淺析我國建筑結(jié)構(gòu)設計中存在的問題

符俊

摘要：在進行建筑結(jié)構(gòu)設計時，設計人員要充分考慮設計的合理性和科學性，提高建筑結(jié)構(gòu)設計的質(zhì)量，以有效提高建筑工程的施工質(zhì)量。本文通過對建筑結(jié)構(gòu)設計中存在的問題進行分析，提出了相應的解決策略，以期促進建筑結(jié)構(gòu)設計的合理性和科學性。

關(guān)鍵詞：建筑結(jié)構(gòu)設計；問題；解決對策

中圖分類號：TU318

文獻標識碼：B

文章編號：1674-3954（2013）21-0112-02

引言

建筑結(jié)構(gòu)設計對于建筑工程的質(zhì)量和效率有較大的影響，需要對其進行深入的考慮和分析，以保證設計的合理性，但在現(xiàn)實的結(jié)構(gòu)設計中，總會發(fā)生這樣那樣的偏差，導致結(jié)構(gòu)設計出現(xiàn)錯誤，從而對后續(xù)的工程建設埋下隱患，不僅浪費了施工資源，也嚴重影響了設計單位的信譽和形象。因此，提高結(jié)構(gòu)設計的質(zhì)量是當前急需解決的問題。

1 提高建筑結(jié)構(gòu)設計質(zhì)量的必要性

1.1 提高建筑工程的施工質(zhì)量和效率

建筑工程的施工質(zhì)量和效率不僅受到施工技術(shù)、施工材料、施工進度等的影響，同時也受到建筑結(jié)構(gòu)設計質(zhì)量的影響。如果結(jié)構(gòu)設計不合理，就會導致后續(xù)的工程施工中出現(xiàn)不合理的施工現(xiàn)象，從而導致施工單位要返工重建，這樣不僅會浪費施工時間，同時也浪費了大量的施工材料，致使工程施工難以按照計劃進度完成，從而提高建筑工程的成本，不利于實現(xiàn)建筑工程的經(jīng)濟效益。提高建筑結(jié)構(gòu)的設計質(zhì)量，可以減少后續(xù)工程施工中的不合理施工現(xiàn)象，這樣就可以有效地促進工程施工的順利進行，同時也有效提高工程施工質(zhì)量，實現(xiàn)工程建設的經(jīng)濟效益最大化。

1.2 樹立設計單位良好的市場信譽和形象

隨著市場經(jīng)濟的快速發(fā)展，各行各業(yè)的發(fā)展都要以市場為導向，以保證適應市場經(jīng)濟的發(fā)展，滿足消費者的需要，從而提高自身的市場競爭力，實現(xiàn)經(jīng)濟效益最大化。建筑結(jié)構(gòu)設計是代表設計單位信譽和形象的產(chǎn)品，如果設計不合理，那設計單位就很難為消費者提供滿意的產(chǎn)品，也就難以適應市場經(jīng)濟發(fā)展的需要。提高建筑結(jié)構(gòu)設計的質(zhì)量，不僅可以使設計單位為消費者提供滿意的產(chǎn)品，更好地滿足市場經(jīng)濟發(fā)展的需要，還可以有效提高自身的市場競爭力，樹立良好的信譽和形象，以實現(xiàn)自身的可持續(xù)發(fā)展。

1.3 建筑結(jié)構(gòu)設計的原則

激烈的市場競爭促使設計單位在進行建筑結(jié)構(gòu)設計時需要遵循一定的原則，以保證對市場經(jīng)濟發(fā)展的適應性，當前，建筑結(jié)構(gòu)設計的主要原則有安全、適用、經(jīng)濟、美觀、施工便利等，優(yōu)秀的建筑結(jié)構(gòu)設計方法往往是這幾個方面的綜合。因此，設計單位要采取有效的措施提高設計人員的專業(yè)素質(zhì)，以建筑結(jié)構(gòu)設計的原則為目標，不斷提高建筑結(jié)構(gòu)的設計質(zhì)量，從而更好地滿足市場經(jīng)濟發(fā)展的需要。

2 我國建筑結(jié)構(gòu)設計中存在的問題

建筑結(jié)構(gòu)的設計要熟悉建筑設計的主要構(gòu)想，確定結(jié)構(gòu)材料、估算結(jié)構(gòu)荷載、分析傳力途徑，對于總結(jié)構(gòu)體系的構(gòu)思應保證具有足夠的安全度，結(jié)構(gòu)受力合理，保證建筑物的正常使用，保證建筑物的耐久并且要經(jīng)濟合理。

