建筑结构设计中安全问题的控制与应用

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【摘要】：本文以下围绕钢筋混凝土、预应力混凝土以及素混凝土建筑结构设计中的主要问题进行分析，结合工程实践经验提出具体设计中安全问题的控制措施以及应用情况的分析，以期努力实现技术创新与进步。

【关键词】：建筑结构设计安全问题控制 应用

中图分类号： TU318 文献标识码： A 文章编号：

“以人为本，安全第一”是建筑结构的设计原则，本文通过通过提高结构的安全水平与抗御灾害的能力；强调了结构设计要考虑的耐久性和安全性的原则下，通过实践经验分析当前建筑结构设计中的安全问题的控制以及应用情况。

一、建筑结构的设计原则概述

以混凝土为主要材料制成的结构，包括素混凝土结构、钢筋混凝土结构和预应力混凝土结构等。混凝土结构的结构型式如排架结构、框架结构、剪力墙结构、框架-剪力墙结构、简体结构、板柱结构等。为满足建筑方案并从根本上保证结构安全，结构设计内容从以构件（或截面）设计为主扩展到整个结构体系，为此，强调结构设计应考虑的内力分析、截面设计、连接构造要求、特殊工程的施工可行性及性能设计等。才能满足建筑结构安全性、耐久性的设计要求。以混凝土结构为例，通常基于安全性与耐久性原则，均采用概率极限状态设计方法进行具体计算各分项系数的形式。其中包括：结构重要性系数、荷载分项系数、材料性能分项系数、构件分析系数等。混凝土结构的极限状态设计应包括：承载能力极限状态：结构或结构构件达到最大承载力、出现疲劳破坏或不适于继续承载的变形，或结构的连续倒塌；正常使用极限状态：结构或结构构件达到正常使用或耐久性能的某项规定限值。

二、建筑结构设计过程中的安全问题

混凝土结构安全设计，在承载能力极限状态中应增加结构防连续倒塌设计的内容；为提高使用质量。非荷载间接作用包括温度变化、混凝土收缩、徐变、强迫位移、环境引起材料性能退化等造成的影响。设计时应根据有关标准、工程特点及具体情况分析作用的效应，通常采用经验性的构造措施进行定性设计。混凝土结构的安全等级和设计使用年限应符合现行国家标准的规定。混凝土结构中各类结构构件的安全等级，宜与整个结构的安全等级相同。对其中部分结构构件的安全等级，可根据其重要程度适当调整。对于结构中重要构件和关键传力部位，宜适当提高其安全等级。

1、建筑结构方案设计对结构安全性的影响

结构方案对安全有着决定性的影响。在与建筑方案协调的条件下，结构体型（高度比、长度比）应适当，传力途径和构件布置应保证结构的整体稳固性。因此应从各个角度提出在方案阶段应考虑的结构选型与构件布置的基本原则。

2、结构缝的设计对混凝土结构的不利影响

应根据结构受力特点及建筑尺度、形状、使用功能，合理确定结构缝的位置和构造形式； 宜控制结构缝的数量，并应采取有效措施减少设缝的不利影响；可根据需要设置施工阶段的临时性结构缝。为改善混凝土结构受力，设计中往往要设缝将结构分割为若干相对独立的单元。结构缝往往会对建筑功能，如：止水防渗、保温隔声等、结构布置、构件传力、构造做法和施工可行性等造成影响。应遵循“一缝多能”的设计原则，并采取有效措施，合并并减少结构缝的数量。

3、结构构件连接对结构设计产生的影响

连接部位的承载力不应小于被连接构件的承载力，并应保证被连接构件之间的传力性能；当混凝土构件与其他材料构件连接时，应采取可靠的连接措施；应考虑构件变形对连接节点及相邻结构或构件造成的影响。构件间连接构造设计的原则是保证连接节点的性能不低于被连接构件；与其他材料（钢、砌体等）构件的连接应选择合理的连接方式以保证可靠传力；连接节点尚应考虑被连接构件的变形相容条件。

三、建筑结构设计过程中安全问题的控制

1、结构设计过程中的结构方案控制和布置

结构方案阶段尚应综合考虑的其它问题：抗震、防灾、耐久、节材、降耗、环保等各方面的要求。对关键传力部位和重要的构件适当提高安全等级，以提高构件重要性系数等方法确保结构的安全；对可更换构件以及重要结构中的次要构件，可以降低其重要性系数。混凝土结构设计应考虑施工技术水平以及实际工程条件的可行性。有特殊要求的混凝土结构，应提出相应的施工技术要求。

建筑结构强调设计与施工的关系。结构设计不能脱离实际，而应考虑现有的技术条件（材料、机具、工艺等）的可行性。对特殊结构，设计应提出关键技术控制及质量验收的要求，以达到设计要求的目标。未经技术鉴定或设计许可，不得改变结构的用途和使用环境。

2、预应力混凝土构件的裂缝控制

考虑到建筑的耐久性影响，预应力混凝土构件的裂缝控制更为重要。三级裂缝控制等级的预应力构件按荷载效应的标准组合计算裂缝宽度，不利环境时按荷载效应的准永久组合计算，控制拉应力不大于混凝土的抗拉强度标准值。允许对厚保护层构件适当放宽裂缝宽度限值，以适应耐久性要求增大保护层厚度带来的变化。因为构件表面的裂缝宽度与钢筋表面的裂缝宽度相差很大，厚保护层时较大的表面裂缝宽度尚不至于明显影响构件的耐久性。

任何对结构的改变（无论是在建结构或既有结构）都必须经过设计许可或技术鉴定。房屋交付使用时，除质量保证文件外，还应提出合理使用、维护的要求。结构改变用途和使用环境（如加层改造、超载使用、凿墙打洞、功能改变、环境腐蚀等）都会影响其安全及使用年限。

3、混凝土结构设计实现耐久性设计的措施

耐久性设计按正常使用极限状态控制，表现为：钢筋混凝土构件表面出现锈渍或锈胀裂缝；预应力筋开始锈蚀；结构表面混凝土出现可见的耐久性损伤（酥裂、粉化等）。耐久性引起的材料劣化进一步发展，还可能引起构件承载力破坏，甚至结构倒塌。由于影响混凝土结构材料性能劣化的因素复杂，规律不确定性很大，目前一般建筑结构的耐久性只能采用经验性的方法解决。影响混凝土结构耐久性的主要内因是混凝土材料抵抗性能退化的能力，因此，从建筑材料的角度控制混凝土的质量，控制混凝土水胶比、强度等级、氯离子含量和含碱量的要求。以保证结构的耐久性。

4、不同构件在各种恶劣环境下的针对性保护性措施

预应力筋有应力腐蚀及氢脆等不利于耐久性的弱点，且直径一般较细对腐蚀更为敏感，破坏后果更严重。故除应满足一般要求外，尚应考虑采取有效地构造措施以保护预应力筋、锚头等容易遭腐蚀的部位。提高混凝土抗渗、抗冻性能，有利于结构在恶劣环境下的耐久性。混凝土结构在设计使用年限内尚应遵守下列规定：结构应按设计规定的环境类别使用，并定期进行检查维护；设计中的可更换混凝土构件应按规定定期更换；构件表面的防护层，应按规定维护或更换；结构出现可见的耐久性缺陷时，应及时进行检测处理。

【参考文献】：

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