏都是由于建筑抗震设计不够完善是主要原因。在这种情况下，为了防止地震带上的建筑物受到破坏，减少地震风险带来的损失，就需要不断持续地加强建筑结构的抗震设计。然而，在现实生活中，一些设计人员对抗震设计没有足够的重视，建筑结构的设计没有考虑到每个地域的地形特征，没有充分了解建筑局部地震强度，建筑的抗震设计不能有效进行，建筑的抗震能力下降，地震破坏的损失增大。2.3 结构设计不够科学 建筑结构设计是否达到设计规范是决定建筑质量的最基本的要素，而在建筑设计中，建筑结构设计也是一个重要的参照，所以，建筑结构设计的优劣与施工的质量息息相关。但是，目前，我国部分建筑结构中出现了局部设计的不合理，从而对整体建筑的质量产生了较大的影响。首先，设计人员没有对施工现场进行真正的勘察，导致工程设计与实际施工存在误差，影响了建筑的安全性。第二，设计人员追求建筑的高美观性，忽视了建筑的安全需求。第三，部分设计者在设计过程中，由于追求单位利益的最大化和成本的降低，忽视了建筑的安全性，从而对建筑的安全性造成了很大的影响。2.4 设计人员缺乏安全意识 为使建筑结构的设计达到国家规定的要求，设计者在进行设计之前，必须要实地考察施工的情况，同时还要全面地分析建筑的地基和建设条件，根据工程造价和自身经验等多方面的实际情况来设计建筑的结构，这样的结构设计才能满足实际需要，保证其安全性。但是，现在一些设计单位更加注重自己所能达到的经济效益，在聘用选拔人员的实践中，没有经验的设计人员和设计经验不足的设计人员会影响到建筑结构的安全性，再加上伪造证件的频繁发生，导致建筑设计行业的整体水平不断下降，甚至有些设计师过于看重建筑设计的表面美观，而忽视内部结构设计的安全性，这不但大大降低了其使用寿命，而且还可能危及人身安全。3 建筑结构安全性设计要点分析 3.1 工程概述 某建筑由一栋物业养老大楼、一栋商业楼与十栋住宅楼组成，住宅建筑采用独立式或筏形地基，商业楼和物业养老大楼采用独立地基。本文将重点介绍该建筑结构安全性设计的要点。3.2 遵循设计依据 在对建筑结构进行安全设计的期间，设计者应根据相关规范，以保证建筑结构体系在规范中的设计，以免偏离既定的目标。建筑设计者应全面掌握有关建筑结构的有关规定及标准，并能够借鉴工程实际情况优化选择设计方法和标准，选取最佳的遵循依据，避免设计出现严重偏差。设计人员必须遵循的设计依据不仅要包含相关的法律和标准，还要掌握设计的分类等级，确保可靠，科学的设计依据。在依据的指导下，开展更加合理安全的设计，以确保工程结构更可靠，更安全。在建筑结构设计过程中，设计人员应根据 建筑工程抗震设防分类标准GB50223-2008 和建筑结构可靠度设计统一标准GB50068-2018 的要求，以保证设计工作的有序和规范进行。同时，设计者还应综合各种因素，对建筑结构的安全级别、使用年限及抗震设防等级进行了分析，如表 1 所示。对建筑结构进行分类分级，制定相应的设计规范，才能保证建筑结构的安全可靠。表 1 某建筑结构分类等级 安全等级 二级 设计使用年限 50 年 抗震设防类别 乙类（重点设防）结构抗震等级 二级 地基基础设计等级 丙级 湿陷性场地建筑物类别 丙类 建筑桩基设计等级 丙级 由于自然条件会对建筑结构的后续使用安全产生较大影响，因此在建筑结构的安全设计阶段，设计者中国科技期刊数据库 工业 A-11-应重点考虑自然条件的影响，以防止自然条件的不利影响导致建筑结构出现倒塌或变形的风险。建筑结构的安全性受外部环境因素的影响，其作用机理包括：地震活动、雪荷载与风荷载等，要求设计者在施工过程中进行充分、细致的调查，并在设计阶段采取相应的对策。在本次建筑的结构设计中，设计人员重点考虑了自然因素可能造成的破坏和不利影响，首先，我们要知道，建筑地点的基本风压和基本雪压分别为 0.3和 0.2kN/m2（都是 50 年），其地震烈度为 8 度，工程的基本地震加速度值设计为 0.20g，按照第一地震分组设计、建筑场地为三类，相应的周期性特征值为 0.45，阻尼率为 0.05，同时根据多震和罕遇地震的作用，水平地震影响系数分别设计为 0.16 和 0.9。在此基础上，设计者应根据当地的自然状况，对建筑结构的构造系统进行合理的布局，以保证其安全性。3.4 优化基础结构设计 在开展建筑结构安全性设计期间，基础结构是主要的组成部分，该部位的安全状况对整个工程的安全起着至关重要的作用，因此，必须对其进行针对性的措施，以提高结构体系的可靠性和安全性，避免发生重大的破坏。