建筑结构安全性问题分析

1、建筑结构设计中的安全性问题分析摘要：本文通过建筑结构的安全性与结构承载力的极限状态两者的关系，阐述了建筑结构设 计在建筑安全性中存在的问题，并分析了建筑结构设计中提高安全性的方法，同时也分析了 地震对建筑结构设计安全性的影响。关键词：建筑 结构设计 抗震设计 安全性建筑结构是支撑建筑物的空间骨架，是用来抵御自身和外部作用的主体， 包括结构自重、使用荷载、地震及风荷载等。由于建筑结构在建筑物的安全保障 中具有举足轻重的作用，因此，在建筑结构的设计上必须选择结构合理的材料和 受力体系。要做到精心设计、精心施工确保结构的安全性。结构安全性是结构工 程中最重要的质量指标。建筑结构的安全性主要由结构的设

2、计与施工水准决定， 同时也与结构的正确使用有关，本文着重点对建筑结构设计中安全性问题进行分 析。一、承载能力的极限状态与结构安全性“整个建筑结构或结构的一部份，超过某一特定状态就不能满足设计规定的 某一功能（安全性、耐久性、适用性）要求，该特定状态称为该功能的极限状态”。 承载能力的极限状态是对应于结构或结构构件，不适于继续承载或达到最大承载 能力时的变形，主要考虑结构安全性的功能1。当结构或结构构件出现下列状态 中的一种时，就认为超过了承载能力极限值:整个结构或结构的一部分失去平衡； 结构构件或连接由于材料的强度不够而遭到破坏；结构或结构构件丧失稳定；结 构转变为机动体系。承载能力极限状态直

3、接关系到结构全部或部分的倒塌或破 坏，后果会造成严重的经济损失或人员的伤亡，所以，结构和构件的设计都必须 按承载力极限状态进行计算，施工过程要严格保证施工的质量，保证结构的安全 性。为了确保结构的设计既经济又安全可靠，必须做两个方面的研究：一是各种 “作用”在结构中产生各种效应的研究；二是结构或构件在抵抗各种效应时内在 能力的研究2。这里的“作用”是指各种荷载，如构件自重、风压、积雪重和人 群重量等；除此之外还有约束变形或外加变形，如支座沉降、温度变化和地震作 用等。二、建筑结构设计的安全性分析1 .构造问题在设计中容易被忽略或难以精确计算的“作用”是结构的收缩、地基沉降、 徐变等，只能通过设

4、计时的具体措施来降低这些因素对结构安全性带来的不利影 响。结构设计工作是一项复杂的工作，要在掌握基本结构原理的基础上，针对不 同的问题去具体分析。以地下结构为例，侧墙是大偏压构件，顶板为受弯构件， 如果加大荷载的安全系数，能够提高顶板的安全系数，但对侧墙来说，由于计算 轴力的增加，却对抗力的提高起到相反的作用。混凝土保护层的厚度问题从耐久性上来看：保护层越大，耐久性越好。从承载力上来看：保护层越小， 抗弯承载力越高。在裂缝宽度限制方面：保护层越小，裂缝宽度越小。因此，在 裂缝宽度允许范围内，对那些没有美观需要的场合，对保护层的厚度就应该提出 不同的要求，防止出现因保护层增厚对裂缝宽度产生不利的

5、影响。与荷载单独作 用下结构的安全性相比，建筑结构耐久性的不确定因素更加难以量化也更加复 杂，环境变化与施工养护等与耐久性有密切关系的影响因素更是无法用概率统计 的方法设计，加上材料劣化等机理不清的因素，所以更加需要增加保护层的厚度。最小配筋率问题受弯构件的最小配筋率和混凝土抗拉强度对钢筋屈服强度的比值ft/fy成正 比。构建的力学试验表明，钢筋的屈服弯矩能够超出开裂弯矩的数值是有限的， 超出比值构件的延性就会变差，主要原因是低配筋情况下只能出现极少的既深又 宽的大裂缝。在极限状态方法中，二者的强度都是以标准强度做为依据，以这种 标准强度作为确定最小配筋率的依据是错误的。因为需要保证的是开裂弯

