房屋建筑结构安全度设计要点探究

2017-01-04 11:06李为君
建筑建材装饰 2016年13期
关键词:建筑物结构设计规范

李为君

摘要:随着我国社会经济的发展和城市现代化进程的加快,我们的建筑行业也处于不断发展的进程中,诸多建筑结构如雨后春笋般建设起来了。而建筑结构的好坏优劣,会直接关系到人民群众的生命财产安全,还会影响到国家社会的长久稳定,所以我们应该加强建筑结构安全度的设计,从而保证建筑工程的质量问题。

关键词:建筑结构;安全度设计

中图分类号:TU318文献标识码:A文章编号:1674-3024(2016)13-151-02

前言

经过几十年的发展,我国的房屋建筑结构安全度设计水平得到了大幅度的提升,逐渐接近国外发达国家的水平。但是,跟西方发达国家相比,仍存在很多的不足之处,工程事故的频发,不必要的建筑材料的浪费等问题都是值得注意的地方。而这些都和建筑结构规范标准有着直接的联系。

1.建筑结构设计的内容原则和步骤

1.1设计内容

在建筑施工过程中,建筑的结构设计主要在于结构设计师和建筑师通过组合各种建筑结构元素,用以表达所期望实现的预期目标。在一般情况下建筑工程中的结构元素包含着梁、柱、板、地基基础以及大样等内容,工程师们可以运用这些结构元素来构建建筑工程的结构体系。在建筑结构进行设计时,我们要充分考虑到建筑工程在结构上的总体布局,还要注重建筑结构的关键部位,尤其需要注意的是在关键细节问题上的结构设计。比如在进行建筑结构抗震的结构设计时,要根据地震灾害对于建筑结构总体产生的负面影响,来科学合理的确定解决建筑设计实际情况下的基本问题,其中还重点包含着结构破坏过程及机制分析原理,这样就可以有效提高建筑结构整体的抗震防震能力。

1.2基本原则

通过对建筑工程的整体把握,我们对于建筑结构设计过程中的基本原则在于:(1)建筑结构设计可以应用于正常合理的建设和施工使用,还能经受住正常使用中所面临的各种可能性;(2)建筑结构设计能够具备良好的工作业绩;(3)建筑结构设计可以满足正常维修和建筑养护时的耐久性;(4)如果有意外情况发生,建筑结构设计需要具有发生事故的设计规定,还要保持建筑物必要的整体隐定性。

1.3基本步骤

建筑师在进行建筑结构设计的过程中,一般情况下要按照方案规划阶段一计算和设计阶段一施工建设阶段这三个阶段来工作。其中方案规划阶段包括根据建筑工程的重要性及复杂程度,充分考虑到抗震设防烈度、工程地质勘查报告、建筑物类型和建设和层高来最终明确建筑结构的设计形式。

2.建筑结构安全度概述

2.1建筑结构设计安全度的定义

建筑结构设计的最终目标是实现“三性”:安全性,在正常使用条件下能承受可能出现的各种外荷载作用(如:自重、机械设备、家具、人流以及风雪、气温变化等);在特殊情况下(如:地震、火灾、飓风等)仍能保持建筑物整体稳定、不倒塌:适用性,在正常使用情况下具有良好的工作性能,即能正常发挥建筑物各分部的使用功能:耐久性,在正常使用和维护条件下具有足够长的安全使用寿命(设计使用年限)。

上述安全性、适用性、耐久性是衡量建筑结构是否安全可靠的基本标志,称为建筑结构的安全性。在建筑结构设计中用来度量结构安全性、适用性和耐久性的指标就叫安全度。

2.2安全度的不同表示方法

20世纪50年代以来,我国建筑结构设计方法历经容许应力设计法、破坏阶段设计法、极限状态设计法和概率极限状态设计法四个阶段;在结构设计规范中,则分别以安全系数、分项系数和可靠指标来表示容许应力法、破坏阶段法、概率极限状态法的安全度。其实,建筑结构安全度(又叫可靠度)还与其它一些因素有关,例如:结构的构造规定、荷载标准与材料强度标准值、结构内力分析的精确度和构件承载力计算公式等。建筑结构可靠度(安全度)理论是分析建筑结构安全性的一种有效手段。我国早已颁布、实施了建筑结构设计统一标准,要求结构设计时,按可靠度理论进行设计。可靠度理论用失效概率来度量结构的可靠性,通过将结构自身的抗力和外荷载的作用效应相互独立,将随机过程化成随机变量,并以经验数据作为校准点,成功地将这一理论应用到建筑结构设计规范中。但由于这一理论尚不完善,在具体设计时还应结合工程实际,灵活应用。

