康颖豪
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摘要：结构是整个建筑主体的重要基础,对建筑物的使用安全性和使用期限至关重要。在结构设计中应始终坚持安全优先原则,结合建筑功能性质和要求,设计出完善合理的结构方案,满足基本的安全要求。基于此,文章就建筑结构设计中提高建筑安全性的方法进行了探讨。
关键词：建筑工程 结构设计 安全性 优化措施
1.建筑工程结构设计现状
1.1设计人员资质低
计算机技术当前在各个行业普及应用，也为建筑工程结构设计提供了极大的便利，但是应用过程当中也存在一定的不足。一些设计人员他们知识水平较低，经验不丰富，却认为依靠计算机技术就能够完成建筑工程结构设计，但往往在结构设计当中存在很多的漏洞。计算机技术虽然先进，但当前仍需要人来控制，若是设计人员自身的知识体系缺乏，建筑工程结构设计也难以满足具体的要求。此外，结构设计软件有很多，参差不齐，若是设计人员没有一定的知识经验也难以发挥出计算机软件的作用。
1.2建筑结构设计不合规定
在建筑工程结构设计当中还存在一些不合规定的现象，主要体现在建筑材料方面。近些年来我国经济快速发展，建筑行业也取得了明显的进步，但是行业间的竞争也更加的激烈，而一些建筑企业被利益冲昏了头脑，以投机取巧的方式达到自身建筑成本降低的目的，表现最为突出的一方面就是在建筑结构设计当中选择不合规定的材料，不仅影响到建筑工程的整体质量，给工程带来了极大的质量隐患以及安全隐患，威胁人们的生命财产安全，还影响了企业的社会形象信誉，给企业带来无形的利益损失。
1.3设计人员专业素养不足，安全意识淡薄
设计人员素质的高低直接关系到设计水平的高低，也关系到建筑结构的安全性。当前在建筑结构设计当中，设计人员的专业素质水平参差不齐，直接影响到结构设计的质量，也就无法保证建筑结构设计的安全性，设计方案在应用中也会出现有很多问题，对工程的建设进度以及质量都会带来不良影响，也会埋下很多的安全隐患。此外，在设计人员中有一些是刚才大学毕业的学生，经验缺乏，安全意识也较差，不能从整体看待问题，因此在设计中容易出现不足，也不能全面的掌握建筑物的防水性、渗透、不均匀沉降等问题，最后会对建筑的安全带来影响。
1.4建筑结构设计图纸流于形式
在建筑工程施工当中，建筑结构设计图纸有着重要的指导作用，因此必须要保证结构设计图纸的合理性，在图纸上一定要将每个细节都详细标注，同时还需要标注建筑工程的抗震级别、施工材料规格类型、梁柱部件等。但是在实际工作当中，很多工作人员都不重视设计图纸，设计图纸标注不明确，其作用也就不能充分发挥，甚至还会对施工人员带来误导，影响到施工的质量与安全。
2.建筑结构设计方法
2.1合理设计地基，保证基础工程质量安全
地基是建筑工程的基础，合理的设计能够提高提高地基的稳定性，所以，在建筑地基设计中应当加强考察建设场地地质水文等情况。设计人员在设计之初对建筑的外形、楼层等先关数据进行综合性分析，确定基础的选型，切忌贸然使用文档图片数据。地基作为整个建筑重量的承载部分，其质量和稳定性直接影响整个建筑产品的安全，设计人员要具体情况具体分析，加强和考察人员、施工队伍等各个部门的沟通，及时查找设计方案中的问题，不断改进设计方案，最终确定可行的地基。
2.2合理设计配筋和楼板
在设计配筋和板过程中应昂全面分析板的长边、短边的距离，对于2mm以内的差距应当采用双向板设计；如果双向板长度差距超过2mm，在3mm之内，设计中应当选择单向板，并且设计中提高对钢筋构造、长边位置的重视。设计过程中避免恪守成规，应当灵活运用设计方法，充分尊重工程实际需要。在分析和计算连续双向跨版最大弯矩时应当分解满布荷载，合理布置板和钢筋的距离。通常需要重点稳定支撑中间柱位置的隔板，同时对隔板的弯矩、实际支撑进行仔细地计算，然后叠加所有的弯矩，将最大弯矩计算出来。
