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有關(guān)建筑結(jié)構(gòu)性能設(shè)計(jì)的分析與研究

何 飛

（廣東中山建筑設(shè)計(jì)院股份有限公司，廣東中山，528403）

隨著時(shí)代的不斷發(fā)展和人們生活需求的日益提高，人們對(duì)建筑的結(jié)構(gòu)性能也提出了更高要求?，F(xiàn)代建筑不僅應(yīng)具備良好的外觀造型和環(huán)境協(xié)調(diào)性，還應(yīng)具有良好的安全性能。因此建筑設(shè)計(jì)師應(yīng)做好建筑結(jié)構(gòu)性能設(shè)計(jì)，以期從設(shè)計(jì)層面提高建筑結(jié)構(gòu)的性能。本文以建筑結(jié)構(gòu)性能設(shè)計(jì)的必要性為出發(fā)點(diǎn)，從抗震性能和防火性能兩方面，對(duì)建筑結(jié)構(gòu)性能設(shè)計(jì)展開分析研究，并針對(duì)如何進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)性能設(shè)計(jì)，提出建設(shè)性意見。

建筑結(jié)構(gòu)；性能；設(shè)計(jì)理念；對(duì)策

建筑設(shè)計(jì)是建筑施工建設(shè)的基礎(chǔ)，是確保建筑結(jié)構(gòu)合乎住戶要求及有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的根本保障。進(jìn)行建筑設(shè)計(jì)的主要目的是為了防止建筑在使用過程中由于自身結(jié)構(gòu)原因而導(dǎo)致人員傷亡或其他不利現(xiàn)象。目前建筑結(jié)構(gòu)所面臨的主要安全威脅在于地震和火災(zāi)。因此，在進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)性能設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)注重建筑的抗震性能設(shè)計(jì)和防火性能設(shè)計(jì)，為整個(gè)建筑的使用過程提供更有力的安全保障。

一、建筑結(jié)構(gòu)性能設(shè)計(jì)概述

相較于傳統(tǒng)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理念而言，基于建筑結(jié)構(gòu)性能的設(shè)計(jì)理念具有以下優(yōu)勢(shì)：①建筑結(jié)構(gòu)性能設(shè)計(jì)具有清楚的量化標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計(jì)目標(biāo)性明確；②建筑結(jié)構(gòu)性能的設(shè)計(jì)理念針對(duì)整個(gè)建筑的結(jié)構(gòu)性能提出了安全要求，具有更完善、更全面的安全設(shè)計(jì)意識(shí)；③傳統(tǒng)的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是一種基于力的設(shè)計(jì)模式，而建筑結(jié)構(gòu)性能設(shè)計(jì)是在建筑結(jié)構(gòu)性能的基礎(chǔ)上建立起來的設(shè)計(jì)理念，它不僅具有更優(yōu)越的設(shè)計(jì)方法和設(shè)計(jì)指標(biāo)，使建筑結(jié)構(gòu)的安全性能得到有效提升，還能簡(jiǎn)化分析步驟，降低建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的難度；④建筑工程的危險(xiǎn)性分析在建筑結(jié)構(gòu)的性能設(shè)計(jì)中得到更充分體現(xiàn)，設(shè)計(jì)者的安全意識(shí)水平更高；⑤建筑結(jié)構(gòu)性能設(shè)計(jì)可在保證建筑安全性的基礎(chǔ)上，應(yīng)用新型建筑材料和技術(shù)，最大限度地滿足建筑物的設(shè)計(jì)要求和使用需求。

