建筑结构设计在城市规划设计中的重要性

陈 颢（昆明有色冶金设计研究院股份公司，云南　昆明　650051）



建筑结构设计在城市规划设计中的重要性

陈 颢
（昆明有色冶金设计研究院股份公司，云南昆明650051）

摘要：针对如何确保合理布局的城市规划设计顺利实施，有效降低城市的运作成本以及建设成本，笔者通过阐述建筑结构设计与城市规划设计的关系，指出两者相对独立，但建筑结构设计服从城市规划设计。建筑结构设计作为城市规划设计的重要组成部分，其结构的安全可靠为建筑提供存在的基础，为城市的存在、安定和发展提供有力保障。

关键词：结构设计；城市规划；建筑设计；安全可靠性

0　引 言

当今世界，科技日新月异，竞争也日益激烈，人们总希望通过更好的城市规划设计提高城市的运作效率，来发挥城市的群体效应，同时希望通过运用新的技术手段来降低城市的运作成本以及建设成本。如何确保一个城市的规划设计顺利实施，有效降低城市建设的成本呢？随着城市规模的不断扩张，各种工业与民用建筑物越来越多，人口密度急剧上涨，城市中建筑物的体量在不断加大，使用频率在不断增加，相对于人口和建筑物都较少的城镇、乡村，自然灾害对城市的冲击将造成更大的损失。建筑物的结构安全性和可靠度成为城市规划设计必需考虑的基本因素，同时，也确立了建筑结构设计在城市规划设计中的重要地位。

1　城市规划设计的含义

城市的发展是按照人的意图，有计划的、持续的、阶段性的发展。人对未来城市建设的模式；城市经济和社会的存在和发展模式；城市中，人的生活和生产模式等的综合考量，最终都反映在城市规划设计中。城市规划设计是对城市空间的分析和设计，是针对城市经济、社会发展、土地利用、空间布局等一系列建设计划在一定时期内的综合部署。城市规划设计需用发展的眼光和可持续发展的原则来协调城市中人的活动区域与其它区域间的关系，以城市的社会、政治、经济发展为目标，以城市的可持续发展性为方向，通过科学的规划，满足人的需求，适应人的生存状态，使人的生活、生产便捷［1］。

2　建筑结构设计的含义

建筑物的结构（或简称结构）主要是由梁、柱、板、基础等各个构件组成的整体，建筑物的基础以上部分称为建筑物的上部结构。上部结构所采用的形式称为结构形式（例如：砖混结构，框架结构等）；将上部结构的荷载传导给地基的部分叫做建筑物的基础；基础采用的传导荷载的模式叫做基础形式（例如：独立基础、桩基础等）。建筑物的结构不但要承受自身的重量，还要承担施加在其上的自然环境荷载（如风荷载、雪荷载等）、墙体等围护结构、装修材料、设施设备的荷载和人使用建筑物时所产生的荷载，以及自然灾害对建筑物冲击的作用。建筑物的结构安全性是指建筑物的结构在各种荷载或自然灾害作用下，仍能保持完整和稳定的性能［2］。建筑物的结构可靠度是指建筑物的结构在规定的时间内、在规定的条件下、完成预定功能的概率［3］。建筑结构设计就是针对各种荷载或作用对结构的影响，分析结构中各个构件的受力情况，协调各构件的变形以及结构的整体变形，综合考量结构在各种荷载或自然灾害的作用（如：地震作用、风振作用等）下的安全性和可靠度，并通过采用合理的结构形式，使结构的各部分受力均匀、变形协调，在满足结构的安全性和可靠度前提下，降低建造成本、提高生产效率、减少环境污染。在建筑结构设计中，建筑物的结构安全性和可靠度是衡量建筑物的结构是否安全可靠的重要指标，而通过合理的设计手段，充分利用地形条件，有效的发挥各种建筑材料的特点，以更低的建造成本来满足结构的安全性和可靠度，是建筑结构设计的目的和宗旨。

3　建筑结构设计和城市规划设计的关系

3.1建筑结构设计和城市规划设计相对独立的关系

建筑结构设计主要关注各栋建筑物所处的地段是否对建筑物本身抗震有利和该地段的地基持力层的承载能力是否达到要求；建筑物的上部结构所采用的结构形式是否合理；整个建筑物的结构在可能出现的自然灾害作用下的安全性能和可靠程度是否满足；在满足安全性和可靠度的前提下，如何有效运用地形条件和建筑材料，降低建造成本，缩短建造时间，使整个建筑项目效益最大化。

城市规划设计主要关注城市的整体的设计，城市各个空间区域的性质、分工和构成，并通过各种交通渠道将各个分散的城市空间区域组成一个完整的有机整体。

城市规划设计属于逐渐完善的科学，在不断的实践中，有着相对独立的基本原则和规律。建筑结构设计也是一个不断进步的科学，遵循着独立的准则和客观规律，故二者之间的关系是相对独立的。

3.2建筑结构设计服从城市规划化设计

建筑结构设计一般从城市中建筑物的单体入手，根据建筑物所处地形位置、地质资料、建筑布置、城市规划布局要求等进行设计。但在特殊情况下，也需要考虑建筑物单体周围的情况，比如：高层建筑较为密集区域的风荷载或周边建筑物距离较近的地基承载能力。

