建筑結(jié)構(gòu)安全性問(wèn)題分析

1、建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的安全性問(wèn)題分析摘要：本文通過(guò)建筑結(jié)構(gòu)的安全性與結(jié)構(gòu)承載力的極限狀態(tài)兩者的關(guān)系，闡述了建筑結(jié)構(gòu)設(shè) 計(jì)在建筑安全性中存在的問(wèn)題，并分析了建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中提高安全性的方法，同時(shí)也分析了 地震對(duì)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)安全性的影響。關(guān)鍵詞：建筑 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 抗震設(shè)計(jì) 安全性建筑結(jié)構(gòu)是支撐建筑物的空間骨架，是用來(lái)抵御自身和外部作用的主體， 包括結(jié)構(gòu)自重、使用荷載、地震及風(fēng)荷載等。由于建筑結(jié)構(gòu)在建筑物的安全保障 中具有舉足輕重的作用，因此，在建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)上必須選擇結(jié)構(gòu)合理的材料和 受力體系。要做到精心設(shè)計(jì)、精心施工確保結(jié)構(gòu)的安全性。結(jié)構(gòu)安全性是結(jié)構(gòu)工 程中最重要的質(zhì)量指標(biāo)。建筑結(jié)構(gòu)的安全性主要由結(jié)構(gòu)的設(shè)

2、計(jì)與施工水準(zhǔn)決定， 同時(shí)也與結(jié)構(gòu)的正確使用有關(guān)，本文著重點(diǎn)對(duì)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中安全性問(wèn)題進(jìn)行分 析。一、承載能力的極限狀態(tài)與結(jié)構(gòu)安全性“整個(gè)建筑結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)的一部份，超過(guò)某一特定狀態(tài)就不能滿足設(shè)計(jì)規(guī)定的 某一功能（安全性、耐久性、適用性）要求，該特定狀態(tài)稱(chēng)為該功能的極限狀態(tài)”。 承載能力的極限狀態(tài)是對(duì)應(yīng)于結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件，不適于繼續(xù)承載或達(dá)到最大承載 能力時(shí)的變形，主要考慮結(jié)構(gòu)安全性的功能1。當(dāng)結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件出現(xiàn)下列狀態(tài) 中的一種時(shí)，就認(rèn)為超過(guò)了承載能力極限值:整個(gè)結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)的一部分失去平衡； 結(jié)構(gòu)構(gòu)件或連接由于材料的強(qiáng)度不夠而遭到破壞；結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件喪失穩(wěn)定；結(jié) 構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)動(dòng)體系。承載能力極限狀態(tài)直

3、接關(guān)系到結(jié)構(gòu)全部或部分的倒塌或破 壞，后果會(huì)造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失或人員的傷亡，所以，結(jié)構(gòu)和構(gòu)件的設(shè)計(jì)都必須 按承載力極限狀態(tài)進(jìn)行計(jì)算，施工過(guò)程要嚴(yán)格保證施工的質(zhì)量，保證結(jié)構(gòu)的安全 性。為了確保結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)既經(jīng)濟(jì)又安全可靠，必須做兩個(gè)方面的研究：一是各種 “作用”在結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生各種效應(yīng)的研究；二是結(jié)構(gòu)或構(gòu)件在抵抗各種效應(yīng)時(shí)內(nèi)在 能力的研究2。這里的“作用”是指各種荷載，如構(gòu)件自重、風(fēng)壓、積雪重和人 群重量等；除此之外還有約束變形或外加變形，如支座沉降、溫度變化和地震作 用等。二、建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的安全性分析1 .構(gòu)造問(wèn)題在設(shè)計(jì)中容易被忽略或難以精確計(jì)算的“作用”是結(jié)構(gòu)的收縮、地基沉降、 徐變等，只能通過(guò)設(shè)

4、計(jì)時(shí)的具體措施來(lái)降低這些因素對(duì)結(jié)構(gòu)安全性帶來(lái)的不利影 響。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作是一項(xiàng)復(fù)雜的工作，要在掌握基本結(jié)構(gòu)原理的基礎(chǔ)上，針對(duì)不 同的問(wèn)題去具體分析。以地下結(jié)構(gòu)為例，側(cè)墻是大偏壓構(gòu)件，頂板為受彎構(gòu)件， 如果加大荷載的安全系數(shù)，能夠提高頂板的安全系數(shù)，但對(duì)側(cè)墻來(lái)說(shuō)，由于計(jì)算 軸力的增加，卻對(duì)抗力的提高起到相反的作用?；炷帘Ｗo(hù)層的厚度問(wèn)題從耐久性上來(lái)看：保護(hù)層越大，耐久性越好。從承載力上來(lái)看：保護(hù)層越小， 抗彎承載力越高。在裂縫寬度限制方面：保護(hù)層越小，裂縫寬度越小。因此，在 裂縫寬度允許范圍內(nèi)，對(duì)那些沒(méi)有美觀需要的場(chǎng)合，對(duì)保護(hù)層的厚度就應(yīng)該提出 不同的要求，防止出現(xiàn)因保護(hù)層增厚對(duì)裂縫寬度產(chǎn)生不利的

