建筑结构设计过程中安全控制与管理
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【摘要】随着我国建筑行业不断发展壮大，质量和安全问题成为建筑设计重点关注的首要问题，它直接影响到后续的建筑施工，甚至安全使用。因此，有必要加强建筑结构设计过程中的安全控制和管理。本文通过从墙体结构设计，屋面梁配筋，高层建筑整体设计三个方面对当前建筑设计过程中存在的安全问题进行了总结和分析，对提高建筑安全质量，保证安全使用具有重要意义，也为建筑设计者的设计提供借鉴参考。
【关键词】建筑结构设计；安全；控制；管理
1 引言
建筑结构设计就是用结构语言来表达设计人员要表达的思想内容。结构包括基础、梁、柱、板、墙、楼梯等等，这些元素组成建筑物或构筑物的结构体系，有竖向和水平的承重抗力体系。荷载通过结构合理的传递给基础。因此建筑结构设计是一项繁重复杂的工作，其内容可分为基础设计、上部结构设计和细部设计。
2 建筑结构设计过程
建筑结构设计过程分为：结构方案设计、结构计算和施工图设计阶段。结构的选型阶段要考虑建筑图说明和各方要求，根据建筑的重要性，场地的抗震设防烈度，岩土工程地质勘察报告，建筑高度和层数等等确定建筑的结构形式，考虑因素要全面，抓住主要的因素，最终确定结构形式，如砖混结构、框架结构、剪力墙结构等。然后根据结构形式的特点和要求来布置结构的承重体系和受力构件，再根据层高、单元空间大小确定合理的楼盖形式。以上是方案设计阶段的主要内容，它的确定关系到后续计算、施工图绘制。因此，加强此方面的安全控制和管理是十分必要的。
3 提高建筑结构设计安全控制与管理
3.1 墙体结构设计
3.1.1 某些建筑物的局部尺寸没有满足抗震要求，按照标准规范，该部位应该设置构造筋。《建筑抗震设计规范》中规定：抗震设防烈度为6度、7度时，承重窗间墙最小宽度、承重外墙尽端至门窗洞边的最小距离、非承重外墙尽端至门窗洞边的最小距离、内墙阳角至门窗洞边的最小距离不宜小于lm。结构遭受震害最为敏感的局部部位在不满足尺寸要求时，应采取相应的加构造筋、增加横向配筋等措施来进行补救，提高敏感部位的安全度。
3.1.2 房屋各个角落的配筋没有按规范要求进行设计。设计人员在设计过程中采用与其他部位同样的配筋来方便设计，明显违反了《建筑抗震设计规范》的规定，而规定中说：房屋四角构造柱可适当加大截面及配筋。这种设计虽然简化了工程，但是各种主体的作用却得不到充分发挥。房屋内各个拐角是最容易出现应急集中现象的敏感角落，各种受力都会集中体现在此，因此构造柱的设计要加强。其他部位也不能与墙角设置同样的配筋，否则会造成严重的浪费。
3.1.3 构造柱的截面设计考虑相连的小墙垛。小墙垛是在拉接筋与构造柱之间，但实际上这部分小墙体很难发挥有效作用，而且施工也不方便。设计时最好把两者合二为一。
3.2 屋面梁配筋
3.2.1 屋面梁配筋不足。在对结构进行建模时，设计人员简化屋面梁尺寸，设置与下层梁的尺寸大小一样。由于屋面梁荷载的大小问题，计算结果得出的配筋数量有大的偏差，导致梁在温度变化、混凝土收缩和受力等作用下因配筋率不符而产生大的裂缝。
3.2.2 受扭屋面梁缺少必要的腰筋。梁腹板高度在大于450mm 时加设腰筋，同时间距不大于200mm，拉筋勾接。其目的是确保钢筋骨架的刚度，承受温度和收缩应力及防止梁腹出现过大的裂缝，《混凝土结构设计规范》规定，受扭构件的纵向受力钢筋的间距不应大于200mm 和梁截面短边长度。对于设置悬挑檐口的屋面梁，在结构设计中容易被误等同于一般的梁，从而没有按照受扭构件来设计配筋，造成规范概念上的失误。