在突發(fā)性安全事件日益頻發(fā)的時(shí)代背景下，提高建筑物的安全性能勢(shì)在必行。建筑設(shè)計(jì)作為整個(gè)建筑施工建設(shè)的依據(jù)，加強(qiáng)建筑結(jié)構(gòu)性能設(shè)計(jì)在當(dāng)前發(fā)展態(tài)勢(shì)下具有重要意義。第一，建筑結(jié)構(gòu)性能設(shè)計(jì)能有效提升建筑物性能，提高建筑物的防災(zāi)性能，使建筑物的使用安全系數(shù)得到有效提升，為人們提供更優(yōu)質(zhì)的使用體驗(yàn)；第二，建筑結(jié)構(gòu)性能設(shè)計(jì)可充分發(fā)揮設(shè)計(jì)者的主觀能動(dòng)性，設(shè)計(jì)師可根據(jù)具體情況和建筑使用者的實(shí)際要求進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，使整個(gè)建筑的結(jié)構(gòu)性能更好地滿足人們多樣化的使用需求；第三，優(yōu)秀的建筑結(jié)構(gòu)性能設(shè)計(jì)能有效提高建筑物的抗災(zāi)性能，延長(zhǎng)使用年限，間接提高建筑物的經(jīng)濟(jì)效益。因此，建筑設(shè)計(jì)者在設(shè)計(jì)過程中，應(yīng)堅(jiān)持性能設(shè)計(jì)理念，做好建筑結(jié)構(gòu)性能設(shè)計(jì)工作，提高建筑物的結(jié)構(gòu)安全性。

二、建筑結(jié)構(gòu)的抗震性能設(shè)計(jì)分析

（一）抗震性能的影響因素

地震對(duì)建筑物具有較大危害，基于抗震性能的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，能有效提高建筑的抗震性能，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)建筑安全性能的提高。影響建筑結(jié)構(gòu)的抗震性能的主要因素包括建筑場(chǎng)地、基礎(chǔ)設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等。場(chǎng)地環(huán)境是否合理直接影響到建筑物結(jié)構(gòu)的抗震性能，而建筑物合理的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)也可進(jìn)一步加固建筑物的地基，使建筑物更加牢靠。建筑物結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是抗震性能的主要影響因素，良好的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)能實(shí)現(xiàn)各結(jié)構(gòu)構(gòu)件間的有效結(jié)合，相互影響，提高建筑物的抗震性能。基于抗震性能的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)遵循以下兩個(gè)設(shè)計(jì)原則：一方面，建筑結(jié)構(gòu)應(yīng)具備良好的變形能力和內(nèi)應(yīng)力自動(dòng)分配的功能。當(dāng)?shù)卣饘?dǎo)致部分建筑構(gòu)件失效時(shí)，其它構(gòu)件仍可自主分配承重壓力，杜絕建筑物失衡垮塌現(xiàn)象的發(fā)生；另一方面，建筑設(shè)計(jì)師應(yīng)合理設(shè)定各建筑結(jié)構(gòu)豎向荷載力的傳遞路徑，確保各豎向建筑構(gòu)件的垂直荷載壓力均勻分布，并盡可能地縮短構(gòu)件間豎向荷載重力的傳遞路徑。另外，還應(yīng)對(duì)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的結(jié)果進(jìn)行安全性評(píng)估，并針對(duì)可能出現(xiàn)的風(fēng)險(xiǎn)，及時(shí)采取有效的抗震防護(hù)措施。

（二）建筑結(jié)構(gòu)的抗震性能設(shè)計(jì)策略

1做好場(chǎng)地選擇和基礎(chǔ)設(shè)計(jì)。建筑場(chǎng)地是整個(gè)建筑物的基礎(chǔ)，為了更好地滿足建筑結(jié)構(gòu)的抗震性能要求，建筑設(shè)計(jì)者在建筑場(chǎng)地選擇過程中，應(yīng)選擇面積開闊、土質(zhì)緊實(shí)的場(chǎng)地環(huán)境。在進(jìn)行建筑場(chǎng)地設(shè)計(jì)時(shí)，不僅要避開河岸、邊坡等不利于抗震的環(huán)境，還要避開容易發(fā)生地陷、滑坡等地質(zhì)災(zāi)害的危險(xiǎn)路段；若無法規(guī)避場(chǎng)地風(fēng)險(xiǎn)，應(yīng)制定有效的防震策略，最大限度地降低損失。在確定建筑場(chǎng)地后，應(yīng)依靠科學(xué)、正確的計(jì)算方法進(jìn)行基礎(chǔ)設(shè)計(jì)。根據(jù)地理環(huán)境和建筑物的使用需求，確定合理的地基埋深，使地基土對(duì)建筑物的固定作用得到最大限度地發(fā)揮。同時(shí)也應(yīng)加強(qiáng)建筑物基礎(chǔ)與上部建筑主體間的聯(lián)系，使地基與上部建筑形成有機(jī)整體，進(jìn)一步提高建筑結(jié)構(gòu)的抗震性能。只有這樣才能為建筑物的后續(xù)建設(shè)工作奠定良好基礎(chǔ)，更好地保證建筑結(jié)構(gòu)的抗震性能。

