有关建筑结构性能设计的分析与研究

（广东中山建筑设计院股份有限公司，广东中山，528403）

有关建筑结构性能设计的分析与研究

何 飞

（广东中山建筑设计院股份有限公司，广东中山，528403）

随着时代的不断发展和人们生活需求的日益提高，人们对建筑的结构性能也提出了更高要求。现代建筑不仅应具备良好的外观造型和环境协调性，还应具有良好的安全性能。因此建筑设计师应做好建筑结构性能设计，以期从设计层面提高建筑结构的性能。本文以建筑结构性能设计的必要性为出发点，从抗震性能和防火性能两方面，对建筑结构性能设计展开分析研究，并针对如何进行建筑结构性能设计，提出建设性意见。

建筑结构；性能；设计理念；对策

建筑设计是建筑施工建设的基础，是确保建筑结构合乎住户要求及有关标准的根本保障。进行建筑设计的主要目的是为了防止建筑在使用过程中由于自身结构原因而导致人员伤亡或其他不利现象。目前建筑结构所面临的主要安全威胁在于地震和火灾。因此，在进行建筑结构性能设计时，应注重建筑的抗震性能设计和防火性能设计，为整个建筑的使用过程提供更有力的安全保障。

一、建筑结构性能设计概述

相较于传统建筑结构设计理念而言，基于建筑结构性能的设计理念具有以下优势：①建筑结构性能设计具有清楚的量化标准，设计目标性明确；②建筑结构性能的设计理念针对整个建筑的结构性能提出了安全要求，具有更完善、更全面的安全设计意识；③传统的建筑结构设计是一种基于力的设计模式，而建筑结构性能设计是在建筑结构性能的基础上建立起来的设计理念，它不仅具有更优越的设计方法和设计指标，使建筑结构的安全性能得到有效提升，还能简化分析步骤，降低建筑结构设计的难度；④建筑工程的危险性分析在建筑结构的性能设计中得到更充分体现，设计者的安全意识水平更高；⑤建筑结构性能设计可在保证建筑安全性的基础上，应用新型建筑材料和技术，最大限度地满足建筑物的设计要求和使用需求。

在突发性安全事件日益频发的时代背景下，提高建筑物的安全性能势在必行。建筑设计作为整个建筑施工建设的依据，加强建筑结构性能设计在当前发展态势下具有重要意义。第一，建筑结构性能设计能有效提升建筑物性能，提高建筑物的防灾性能，使建筑物的使用安全系数得到有效提升，为人们提供更优质的使用体验；第二，建筑结构性能设计可充分发挥设计者的主观能动性，设计师可根据具体情况和建筑使用者的实际要求进行结构设计，使整个建筑的结构性能更好地满足人们多样化的使用需求；第三，优秀的建筑结构性能设计能有效提高建筑物的抗灾性能，延长使用年限，间接提高建筑物的经济效益。因此，建筑设计者在设计过程中，应坚持性能设计理念，做好建筑结构性能设计工作，提高建筑物的结构安全性。

二、建筑结构的抗震性能设计分析

（一）抗震性能的影响因素

地震对建筑物具有较大危害，基于抗震性能的建筑结构设计，能有效提高建筑的抗震性能，进而实现建筑安全性能的提高。影响建筑结构的抗震性能的主要因素包括建筑场地、基础设计和结构设计等。场地环境是否合理直接影响到建筑物结构的抗震性能，而建筑物合理的基础设计也可进一步加固建筑物的地基，使建筑物更加牢靠。建筑物结构设计是抗震性能的主要影响因素，良好的结构设计能实现各结构构件间的有效结合，相互影响，提高建筑物的抗震性能。基于抗震性能的建筑结构设计应遵循以下两个设计原则：一方面，建筑结构应具备良好的变形能力和内应力自动分配的功能。当地震导致部分建筑构件失效时，其它构件仍可自主分配承重压力，杜绝建筑物失衡垮塌现象的发生；另一方面，建筑设计师应合理设定各建筑结构竖向荷载力的传递路径，确保各竖向建筑构件的垂直荷载压力均匀分布，并尽可能地缩短构件间竖向荷载重力的传递路径。另外，还应对建筑结构设计的结果进行安全性评估，并针对可能出现的风险，及时采取有效的抗震防护措施。

（二）建筑结构的抗震性能设计策略

1做好场地选择和基础设计。建筑场地是整个建筑物的基础，为了更好地满足建筑结构的抗震性能要求，建筑设计者在建筑场地选择过程中，应选择面积开阔、土质紧实的场地环境。在进行建筑场地设计时，不仅要避开河岸、边坡等不利于抗震的环境，还要避开容易发生地陷、滑坡等地质灾害的危险路段；若无法规避场地风险，应制定有效的防震策略，最大限度地降低损失。在确定建筑场地后，应依靠科学、正确的计算方法进行基础设计。根据地理环境和建筑物的使用需求，确定合理的地基埋深，使地基土对建筑物的固定作用得到最大限度地发挥。同时也应加强建筑物基础与上部建筑主体间的联系，使地基与上部建筑形成有机整体，进一步提高建筑结构的抗震性能。只有这样才能为建筑物的后续建设工作奠定良好基础，更好地保证建筑结构的抗震性能。

