关于建筑工程结构设计的安全性分析

关于建筑工程结构设计的安全性分析

摘要关于建筑工程结构设计安全与结构安全的关系，在此笔者对建筑结构设计安全度的相关知识，建筑设计必须与结构设计相结合、合理确定设计安全度、进行防火防爆设计、考虑建筑结构的耐久性等方面提出的取保建筑安全的设计措施进行了浅析。

關键词建筑设计；设计措施；结构耐性

1 建筑安全与结构安全的关系

建筑结构安全直接影响建筑物的安全，结构不安全会导致墙体开裂、构件破坏、建筑物倾斜等，严重时甚至发生倒塌事故。如墨西哥城在1985年9月地震中，不少三角形建筑均遭到严重的破坏。从结构角度而言，平面形状使三角形的结构迎风面较大，在水平风力作用下，它受力的效果，即抗弯曲变形和抗侧移的能力比圆形、椭圆形、正方形、正多边形、十字形、工字形、口字形等平面形式的高层建筑要弱很多，而使得建筑物安全性较差。

2 结构设计安全度

2.1 结构设计安全度的概念

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，一般来说，建筑结构必须满足的功能要求是：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，仍能保持必要的整体稳定性，即建筑结构需具有的安全性：在正常使用时具有良好的工作性能，即建筑结构需具有的适用性：在正常维护下具有足够的耐久性。在规定的条件下，完成预定功能的概率，称为结构的可靠度（或称安全度）。

2.2 安全度与工程事故

关于工程事故与设计安全度的关系，有人认为国内发生的工程事故与现行规范的安全度没有关系，规范的安全度是够的。资料显示，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，只有110#～l40#，比现在的C15还低，其施工手段也很落后，混凝土用体积配合比，人工搅拌，没有振捣器。不过也有专家指出，一些工程事故往往由多种因素综合造成，施工质量差、设计有毛病、结构安全储备又偏低，加在一起终于酿成大祸，这类情况不是由于野蛮施工和管理腐败，较高的安全度总是与较低的失效概率相联系，这是客观规律[1]。

3 确保建筑安全的设计措施

3.1 建筑设计必须与结构设计相结合

建筑设计与结构设计是整个建筑设计过程中的两个最重要的环节，对整个建筑物的外观效果、结构稳定方面起着至关重要的作用。但也有一种不好的倾向，少数建筑设计师把结构设计摆在从属地位，并要求结构必须服从建筑，应以建筑为主。许多建筑设计师强调创作的美观、新颖、标新立异，强调创作的最大自由度，然而有些创新的建筑方案却在结构上很不合理甚至无法实现，这无疑给建筑结构的安全带来隐患。

3.2 合理确定设计安全度

结构设计安全度的高低，是国家经济和资源状况、社会财富积累程度以及设计施工技术水平与材料质量水准的综合反映。确定工程的安全度在一定程度上需以概率和统计为基础，但更多的须依靠经验、工程判断及综合考虑。

与国际上一些通用标准相比，我国混凝土结构规范设定的安全度水平偏低，有的偏低较多。这体现在涉及结构安全度的各个环节中，如我国混凝土结构设计规范取用的荷载值比国外低，材料强度值比国外高，估计结构承载力所用计算公式的安全度低于国外甚至在个别情况下偏于不安全，对结构的构造规定又远比国外要求低。

3.3 进行防火防爆设计

建筑消防设计是建筑设计中一个重要组成部分，关系到人民生命财产安全，应该引起大家的足够重视。文章从防火分区和安全疏散两方面来讨论：

（1）建筑的防火分区问题

《建规》3、2、1条规定了厂房的防火分区，其中有一点需要注意，厂房的防火分区是和该厂房的耐火等级、最多允许层数及占地面积有关。虽然《建规》中规定封闭楼梯间的门为双向弹簧门就可以了，但作为划分防火分区用的封闭楼梯间门至少应设乙级防火门。因为开敞的楼梯间也是开口部位，是火灾纵向蔓延的途径之一，也应按上下连通层作为一个防火分区计算面积。

（2）安全疏散设计问题

很多大型商业建筑在消防安全疏散设计中存在问题，诸如首层中部疏散楼梯无法直通室外、中庭回廊容易滞留人员、首层疏散距离超过规范要求等。商业建筑卖场的疏散距离应执行《建规》中5、3、8第三款（不论采用任何形式的楼梯间，房间内最远点到房门的距离不应超过袋形走道两侧或尽端的房间从房门到外部出口或楼梯间的最大距离）的规定，即22m，如再设有自动喷水灭火系统，其疏散距离再增加25%，为27.5m。但如果在商业建筑的卖场，每家店铺均设有到顶的隔断墙，并设有安全疏散通道，疏散通道两侧的隔墙耐火极限≥lh（非燃材料），房间隔墙耐火极限t>0.5h（非燃材料），则房间门通过安全疏散通道到疏散

出口的距离适用40m和22m的规定等[2]。

4 考虑建筑结构的耐久性

结构耐久性不足已成为最现实的一个安全问题。现在有这样的倾向：设计中考虑强度多而考虑耐久性少，重视强度极限状态而不重视使用极限状态。重视新建筑的建造而不重视旧建筑的维护。所谓“安全”包括保证人员财产不受损失和保证结构功能的正常运行，以及保证结构有修复的可能，即所谓的“强度”、“功能”和“可修复”三原则。

我国土建结构的设计与施工规范，重点放在各种荷载作用下的结构强度要求，而对环境因素作用（如干渴、冻融等大气侵蚀以及工程周围水、土中有害化学介质侵蚀）下的耐久性要求则相对考虑较少。混凝土结构因钢筋锈蚀或混凝土腐蚀导致的结构安全事故，其严重程度已远大于因结构构件承载力安全水准设置偏低所带来的危害。所以这个问题必须引起格外重视。

5 结束语

在进行建筑设计时，不能片面地追求建筑技术与建筑艺术“完美”的结合和“最大”满足使用功能的要求，结构设计人员应针对具体工程特点，选用合理的规范规定、考虑结构的耐久性、安全度等，还要从结构的体系、构造、材料选择设计以及施工和使用中的各个环节保证结构的安全性，同时还应与结构设计、给排水等专业设计相结合，最终达到满足结构安全的目的。

参考文献

[1] 王光远.抗震结构全寿命预期总费用最小优化设计[J].土木工程学报，2003，36（6）：1-6.

[2] 张爱林.基于功能可靠度的结构全寿命设计理论综述[J].北京工业大学学报，2000，26（3）：55-58.