2.3建筑结构水平和垂直布局的设计
建筑水平、垂直方向布局是否合理对建筑结构稳定性有着重要影响。承重墙的水平面和垂直面位移决定了建筑的抗震性能，为了能够有效提高建筑的抗震性，设计师在设计建筑结构中应当加强对建筑结构布局的设计。应当尽量保证墙体水平、垂直构建的平整性，根据建筑设计标准要求，合理设计墙体的刚度和质量，保证构建中心在垂直面偏下，避免“头重脚轻”，造成建筑结构不稳，同时，要确保墙体的刚度满足标准要求。
2.4建筑结构的规则性设计
建筑规则性设计直接影响着建筑产品的抗震性。在建筑结构设计中，应当充分应用规则设计理念，提高建筑产品抗震性能。当前有些建筑过分重视外观，缺乏对地形、结构抗震性的设计，应当转变这种思想，在重视建筑外观的同时，加强对建筑抗震性的设计，合理布置抗震缝，规范建筑结构设计，保证建筑具有良好的抗震性。
2.5加强建筑结构的刚度设计，适应建筑的实际需求
在建筑工程结构设计中，一些企业为了追求利益而选择低含钢量，不仅影响工程的安全施工，还对建筑工程的牢固程度带来不利影响。为此建筑企业一定要严格按照规定进行结构设计，建筑结构的刚度设计一定要给予高度的重视，为整个建筑工程的质量提供保障。在实际设计过程当中，建筑结构的刚度要求也会因工程所处地质面貌不同而有所差异，例如在地质较为稳定的平原地区，可能有着较低的建筑结构刚度要求，因此可以适当降低建筑工程的含钢量。而在地质不稳定的山区丘陵地区，会有着严格的建筑工程结构刚度要求，因此在建筑工程结构设计当中，建筑企业要结合实际情况，不仅要满足建筑工程结构的刚度要求，还要保证企业的经济效益。
3.建筑结构设计优化方法
3.1拓扑优化方法
拓扑优化法在建筑工程结构设计中应用能够将建筑结构形式精准地、全面地进行分析，能够合理确定建筑结构强度，可以有效降低建筑结构的自身重量，能够有效提高建筑产品的整体稳定性。在建筑结构优化设计中利用此方法能够全面分析建筑结构的合理性，可以提高建筑结构设计的概念性，从而加大结构设计的逻辑性。
3.2截面优化方法
在优化建筑结构设计中，安全性及可靠性是需要重点考虑的两个问题，设计人员在处理建筑物截面的过程中应当充分考虑建筑截面结构的可靠性能和安全性能，科学合理地进行方案设计。保证整体建筑结构的安全稳定，为使用者创造良好的居住使用环境。此外，相关设计人员在优化截面设计过程中还要充分分析和考虑建筑产品在使用中可能会出现的结构位移、设计变量等情况，通过有限元分析精确验算相关数据和信息，可以积极利用计算机等设备，通过计算结果调整并处理设计方案，达到优化设计的目的。
3.3外形优化方法
在优化建筑产品外形设计的过程中，首先应当全面了解并掌握建筑物的具体情况、当地的人文、社会等情况，以国家相关设计标准规范为基础优化建筑外形。在区分建筑结构外形上可以采用优化外形的方法，设计中做好杆系结构和连续性结构的设计。其次，在优化建筑结构外形设计的过程中重点在于建筑结构相关节点的合理选择。建筑重难的节点坐标可以作为设计方案中的一般变量，以此为基础优化建筑外形设计，从而达到外形优化设计的目的。此外，外形优化设计前要和城市规划部门做好沟通，保证建筑外形设计符合未来城市规划，避免出现两者相背离的情况。
3.4概念设计与细部结构设计
建筑结构设计优化需要确定相关准确、细致的数据，可以采用概念谁的方法。比如在设计结构抗震性的时候可以根据建筑所在地地震强度及发生频率确定建筑抗震强度，通过概念设计能够有效确定计算方式，保证抗震强度计算的准确性，还可以利用规范数值等确定建筑抗震等级。建筑结构设计优化中应当重点对细部结构的数据进行确定，充分应用概念设计理念，提升结构设计的科学性，提升建筑产品的整体质量。
