茂名市城建設(shè)計院 廣東茂名 525000

摘要：本文分析了在結(jié)構(gòu)設(shè)計中樹立正確觀念、提高結(jié)構(gòu)合理性、均衡安全與經(jīng)濟性、重視結(jié)構(gòu)耐久性，并對結(jié)構(gòu)設(shè)計中一些問題進行了討論。

關(guān)鍵詞：結(jié)構(gòu)設(shè)計；安全性

建筑工程的安全性始終是衡量工程綜合質(zhì)量的重要指標(biāo)，兩千多年前維特魯威就在《建筑十書》中闡明了建筑“實用、堅固、美觀”的基本原則，其中堅固就與安全性有著必然聯(lián)系，無疑不堅固的建筑是談不上安全性的。建筑結(jié)構(gòu)的安全性是由設(shè)計水平、施工水準(zhǔn)以及正確使用所決定的[1]。其中，設(shè)計水平是建筑結(jié)構(gòu)安全性的起點。結(jié)構(gòu)設(shè)計缺陷所帶來的不安全性是起決定性作用的，很難通過施工和使用予以改變。近年來，四川汶川與雅安、青海玉樹和云南魯?shù)樗l(fā)生的地震都造成了超乎預(yù)料的傷亡，建筑結(jié)構(gòu)抗震能力不夠是顯而易見的。結(jié)構(gòu)安全性還與經(jīng)濟適用性、耐久性有著緊密聯(lián)系，部分建筑工程因過于注重經(jīng)濟性而損害了安全性，耐久性考慮不足也會帶來安全性問題。因此，結(jié)構(gòu)設(shè)計中的安全性不是一個很簡單的問題，牽涉到多種因素，如何把握好這個“度”是很關(guān)鍵的。

1 樹立正確設(shè)計觀念，提高結(jié)構(gòu)的合理性

1.1 夯實理論基礎(chǔ)，重視概念理解

結(jié)構(gòu)設(shè)計并非只有“規(guī)范”和“計算”這兩樣，更需要深厚的理論基礎(chǔ)和對概念的正確理解。目前，結(jié)構(gòu)計算幾乎都依賴軟件計算，但軟件的發(fā)展總是滯后于設(shè)計實踐，不少人都經(jīng)歷過一些外觀新穎、造型獨特的結(jié)構(gòu)難以利用軟件進行計算的情況，于是一些人抱怨軟件更新太慢。實際上軟件也只是工具，軟件計算結(jié)果最終還是要靠力學(xué)概念和工程經(jīng)驗進行判斷，尤其在結(jié)構(gòu)安全性、合理性判斷方面。離開軟件就不會計算的毛病有害無益，應(yīng)下決心深耕理論，重視概念的理解和運用。

1.2 深入現(xiàn)場前線，尋求主動配合

結(jié)構(gòu)設(shè)計是一門實踐性很強的學(xué)科，需要在實踐中不斷探索來提高設(shè)計水平，同時又要深入實踐才能獲取第一手資料。以抗震設(shè)計為例，如果不到地震前線并親臨現(xiàn)場，很難深刻認(rèn)識地震的危害以及結(jié)構(gòu)破壞形式。土木工程建設(shè)涉及眾多專業(yè)，不同專業(yè)之間需要通過有效的配合才能共同協(xié)調(diào)好結(jié)構(gòu)安全與經(jīng)濟、適用、美觀的關(guān)系。結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)始于建筑方案設(shè)計階段，好的建筑方案離不開結(jié)構(gòu)工程師的參與和創(chuàng)造性的開拓工作，因此應(yīng)注重主動配合和積極參與，而不是總是被動地去配合。

