有關建筑結構性能設計的分析與研究

（廣東中山建筑設計院股份有限公司，廣東中山，528403）

有關建筑結構性能設計的分析與研究

何 飛

（廣東中山建筑設計院股份有限公司，廣東中山，528403）

隨著時代的不斷發展和人們生活需求的日益提高，人們對建筑的結構性能也提出了更高要求。現代建筑不僅應具備良好的外觀造型和環境協調性，還應具有良好的安全性能。因此建筑設計師應做好建筑結構性能設計，以期從設計層面提高建筑結構的性能。本文以建筑結構性能設計的必要性為出發點，從抗震性能和防火性能兩方面，對建筑結構性能設計展開分析研究，并針對如何進行建筑結構性能設計，提出建設性意見。

建筑結構；性能；設計理念；對策

建筑設計是建筑施工建設的基礎，是確保建筑結構合乎住戶要求及有關標準的根本保障。進行建筑設計的主要目的是為了防止建筑在使用過程中由于自身結構原因而導致人員傷亡或其他不利現象。目前建筑結構所面臨的主要安全威脅在于地震和火災。因此，在進行建筑結構性能設計時，應注重建筑的抗震性能設計和防火性能設計，為整個建筑的使用過程提供更有力的安全保障。

一、建筑結構性能設計概述

相較于傳統建筑結構設計理念而言，基于建筑結構性能的設計理念具有以下優勢：①建筑結構性能設計具有清楚的量化標準，設計目標性明確；②建筑結構性能的設計理念針對整個建筑的結構性能提出了安全要求，具有更完善、更全面的安全設計意識；③傳統的建筑結構設計是一種基于力的設計模式，而建筑結構性能設計是在建筑結構性能的基礎上建立起來的設計理念，它不僅具有更優越的設計方法和設計指標，使建筑結構的安全性能得到有效提升，還能簡化分析步驟，降低建筑結構設計的難度；④建筑工程的危險性分析在建筑結構的性能設計中得到更充分體現，設計者的安全意識水平更高；⑤建筑結構性能設計可在保證建筑安全性的基礎上，應用新型建筑材料和技術，最大限度地滿足建筑物的設計要求和使用需求。

在突發性安全事件日益頻發的時代背景下，提高建筑物的安全性能勢在必行。建筑設計作為整個建筑施工建設的依據，加強建筑結構性能設計在當前發展態勢下具有重要意義。第一，建筑結構性能設計能有效提升建筑物性能，提高建筑物的防災性能，使建筑物的使用安全系數得到有效提升，為人們提供更優質的使用體驗；第二，建筑結構性能設計可充分發揮設計者的主觀能動性，設計師可根據具體情況和建筑使用者的實際要求進行結構設計，使整個建筑的結構性能更好地滿足人們多樣化的使用需求；第三，優秀的建筑結構性能設計能有效提高建筑物的抗災性能，延長使用年限，間接提高建筑物的經濟效益。因此，建筑設計者在設計過程中，應堅持性能設計理念，做好建筑結構性能設計工作，提高建筑物的結構安全性。

二、建筑結構的抗震性能設計分析

（一）抗震性能的影響因素

地震對建筑物具有較大危害，基于抗震性能的建筑結構設計，能有效提高建筑的抗震性能，進而實現建筑安全性能的提高。影響建筑結構的抗震性能的主要因素包括建筑場地、基礎設計和結構設計等。場地環境是否合理直接影響到建筑物結構的抗震性能，而建筑物合理的基礎設計也可進一步加固建筑物的地基，使建筑物更加牢靠。建筑物結構設計是抗震性能的主要影響因素，良好的結構設計能實現各結構構件間的有效結合，相互影響，提高建筑物的抗震性能。基于抗震性能的建筑結構設計應遵循以下兩個設計原則：一方面，建筑結構應具備良好的變形能力和內應力自動分配的功能。當地震導致部分建筑構件失效時，其它構件仍可自主分配承重壓力，杜絕建筑物失衡垮塌現象的發生；另一方面，建筑設計師應合理設定各建筑結構豎向荷載力的傳遞路徑，確保各豎向建筑構件的垂直荷載壓力均勻分布，并盡可能地縮短構件間豎向荷載重力的傳遞路徑。另外，還應對建筑結構設計的結果進行安全性評估，并針對可能出現的風險，及時采取有效的抗震防護措施。

（二）建筑結構的抗震性能設計策略

1做好場地選擇和基礎設計。建筑場地是整個建筑物的基礎，為了更好地滿足建筑結構的抗震性能要求，建筑設計者在建筑場地選擇過程中，應選擇面積開闊、土質緊實的場地環境。在進行建筑場地設計時，不僅要避開河岸、邊坡等不利于抗震的環境，還要避開容易發生地陷、滑坡等地質災害的危險路段；若無法規避場地風險，應制定有效的防震策略，最大限度地降低損失。在確定建筑場地后，應依靠科學、正確的計算方法進行基礎設計。根據地理環境和建筑物的使用需求，確定合理的地基埋深，使地基土對建筑物的固定作用得到最大限度地發揮。同時也應加強建筑物基礎與上部建筑主體間的聯系，使地基與上部建筑形成有機整體，進一步提高建筑結構的抗震性能。只有這樣才能為建筑物的后續建設工作奠定良好基礎，更好地保證建筑結構的抗震性能。