2在基于抗震性能的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中，應(yīng)合理布局各建筑構(gòu)件對(duì)豎向重力的荷載能力和傳遞途徑，確保建筑物的支柱、墻及梁的軸線處于同一平面，使各建筑構(gòu)件間相互影響，形成雙向的抗側(cè)力結(jié)構(gòu)體系。這一結(jié)構(gòu)體系能在一定程度上強(qiáng)化構(gòu)件墻的重力承載力和變形能力，避免地震對(duì)建筑物造成墻體剪切性破壞，有效提高整個(gè)建筑結(jié)構(gòu)的抗震能力。另外，還應(yīng)根據(jù)抗震等級(jí)要求對(duì)墻、柱和梁節(jié)點(diǎn)等建筑構(gòu)件進(jìn)行合理設(shè)計(jì)。經(jīng)驗(yàn)表明，“強(qiáng)柱弱梁”和“強(qiáng)節(jié)點(diǎn)弱構(gòu)件”等設(shè)計(jì)方法能有效提高建筑結(jié)構(gòu)的抗震性能。因此應(yīng)選擇恰當(dāng)?shù)闹孛婷娣e和梁柱的軸壓比，同時(shí)還要加強(qiáng)鋼筋混凝土構(gòu)造配比的質(zhì)量監(jiān)管，使鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的重力承載力和延展性符合抗震要求。

3在建筑結(jié)構(gòu)的抗震性能設(shè)計(jì)過程中，應(yīng)建立層次化的抗震體系，使之形成多條抗震防線。在整個(gè)建筑結(jié)構(gòu)體系中，一部分承載力較強(qiáng)的建筑構(gòu)件在防震過程中發(fā)揮第一道抗震防線的作用；在這一防線崩潰后，其它建筑構(gòu)件依次形成多道抗震防線，以抵御地震給建筑物所帶來的損傷。多層次抗震結(jié)構(gòu)體系的構(gòu)建，能有效提高建筑結(jié)構(gòu)的抗震能力，使建筑結(jié)構(gòu)更好地符合抗震性能設(shè)計(jì)要求。

三、建筑結(jié)構(gòu)的防火性能設(shè)計(jì)分析

（一）防火性能設(shè)計(jì)的必要性

建筑結(jié)構(gòu)性能設(shè)計(jì)的另一個(gè)主要目的是防火?；馂?zāi)產(chǎn)生的高溫會(huì)對(duì)建筑結(jié)構(gòu)中的構(gòu)件材料造成不利影響，各建筑構(gòu)件的結(jié)構(gòu)出現(xiàn)明顯變形，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)l(fā)生建筑結(jié)構(gòu)局部或整體坍塌的現(xiàn)象，造成極其惡劣的后果。同時(shí)，人們防火意識(shí)的缺乏和生產(chǎn)資料的多樣化，也會(huì)增加建筑火災(zāi)的發(fā)生幾率。因此，在建筑結(jié)構(gòu)性能設(shè)計(jì)過程中，也應(yīng)充分考慮到建筑結(jié)構(gòu)的防火性能，提高建筑結(jié)構(gòu)的防火能力，使建筑結(jié)構(gòu)的安全性能進(jìn)一步提升。