2 均衡安全與經(jīng)濟，重視結(jié)構(gòu)耐久性

2.1 安全性固然重要，也要考慮經(jīng)濟性

結(jié)構(gòu)安全是綜合性問題，不是幾項指標(biāo)達到了規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)就能解決安全與耐久性問題。例如，為了提高結(jié)構(gòu)安全性，如果只是片面地增加鋼筋、水泥用量，則會造成資源的很大浪費，而正確做法是在科學(xué)受力分析的基礎(chǔ)上選擇合適的結(jié)構(gòu)體系。以鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件設(shè)計為例，除了要綜合考慮截面形狀、布筋形式、材料用量、結(jié)構(gòu)尺寸等參數(shù)，還要注意建筑高度和高寬比方面的限值[2]。南方地區(qū)普遍采用框架結(jié)構(gòu)，但框架結(jié)構(gòu)的整體側(cè)向剛度較小，考慮抗震要求建筑高度不宜太高。現(xiàn)在大量工程實踐已經(jīng)表明，在地震設(shè)防要求較高地區(qū)，采用純框架結(jié)構(gòu)，即使控制指標(biāo)滿足規(guī)范要求，結(jié)構(gòu)受力上也不合理、不經(jīng)濟，梁、柱截面偏大，鋼材用量多，結(jié)構(gòu)側(cè)向位移大，抗震性能較差。這種情況下選擇框架-剪力墻或框架核心筒等結(jié)構(gòu)體系更為有利。

2.2 設(shè)計安全性，須重耐久性

我國結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范比較注重荷載作用下的結(jié)構(gòu)強度要求，但環(huán)境因素作用下耐久性考慮不足仍對建筑安全性影響較大。須知，建筑物應(yīng)在使用年限下結(jié)構(gòu)性能衰減之后仍然保持足夠的安全性，但很多混凝土結(jié)構(gòu)因鋼筋銹蝕或混凝土受到侵蝕，其結(jié)構(gòu)受到破壞的程度已經(jīng)超過了安全承載限度，這也是一些建筑受到不太大震級卻損毀嚴(yán)重的重要原因。因此，應(yīng)重視結(jié)構(gòu)耐久性，換句話說，結(jié)構(gòu)安全性應(yīng)是可以耐久的安全性。注重結(jié)構(gòu)耐久性，應(yīng)從以下幾個方面加以改進：改善技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和管理體制，提高結(jié)構(gòu)設(shè)計的耐久性水準(zhǔn)，采用以人為本的科學(xué)化管理方式，通過技術(shù)創(chuàng)新降低工程失效風(fēng)險；結(jié)構(gòu)設(shè)計和施工嚴(yán)格遵守現(xiàn)有技術(shù)規(guī)范；加強結(jié)構(gòu)設(shè)計和施工的安全監(jiān)管；對建筑物定期進行安全檢測等。

3 結(jié)構(gòu)設(shè)計中的一些安全性問題分析

3.1 地基基礎(chǔ)設(shè)計中的問題

隨著高層建筑越來越多，出于建筑物安全性能的要求，樁身強度等級逐步提高，但是在一些工程設(shè)計中通過提高樁身混凝土強度等級來減小樁徑的做法卻可能產(chǎn)生安全問題。如果采用預(yù)制樁，例如PHC管樁、PC樁，其混凝土強度已達到C60以上，樁徑減小的確可以帶來可觀的經(jīng)濟效益。然而對于灌注樁來說，盲目提高混凝土強度來減小樁徑，其安全性就很難保證。因為灌注樁的施工條件難以精確控制，混凝土質(zhì)量不易保證，而樁徑減小必然導(dǎo)致安全性能下降。因此，灌注樁尤其是直接與土、水接觸的樁，其強度等級不宜超過C40。同時，主筋保護層不宜太小，一般灌注樁的主筋保護層厚度不應(yīng)小于35mm，水下灌注樁主筋保護層厚度不應(yīng)小于50mm，確保主筋保護層厚度可防止鋼筋銹蝕，提高結(jié)構(gòu)耐久性。

