淺談建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法

董曉芳

摘? ? 要：建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)就是運(yùn)用結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)語言來呈現(xiàn)建筑圖紙表達(dá)的內(nèi)容。建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)語言便是結(jié)構(gòu)工程師從建筑專業(yè)圖紙和其他的專業(yè)圖紙中所精簡(jiǎn)提煉出來的結(jié)構(gòu)表達(dá)方式，涵蓋了基礎(chǔ)、墻、柱、梁、板、樓梯、大樣等等，接著再應(yīng)用這些結(jié)構(gòu)表達(dá)形式來設(shè)計(jì)建筑物的結(jié)構(gòu)體系?；诖耍疚纳钊爰?xì)致地闡述了建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的有效方法，以及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)，以供同行參考。

關(guān)鍵詞：建筑結(jié)構(gòu);設(shè)計(jì)方法;探究

1? 引言

總的說來，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分為兩個(gè)環(huán)節(jié)，即概念設(shè)計(jì)與具體設(shè)計(jì)，概念設(shè)計(jì)是指建筑物的全方位結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，主要涵蓋了建筑結(jié)構(gòu)體系、基礎(chǔ)類型、承重墻的位置和以及柱網(wǎng)分布等等。而設(shè)計(jì)過程則由建筑主體與基礎(chǔ)兩個(gè)部分組成。建筑工程的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)者必須根據(jù)建筑物的高度、建筑類別、以及本地域的抗震設(shè)計(jì)裂度等諸多具體限定條件來選擇合適的結(jié)構(gòu)體系。當(dāng)完成概念設(shè)計(jì)后，隨之便應(yīng)該進(jìn)入具體設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)。對(duì)建筑物的梁、柱、樓板、剪力墻、樓梯幾個(gè)部分進(jìn)行內(nèi)力計(jì)算。在具體設(shè)計(jì)過程中，應(yīng)注意對(duì)于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)的把握和理解。

2? 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的有效方式

2.1? 柱強(qiáng)梁弱的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理念

柱強(qiáng)梁弱的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理念主要是針對(duì)“小震不壞，中震可修，大震不倒”的抗震設(shè)計(jì)目標(biāo)而出現(xiàn)的。當(dāng)建筑物中的梁遭到破壞時(shí)，實(shí)質(zhì)上只是某一個(gè)特定區(qū)域內(nèi)建筑構(gòu)件的受力的失效，然而如若是柱受到外力破壞，那么整棟建筑物都會(huì)受到影響，由此可見柱的破壞力遠(yuǎn)超梁遭受破壞而產(chǎn)生的后果，為此，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)過程中務(wù)必應(yīng)該堅(jiān)守這一結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則。首先務(wù)必應(yīng)非常嚴(yán)格地把控柱軸壓比，現(xiàn)如今的相關(guān)結(jié)構(gòu)計(jì)算都是依據(jù)小震而進(jìn)行的。如果在小震條件下柱軸壓太高，那么會(huì)出現(xiàn)遇到大震時(shí)將對(duì)邊柱產(chǎn)生超大的附加軸力，如此一來柱的安全可靠性會(huì)受到影響，換言之，遭遇大震時(shí)一定會(huì)遭受毀壞。因此結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員應(yīng)該明確軸壓比的標(biāo)準(zhǔn)，即軸壓比不能超過0 · 9%，同時(shí)，在設(shè)計(jì)對(duì)柱的斷面配筋時(shí)，應(yīng)當(dāng)針對(duì)不同的部位做出不同的處理，邊柱與角柱應(yīng)適當(dāng)增強(qiáng)，特別是設(shè)計(jì)角柱時(shí)，應(yīng)該設(shè)計(jì)全柱加密箍筋的方式，且配筋率不小于1%。當(dāng)配置梁部位的鋼筋時(shí)，應(yīng)注重配置相當(dāng)數(shù)量的梁中部筋，如此一來方能確保梁端的現(xiàn)實(shí)承載力小于柱端的實(shí)際承載力。

2.2? 概念結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則—重視主體設(shè)計(jì)