2.1 建筑結(jié)構(gòu)總作用力的估算不全面

直接施加于結(jié)構(gòu)，使其產(chǎn)生內(nèi)力效應的稱為荷載。由于某種原因使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生約束變形，從而產(chǎn)生內(nèi)力效應的原因稱為作用。這些作用力的三種分類永久作用力，可變作用力以及偶然作用力。其中恒載和樓面活荷載一般不會被忽略，而風荷載以及地震荷載在建筑結(jié)構(gòu)設計中容易存在問題。所以在建筑結(jié)構(gòu)設計中要根據(jù)建筑所處的具體位置與周圍真實環(huán)境做好相應的設計準備工作。對于建筑結(jié)構(gòu)總作用力的估算弄清總結(jié)構(gòu)體系中豎向荷載的傳力途徑。估算豎向受力構(gòu)件的受力面積。由豎向受力構(gòu)件的受力面積乘單位面積豎向荷載平均值（經(jīng)驗數(shù)值）得到構(gòu)件的軸向力。

（1）水平地震作用力的估算

FEK=alGeq：Fi=（GiHi/∑GjHj）FEK

式中：Geq——結(jié)構(gòu)等效總重力荷載，多質(zhì)點可取總重力荷載代表值的85%；a1——相應于結(jié)構(gòu)基本自振周期的水平地震影響系數(shù)值。

（2）計算風荷載標準值wk=bZmSmZw0，由風荷載標準值wk乘受風面積。（見圖1）

2.2 結(jié)構(gòu)材料基本性能和結(jié)構(gòu)反應重視不夠

結(jié)構(gòu)材料具有彈性、塑性和延性。彈性：有應力就有應變，應力降為0時，應變也為0。線彈性：應力與應變?yōu)榫€性關(guān)系。塑性：應力減小后不能完全恢復的變形。脆性：材料無塑性階段，破壞前應力應變關(guān)系為直線或近似直線，破壞時突然，無任何預兆。延性是材料超越彈性極限后至破壞前耐受變形的能力。彈性極限高，結(jié)構(gòu)強度高。彈性模量大，結(jié)構(gòu)變形小。延性好，結(jié)構(gòu)破壞前有較大變形，抗震能力強。結(jié)構(gòu)反應是結(jié)構(gòu)的荷載與變形關(guān)系。包括水平梁、板的豎向撓度以及建筑物的水平位移。

因此在做結(jié)構(gòu)的承載力設計時，結(jié)構(gòu)設計要滿足三個基本要求：結(jié)構(gòu)應能承受正常使用、正常施工時可能出現(xiàn)的荷載或內(nèi)力，不至因承載力不足而破壞（含失穩(wěn)破壞）。其次結(jié)構(gòu)應能承受正常使用、正常施工時可能出現(xiàn)的荷載，不至因抗傾覆能力不足而傾倒。結(jié)構(gòu)在正常使用時有良好的工作性能，不至產(chǎn)生使用所不允許的過大變形、過寬裂縫等。結(jié)構(gòu)承載力包括靜定結(jié)構(gòu)的承載力和超靜定結(jié)構(gòu)的承載力。靜定結(jié)構(gòu)的承載力由結(jié)構(gòu)構(gòu)件截面承載力決定。靜定結(jié)構(gòu)的承載力由結(jié)構(gòu)構(gòu)件截面承載力、超靜定次數(shù)、結(jié)構(gòu)材料的塑性性能等決定。其承載力大于相同截面材料組成的靜定結(jié)構(gòu)的承載力。由于超靜定結(jié)構(gòu)有多余聯(lián)系，使得結(jié)構(gòu)內(nèi)力分布較均勻，故可提高承載力。超靜定結(jié)構(gòu)的破壞不是某一截面達到其極限承載力，而是一個從超靜定到靜定進而到幾何可變體系的過程。這一過程中結(jié)構(gòu)所承受的荷載不斷增加，因而提高了結(jié)構(gòu)承載力。所以要注意的是必須采用塑性材料做成超靜定結(jié)構(gòu)，但是超靜定結(jié)構(gòu)提高承載力的幅度是有限制的，超靜定結(jié)構(gòu)施工較為復雜。結(jié)構(gòu)構(gòu)件承載力設計要根據(jù)預估荷載、預選材料、預定結(jié)構(gòu)型式，對尚未存在的結(jié)構(gòu)構(gòu)件按抵抗力功能要求確定所需截面問題，設荷載效應為S，承載力效應為R。設計時應保證：gS≤R。

2.3 結(jié)構(gòu)的傾覆和抗傾覆設計

傾覆是結(jié)構(gòu)或構(gòu)件在荷載作用下，有圍繞旋轉(zhuǎn)軸向一側(cè)傾倒的趨向，稱為傾覆。傾覆臨界狀態(tài)：傾覆力矩=抗傾覆力矩。支承力N與支承體系總寬度成反比。建筑物高寬比（H/d）是決定建筑物抗傾覆能力的重要因素。局部結(jié)構(gòu)構(gòu)件的傾覆和抗傾覆設計步驟為先尋找傾覆旋轉(zhuǎn)軸位置，然后計算傾覆力矩，計算抗傾覆力矩，進行抗傾覆驗算?？箖A覆力矩=Mr，傾覆力矩=Mov，MdMov≥1.5，主要措施：靠構(gòu)件自重抗傾覆，由懸挑構(gòu)件埋入端壓重抗傾覆設置收拉連接抗傾覆。