3.2 混凝土結(jié)構(gòu)板剛度突變處構(gòu)造加強問題

在混凝土結(jié)構(gòu)板剛度變化之處應(yīng)當(dāng)采取構(gòu)造加強措施，例如地下室頂板、裙房頂板、轉(zhuǎn)換層樓板及嵌固點處的板，其板厚應(yīng)大于180mm，并設(shè)置雙層雙向拉筋，對于單層單向配筋率不得小于0.25%。但結(jié)構(gòu)設(shè)計中常忽略這一點，以致帶來安全隱患。在混凝土結(jié)構(gòu)板豎向剛度變化處，發(fā)生地震時水平地震力的傳遞，會在剛度突變處產(chǎn)生應(yīng)力集中，如果不采取構(gòu)造加強措施，此處很容易受到破壞，因此這種情況應(yīng)當(dāng)?shù)玫阶銐蛑匾暋?/p>

3.3 不合理設(shè)計影響框架結(jié)構(gòu)“強柱弱梁”實現(xiàn)的問題

在鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)中，“強柱弱梁”是保證框架結(jié)構(gòu)抗震性能的重要措施，也是框架結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計不容忽視的技術(shù)手段，但在實際設(shè)計時由于對影響“強柱弱梁”因素估計不足，這一手段可能無法真正實現(xiàn)。影響“強柱弱梁”實現(xiàn)的主要因素包括：梁端負(fù)彎矩太大，以致框架柱強度相對不足；梁端正彎矩與鄰跨梁端負(fù)彎矩構(gòu)成“強柱弱梁”驗算的梁端力偶，故此梁端正彎矩取值太大，同樣影響“強柱弱梁”的實現(xiàn)；梁端樓板配筋不合理，加大了梁的剛度，影響“強柱弱梁”的實現(xiàn)；梁端實配鋼筋數(shù)量直接影響梁端受彎承載力，進而影響“強柱弱梁”的實現(xiàn)。在結(jié)構(gòu)分析計算時，梁端負(fù)彎矩計算時不考慮柱截面尺寸對構(gòu)件內(nèi)力的影響，但是計算構(gòu)件抗力時采用梁端截面，由于抗力與效應(yīng)計算截面不同，截面位置不一致，加大了梁端截面配筋數(shù)量，導(dǎo)致“強柱弱梁”實現(xiàn)難度增加。再如驗算梁端裂縫寬度時，內(nèi)力取值與實際截面位置不一致，也會造成梁端彎矩計算過大，裂縫寬度超過實際值，并且加大了梁端配筋，對“強柱弱梁”的實現(xiàn)也不利。因此，在結(jié)構(gòu)設(shè)計中應(yīng)正視這些因素的影響，例如考慮采用結(jié)構(gòu)塑性內(nèi)力重分布的方法，利用柱邊緣梁端內(nèi)力設(shè)計值，在程序計算時設(shè)置梁靜跨單元，可改善“強柱弱梁”的計算結(jié)果。同樣，構(gòu)件裂縫寬度驗算也可考慮這種方法?？紤]梁端配筋時，應(yīng)區(qū)分梁跨中截面配筋要求與梁端截面梁底配筋的概念差別，適當(dāng)控制梁底鋼筋進入支座的數(shù)量。嚴(yán)格控制梁端實配鋼筋的數(shù)量，避免超配也是實現(xiàn)“強柱弱梁”的重要措施。

4 結(jié)語

在結(jié)構(gòu)設(shè)計中，安全性是排在第一位的，但同時美觀、適用、經(jīng)濟也不可或缺。結(jié)構(gòu)設(shè)計的誤區(qū)是不能均衡地處理它們之間的關(guān)系，以致產(chǎn)生“胖柱闊梁”的設(shè)計，不僅經(jīng)濟性差，美觀性也不好。因此，合理設(shè)計是非常重要的。本文對此進行了分析和討論，以供參考和借鑒。

參考文獻：

[1] 葉波明.建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中提高安全性的幾點做法[J].赤子，2012（10）：214.

[2] 潘桂彬.淺談土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計中的安全性與經(jīng)濟性[J].建材與裝飾，2013（24）：29-30.