概念是指能夠反映出客觀事物的本質(zhì)與必然性的特征，是針對(duì)事物本質(zhì)性質(zhì)的思維模式，還是構(gòu)建在實(shí)踐行為基礎(chǔ)之上由感性認(rèn)知過渡至理性認(rèn)識(shí)而形成的通用定義。概念設(shè)計(jì)的主要目的是將建筑工程的結(jié)構(gòu)形式作為重要依據(jù)而應(yīng)用的結(jié)構(gòu)概念，而后與實(shí)際具體的工程條件相融合，初步設(shè)計(jì)出一個(gè)廣義的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案，再經(jīng)過一系列可行性的分析和探究后，如果結(jié)論是可以進(jìn)行后續(xù)設(shè)計(jì)，便將此時(shí)的初步結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案作為指導(dǎo)方向，再進(jìn)行下一步具體詳盡的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。當(dāng)然初步結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案必須應(yīng)建立在科學(xué)合理的基礎(chǔ)之上，才能在后續(xù)發(fā)揮出積極的指導(dǎo)作用。

2.3? 結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)

中國是一個(gè)地震頻發(fā)的國家，尤其是近些年來頗為頻繁的地震災(zāi)害的發(fā)生，給我國民眾與社會(huì)經(jīng)濟(jì)都帶來了巨大的生命財(cái)產(chǎn)損失，因而確保建筑物的抗震設(shè)計(jì)符合國家相關(guān)規(guī)范要求和規(guī)定是解決這一嚴(yán)峻問題的關(guān)鍵方式，同時(shí)也是建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)至關(guān)重要的步驟之一。因此，提升結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員的抗震設(shè)計(jì)能力是提升整個(gè)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)水準(zhǔn)過程中不可或缺的重要環(huán)節(jié)。依據(jù)我國現(xiàn)階段的抗震設(shè)計(jì)原則和相關(guān)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，可以作為明確我國各地區(qū)建筑抗震設(shè)計(jì)的重要依據(jù)。遵循相關(guān)規(guī)范進(jìn)行的抗震設(shè)計(jì)，其建筑物的抗震性能是能夠經(jīng)歷考驗(yàn)的。然而，從現(xiàn)如今的實(shí)際抗震設(shè)計(jì)情況來看，最終的設(shè)計(jì)效果還尚不理想。追根溯源主要是由于一些結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員對(duì)于抗震設(shè)計(jì)方法還不是特別地應(yīng)用自如，忽略了基本的設(shè)計(jì)原則，往往從設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)的角度出發(fā)，雖然是符合了理論上的抗震標(biāo)準(zhǔn)，然而實(shí)質(zhì)上并未從區(qū)域地質(zhì)特點(diǎn)出發(fā)，進(jìn)行針對(duì)性的設(shè)計(jì)，由此致使安全隱患的存在。由此可見，要想提高設(shè)計(jì)人員的抗震設(shè)計(jì)水平務(wù)必應(yīng)該做好概念設(shè)計(jì)，再在此基礎(chǔ)上進(jìn)行深入細(xì)致的計(jì)算，以做出最為恰當(dāng)?shù)亩繕?biāo)準(zhǔn)選擇。

2.4? 優(yōu)化和完善計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)的功能

隨著信息化技術(shù)在各個(gè)領(lǐng)域大放異彩，現(xiàn)如今建筑結(jié)構(gòu)分析工作通常也是由計(jì)算機(jī)來完成，絕大多數(shù)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖紙都是由計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)來完成的。那么計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件的內(nèi)容基準(zhǔn)就會(huì)決定著建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的水平的優(yōu)劣。隨著我國房地產(chǎn)領(lǐng)域的快速發(fā)展，近些年來，建筑物的面積規(guī)模都愈加擴(kuò)大，建筑結(jié)構(gòu)形式也呈現(xiàn)出多樣化和復(fù)雜化的特征。因而建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的內(nèi)容也隨之增多，設(shè)計(jì)難度也越發(fā)加大。與此同時(shí)，我國建筑結(jié)構(gòu)施工技術(shù)水平也在不斷地提升，對(duì)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的相應(yīng)廣度與深度都有所提升。在這一背景下，務(wù)必對(duì)當(dāng)前的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件進(jìn)行不斷地升級(jí)與更新。特別是對(duì)于一些重要的項(xiàng)目，必須應(yīng)用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)，進(jìn)行嚴(yán)謹(jǐn)?shù)挠?jì)算方能實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)無誤。只有如此才不會(huì)影響結(jié)構(gòu)關(guān)鍵部位的相關(guān)計(jì)算數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。由此可見，要實(shí)現(xiàn)提升建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)水準(zhǔn)，追求行之有效的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方式之一就是不斷優(yōu)化和完善計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)的相關(guān)功能，提升計(jì)算的精準(zhǔn)度。