4.建筑结构设计实践应用
某酒店的1#客房楼，地下1层地上7层，采用框架结构，建筑高度为30m，上部结构长约116m，宽约21m，长度超《混凝土结构设计规范》(以下简称《混规》)的有关规定，属于超长结构。建筑造型剖面图和平面图如图1～图2所示。
图1客房楼剖面图
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图2客房楼一层平面图
从方案设计、结构计算和施工图设计3个阶段对该工程的结构设计进行分析与优化。
(1)该工程桩基需要穿越4层中砂层，施工有可能有难度，现场应根据试桩可采用“水冲法”，优质泥浆护壁等附加措施穿越土层。使用水冲法时应注意带来的水是否会破坏原有基础产生不良影响，并引发环境问题。
(2)为了尽可能避免裂缝的产生，应在施工过程中做好超长结构的施工方案。该工程设计从设置温度后浇带和温度引导缝，混凝土的配合比方案、混凝土浇筑温控方案、养护方案等方面出发避免设置伸缩缝。
(3)该工程标准层普通楼板厚设置过大，应根据楼板的跨度、实际所受荷载、配筋值合理等采用楼板跨度。同时也能相应减小结构自重，对应的地震作用效应亦相应减少，使得整个结构受力减轻，带来含钢量的相应降低。
(4)模型中部分梁间荷载的布置方式与实际情况梁间荷载的分布不符，且模型中计算取值偏大。例如1#客房楼的边梁上荷载取10kN/m，而根据07G120《工程做法(自重计算)》和外墙饰面的做法，计算得梁间线荷载为7.38kN/m。
(5)该工程中部分板的最小配筋率设置为2%，偏大。根据《混规》8.5.1，楼板采用三级钢筋，最小配筋为0.15%和0.45×ft/fy中的较大值，混凝土等级为C30的楼板最小配筋率可设为0.179%，混凝土等级为C25的最小配筋率可设为0.159%。
(6)板上砌墙时(100mm墙厚)，板底加强筋建议由2d14@50改为2d12@50，或者取消。只要楼板计算时满足要求，板上隔墙荷载应考虑如下处理办法:①计算楼板配筋时时，按《荷规》附录C处理;②总体计算时，按砖墙实际荷载输入即可，不必按折算荷载输入，可有效降低结构自重，进而降低地震力，连锁减少梁、柱、墙等计算内力和配筋。
(7)对梁进行配筋分析，梁纵筋应尽量减少钢筋排数，从而增大截面有效高度，受力更合理，同时可以优化纵筋配筋量。钢筋配置应根据模型的计算结果来配置(在荷载输入准确的前提下)，不应放大配筋值。
(8)根据《混规》9.2.13，梁的构造腰筋按三级钢设置即可，无需按四级钢设置。该工程大部分梁截面有效高度大于450mm，按规范要求均应设置构造钢筋，从目前钢筋市场来看，三级钢的价格和四级钢价格相差约10%，故建议构造钢筋均按三级钢设置即可满足要求。
该工程结构设计中对结构设计的各项指标进行优化，重新计算结构，将优化后的设计结果与之前的设计结果进行对比。借助Excel工具，采用抽筋算量的方法，估算出板、梁、柱的钢筋优化量，共节省钢筋139.6t。同时对于施工工期的缩短，劳动力使用的减少以及使用功能的改善等也为建筑产品带来了一定的经济性和投资效益。
结论：
我国建筑工程仍然在持续发展中，为了不断提升建筑产品质量，应当重点加强结构设计，保证建筑产品的安全性和质量。为此，可以采用概念设计、截面优化设计等方法优化设计方案，提高对基础、结构抗震性等方面的设计，不断提高建筑方案的可行性。建筑结构设计的合理性直接关系着建筑产品的安全性，本文以工程案例为基础分析了结构优化设计方法的应用，希望本文的提出能够对相关建筑结构设计工程师能够具有一定的价值，希望我国的建筑工程能够取得更加良好的发展。
参考文献：
[1]梁骕.浅论如何提高建筑结构的安全性[J].绿色环保建材,2017.
[2]陈亚宁.在建筑结构设计中提高建筑的安全性[J].住宅与房地产.2020.