2在基于抗震性能的建筑結構設計過程中，應合理布局各建筑構件對豎向重力的荷載能力和傳遞途徑，確保建筑物的支柱、墻及梁的軸線處于同一平面，使各建筑構件間相互影響，形成雙向的抗側力結構體系。這一結構體系能在一定程度上強化構件墻的重力承載力和變形能力，避免地震對建筑物造成墻體剪切性破壞，有效提高整個建筑結構的抗震能力。另外，還應根據抗震等級要求對墻、柱和梁節點等建筑構件進行合理設計。經驗表明，“強柱弱梁”和“強節點弱構件”等設計方法能有效提高建筑結構的抗震性能。因此應選擇恰當的柱截面面積和梁柱的軸壓比，同時還要加強鋼筋混凝土構造配比的質量監管，使鋼筋混凝土結構的重力承載力和延展性符合抗震要求。

3在建筑結構的抗震性能設計過程中，應建立層次化的抗震體系，使之形成多條抗震防線。在整個建筑結構體系中，一部分承載力較強的建筑構件在防震過程中發揮第一道抗震防線的作用；在這一防線崩潰后，其它建筑構件依次形成多道抗震防線，以抵御地震給建筑物所帶來的損傷。多層次抗震結構體系的構建，能有效提高建筑結構的抗震能力，使建筑結構更好地符合抗震性能設計要求。

三、建筑結構的防火性能設計分析

（一）防火性能設計的必要性

建筑結構性能設計的另一個主要目的是防火。火災產生的高溫會對建筑結構中的構件材料造成不利影響，各建筑構件的結構出現明顯變形，嚴重時甚至會發生建筑結構局部或整體坍塌的現象，造成極其惡劣的后果。同時，人們防火意識的缺乏和生產資料的多樣化，也會增加建筑火災的發生幾率。因此，在建筑結構性能設計過程中，也應充分考慮到建筑結構的防火性能，提高建筑結構的防火能力，使建筑結構的安全性能進一步提升。

（二）建筑結構防火性能的設計策略

為了從設計層面提高建筑結構的防火性能，建筑設計師應遵循以下步驟，開展基于防火性能的建筑結構設計工作。首先應全面研究火災引力對混凝土結構的影響，討論火災所引起的結構次內力對建筑結構可能產生的不利影響；其次，應加大對懸鏈線效應的研究力度，并將懸鏈線設計納入到建筑結構設計體系中，實現建筑結構內部各構件荷載壓力的等效分布。第三，應充分了解不同受力情況下的混凝土在火災條件中的爆破機理，做好混凝土結構的抗火設計工作，并在火災發生時采取有效的規避措施，盡可能地降低危害。最后應針對建筑結構的設計結果進行防火能力評價，在全民范圍內構建一套行之有效的防火救災體系，進一步確保居民的人身及財產安全。只有這樣才能全面做好建筑結構的防火設計工作，真正做到基于防火性能的建筑結構設計。

四、案例分析

某大型建筑工程包括產品研究中心、宿舍、實驗室等多項功能，整個建筑共分為三個部分，建筑結構較為復雜。這一建筑工程在設計過程中很好地應用了基于結構性能的建筑設計理念，從抗震性能和防火性能兩方面進行結構設計，取得了良好的使用效果。在充分考慮到建筑結構的各個性能要求的基礎上，最終這一建筑工程的結構確定為：中心為鋼框架支撐結構體系，北部運用框架墻結構，而南部則應用混凝土框架結構。三個建筑組分通過鋼梁連接形成弱連接結構，各連接節點間使用雙向滑動支座進行連接，并在支座附近應用粘滯阻尼器，進一步提高建筑的防震功能。經災害情況模擬試驗后證明，這一建筑結構的抗震性能良好，同時也具備較強的防火性能，整個建筑結構的安全性能符合標準。由此可見，基于結構性能的建筑設計方法能夠有效提高建筑主體結構的安全性能，具有較高的應用意義。

結語

建筑結構的性能設計是建筑業不斷發展的必然趨勢，建筑設計師應在充分考慮抗震性能和防火性能的基礎上，進行結構設計。同時，建筑設計師也應兼顧建筑結構施工的經濟性與可靠性，并在建筑結構的建設過程中引入新型建筑材料，使建筑結構更好地滿足人們不斷提高的建筑產品需求。只有這樣才能有效降低地震和火災突發災害所帶來的不利影響，真正實現建筑結構安全性能的提高。

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TU318

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