探析建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的要點(diǎn)

李明明

（重慶市江津區(qū)建筑勘察設(shè)計(jì)院，重慶 402260）

0 引言

建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)工作是整個(gè)建筑工程當(dāng)中的基礎(chǔ)環(huán)節(jié)，沒有良好的設(shè)計(jì)圖紙就很難有高質(zhì)量的建筑工程，建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)也會(huì)直接影響到后期的建筑施工和整個(gè)項(xiàng)目工程的推進(jìn)。與時(shí)代發(fā)展相適應(yīng)，建筑結(jié)構(gòu)方面的設(shè)計(jì)也趨向多元化發(fā)展，同時(shí)，作為整個(gè)項(xiàng)目工程的基礎(chǔ)環(huán)節(jié)，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)也漸漸顯露出一些問題，行業(yè)也迎來了新的挑戰(zhàn)。目前，在整個(gè)建筑行業(yè)，能夠借助主動(dòng)解決建筑設(shè)計(jì)與項(xiàng)目實(shí)際施工過程中的矛盾來進(jìn)行一定調(diào)和，一定程度上能夠保證項(xiàng)目的推進(jìn)和質(zhì)量水平。但在設(shè)計(jì)人員進(jìn)行設(shè)計(jì)工作的過程中，必須實(shí)現(xiàn)考慮好結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)程序，嚴(yán)格遵照國(guó)家相應(yīng)的規(guī)范和科學(xué)要求來合理設(shè)計(jì)執(zhí)行每個(gè)工作步驟。必須嚴(yán)格遵照保護(hù)環(huán)境、經(jīng)濟(jì)發(fā)展、安全美觀等基本原則，確保設(shè)計(jì)階段能夠科學(xué)高效進(jìn)行。

1 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的特點(diǎn)

（1）復(fù)雜性。建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的復(fù)雜性體現(xiàn)在兩個(gè)主要方面：①處理技術(shù)是經(jīng)濟(jì)和合理的，在結(jié)構(gòu)安全的條件下，同一設(shè)計(jì)任務(wù)可以包括多個(gè)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案。即使使用相同的組件，也可以使用不同的加固方案。因此，在建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方面，一般沒有完全標(biāo)準(zhǔn)的方案，只有相較而言較優(yōu)的方案，對(duì)于一個(gè)優(yōu)秀的設(shè)計(jì)師而言，其重要的能力之一就在于能夠從諸多方案中選取最佳方案。②結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中還會(huì)存在許多不確定因素，例如材料設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)載荷、部件應(yīng)力和應(yīng)變[1]。

（2）應(yīng)用性。建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的最終目的是要運(yùn)用到實(shí)踐當(dāng)中，是需要指導(dǎo)項(xiàng)目的實(shí)施與推進(jìn)，因此要求具體、簡(jiǎn)介與靈活。設(shè)計(jì)師在實(shí)際設(shè)計(jì)時(shí)可能難以直接獲得相關(guān)的計(jì)算結(jié)構(gòu)，但能夠結(jié)合實(shí)際需要進(jìn)行及時(shí)有效的調(diào)整，然后選擇相類似且更佳的方案。

（3）創(chuàng)新性。對(duì)于任何設(shè)計(jì)人員來說，創(chuàng)新是他們工作的靈魂，當(dāng)傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法遇到瓶頸或者難以滿足現(xiàn)代社會(huì)的需求時(shí)，設(shè)計(jì)人員有責(zé)任進(jìn)行改進(jìn)與創(chuàng)新，同時(shí)不斷研發(fā)新的技術(shù)手段，推動(dòng)該領(lǐng)域的進(jìn)步與發(fā)展。

2 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的原則

（1）對(duì)于主導(dǎo)目標(biāo)要參照相應(yīng)規(guī)范要求。

（2）對(duì)于設(shè)計(jì)過程中計(jì)算公式的運(yùn)用，要遵循簡(jiǎn)便、直接、常見且概念清晰的原則。此外，在整個(gè)設(shè)計(jì)過程中，對(duì)于傳力構(gòu)件的使用方面，要盡可能避免以抗扭作為主導(dǎo)的關(guān)鍵性傳力構(gòu)件的使用[2]。