2在基于抗震性能的建筑结构设计过程中，应合理布局各建筑构件对竖向重力的荷载能力和传递途径，确保建筑物的支柱、墙及梁的轴线处于同一平面，使各建筑构件间相互影响，形成双向的抗侧力结构体系。这一结构体系能在一定程度上强化构件墙的重力承载力和变形能力，避免地震对建筑物造成墙体剪切性破坏，有效提高整个建筑结构的抗震能力。另外，还应根据抗震等级要求对墙、柱和梁节点等建筑构件进行合理设计。经验表明，“强柱弱梁”和“强节点弱构件”等设计方法能有效提高建筑结构的抗震性能。因此应选择恰当的柱截面面积和梁柱的轴压比，同时还要加强钢筋混凝土构造配比的质量监管，使钢筋混凝土结构的重力承载力和延展性符合抗震要求。

3在建筑结构的抗震性能设计过程中，应建立层次化的抗震体系，使之形成多条抗震防线。在整个建筑结构体系中，一部分承载力较强的建筑构件在防震过程中发挥第一道抗震防线的作用；在这一防线崩溃后，其它建筑构件依次形成多道抗震防线，以抵御地震给建筑物所带来的损伤。多层次抗震结构体系的构建，能有效提高建筑结构的抗震能力，使建筑结构更好地符合抗震性能设计要求。

三、建筑结构的防火性能设计分析

（一）防火性能设计的必要性

建筑结构性能设计的另一个主要目的是防火。火灾产生的高温会对建筑结构中的构件材料造成不利影响，各建筑构件的结构出现明显变形，严重时甚至会发生建筑结构局部或整体坍塌的现象，造成极其恶劣的后果。同时，人们防火意识的缺乏和生产资料的多样化，也会增加建筑火灾的发生几率。因此，在建筑结构性能设计过程中，也应充分考虑到建筑结构的防火性能，提高建筑结构的防火能力，使建筑结构的安全性能进一步提升。

（二）建筑结构防火性能的设计策略

为了从设计层面提高建筑结构的防火性能，建筑设计师应遵循以下步骤，开展基于防火性能的建筑结构设计工作。首先应全面研究火灾引力对混凝土结构的影响，讨论火灾所引起的结构次内力对建筑结构可能产生的不利影响；其次，应加大对悬链线效应的研究力度，并将悬链线设计纳入到建筑结构设计体系中，实现建筑结构内部各构件荷载压力的等效分布。第三，应充分了解不同受力情况下的混凝土在火灾条件中的爆破机理，做好混凝土结构的抗火设计工作，并在火灾发生时采取有效的规避措施，尽可能地降低危害。最后应针对建筑结构的设计结果进行防火能力评价，在全民范围内构建一套行之有效的防火救灾体系，进一步确保居民的人身及财产安全。只有这样才能全面做好建筑结构的防火设计工作，真正做到基于防火性能的建筑结构设计。

四、案例分析

某大型建筑工程包括产品研究中心、宿舍、实验室等多项功能，整个建筑共分为三个部分，建筑结构较为复杂。这一建筑工程在设计过程中很好地应用了基于结构性能的建筑设计理念，从抗震性能和防火性能两方面进行结构设计，取得了良好的使用效果。在充分考虑到建筑结构的各个性能要求的基础上，最终这一建筑工程的结构确定为：中心为钢框架支撑结构体系，北部运用框架墙结构，而南部则应用混凝土框架结构。三个建筑组分通过钢梁连接形成弱连接结构，各连接节点间使用双向滑动支座进行连接，并在支座附近应用粘滞阻尼器，进一步提高建筑的防震功能。经灾害情况模拟试验后证明，这一建筑结构的抗震性能良好，同时也具备较强的防火性能，整个建筑结构的安全性能符合标准。由此可见，基于结构性能的建筑设计方法能够有效提高建筑主体结构的安全性能，具有较高的应用意义。

结语

建筑结构的性能设计是建筑业不断发展的必然趋势，建筑设计师应在充分考虑抗震性能和防火性能的基础上，进行结构设计。同时，建筑设计师也应兼顾建筑结构施工的经济性与可靠性，并在建筑结构的建设过程中引入新型建筑材料，使建筑结构更好地满足人们不断提高的建筑产品需求。只有这样才能有效降低地震和火灾突发灾害所带来的不利影响，真正实现建筑结构安全性能的提高。

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