5、影響。與荷載單獨(dú)作 用下結(jié)構(gòu)的安全性相比，建筑結(jié)構(gòu)耐久性的不確定因素更加難以量化也更加復(fù) 雜，環(huán)境變化與施工養(yǎng)護(hù)等與耐久性有密切關(guān)系的影響因素更是無(wú)法用概率統(tǒng)計(jì) 的方法設(shè)計(jì)，加上材料劣化等機(jī)理不清的因素，所以更加需要增加保護(hù)層的厚度。最小配筋率問(wèn)題受彎構(gòu)件的最小配筋率和混凝土抗拉強(qiáng)度對(duì)鋼筋屈服強(qiáng)度的比值ft/fy成正 比。構(gòu)建的力學(xué)試驗(yàn)表明，鋼筋的屈服彎矩能夠超出開(kāi)裂彎矩的數(shù)值是有限的， 超出比值構(gòu)件的延性就會(huì)變差，主要原因是低配筋情況下只能出現(xiàn)極少的既深又 寬的大裂縫。在極限狀態(tài)方法中，二者的強(qiáng)度都是以標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度做為依據(jù)，以這種 標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度作為確定最小配筋率的依據(jù)是錯(cuò)誤的。因?yàn)樾枰ＷC的是開(kāi)裂彎

6、矩不能 小于鋼筋屈服彎矩，所以計(jì)算與開(kāi)裂有關(guān)的混凝土抗拉強(qiáng)度要采用比平均值大的 某一分位值強(qiáng)度計(jì)算才是正確的算法。對(duì)于混凝土柱的設(shè)計(jì)也應(yīng)該考慮最小配筋 的問(wèn)題，大量試驗(yàn)證明，配筋率過(guò)低的高強(qiáng)度混凝土柱，延性非常差。結(jié)構(gòu)整體牢固性的設(shè)計(jì)我國(guó)現(xiàn)有建筑規(guī)范的缺點(diǎn)是注重單個(gè)構(gòu)件承載能力的設(shè)計(jì)計(jì)算。沒(méi)有考慮結(jié) 構(gòu)整體牢固性的要求。隨著我國(guó)工程建筑的不斷發(fā)展，對(duì)建筑結(jié)構(gòu)安全性的要求 也越來(lái)越高，建筑結(jié)構(gòu)整體牢固性已經(jīng)成為一個(gè)重要指標(biāo)。整體結(jié)構(gòu)的冗余度和 良好延性作為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的一個(gè)基本指標(biāo)，它和結(jié)構(gòu)的安全程度有著非常重要的聯(lián) 系。三、建筑結(jié)構(gòu)的抗震安全設(shè)計(jì)分析由于地震具有突發(fā)性的特點(diǎn)，在一定時(shí)間和一定地域范

7、圍內(nèi)，出現(xiàn)最大地震 的可能性是一個(gè)隨機(jī)變量，人類(lèi)無(wú)法預(yù)知。與其它荷載相比，地震對(duì)建筑結(jié)構(gòu)的 影響次數(shù)少，作用時(shí)間短，多次地震之間的強(qiáng)度差異較大。如果要求在各種強(qiáng)度 地震狀態(tài)動(dòng)下，建筑結(jié)構(gòu)仍然保持原有的彈性狀態(tài)是不可能的也是不經(jīng)濟(jì)的。所 以，結(jié)構(gòu)的抗御其他荷載作用的設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)抗震的設(shè)計(jì)是有區(qū)別的，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工 程師要準(zhǔn)確把握和理解結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)的基本原理。由于建筑結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)是保 障建筑物安全的根本，其抗震設(shè)計(jì)要遵循建筑設(shè)計(jì)的主要原則。工程在選址時(shí),必須進(jìn)行詳細(xì)認(rèn)真的勘察，盡量避開(kāi)不利于建筑物抗震的地 段。建筑布局要簡(jiǎn)單合理，結(jié)構(gòu)要求要滿足抗震要求，從根本上保證建筑物具有良 好的抗震性能。通過(guò)專(zhuān)家