（3）構(gòu)件的設(shè)計(jì)要均勻且連續(xù)，杜絕軟弱層、上下層彎曲剛度與軸壓剛度突變的現(xiàn)象

（4）要重視結(jié)構(gòu)相互作用的機(jī)理，在設(shè)計(jì)規(guī)劃過程中參照規(guī)范與相應(yīng)機(jī)理。

3 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的常見問題

（1）基礎(chǔ)建模不合理?；A(chǔ)建模不合理不單單會(huì)造成施工現(xiàn)場(chǎng)的地質(zhì)下沉，還會(huì)進(jìn)一步增加施工難度，極大了影響了建筑物的質(zhì)量、安全性和整個(gè)地基的承載力，使其更容易變形。

（2）結(jié)構(gòu)計(jì)算問題。在進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)也要關(guān)注結(jié)構(gòu)計(jì)算問題，主要包括以下方面：①下部框架的砌體結(jié)構(gòu)進(jìn)行計(jì)算的過程中，針對(duì)層較弱的部位通常采用下部剪切法，而對(duì)剛度比較均勻的多層結(jié)構(gòu)才能夠采用下部剪切法。②要注意負(fù)載值的取值。比如，在進(jìn)行基礎(chǔ)設(shè)計(jì)時(shí)需要考慮風(fēng)荷載。③要注意周期性的折減系數(shù)問題。

（3）結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員的設(shè)計(jì)水平存在問題。對(duì)于設(shè)計(jì)工作我們發(fā)現(xiàn)，存在相當(dāng)一部分設(shè)計(jì)人員難以實(shí)時(shí)掌握新規(guī)范、新標(biāo)準(zhǔn)和新要求，自主學(xué)習(xí)能力差，總習(xí)慣使用原有或者已經(jīng)廢止的規(guī)范要求，這顯然也會(huì)直接影響他們進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)的思路，甚至是使設(shè)計(jì)不合標(biāo)準(zhǔn)，這實(shí)際上對(duì)于項(xiàng)目的質(zhì)量也有直接的影響。

（4）建筑框架結(jié)構(gòu)的不合理設(shè)計(jì)。對(duì)框架結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)的過程中，如果承重柱的高度過小，那么柱頭的抗彎強(qiáng)度也會(huì)相應(yīng)降低，一旦出現(xiàn)地震，房屋安全問題就難以保障。針對(duì)建筑框架設(shè)計(jì)諸多不合理的地方，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)一般會(huì)忽略垂直框架的設(shè)計(jì)要求。對(duì)于豎向框架的設(shè)計(jì)來說，其主旨在于抗震，若忽略這方面的要求或者設(shè)計(jì)不科學(xué)，那么也會(huì)導(dǎo)致建筑物難以承受地震帶來的影響，進(jìn)而造成配筋與胯中縱筋的分布不均。此外，對(duì)于剪刀墻的結(jié)構(gòu)來說，墻壁連接處的四個(gè)分支連接坡為單梁。這一設(shè)計(jì)中最為常見的例子是陽臺(tái)的設(shè)計(jì)，這是由于陽臺(tái)橫梁的負(fù)載較小，工作人員會(huì)將其設(shè)計(jì)為單梁，一方面能夠減少梁的承載能力，同時(shí)也會(huì)給房屋安全性帶來一定影響。

4 設(shè)計(jì)工作中的要點(diǎn)剖析

（1）基礎(chǔ)建模。建筑師在計(jì)算建筑基礎(chǔ)建模的工程數(shù)據(jù)時(shí)需要確保數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性，如果不符合要求，則需要先解決，除此之外，有必要進(jìn)行重復(fù)的計(jì)算測(cè)試。在基礎(chǔ)建模時(shí)，有必要對(duì)建筑物的幾何形狀和地質(zhì)條件進(jìn)行合理分析，并做出合理的選擇。