6、矩不能 小于钢筋屈服弯矩，所以计算与开裂有关的混凝土抗拉强度要采用比平均值大的 某一分位值强度计算才是正确的算法。对于混凝土柱的设计也应该考虑最小配筋 的问题，大量试验证明，配筋率过低的高强度混凝土柱，延性非常差。结构整体牢固性的设计我国现有建筑规范的缺点是注重单个构件承载能力的设计计算。没有考虑结 构整体牢固性的要求。随着我国工程建筑的不断发展，对建筑结构安全性的要求 也越来越高，建筑结构整体牢固性已经成为一个重要指标。整体结构的冗余度和 良好延性作为结构设计的一个基本指标，它和结构的安全程度有着非常重要的联 系。三、建筑结构的抗震安全设计分析由于地震具有突发性的特点，在一定时间和一定地域范

7、围内，出现最大地震 的可能性是一个随机变量，人类无法预知。与其它荷载相比，地震对建筑结构的 影响次数少，作用时间短，多次地震之间的强度差异较大。如果要求在各种强度 地震状态动下，建筑结构仍然保持原有的弹性状态是不可能的也是不经济的。所 以，结构的抗御其他荷载作用的设计和结构抗震的设计是有区别的，结构设计工 程师要准确把握和理解结构抗震设计的基本原理。由于建筑结构的抗震设计是保 障建筑物安全的根本，其抗震设计要遵循建筑设计的主要原则。工程在选址时,必须进行详细认真的勘察，尽量避开不利于建筑物抗震的地 段。建筑布局要简单合理，结构要求要满足抗震要求，从根本上保证建筑物具有良 好的抗震性能。通过专家

8、多年的经验总结发现，规则、简单、对称的建筑抗震能 力较强，在地震中不易遭到破坏。抗震结构体系要具有合理的地震作用传递途径 和明确的计算简图；具备必要的抗震承载力和多道抗震防线，以及良好的耗能能 力、变形能力、合理的承载力分布和刚度3。抗震设计中的建筑立面、平面要尽 量规则、简洁，结构的质量中心和刚度中心要一致。坚决不能采用严重不规则的 设计方案，假如必须采用，必须在适当的部位设置防震缝，将建筑物的体型设计 的复杂一些。对于建筑平面特别不规则的建筑布局，要将其分割成几个较规则的 独立小单元。对于体型不规则的房屋，要对偏离结构刚心远端的墙段进行抗震验 算。建筑结构的延性好能够减小地震的作用，耗散与

9、吸收地震的能量，防止建筑 结构的倒塌。所以，建筑结构的设计应尽量避免对构件的剪切破坏，尽可能做到 让更多的构件出现弯曲性破坏。构建的延性在抗震方面来说是非常重要的一个指 标，梁柱等形式的构件，影响延性的因素可归纳为两个主要方面：破坏时的受压 区高度和混凝土极限压应变，影响延性的其他因素归根结底都是这两个因素的延 伸性。建筑结构是通过每一个构件的相互协调工作来有效地减小地震的作用。如 果结构在地震中破坏了整体性，建筑结构的各构件就不能发挥好抗震能力,容易使 结构变成机动体而出现倒塌。所以，保证结构各个部分的整体性，才能保证结构 在地震中协调工作，这是建筑结构提高抗震性能的重要条件。目前，随着我国

10、基础建设投资的力度加大，我国已经进入基础设施建设的高 峰期，因建筑结构遭到破坏而带来的建筑风险损失也越来越高，要想减小结构风 险就要在设计中提高对建筑结构的安全标准。所以，我国的结构设计安全规范的 设置标准就要大幅度提高，做到与国际通用标准接轨。综上所述，提高结构的安全性需要从构件的承载力，结构的整体牢固性和耐 久性等多方面去提高。我国在建筑结构上的安全性问题大部分是由于在设计和施 工过程中的人为错误造成的。只要我们通过质量控制措施减少人为因素造成的错 误，就能减少结构上的安全性问题，提高建筑物的安全性。因此，为了保证建筑 结构的安全性，设计人员就要以科学合理的规范做指导，以高度的责任心和安全 意识去设计安全性高的建筑工程，确保人民群众的生命和财产不受损失。参考文献：1李磊.土木建筑结构安全问题的探讨分析J.城市建设理论研究(电子版)，