8、多年的經(jīng)驗(yàn)總結(jié)發(fā)現(xiàn)，規(guī)則、簡(jiǎn)單、對(duì)稱(chēng)的建筑抗震能 力較強(qiáng)，在地震中不易遭到破壞?？拐鸾Y(jié)構(gòu)體系要具有合理的地震作用傳遞途徑 和明確的計(jì)算簡(jiǎn)圖；具備必要的抗震承載力和多道抗震防線，以及良好的耗能能 力、變形能力、合理的承載力分布和剛度3。抗震設(shè)計(jì)中的建筑立面、平面要盡 量規(guī)則、簡(jiǎn)潔，結(jié)構(gòu)的質(zhì)量中心和剛度中心要一致。堅(jiān)決不能采用嚴(yán)重不規(guī)則的 設(shè)計(jì)方案，假如必須采用，必須在適當(dāng)?shù)牟课辉O(shè)置防震縫，將建筑物的體型設(shè)計(jì) 的復(fù)雜一些。對(duì)于建筑平面特別不規(guī)則的建筑布局，要將其分割成幾個(gè)較規(guī)則的 獨(dú)立小單元。對(duì)于體型不規(guī)則的房屋，要對(duì)偏離結(jié)構(gòu)剛心遠(yuǎn)端的墻段進(jìn)行抗震驗(yàn) 算。建筑結(jié)構(gòu)的延性好能夠減小地震的作用，耗散與

9、吸收地震的能量，防止建筑 結(jié)構(gòu)的倒塌。所以，建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)應(yīng)盡量避免對(duì)構(gòu)件的剪切破壞，盡可能做到 讓更多的構(gòu)件出現(xiàn)彎曲性破壞。構(gòu)建的延性在抗震方面來(lái)說(shuō)是非常重要的一個(gè)指 標(biāo)，梁柱等形式的構(gòu)件，影響延性的因素可歸納為兩個(gè)主要方面：破壞時(shí)的受壓 區(qū)高度和混凝土極限壓應(yīng)變，影響延性的其他因素歸根結(jié)底都是這兩個(gè)因素的延 伸性。建筑結(jié)構(gòu)是通過(guò)每一個(gè)構(gòu)件的相互協(xié)調(diào)工作來(lái)有效地減小地震的作用。如 果結(jié)構(gòu)在地震中破壞了整體性，建筑結(jié)構(gòu)的各構(gòu)件就不能發(fā)揮好抗震能力,容易使 結(jié)構(gòu)變成機(jī)動(dòng)體而出現(xiàn)倒塌。所以，保證結(jié)構(gòu)各個(gè)部分的整體性，才能保證結(jié)構(gòu) 在地震中協(xié)調(diào)工作，這是建筑結(jié)構(gòu)提高抗震性能的重要條件。目前，隨著我國(guó)

10、基礎(chǔ)建設(shè)投資的力度加大，我國(guó)已經(jīng)進(jìn)入基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的高 峰期，因建筑結(jié)構(gòu)遭到破壞而帶來(lái)的建筑風(fēng)險(xiǎn)損失也越來(lái)越高，要想減小結(jié)構(gòu)風(fēng) 險(xiǎn)就要在設(shè)計(jì)中提高對(duì)建筑結(jié)構(gòu)的安全標(biāo)準(zhǔn)。所以，我國(guó)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)安全規(guī)范的 設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)就要大幅度提高，做到與國(guó)際通用標(biāo)準(zhǔn)接軌。綜上所述，提高結(jié)構(gòu)的安全性需要從構(gòu)件的承載力，結(jié)構(gòu)的整體牢固性和耐 久性等多方面去提高。我國(guó)在建筑結(jié)構(gòu)上的安全性問(wèn)題大部分是由于在設(shè)計(jì)和施 工過(guò)程中的人為錯(cuò)誤造成的。只要我們通過(guò)質(zhì)量控制措施減少人為因素造成的錯(cuò) 誤，就能減少結(jié)構(gòu)上的安全性問(wèn)題，提高建筑物的安全性。因此，為了保證建筑 結(jié)構(gòu)的安全性，設(shè)計(jì)人員就要以科學(xué)合理的規(guī)范做指導(dǎo)，以高度的責(zé)任心和安全 意識(shí)去設(shè)計(jì)安全性高的建筑工程，確保人民群眾的生命和財(cái)產(chǎn)不受損失。參考文獻(xiàn)：1李磊.土木建筑結(jié)構(gòu)安全問(wèn)題的探討分析J.城市建設(shè)理論研究(電子版)，