淺談建筑結構設計中的問題

高敬淑

摘要：建筑類型很多，各類建筑使用性質和組成類型也不相同，建筑設計反映著人類對自然的認知和人類社會的發(fā)展的形態(tài)。建筑結構設計是一項比較系統(tǒng)的工作，在設計的過程中存在的問題是多種多樣的，需要具備靈活的思維及其嚴肅的工作態(tài)度。本文通過幾方面簡單談一下，建筑結構設計需要注意的問題。

關鍵詞：建筑結構；設計；問題

結構是建筑物賴以存在的物質基礎，在一定意義上，結構支配著建筑，這是因為，任何建筑物都要耗用大量的勞力和材料來建造，建筑物首先必須抵抗或承受各種外界的作用如風力、重力、地震等，合理的選擇結構材料和結構型式，即可滿足建筑物的美學原則，又可以帶來經(jīng)濟效益。

作為一名設計者，只有對基本的結構知識有較深刻的了解，建筑師才能勝任自己的工作，處理好建筑和結構的關系。反之，不是結構妨礙建筑，就是建筑給給結構帶來困難。

一、建筑結構設計原則

1.多道防線

安全的結構體系是需要層層設防的，所有的抵抗外力的結構是需要通力合作的。在這一情況下，假如將所有的希望都寄托在某一個構件上，這是非常危險的做法。一般來講，多肢墻比單片墻要好，這就體現(xiàn)了多道防線的設計思路。

2.滿足使用功能要求

由于建筑物所處的環(huán)境和使用性質不同，除滿足空間尺寸要求外，還要滿足某些建筑物的特殊要求，如保溫、通風、隔熱、吸聲等，在構造設計時要綜合相關專業(yè)的技術知識，優(yōu)化設計，選擇經(jīng)濟合理的構造措施，滿足建筑使用功能要求。

3.剛柔并濟

科學的建筑結構體系需要是剛柔相濟的。假如建筑結構太剛則變形的能力較差，在收到強大的破壞力時，很容易造成局部受到損壞而最終全部毀壞；而太柔的建筑結構雖然能夠很好的消減外力，但是很容易造成變形過于大而無法使用。建筑結構到底應該剛一定還是柔一點，到目前來看還沒有一個統(tǒng)一的定論，但是最終專家們認同一點：剛柔相濟是設計者的追求。

二、建筑結構的基本要求

新型建筑材料的生產(chǎn)、施工技術的進步、結構分析方法的發(fā)展，都給建筑設計帶來了靈活性和更廣闊的空間。但是，這種靈活性并不排除現(xiàn)代建筑結構需要滿足的基本要求。其要求包括以下方面：

1.穩(wěn)定。整體結構或結構的一部分作為剛體不允許發(fā)生危險的運動，這種危險可能來自結構自身，也可能來自地基的不均勻沉陷或基土的滑移，例如意大利的比薩斜塔由于地基不均勻沉降引起的傾斜。

2.平衡。平衡的基本要求就是保證結構和結構的任何一部分都不發(fā)生運動，力的平衡條件總能得到滿足，從宏觀上來看，建筑物總是靜止的。平衡的要求是結構與“機構”即幾何可變體系的根本區(qū)別，因此建筑結構的任何部分都應當是幾何不變的。

3.經(jīng)濟?，F(xiàn)代建筑的結構部分造價通常不超過建筑總造價的30%，因此，結構的采用應當是使建筑的總造價最經(jīng)濟。結構的經(jīng)濟性并不是指單純的造價，而是體現(xiàn)在多個方面，而且結構的造價受材料和勞動力價格比值的影響，還受施工方法、施工速度以及結構的維護費用的影響。

4.美觀。美學對結構的要求有時甚至超過承載能力的要求和經(jīng)濟要求，尤其是象征性建筑和紀念性建筑更是如此，應當懂得，純粹質樸和真實的結構會增加美的效果，不正確的結構將明顯的損害建筑物的美觀。

5.優(yōu)化。應在建筑方案設計的基礎上，在滿足結構安全的前提下，充分優(yōu)化結構設計，必要時應委托專業(yè)的設計公司進行結構設計和結構的優(yōu)化設計，降低建筑物的自身荷載，減少主要材料的消耗，通過工程概算及其主要技術經(jīng)濟指標分析結構設計的優(yōu)化程度。