3 解決問題的措施

3.1 重視概念設計問題

在進行建筑結(jié)構(gòu)設計時，概念設計的應用越來越廣泛，對于提高建筑結(jié)構(gòu)設計質(zhì)量起到了較大的促進作用。但是，當前的設計人員在對建筑結(jié)構(gòu)進行設計時，對概念設計的重視不夠，導致其不能夠全面的對建筑結(jié)構(gòu)進行分析和考慮，從而造成了結(jié)構(gòu)設計的片面性。片面的結(jié)構(gòu)設計方案在后續(xù)工程施工的應用中就會顯示出弊端，從而對工程施工的順利進行產(chǎn)生嚴重的影響，難以有效提高工程施工的質(zhì)量和效率。

當前，設計人員在進行建筑結(jié)構(gòu)設計時，應當充分考慮概念設計的影響，不能夠僅依靠計算來設計施工方案。概念設計主要是指依據(jù)整體結(jié)構(gòu)與局部結(jié)構(gòu)之間的結(jié)構(gòu)破壞機理、力學關(guān)系，對其進行充分考慮，從中得出基本的設計思想，從整體的角度來確定建筑結(jié)構(gòu)的設計，以保證對整個建筑結(jié)構(gòu)的有效控制。因此，設計人員應當突破傳統(tǒng)重計算的設計方法，充分運用概念設計的思想對建筑結(jié)構(gòu)進行全面的考慮和分析，以從整體上掌握結(jié)構(gòu)設計的思想，從而保證設計的科學性和合理性，以提高建筑結(jié)構(gòu)設計的質(zhì)量。

3.2 重視基礎設計問題

在建筑工程施工過程中，基礎結(jié)構(gòu)建設對于工程施工質(zhì)量有著重要的影響，在進行建筑結(jié)構(gòu)設計時，基礎設計是結(jié)構(gòu)設計中的重要一環(huán)。在當前的建筑結(jié)構(gòu)設計過程中，很多設計人員都是利用電算程序?qū)Ω鞣N標準荷載和樁基承載力進行計算和設計，對于實際的荷載和樁基承載力沒有進行探討，如果將短期荷載和永久荷載采用同樣的方法處理，就會增大邊角的豎向結(jié)構(gòu)，但是卻不能增強中部豎向結(jié)構(gòu)的基礎，從而會引起地下基礎結(jié)構(gòu)的橫向墻體出現(xiàn)裂紋，嚴重影響到基礎工程的施工質(zhì)量。此外，在處理基礎埋深問題時，設計人員考慮也不夠全面，導致其設計都是以滿足結(jié)構(gòu)受力的情況下采用淺埋基礎，從而影響到基礎機構(gòu)設計的合理性。

基礎結(jié)構(gòu)設計是建筑結(jié)構(gòu)設計的重要組成部分，關(guān)系到建筑物的穩(wěn)定性，因此，在設計基礎結(jié)構(gòu)時，設計人員要對影響基礎結(jié)構(gòu)的因素進行全面的考慮和分析，以保證設計的有效性。對于基礎埋深問題，設計人員要根據(jù)實際的水文地質(zhì)情況進行設計，在保證滿足結(jié)構(gòu)受力的基礎上，因地制宜，全面考慮地下水位的變化對建筑結(jié)構(gòu)浮力的影響及凍土對結(jié)構(gòu)的破壞，以確定基礎埋深。對于短期荷載和永久荷載，設計人員要區(qū)別對待，以保證邊角豎向結(jié)構(gòu)的基礎處在合理的范圍之內(nèi)，如果風力荷載和重力荷載或者是地震作用和重力荷載組合，設計人員要根據(jù)其實際情況將承載力的特征值適當?shù)恼{(diào)高，以保證基礎結(jié)構(gòu)墻體受力的均勻性，避免出現(xiàn)裂痕。

4 結(jié)束語

隨著市場經(jīng)濟的快速發(fā)展，建筑工程的規(guī)模越來越大，而且結(jié)構(gòu)設計也越來越復雜，建筑結(jié)構(gòu)設計的質(zhì)量對于建筑工程施工的質(zhì)量也有一定的影響，因此，加大對建筑設計結(jié)構(gòu)中存在問題的關(guān)注度，并致力于解決存在的問題，才能開創(chuàng)多贏的局面，造福于社會。

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