城市规划设计是对城市空间的分析和设计，以动态的眼光来协调各类建筑物之间的关系，从整体的城市发展和布局入手，对城市的发展和今后城市的发展均起到巨大影响［1］。

建筑物作为城市的重要组成部分，建筑结构设计首先要满足建筑设计，而建筑设计应满足城市规划设计，故建筑结构设计服从城市规划设计。

4　建筑结构设计是城市规划设计的重要组成部分

伴随着经济和文化的发展，人们对建筑物的结构安全性、可靠度要求也越来越高，特别是经历了2008年5月12日汶川地震和2011年3月11日日本海啸以后，人们对自然灾害的认识进一步加深。在面对自然灾害时，建筑物的结构安全性和可靠度将充分体现出来，安全性高、可靠度好的结构，能够抵御自然灾害对结构的冲击，能有效的保护人们生命、财产的安全。城市规划设计中，城市的安全性是首要问题，各栋建筑的结构安全性和可靠度是极重要的基本因素，无论是在人们正常使用的情况下，还是在爆发自然灾害的极端的情况下，建筑物的结构都要能够为人们提供有效的保护。城市中，人的生命和财产得到有效保护的基础上，城市才能存在，并有未来的发展。试想，某个城市中的建筑物没有安全性，没有可靠度，这个城市就不能提供人们基本的需求：“安全”，人就无法在这样的城市中生存，没有人存在的城市的未来和发展更无从谈起，这样的城市也是不可能存在的。故，在城市规划设计中，应融入对建筑物的结构安全性和可靠度的考虑。但是，如果建造某个城市，为达到建筑物的结构安全性、可靠度而付出过高的成本，较长的时间，并产生大量的污染，这便不符合城市建设的意义，且过于庞大的投入，也造成建设投资者的巨大负担，会影响到城市的布局，规模，甚至城市未来的发展。因此，在城市规划设计中同样要考虑城市建设成本的投入问题。

建筑物的结构安全性和可靠度是通过建筑结构设计来保证的。同时，建筑结构设计也通过选择合理的结构形式并发挥各种建筑材料的特点，以及充分利用现有地形等设计手段，来降低建造成本、提高生产效率、减少环境污染。进行建筑结构设计，需要有丰富的结构设计经验、清晰的概念、高超的设计手段，在城市规划设计时对建筑物的结构进行细致和全面的考虑，可以根据城市规划勘察资料、GB 50011－2010《建筑抗震设计规范》等结构设计规范，从当地的抗震设防烈度、建筑安全等级、建筑场地类别、地基地质情况、地形地貌、建筑形体、建筑荷载分布等入手，对城市中各种建筑合理布局，为建筑结构设计提供较好的条件，使其在设计时有更多的发挥空间。

在城市规划设计时，如何考虑建筑物的结构安全性和可靠度呢？在满足了建筑物安全性和可靠度的情况下，如何降低建造成本、提高生产效率、减少环境污染呢？

首先，抗震设防烈度、建筑安全等级方面。基于相同的设计基准年限［5］来说，根据GB 50223－2008《建筑工程抗震设防分类标准》的3.0.1条和3.0.2条中的特殊设防类（如：涉及国家公共安全的重大建筑）和重点设防类建筑（如地震时使用功能不能中断或需尽快恢复的生命线相关建筑）［6］和GB 50153－2008《工程结构可靠性设计统一标准》的3.2.1条中的工程结构安全等级为一级的建筑（即：结构破坏后造成后果很严重的建筑）［5］，这种抗震设防要求高或安全等级要求高的建筑，不应设置在地震设防烈度较高的地区，若处于地震设防烈度较高的地区进行建筑结构设计，地震作用对建筑物的结构影响很大。经计算和分析可知，高设防烈度地区，建筑物的结构中抗侧力构件和抗倾覆构件的刚度、强度都较大，结构中抗震措施需要增加很多，才能满足结构的安全性和可靠度，且建设成本和投入巨大，故城市规划设计时，该类型的建筑应考虑设置于抗震烈度较低的地区，若必须在高烈度地区建设，则必须将该类建筑布置在对抗震有利的地段（如：少边坡无河流的平缓地段）；在高设防烈度地区，地下水位较高且地下土层存在液化情况的地方，地震作用会加剧土层液化，造成建筑的地基沉陷，建筑物倾覆，故该类型地区不宜设置建筑物；在高设防烈度地区，若需要建设高层建筑，则应考虑采用隔震减震措施，可有效降低成本。