結構專業(yè)的優(yōu)化設計，不是以犧牲結構安全度和抗震性能來求得經(jīng)濟效益的，而是以結構理論為基礎，以工程經(jīng)驗為前提，以對結構設計規(guī)范實質內(nèi)涵的理解和靈活運用為指導，以先進的結構分析方法為手段，對設計進行深入調整、改善與提高，對成本進行審核和監(jiān)控，是對結構設計再加工的過程。“優(yōu)化”工作是以原設計為基礎，在充分尊重原設計的基礎上，著眼于結構體系和結構布置的合理性和高新技術的應用，同時，“優(yōu)化”的過程也是發(fā)現(xiàn)差錯、糾正不足的過程，通過優(yōu)化降低不安全因素，從而保證項目的技術質量和經(jīng)濟質量。結構設計優(yōu)化是精益求精的過程，將會帶來合理的設計、帶來經(jīng)濟技術效益。

實現(xiàn)上述各項要求，在結構設計中就要貫徹“經(jīng)濟合理、技術先進、安全適用、確保質量”的結構設計原則，保證結構和建筑的和諧統(tǒng)一。

三、建筑結構選型

一個好的建筑設計，需要有一個好的結構型式去實現(xiàn)。而結構型式的最佳選擇，要考慮到建筑上的使用功能、結構上的安全合理、藝術上的造型美觀、造價上的經(jīng)濟，以及施工上的可能條件，進行綜合分析比較才能最后確定。

結構選型主要有上部結構選型和基礎結構選型這兩種。對結構選型的確定必須要經(jīng)過方案比較、技術經(jīng)濟分析，加以確定。在結構的選型上，一般要以建筑物的功能要求、國家現(xiàn)行結構設計規(guī)范的有關要求、場地土的工程地質條件、施工技術、建設工期和環(huán)境要求等作為主要的依據(jù)。對于方案的選擇，其關鍵就是要以先進性、科學性、可實施性、經(jīng)濟性這四個要素作為前提。首先，“先進性”就是指所用的材料、技術、工藝和結構都是最新最先進的，具有國際或國內(nèi)的先進標準；其次，“科學性”就是指傳力途徑和結構受力都要明確合理；再次，“可實施性”就是指用現(xiàn)有的施工技術建造，因地制宜，因地選材，從實際出發(fā)，方便施工建設；最后，“經(jīng)濟性”則是指降低材料的消耗、減少勞動力的使用量以及建筑物的維護費用等，以求最低的成本建筑高質量的工程建筑物，滿足施工企業(yè)的利潤要求。不管采用哪一種結構體系，都要以工程建筑物的用途、施工條件高度和經(jīng)濟指標等作為重要的依據(jù)，然后再經(jīng)過方案比較后討論確定下來。通常情況下，是按照砌體結構、框架結構、框架—剪力墻結構、剪力墻結構和筒體結構的順序來考慮結構體系的選擇。

多層和高層房屋結構的主要承重結構體系有：混合結構體系、框架結構體系、剪力墻結構體系等。

1.混合結構體系

這是多層民用建筑房屋中最常用的一種結構型式，其墻體、基礎等豎向構件采用砌體結構，而樓蓋、屋蓋等水平構件則采用鋼筋混凝土梁板結構。

2.框架結構體系

與混合結構類似，框架結構也可分為橫向框架承重、縱向框架承重及縱橫雙向框架共同承重等布質形式。一般房屋框架采用橫向框架承重，在房屋縱向設置連系梁與橫向框架相連；當樓板為預制板時，樓板順縱向布置，樓板現(xiàn)澆時，一般設置縱向次梁，形成單向板肋形樓蓋體系。當柱網(wǎng)為正方形或接近正方形，或者樓面活荷載較大時，也往往采用縱橫雙向布置的框架，這時樓面長采用現(xiàn)澆雙向板樓蓋或井字梁樓蓋。

框架結構體系包括全框架結構、內(nèi)框架磚房和底部框架上部磚房幾種形式?，F(xiàn)澆鋼筋混凝土框架結構房屋的適用高度分別為60m、55m、45m和25m。現(xiàn)澆框架結構的整體性和抗震性能都較好，建筑平面布置也相當靈活，廣泛用于6——15層的多層和高層房屋，如學校的教學樓、實驗樓、辦公樓、醫(yī)院等（其經(jīng)濟層數(shù)為10層左右、房屋的高寬比以5——7為宜）。在水平荷載作用下，框架的整體變形為剪切型。

結束語：建筑住宅在國家基本建設投資中占有很大的比例，因此在建筑結構設計中必須正確處理適用、經(jīng)濟、美觀等幾方面的關系。根據(jù)不同類型的建筑，正確的把握好結構的類型，更不能忽略建筑設計的經(jīng)濟性，要在滿足使用要求下，用較少的投資建造美觀、簡潔、大方的建筑，讓人們居住的更加舒適、健康。

參考文獻：

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