3.2.3 采用楼板变形的计算程序出现违背原则的现象，这些设计往往要么缺乏基本的结构观念，要么结构布置缺乏必要措施。计算程序虽然在数学力学模型上是正确的，但在确定楼板变形程度上却很难做到准确。这就出现了理论和实际的偏差，往往实际要考虑的因素很多，理论上大都简化了计算，因此进行的结构设计肯定存在着结构不安全系数大小不同，某些部位安全系数大小存在明显的差异等现象
3.3 高层建筑整体设计
3.3.1 高层建筑结构平面及立面形式的选择不合理。建筑物平面布置复杂，致使几何形心、刚度中心、结构重心不重合，会出现扭转效应，在地震荷载作用下产生扭转，水平荷载载会对结构产生危害，从而加剧了地震对建筑物的破坏，现在多数高层建筑距离非常近，很容易对邻近建筑物造成危害。相关资料和一些力学分析表明，结构在凹凸拐角处容易造成应力集中，尤其体现在非对称结构中。在对称结构中也因注意凸出部位的尺寸，采取有效的补救措施。另外，结构在竖向方面的刚度的不均匀不连续，容易出现刚度突变和软弱层。
3.3.2 高层建筑结构设计中的侧移和振动周期问题没有考虑周全。首先要合理控制结构的自振周期高层建筑的自振周期（T1）宜在下列范围内：框架结构：T1=（0.1～0.15）N；框-剪、框-筒结构：T1＝（0.08～0.12）N；剪力墙、筒中筒结构：T1=（0.04～0.10）N；N 为结构层数。结构的第二周期和第三周期宜在下列范围内：第二周期：T2=（1/3～1/5）T1；第三周期：T2=（1/5～1/7）T1。其次，控制自身的自振周期，错开周围场地的特征周期，从而解决两者之间的共振问题。当地震发生时，建筑场地的特征周期如果与建筑物的自振周期接近，两者就会发生共振。在建筑方案设计时，就应该预先估计建筑场地的特征周期，然后通过调整结构的层数和高度，选择适当的结构体系和类别，改变建筑物的自振周期，增大与建筑场地特征周期的差别，避免共振的发生。
3.2.3 水平位移特征的偏差问题。如果水平位移满足高层规程的要求，这并不能说明该结构设计是合理的。设计者容易忽略其他周期、地震力的大小等综合因素的影响。在进行结构抗震设计时，地震力的大小与结构刚度直接相关。当结构整体刚度小时，结构设计并不合理，但是由于地震力度较小，造成的结构水平位移也小，同时位移在规范允许范围之内，这时就认为该结构合理是不对的。建筑结构的周期长、地震力小并不安全，而且位移曲线的变化应是连续的，除了在沿竖向发生刚度突变外，不应有明显的拐点或折点。一般情况下各种结构形式的位移曲线应是下列形状：剪力墙结构为弯曲型；框架结构为剪切型；框-剪结构和框-筒结构为弯剪型。
4 结束语
建筑结构设计是一项系统的、多维、全面的复杂工作，各个阶段环环相扣，在最初的设计阶段开好头，把握好思路和方向，后续计算、施工图绘制阶段才不会出现原则上的错误，同时设计人员要在工作中保持积极进取，严肃认真的态度，并在所掌握知识经验的基础上，不违背各规范标准的条件下开拓创新，定能达到良好的设计成果。
参考文献
[1]赵琳，杨林.对现代建筑结构设计安全问题的反思[J].中国科技财富，2010
[2]谭慧光. 现代建筑结构设计安全问题探讨[J]. 民营科技，2010
[3]国家标准《建筑抗震设计规范》GB50011-2010
[4]国家标准《混凝土结构设计规范》GB50010-2010
作者简介：
赵庆玉（1975-），男，南京人，职称：工程师．