（2）結(jié)構(gòu)計(jì)算。首先，我們需要注意負(fù)載的適當(dāng)值。在設(shè)計(jì)私人多層建筑物（少于8 層）時(shí)，使用獨(dú)立的基座可以消除通用基礎(chǔ)主要承重部分中的弱粘性土層，從而使其成為典型的私人建筑物，高度不超過35m，無須計(jì)算基礎(chǔ)的抗震性。但是，對(duì)于不在地震區(qū)或?qū)儆诘蛯咏ㄖ锏乃饺私ㄖ?，需要確保輸入風(fēng)荷載。其次，確定建筑結(jié)構(gòu)的周期性折減系數(shù)，并且所計(jì)算的地震剪切力也較小，因此，我們要求要縮短計(jì)算過程中的周期。最后，對(duì)于下部框架的砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和計(jì)算，若使用下部剪切法進(jìn)行計(jì)算，需要?jiǎng)偠容^為均勻的多層建筑，單弱建筑層較弱，便要對(duì)結(jié)構(gòu)塑性變形的情況予以考量。

（3）屋面活荷載取值。對(duì)于框架荷載的有關(guān)參數(shù)研究已經(jīng)有了成熟且科學(xué)的體系，相關(guān)參數(shù)也得到多年實(shí)踐的驗(yàn)證與考驗(yàn)，目前仍取0.3kN/m2，在整個(gè)設(shè)計(jì)過程中不予以額外修改。但在屋面結(jié)構(gòu)類型的設(shè)計(jì)方面，有檀條與屋面板，本文中將活荷載參數(shù)預(yù)設(shè)定為0.5kN/m2。參照《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》的設(shè)計(jì)要求在無人登上的屋面荷載設(shè)計(jì)為0.5kN/m2，但對(duì)于荷載面積要求超過60m2的可以乘折減系數(shù)0.6[3]。

（4）屋脊垂度要控制?？蚣苄绷旱呢Q向撓度限值在通常情況下有一定限制，要求為1/180，除了要對(duì)坡面斜梁撓度進(jìn)行有關(guān)驗(yàn)算之外，對(duì)于是否需要進(jìn)行跨中下垂度驗(yàn)算的要求，在以往的相關(guān)規(guī)范中要求較為模糊。據(jù)目前掌握的數(shù)據(jù)我們了解到，在美國(guó)，進(jìn)行框架分析時(shí)一般需要將此類內(nèi)容納入考慮。美國(guó)的框架分析一般要求將對(duì)構(gòu)件實(shí)行分段，借助計(jì)算截面積的程序進(jìn)行計(jì)算，同時(shí)在整個(gè)計(jì)算過程中要將每一段運(yùn)算的結(jié)果納入下一個(gè)進(jìn)行的水平和豎直位移的計(jì)算當(dāng)中，每步關(guān)聯(lián)的運(yùn)算均不能夠超過限定值，也就是說要求進(jìn)行驗(yàn)算跨中垂度。