3? 建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)要點(diǎn)

3.1? 水平載荷的重要作用

在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的過程中，每一個(gè)項(xiàng)目的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)都會(huì)經(jīng)歷一個(gè)系統(tǒng)而繁復(fù)的進(jìn)程，這也是充分考量當(dāng)前諸多方面因素而進(jìn)行統(tǒng)一分析和思考的過程。不管哪一個(gè)建筑物在進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)都會(huì)同時(shí)面對(duì)承受豎向荷載和由風(fēng)引起的水平荷載，在設(shè)計(jì)中應(yīng)該根據(jù)實(shí)際的各種自然氣候因素與地形地貌特征進(jìn)行綜合的分析與探究歸納，同時(shí)提出相應(yīng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理念與防控辦法。在樓層較低的建筑物中，通常是以重力為主要代表的豎向荷載控制，因而在設(shè)計(jì)中對(duì)于承載能力的相關(guān)要求較低，對(duì)設(shè)計(jì)中的抗震設(shè)計(jì)要求也更為寬泛，由此可見針對(duì)中小型建筑而言，主要的結(jié)構(gòu)衡量標(biāo)準(zhǔn)是哪種類型。而針對(duì)樓層較高的建筑物來說，不僅僅需要考慮豎向荷載對(duì)于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的影響，更應(yīng)該考慮到水平荷載的相關(guān)影響，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中應(yīng)用科學(xué)合理的方式來把握整體的技術(shù)分析與全局控制。

3.2? 不容忽視的軸向變形

結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員往往在進(jìn)行低層建筑的結(jié)構(gòu)分析時(shí)，僅僅考慮到彎矩項(xiàng)的影響，由于軸力項(xiàng)的影響相對(duì)較小，因而剪切的作用通常可以不予考慮。然而對(duì)于高層建筑結(jié)構(gòu)而言，情況則大為不同，由于樓層高，軸力數(shù)值很大，再加上在高度方向累積的軸向變形非常明顯，軸向變形會(huì)導(dǎo)致整個(gè)高層建筑結(jié)構(gòu)的內(nèi)力數(shù)據(jù)的大小與分布范圍都產(chǎn)生明顯的變化。

3.3? 側(cè)移是重要的控制指標(biāo)

在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，結(jié)構(gòu)側(cè)移己然變?yōu)楦邔咏ㄖY(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中的重要因素之一，伴隨著樓層的攀升，在水平荷載作用下的結(jié)構(gòu)側(cè)向變形快速呈現(xiàn)出增大的跡象。因而在設(shè)計(jì)高層結(jié)構(gòu)時(shí)，既要求結(jié)構(gòu)必須具備足夠的強(qiáng)度，能夠穩(wěn)定地承受受風(fēng)荷載影響而產(chǎn)生的內(nèi)力，還要求必須具備足夠的抗側(cè)剛度。能夠使受水平荷載作用而產(chǎn)生的側(cè)移被限制在一定的數(shù)值之內(nèi)。

4? 結(jié)束語

建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是一項(xiàng)系統(tǒng)而全方位的工作，需要結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員具備牢固的理論基礎(chǔ)知識(shí)與靈活的思維和嚴(yán)謹(jǐn)科學(xué)的工作態(tài)度。從基本的結(jié)構(gòu)構(gòu)件開始到重要的結(jié)構(gòu)體系，做到深刻理解和靈活應(yīng)用，同時(shí)深入理解相關(guān)規(guī)范，并緊密配合其他專業(yè)協(xié)作完成設(shè)計(jì)。

參考文獻(xiàn)：

[1] 王少嶠.概念設(shè)計(jì)與結(jié)構(gòu)措施在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用方法探討[J].建材與裝飾，2020（18）：68+70.

[2] 石永久.中美建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法比較——焊縫連接[J].鋼結(jié)構(gòu)（中英文），2020（5）：34～49.

[3] 盧士安.建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的模型自動(dòng)轉(zhuǎn)化方法分析[J].決策探索（中），2020（5）：46.

[4] 李彬瑜，史健勇.建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的知識(shí)管理與智能化方法研究[J].工程管理學(xué)報(bào)，2020（2）：123～128.