（二）建筑結(jié)構(gòu)防火性能的設(shè)計(jì)策略

為了從設(shè)計(jì)層面提高建筑結(jié)構(gòu)的防火性能，建筑設(shè)計(jì)師應(yīng)遵循以下步驟，開展基于防火性能的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作。首先應(yīng)全面研究火災(zāi)引力對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)的影響，討論火災(zāi)所引起的結(jié)構(gòu)次內(nèi)力對(duì)建筑結(jié)構(gòu)可能產(chǎn)生的不利影響；其次，應(yīng)加大對(duì)懸鏈線效應(yīng)的研究力度，并將懸鏈線設(shè)計(jì)納入到建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)體系中，實(shí)現(xiàn)建筑結(jié)構(gòu)內(nèi)部各構(gòu)件荷載壓力的等效分布。第三，應(yīng)充分了解不同受力情況下的混凝土在火災(zāi)條件中的爆破機(jī)理，做好混凝土結(jié)構(gòu)的抗火設(shè)計(jì)工作，并在火災(zāi)發(fā)生時(shí)采取有效的規(guī)避措施，盡可能地降低危害。最后應(yīng)針對(duì)建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)結(jié)果進(jìn)行防火能力評(píng)價(jià)，在全民范圍內(nèi)構(gòu)建一套行之有效的防火救災(zāi)體系，進(jìn)一步確保居民的人身及財(cái)產(chǎn)安全。只有這樣才能全面做好建筑結(jié)構(gòu)的防火設(shè)計(jì)工作，真正做到基于防火性能的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

四、案例分析

某大型建筑工程包括產(chǎn)品研究中心、宿舍、實(shí)驗(yàn)室等多項(xiàng)功能，整個(gè)建筑共分為三個(gè)部分，建筑結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜。這一建筑工程在設(shè)計(jì)過程中很好地應(yīng)用了基于結(jié)構(gòu)性能的建筑設(shè)計(jì)理念，從抗震性能和防火性能兩方面進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，取得了良好的使用效果。在充分考慮到建筑結(jié)構(gòu)的各個(gè)性能要求的基礎(chǔ)上，最終這一建筑工程的結(jié)構(gòu)確定為：中心為鋼框架支撐結(jié)構(gòu)體系，北部運(yùn)用框架墻結(jié)構(gòu)，而南部則應(yīng)用混凝土框架結(jié)構(gòu)。三個(gè)建筑組分通過鋼梁連接形成弱連接結(jié)構(gòu)，各連接節(jié)點(diǎn)間使用雙向滑動(dòng)支座進(jìn)行連接，并在支座附近應(yīng)用粘滯阻尼器，進(jìn)一步提高建筑的防震功能。經(jīng)災(zāi)害情況模擬試驗(yàn)后證明，這一建筑結(jié)構(gòu)的抗震性能良好，同時(shí)也具備較強(qiáng)的防火性能，整個(gè)建筑結(jié)構(gòu)的安全性能符合標(biāo)準(zhǔn)。由此可見，基于結(jié)構(gòu)性能的建筑設(shè)計(jì)方法能夠有效提高建筑主體結(jié)構(gòu)的安全性能，具有較高的應(yīng)用意義。

結(jié)語

建筑結(jié)構(gòu)的性能設(shè)計(jì)是建筑業(yè)不斷發(fā)展的必然趨勢(shì)，建筑設(shè)計(jì)師應(yīng)在充分考慮抗震性能和防火性能的基礎(chǔ)上，進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。同時(shí)，建筑設(shè)計(jì)師也應(yīng)兼顧建筑結(jié)構(gòu)施工的經(jīng)濟(jì)性與可靠性，并在建筑結(jié)構(gòu)的建設(shè)過程中引入新型建筑材料，使建筑結(jié)構(gòu)更好地滿足人們不斷提高的建筑產(chǎn)品需求。只有這樣才能有效降低地震和火災(zāi)突發(fā)災(zāi)害所帶來的不利影響，真正實(shí)現(xiàn)建筑結(jié)構(gòu)安全性能的提高。

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