3.建筑结构安全度设计中存在的问题

3.1建筑结构设计安全度水平偏低

结构设计安全度水平的高度并不是受单方面作用的,而是一个综合的反映。从大的层面来说,它反映了国家经济、社会财富积累以及资源状况,从小的方面来讲,它反映了材料质量水准和设计施工水平。尽管工程安全度的确定是通过概率和统计实现的,但是最重要的依据却是工程判断和施工经验这些综合因素。在与结构安全度有关的不同环节,我国的混凝土结构规范设定的安全度水平比国际上通用标准要偏低,部分偏低程度更深。例如在混凝土结构设计中采用的荷载值,我国的要求比国外要低,而材料强度值却高。甚至国外估计结构承载力所用计算公式安全度不达标的安全度标准比我国制定规范中达标的还要高,同样的情况体现在很多环节,例如结构的构造规定。

和国际水平相比,现行的安全度标准虽然较低,但是这些安全度的制定是通过数十年实践来证实的。随着我国人民生活水平的提高和对住房要求的不断严格,以往的经验数据和标准已经不能满足现在的需求。另外,不断变化的客观形势,也对现行设计可靠度水平产生了一定的影响,相关的安全度标准必须得到适当的提升,以促进建筑结构设计的长远发展。

3.2安全度和工程事故的关系

不少人认为频发的工程事故是由于现行规范的安全度水平太低导致的,这种说法是错误的,现行规范的安全度标准是足够的。在20世纪50年代,混凝土水平强度较低的情况下,人们用和现在结构设计相似的方法、落后的施工手段,建立了许多至今仍在发挥作用的建筑物,例如王府井百货大楼和北京饭店等,这些建筑物已经有51年的历史,经历了地质灾害却依然屹立。当时使用的混凝土强度比现在强度较低的C1 5还要低,并且混凝土的配合方法使用的是体积比,没有振捣器,搅拌的方式也完全是人工的。但是,安全事故在当时是很少发生的,由此可见,结构设计安全度并不是现在安全事故的原因,而一些诸如施工不规范、偷工减料等才是安全事故的原因。

4.提高建筑结构设计安全度的建议

4.1结构设计风格需简约

在保证安全的前提下,采用较少的材料来满足建筑物不同的功能需求是结构设计工程师的主要职责之一。在安全度设计方面,最主要的一项是关于钢材节约的问题,构件截面的大小对材料用量有着直接影响,因此要设置合适的构件截面。在西方发达国家,结构设计工程师也在追求材料的节约,这种节约是以安全性的保证为前提的。节约钢材,结构方案合理布置,采用规则的图形设计方案和常规材料,搭配出合理的设计风格,不仅能节省建造费用,还减轻了建筑物自身的载荷,保证了结构安全度。

4.2灵活运用国家规范设计标准

国家规范中最低用钢量是根据综合因素考虑制定的,这种最低标准不能作为设计者参考的依据,不同的建筑物对建筑结构的要求不同,因此应根据建筑物的不同,相应的提高用钢量。在我国,相关规定中柱子的含钢量不能少于0.4%,这个标准是将地震等地质灾害因素排除在外的,但是我国大多数地区属于地震频发带,这些是必须要考虑的,因此必须适当提高含钢量,尤其是在高层建筑中,含钢量必须达到0.5%~1.0%,甚至更多。我国现行的构造规定,部分要求已经和国外相近,例如剪力墙,和美国最小配筋率0.25的标准是相同的。并且在部分方面,我国构造规定要比国外更加严格,如墙的暗柱配筋量等。很多设计者在进行设计时,往往以国外标准为参考标准来进行设计,不同地区有不同的情况,因此不能一概而论,比如配筋方面,美国的标准比我们还要少,但是,如果以国外的标准来指导我国的施工,显然是行不通的。因此,设计师要根据施工条件的不同,来合理利用相关构造标准,不能生搬硬套,一定要保证建筑结构安全度。

4.3根据政策制定规范。

结构规范的制定是国家经济条件的直接反映,因此和国家政策息息相关。和发达国家相比,我国规范的材料用量,总体来说,显然是低的,也就是安全度要低。但是,过往的这些年的实践情况足以证明,我们的规范标准是安全的。随着经济的发展和相关要求的增加,安全标准需要适当的提高,但是,不能盲目的增加构件截面,增加用钢量,造成不必要的浪费。

5.结语

建筑结构设计要保证安全性、适用性和耐久性,这对安全度设计提出了严峻的挑战,针对目前的材料使用不规范,安全度不达标的问题,必须制定相应的措施来避免。国家制定的规范是符合现阶段我国国情的,对安全度设计有着极其重要的指导作用,但是,仍有很多不足之处。需要结构设计人员,根据工程情况合理设计,在保证安全度的前提下,规范设计风格和材料用量。

猜你喜欢
建筑物结构设计规范
规范汉字书写优秀作品
规范汉字书写
基于可靠度的沥青罩面结构设计研究
从创新探索到立法规范
规范汉字书写
My Hometown
一种水陆两栖飞机普通框结构设计
爆炸过后
一种轻量化自卸半挂车结构设计
一种轻量化自卸半挂车结构设计