其次，建筑物所处的建筑场地类别、地基地质情况、地形地貌方面。据GB 50011－2010《建筑抗震设计规范》中3.3.1条4.1.6条4.1.8条5.1.4条［4］可知，根据工程需要、地震活动情况、工程地质、地震地质的有关资料，建筑地段分为对抗震有利、一般、不利和危险4种地段。对不利地段应避开设置建筑物，对危险地段不应设置建筑物。另按建筑场地覆盖层厚度和土层等效剪切波速，建筑场地类别分为I至IV类，建筑场地土层等效波速越慢，覆盖层越厚，就越不利于建筑物抗震，则类型数越高。场地类别直接影响结构的水平地震影响系数最大值，类型数越高，水平地震影响系数越大，水平地震作用越大，结构用于消耗水平地震能量的抗侧力构件的截面就要加大，造成对整个结构的不利影响，同时也造成工程造价的上涨。应特别注意：在GB 50011－2010《建筑抗震设计规范》3.3.3条中要求，建筑场地为III、IV类时，设计基本地震加速度为0.15g和0.30g的地区，宜分别按抗震设防烈度8度（0.20g）和9度（0.4g）的抗震设防类别建筑的要求采取控制构造措施［4］。在城市规划设计时，应尽量避开抗震不利地段，在抗震危险地段不设置建筑，选用建筑场地时也应尽量选用I、II类场地。城市规划设计中，应尽量避免在条状突出的山嘴、高耸孤立的山丘、非岩石和强风化岩石的陡坡、河岸和边坡边缘设置建筑物，因在这些地方设置建筑，不但要保证建筑物在地震作用下的稳定性外，还需考虑地震动参数对水平地震影响系数的放大作用。城市规划设计中，应尽量避免在发震断裂带附近设置大量建筑物、高层建筑、永久性建筑物，在GB 50011－2010《建筑抗震设计规范》3.10.3条4.1.7条中要求建筑物避让发震断裂带需要满足的最小距离，在发展断裂带两侧10 km范围内的建筑物，地震动参数应计入近场影响，水平地震影响系数需乘以1.25～1.50不等的增大系数。另，在故河道、临近河岸海岸等可能存在软弱黏性土层和高含水量的可塑性黄土的地段设置建筑物时，应尽量不设置较大荷载的建筑物或对不均匀沉降敏感的建筑物。

最后，建筑形体、建筑荷载分布方面。在城市规划设计时，所采用的建筑形体应尽量规则，即建筑物的平面对称、竖向均匀。建筑形体规则的建筑物对抗震有利且具有经济合理性。据GB 50011 －2010《建筑抗震设计规范》中3.4.1条3.4.3条［4］要求，建筑形体不规则的建筑应按规定采取加强措施，特别不规则的建筑应进行专门的研究和论证。比如：某建筑项目，由于建筑物的形体不规则，建筑结构设计时需计入双向地震作用，造成结构的配筋率上浮 5%～8%，部分结构构件配筋率增加一倍，最终造成建设成本的增加。另，城市规划设计时也应考虑建筑荷载的分布，在GB 50007－2011《建筑地基基础设计规范》5.3.1～5.3.4条［7］中清楚界定了各种建筑物基础的不均匀沉降的要求。基础的不均匀沉降和上部结构的荷载分布不均匀有很大关系，上部结构荷载分布不均匀也会造成的结构倾覆或倒塌。

5　结 语

城市规划设计赋予城市更为合理的布局及明确的发展方向，但太多的事故与自然灾害已使我们警醒：“结构的安全和可靠”不是一句空话，城市规划设计中应融入对建筑结构设计的考虑。没有结构的建筑不是建筑，没有建筑的城市也不是城市，结构的安全可靠为建筑提供存在的基础，为城市的存在、安定繁荣和发展提供有力保障。所以建筑结构设计是城市规划设计的重要组成部分，不可分离、不容忽视。

参考文献：

［1］陈诚.建筑设计在城市规划设计中的重要性［J］.科技传播，2014（10）：82－84.

［2］阚雪峰.提高建筑结构设计安全性的有效策略分析［J］.建筑规划与设计，2013（6）：203－205.

［3］陈肇元，杜拱辰.结构设计规范的可靠度设计方法质疑［J］.建筑结构，2002（4）：64－69.

［4］GB 50011－2010建筑抗震设计规范［S］.北京：中国建筑工业出版社，2010.

［5］GB 50153－2008工程结构可靠性设计统一标准［S］.北京：中国建筑工业出版社，2009.

［6］GB 50223－2008建筑工程抗震设防分类标准［S］.北京：中国建筑工业出版社，2008.

［7］GB 50007－2011建筑地基基础设计规范［S］.北京：中国建筑工业出版社，2011.

中图分类号：TU984.11＋1

文献标识码：A

文章编号：1004－2660（2015）03－0038－04

收稿日期：2015－07－03.

作者简介：陈颢（1979－），男，云南人，工程师.主要研究方向：建筑结构.E－mail：20591726＠qq.com.

Importance of Structure Design in Urban Planning and Design

CHEN Hao
（Kunming Engineering＆Research Institute of Nonferrous Metallurgy Co.Ltd.，Kunming 650051，China）

Abstract：Aiming at how to ensure the smooth implementation of reasonable urban planning and design and reducing the operation and building costs of a city，this paper explains the relationship between architectural structure design and urban planning design.It is concluded that they are relatively independent but the building structure design should adhere to urban planning design.As an important part of urban planning design，the safety and reliability of architectural structure is the basis and provides solid guarantee for the existence，stability and development of a city.

Key words：structure design；urban planning；architectural design；safety and reliability