（5）鋼柱換混凝土柱。在現(xiàn)實(shí)生活中存在一部分的單位會(huì)在設(shè)計(jì)過程中采用門式剛架，此類鋼架的特點(diǎn)在于通常是由混凝土材質(zhì)的土柱與輕型鋼斜梁構(gòu)成，輕鋼材質(zhì)的斜梁通過混凝土柱中的預(yù)埋螺栓與豎放式的端板相接，二者之間進(jìn)行剛性連接。通過這種連接，施工單位能夠有效減少鋼材的使用進(jìn)而降低生產(chǎn)成本，增加利益。對(duì)于一些廠房的設(shè)計(jì)，雖然也會(huì)有使用混凝土柱和鋼桁架連接而成的結(jié)構(gòu)，但這時(shí)的梁柱只能采取鉸接的連接途徑，不能夠使用剛性連接的方式。對(duì)于樓層比較多的建筑物來說，鋼梁和墻的連接方式與上述方法一致。對(duì)于混凝土來說，其在建筑體中通常是一種脆性的材料狀態(tài)，雖然可以通過建筑構(gòu)件相互之間的配筋來進(jìn)行剪力或者承受彎矩的分配，但實(shí)際上對(duì)于連接處的位置其抗拉性能與抗沖切能力較弱，在受到外界的作用力時(shí)非常容易產(chǎn)生松動(dòng)或者損壞等問題。還有一些公司企業(yè)在設(shè)計(jì)好門式剛架之后，為了促使交易的成功，完全不理會(huì)國(guó)家對(duì)于有關(guān)事項(xiàng)的規(guī)范與要求，一味縱容業(yè)主需求，將鋼柱換成混凝土柱，但是卻對(duì)梁截面需要進(jìn)行配套修正的規(guī)范不予理會(huì)。值得注意的是，如果將混凝土柱加鋼梁設(shè)計(jì)成排架這時(shí)是合乎標(biāo)準(zhǔn)要求的，但是若將鋼架上的鋼柱替換為混凝土柱，而鋼梁仍為原來的狀態(tài)，這一操作是不符合國(guó)家的安全規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)與要求的。如果想對(duì)建筑體的結(jié)構(gòu)或者材質(zhì)進(jìn)行更改，那么相對(duì)應(yīng)的，原有的連接方式也需要進(jìn)行調(diào)整，這也會(huì)造成建筑物內(nèi)部構(gòu)件和各個(gè)部位的受力狀況發(fā)生變化[4]。建筑結(jié)構(gòu)與幾何結(jié)構(gòu)學(xué)密切相關(guān)，如果在設(shè)計(jì)和施工過程中不考慮力學(xué)規(guī)范和科學(xué)要求，隨意更改或變換，勢(shì)必會(huì)在日后造成不必要的安全隱患。這也提示我們，國(guó)家要在今后的工作中，對(duì)建筑行業(yè)的發(fā)展進(jìn)一步的規(guī)范，對(duì)一些安全性要求較高的法規(guī)進(jìn)行及時(shí)、廣泛的發(fā)布和宣傳。

（6）建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖標(biāo)記清楚。設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行圖紙?jiān)O(shè)計(jì)的過程中必須要秉承著嚴(yán)格認(rèn)真的工作態(tài)度，不能有絲毫的馬虎大意。在設(shè)計(jì)過程中，工作人員必須要進(jìn)行事先檢查，并對(duì)項(xiàng)目施工過程中存在的一些細(xì)節(jié)與信息進(jìn)行必要的標(biāo)記與關(guān)注，圖紙信息標(biāo)注要清晰有效便于查找，而實(shí)際施工過程中要求嚴(yán)格遵照設(shè)計(jì)人員的設(shè)計(jì)圖紙來推進(jìn)項(xiàng)目的實(shí)施，因此，如果設(shè)計(jì)出的圖紙當(dāng)中相關(guān)的數(shù)據(jù)信息含糊不清或者標(biāo)記不明會(huì)直接影響到整個(gè)項(xiàng)目的實(shí)施與推進(jìn)。圖紙的設(shè)計(jì)也需要工作人員進(jìn)行多次檢查與驗(yàn)證，以確保圖紙的準(zhǔn)確性。工作人員要能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)圖紙當(dāng)中存在的各種問題，并進(jìn)行必要的修復(fù)或補(bǔ)償，確保整個(gè)工程項(xiàng)目的有序推進(jìn)。

5 結(jié)語

簡(jiǎn)而言之，受整個(gè)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的變化與影響，人們的需求也在不斷地調(diào)整和變化，為了滿足社會(huì)日益增長(zhǎng)的人口需要，建筑物的結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)方面也開始進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整，逐漸呈現(xiàn)出多樣化的設(shè)計(jì)特點(diǎn)。因此，在整個(gè)建筑物結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)趨向多元化發(fā)展的背景下，也對(duì)我們相關(guān)的設(shè)計(jì)人員提出了新的時(shí)代要求，設(shè)計(jì)人員要有高度的責(zé)任感，并在實(shí)踐過程中不斷提升自身的工作能力與綜合素質(zhì)，是自己能夠在工作過程中及時(shí)發(fā)現(xiàn)并改正建筑物結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中存在的不足與缺陷，確保建筑結(jié)構(gòu)及今后施工的安全性、穩(wěn)定性與連貫性，進(jìn)而為整個(gè)建筑行業(yè)的綠色可持續(xù)發(fā)展做出相應(yīng)的貢獻(xiàn)。