所以，设计者必须对施工场地的情况有一个全面的认识，对场地的土壤分布状况、不良地质情况、地层情况等进行深入的分析，并根据相应的资料，对基础结构的布置方案进行优化，从而提升建筑物的整体适应能力。此外，在基础结构的设计过程中，为了维护建筑结构的安全性，需要在综合考虑多种因素的情况下确定基础选型还有持力层，以形成可靠的结构体系，对上层建筑进行有力的支撑，以防止基础结构失衡或失稳等问题的发生。对于该建筑工程而言，通过现场勘察，发现持力层为卵石层，且地下水埋深较大，在勘察深度处未见地下水，因此该工程可能在地下水影响因素方面未予以考虑。与此同时，勘察结果显示，施工现场为湿土层，且现场混凝土结构会受到一定程度的腐蚀，主要表现在钢筋具有弱腐蚀性，这就需要设计者对此加以关注。根据项目现实状况，为保证基础结构稳定，合理增加承载力，在基础设计中应选用灌注桩结构体系。与此同时，设计人员还要努力确保建筑结构的基础更加可靠与安全，还要注重计算和分析桩基的设计参数，结合相关数据，对设计方案进行优化和完善。3.5 做好上部结构设计 上部结构的安全同样会对建筑结构的安全产生很大的影响，因此，为保证上部结构的可靠性和稳定性，避免发生变形、挠曲等问题，就必须在上部结构的设计阶段，对结构体系的型式进行合理的选型，同时，要考虑到建筑的后期使用需要和工程的建设标准与要求，对结构体系进行合适的选型，从而对建筑的上部结构进行优化。同时，设计者也要对屋面、楼面和相关构件进行严密的控制，使上部结构更加稳定协调。与此同时，上部结构的设计还应该做好隔震与减震的设计工作，主要是根据结构体系的抗震需求，合理地配套选择隔震与减震的设施与方法，促进上部结构的稳定性，避免因地震而引起的结构体系严重损坏。对于建筑工程而言，按照有关的规范和标准和建筑结构的施工要求，因此，本项目拟采用钢筋混凝土框架结构体系进行上部结构设计，同时，屋面和楼板也采用了现浇的钢筋混凝土板，通过全面分析与科学计算，确定了楼板的厚度、各个构件的截面尺寸等，以实现上部结构的协调性。同时，设计者也对隔振和减震设计给予了极大的重视，采用隔震技术可使上部结构的水平地震反应降低 1 度，原水平地震反应为 0.16，经技术优化后降低至 0.08。此外，在基础上部设置隔震层，并在地下室上部设置隔震层，并将隔震层上部设置的刚性梁转换为刚性梁板，采用橡胶隔震支座作为隔震垫，设置形式一柱一支座。3.6 合理选用材料 在建筑结构设计过程中，所采用的材料对其安全性能也有很大的影响，不同的材料有其各自的作用，对其安全性能也有很大的影响，因此，设计者应依据不同的设计标准及需求，选用适当的建材。在建筑施工中，钢筋，混凝土，焊料，灰浆，砖，钢筋接头等为其主要原材料，而这些材料的选用直接关系到整个结构的安全性。所以，要保证建筑结构的安全性，就必须对材料进行适当的选材，同时要保证各种材料的协调一致，以免产生矛盾和冲突。比如，在建筑工程的结构设计期间，设计者也非常注重材料的优选。例如，对于混凝土材料，强度等级 C35 的混凝土主要选用梁，柱，板，支撑平台，柱帽，基础梁，桩等，而C25 的混凝土，则以水沟盖板、止水板、梁、结构支承柱等为主要材料。此外，对于不同部位的混凝土结构，中国科技期刊数据库 工业 A-12-还应考虑到混凝土的水灰比、氯离子含量及碱用量等因素。3.7 创新设计方法 为保证建筑结构的安全性，设计者在掌握以上设计要点的前提下，也要主动运用先进、科学的设计的方法，使设计方案更具可行性与合理性，从而将设计方案中的安全风险降至最低。随着建筑业的不断进步，无论是高度，规模，还是结构的复杂性都越来越高，所以对结构设计提出了更高的要求，为保证整个结构的可靠性与稳定性，设计者需要主动采用 3D 建模与信息化手段，以提高其精度与科学性，减少设计的困难。例如，在进行建筑结构设计时，设计者引入 BIM 技术，以实现各项复杂度的计算，并且能够通过建模来及时地发现设计方案中有没有问题和缺陷，避免了项目的过度偏离。4 结束语 建筑结构的安全与否，直接影响着整个建筑物的总体质量和使用年限，因此，在进行民建筑结构设计时，设计者必须对其安全问题给予足够的关注，始终把安全放在第一位，力求改善结构的耐久性，并在这一点上，遵循经济合理的原则。设计者应掌握建筑结构的安全性设计要点，并结合工程的具体情况，确定设计的依据，对工程场地的自然条件进行充分的分析，要对基础结构和上部结构进行合理的设计，对建材进行优选，采用新型的设计方法，让整个工程的设计更加合理与安全，从而保证整个工程的质量。参考文献 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